多晶硅还原炉尾气节能系统.pdf
10)申请公布号 CN 103896274 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103896274 A (21)申请号 201210588880.X (22)申请日 2012.12.31 C01B 33/035(2006.01) (71)申请人 江苏双良新能源装备有限公司 地址 214444 江苏省无锡市江阴市利港镇西 利路 115 号 (72)发明人 孙惺惺 李子林 刘美芬 陈丞浩 李引平 (74)专利代理机构 江阴市同盛专利事务所 ( 普 通合伙 ) 32210 代理人 唐纫兰 (54) 发明名称 多晶硅还原炉尾气节能系统 (57) 摘要 本发明涉及一种多晶硅还原炉尾气节能系 统。 属于还原热量回收利用技术领域。 所述系统包 括冷却器 (1) 、 还原炉 (2) 、 气水换热器 (3) 、 汽化 器 (4) 和气气换热器 (5) , 所述还原炉 (2) 尾气出 口直接和冷却器 (1) 进口连接, 出冷却器 (1) 的尾 气接入气气换热器 (5) , 下步接入气水换热器 (3) ; 热水接入冷却器 (1) , 出冷却器 (1) 的热水接入还 原炉 (2) , 下步进入气水换热器 (3) , 热水出了气 水换热器 (3)接入汽化器 (4) ; TCS 和 H2同时进 入汽化器 (4) , 出了汽化器 (4) 的混合气体 TCS+H2 进入气气换热器 (5) , 气气换热器 (5) 的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉 (2) 。本系统简单可靠, 可 实现。系统中无需增设辅助热源, 简化控制, 高效 利用还原尾气余热。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103896274 A CN 103896274 A 1/1 页 2 1. 一种多晶硅还原炉尾气节能系统, 其特征在于 : 所述系统包括冷却器 (1) 、 还原炉 (2) 、 气水换热器 (3) 、 汽化器 (4) 和气气换热器 (5) , 所述还原炉 (2) 尾气出口直接和冷却器 (1) 进口连接, 出冷却器 (1) 的尾气接入气气换热器 (5) , 下步接入气水换热器 (3) ; 热水接 入冷却器 (1) , 出冷却器 (1) 的热水接入还原炉 (2) , 下步进入气水换热器 (3) , 热水出了气 水换热器 (3) 接入汽化器 (4) ; TCS 和 H2同时进入汽化器 (4) , 出了汽化器 (4) 的混合气体 TCS+H2进入气气换热器 (5) , 气气换热器 (5) 的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉 (2) 。 2. 根据权利要求 1 所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统, 其特征在于 : 所述冷却器 (1) 采用的是夹套冷却器。 3. 根据权利要求 1 所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统, 其特征在于 : 所述尾气被 冷却至 180以下, 混合气体 TCS+H2完全气体状态进入还原炉。 权 利 要 求 书 CN 103896274 A 2 1/2 页 3 多晶硅还原炉尾气节能系统 技术领域 0001 本发明涉及多晶硅还原尾气节能系统。此系统用于还原炉进料气化、 加热以及还 原尾气冷却。属于还原热量回收利用技术领域。 背景技术 0002 在严峻的能源形势和生态环境压力下, 伴随着全球节约能源, 减排二氧化碳, 在技 术进步和法规政策的清理推进下, 太阳能光伏发电作为一种经济、 清洁、 环保、 可永续的理 想能源进入快速发展时期。随着太阳能产业和信息技术的快随发展, 我国涌现出多晶硅投 资生产热潮。 还原炉是多晶硅生产中的核心设备。 气态的TCS和H2在还原炉的高温环境中 反应, 生成多晶硅棒和还原尾气, 还原尾气中的 TCS 回收后进入还原炉反应生成多晶硅棒, 如此循环生产, 以达到降低成本, 节能减排。 0003 目前国内绝大部分多晶硅厂均采用改良西门子法, 将 TCS 汽化后与氢气同时进入 还原炉反应生成硅棒, 反应后的高温尾气用冷却器逐步冷却后转入 CDI 然后逐级分离各种 成分。很多厂家经过几年发展, 工艺技改, 节能减排, 加强对尾气的高温回收利用。直接利 用高温尾气热量汽化加热进料的进炉温度, 可以降低还原炉电耗, 进而达到节能功效。 但是 还原生产过程中的尾气的流量是动态的, 甚至在开车以及停炉时尾气的热力无法满足系统 需要热量, 所以系统需要增设辅助热源, 系统控制相对复杂。 