[发明专利]多晶硅还原炉热量回收利用系统及方法

说明书

本发明公开了一种多晶硅还原炉热量回收利用系统，包括设置在还原炉外壁用于对炉壁冷却降温的还原炉冷却夹套，以及设置在还原炉上方的闪蒸汽包；所述还原炉冷却夹套下部设置有冷却水进口，上部设置有冷却水出口；所述闪蒸汽包包括汽包进水口和汽包出水口；所述汽包进水口通过工艺管道与冷却水出口相连，所述汽包出水口通过工艺管道与冷却水进口相连。其优点是：1)节能，对于10万吨规模装置，每年节省电能550度/吨*10万吨/年＝5500万度/年，按平均工业用电0.5元/度计算，可节省成本2750万元/年。2)安全性和稳定性有大幅的提升。3)系统结构简单，节省投资，更利于在产业上推广。

技术领域

本发明涉及西门子法生产多晶硅技术领域，是一种多晶硅生产中的热量回用工艺。

背景技术

自多晶硅生产技术进入中国以来，随着产能扩大，多晶硅市场竞争日趋激烈，促使企业节能减排提质。

多晶硅生产消耗电能，维持化学反应所需的硅棒表面温度为1000～1100℃。硅棒热能以热辐射与热对流的方式传递到还原炉炉壁，还原炉炉壁为金属材质(316L)，不能承受高温，需要对炉壁冷却，冷却炉壁介质的热能要回收利用。

热能回收利用工艺发生过两次重大改变。第一次工艺变化，冷却介质由原冷却油变为冷却水，并采用循环水或空冷器转移高温冷却水中的热能，冷却后的高温水通过离心泵输送回还原炉，冷却还原炉，被加热的高温水进入空冷器或循环水冷却，形成循环。第二次工艺变化，高温水降温方式由直接冷却，变为闪蒸降温(高温高压的水减压时会产生低压的饱和蒸汽与低温的饱和水，从而达到降温的目的)，闪蒸蒸汽去精馏或其他需要热量的装置换热冷凝后产生的冷凝水回闪蒸槽与闪蒸后的水混合，通过高压循环泵加压去还原炉，冷却还原炉，被加热的高温高压水又再次进入闪蒸槽降压，以此循环(见图1)。该方案目前几乎被所有多晶硅厂家采用。

注：参考文献

1、陈宏伟许晟一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺，专利号：CN201310404782.0

2、张世良，蔡永明，王代鹏等多晶硅还原炉高温冷却水闪蒸装置的应用探索2019.09科学技术创新

3、张新红还原炉冷却水工艺优化2019.03有色金属设计第46卷第I期

该工艺流程完善，热量利用充分，但也存在缺陷，

1)工艺采用变压的方式，需要电能驱动高压循环泵对冷却水加压，按统计，生产能力大于2万吨多晶硅/a的生产装置，高压循环泵消耗的电能为500～600Kw·h/T多晶硅，生产能力小于2万吨多晶硅/a的生产装置，高压循环泵消耗的电能为600～800Kw·h/T多晶硅。

2)系统存在安全隐患，例如一旦停电，高压循环泵停止运行，还原炉将会因为缺冷却水，温度升高。虽然工艺上采取了高压循环泵配应急电源(柴油发电机)，防止停电，但在实际过程中，柴油发电机启动速度较慢，从停电到高压循环泵送上应急电启动送冷却水，之间间隔＞2分钟。这不仅会严重影响产品的质量，还可能导致还原炉炉壁温度过高引起安全事故。

发明内容

为解决现有技术中存在的多晶硅还原炉热量利用能耗高，安全隐患大的问题，本发明提供了一种多晶硅还原炉热量回收利用系统。

本发明所采用的技术方案是：多晶硅还原炉热量回收利用系统，包括设置在还原炉外壁用于对炉壁冷却降温的还原炉冷却夹套，以及设置在还原炉上方的闪蒸汽包；所述还原炉冷却夹套下部设置有冷却水进口，上部设置有冷却水出口；所述闪蒸汽包包括汽包进水口和汽包出水口；所述汽包进水口通过工艺管道与冷却水出口相连，所述汽包出水口通过工艺管道与冷却水进口相连。