发明内容 0004 本发明的目的在于客服上述不足, 解决系统运行中还原尾气流量是动态变化, 解 决系统开车、 停炉热量不足, 系统中无需增设辅助热源, 简化控制, 高效利用还原尾气余热。 0005 本发明的目的是这样实现的 : 一种多晶硅还原炉尾气节能系统, 所述系统包括冷 却器、 还原炉、 气水换热器、 汽化器和气气换热器, 所述还原炉尾气出口直接和冷却器进口 连接, 出冷却器的尾气接入气气换热器, 下步接入气水换热器 ; 热水接入冷却器, 出冷却器 的热水接入还原炉, 下步进入气水换热器, 热水出了气水换热器接入汽化器 ; TCS 和 H2同 时进入汽化器, 出了汽化器的混合气体 TCS+H2进入气气换热器, 气气换热器的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉。 0006 尾气流程 : 尾气从还原炉底部进入冷却器与热水换热急冷至合适的温度, 出了冷 却器的尾气接入气气换热器提供热量, 气气换热器的尾气出口接入汽水加热器, 尾气在汽 水换热器中作为加热介质提供热量, 冷却至合适温度的还原尾气进入 CDI。热水流程 : 热水 进入作为冷却介质进入冷却器, 吸收了热量的热水从冷却器接入还原炉, 换热后的热水通 入汽水换热器, 在汽水换热器中进一步加热后热水接入汽化器, 在汽化器中热水作为加热 介质提供热量, 在汽化器中冷却后的热水进入水水循环系统。 进料流程 : TCS与洁净的H2在 汽化器中用热水预热汽化并过热至一定温度, 同时进入气气换热器。在气气换热器中尾气 与混合气体 (TCS+H2) 完成换热过程, 混合气体 (TCS+H2) 温度进一步提高, 还原尾气温度逐 步下降, 达到一定温度的混合气体 (TCS+ H2) 进入还原炉。 说 明 书 CN 103896274 A 3 2/2 页 4 0007 本发明的有益效果是 : 1、 采用本系统可以节省气化 TCS 和加热 H2 所需的热水或蒸汽, 节约能源, 降低成本。 0008 2、 采用本系统可以解决生产系统启动时尾气热量不足, 无法满足汽化量要求生产 过程中尾气流量变化, 热量不稳定问题。 0009 3、 本系统提高混合气体进入还原炉的温度, 降低还原炉能耗, 而且保证进入还原 炉的均是气体, 避免液体进入, 确保硅棒成型及质量满足要求。 0010 4、 本系统冷却器满足还原尾气急冷, 满足工艺需求, 保证进入下级设备的尾气温 度低于 500, 确保下级设备选材经济性。 0011 5、 本系统高效回收利用还原尾气热量, 实现能量循环利用。 附图说明 0012 图 1 为发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。 0013 图中附图标记 : 冷却器 1、 还原炉 2、 气水换热器 3、 汽化器 4、 气气换热器 5。 具体实施方式 0014 参见图 1, 图 1 为本发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。由图 1 可以看出, 本 发明多晶硅还原炉尾气节能系统, 包括冷却器1、 还原炉2、 气水换热器3、 汽化器4和气气换 热器 5, 所述还原炉 2 尾气出口直接和冷却器 1 进口连接, 出冷却器 1 的尾气接入气气换热 器5, 下步接入气水换热器3 ; 热水接入冷却器1, 出冷却器1的热水接入还原炉2, 下步进入 气水换热器 3, 热水出了气水换热器 3 接入汽化器 4 ; TCS 和 H2同时进入汽化器 4, 出了汽 化器 4 的混合气体 TCS+H2进入气气换热器 5, 气气换热器 5 混合气体 TCS+H2出口接入还原 炉 2。 0015 所述冷却器 1 采用的是夹套冷却器。 0016 所述尾气被冷却至 180以下, 混合气体 TCS+H2完全气体状态进入还原炉。 0017 工作原理 : TCS 和 H2同时进入汽化器 4 汽化, 汽化后的 TCS 与加热的 H2组成混合气进入气气换热 器 5 加热至一定温度, 出气气换热器 5 的混合气直接进入还原炉 2 ; 热水进入冷却器 1 被加 热至一定温度, 流出冷却器 1 的热水流入还原炉 2 被进一步加热, 从还原炉 2 接入汽水换热 器 3 的热水再次被加热, 从汽水换热器 3 出的热水接入汽化器 4 冷却, 然后进入水循环系 统。尾气从还原炉 2 流出进入冷却器 1 与热水换热, 从冷却器 1 流出的尾气接入气气换热 器 5 被冷却, 出气气换热器 5 的还原尾气进入汽水换热器 3 进一步降温, 然后进入 CDI。 说 明 书 CN 103896274 A 4 1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 103896274 A 5