專利名稱：多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法、系統(tǒng)及利用該方法和系統(tǒng)的多晶硅還原工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱能的回收利用方法及系統(tǒng)，尤其是一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法及系統(tǒng)，還涉及利用該方法和系統(tǒng)的多晶硅還原工藝。
背景技術(shù)：
多晶硅制備是一個(gè)高耗能的產(chǎn)業(yè)，如何改進(jìn)工藝降低生產(chǎn) 成本則成為各企業(yè)是否可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)，而各工序余熱的利用又是該重點(diǎn)中的重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)多晶硅企業(yè)還原工序通常的生產(chǎn)流程都是將氫氣和三氯氫硅進(jìn)入鼓泡汽化器內(nèi)混合，通過(guò)外供蒸汽加熱汽化后，按一定配比進(jìn)入出入氣換熱器與還原尾氣換熱，接著進(jìn)入還原爐并在其內(nèi)部約1100°c高溫的硅芯表面生成多晶硅，反應(yīng)后的還原尾氣溫度較高，先經(jīng)過(guò)尾氣冷卻管用循環(huán)水冷卻后，進(jìn)入出入氣換熱器和混合氣進(jìn)氣進(jìn)行換熱，而后通過(guò)還原尾氣冷卻器用循環(huán)水冷卻至100°c再進(jìn)入尾氣回收工序。此流程中還原尾氣中所含的熱量均被循環(huán)冷卻水帶走，造成很大的能量浪費(fèi)。目前還沒(méi)有一種方法能有效地減少循環(huán)冷卻水造成的熱量損失以及減少系統(tǒng)能耗。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多晶硅還原工藝中能充分利用熱能的還原尾氣回收利用方法及系統(tǒng)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的?！N多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，包括尾氣換熱步驟，還包括以下步驟，
氫氣和三氯氫硅進(jìn)入列管式鼓泡汽化器內(nèi)混合形成混合氣，通過(guò)外供蒸汽加熱汽化后順次進(jìn)入出入氣換熱器、混合氣尾氣換熱管后，進(jìn)入還原爐內(nèi)，還原爐內(nèi)有硅芯，用于與混合氣反應(yīng)；
混合氣通過(guò)還原爐內(nèi)高溫硅芯加熱反應(yīng)后，形成的高溫還原尾氣形式排出還原爐，順次經(jīng)過(guò)混合氣尾氣換熱管、出入氣換熱器與混合氣進(jìn)氣換熱，利用還原尾氣所帶熱量加熱混合氣進(jìn)氣；
從出入氣換熱器出來(lái)的還原尾氣，再進(jìn)入列管式鼓泡汽化器中加熱進(jìn)入的氫氣與三氯氫硅的混合物并將其汽化，隨著還原爐內(nèi)多晶硅棒生長(zhǎng)時(shí)間增長(zhǎng)，還原尾氣攜帶熱量會(huì)逐漸上升，則列管式汽化器所需的蒸汽會(huì)越來(lái)越少，直至達(dá)到可無(wú)需使用蒸汽；
還原尾氣最后通過(guò)尾氣回收系統(tǒng)回收。列管式鼓泡汽化器中還設(shè)有換熱器，進(jìn)入換熱器中的高溫還原尾氣可與換熱器外的混合氣進(jìn)氣充分換熱。優(yōu)選的是，列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型管換熱器。
優(yōu)選的是，列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型翅片管換熱器。混合氣尾氣換熱管為雙層套管，內(nèi)層通過(guò)還原尾氣，外層通過(guò)混合氣進(jìn)氣。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為套管式換熱器。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為列 管式換熱器。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為U型管式換熱器。所述列管式鼓泡汽化器外面有一層套筒，蒸汽進(jìn)入套筒中加熱氫氣和三氯氫硅的混合物，加熱后蒸汽冷凝為凝液排出套筒。根據(jù)高溫的還原尾氣的溫度和還原爐開(kāi)爐個(gè)數(shù)調(diào)節(jié)蒸汽流量，還原尾氣攜帶熱量逐漸上升時(shí)，相應(yīng)減少蒸汽提供量直至無(wú)需提供蒸汽。一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，包括出入器換熱器、還原爐和尾氣回收系統(tǒng)。該回收利用系統(tǒng)還包括混合尾氣換熱管和列管式鼓泡汽化器，列管式鼓泡汽化器通過(guò)進(jìn)料管道與出入氣換熱器連接，出入氣換熱器通過(guò)進(jìn)料管道與混合氣尾氣換熱管連接，混合氣尾氣換熱管通過(guò)進(jìn)料管道與還原爐連接，還原爐通過(guò)尾氣排出管道與混合氣尾氣換熱管連接，混合氣尾氣換熱管通過(guò)尾氣排出管道與出入氣換熱器連接，出入氣換熱器通過(guò)尾氣排出管道與列管式鼓泡汽化器連接，列管式鼓泡汽化器通過(guò)管道與尾氣回收系統(tǒng)連接。列管式鼓泡汽化器中還設(shè)有換熱器，出入氣換熱器通過(guò)尾氣排出管道與換熱器入口連接，換熱器出口與尾氣回收系統(tǒng)連接。優(yōu)選的是，列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型管換熱器。優(yōu)選的是，列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型翅片管換熱器。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為套管式換熱器。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為列管式換熱器。優(yōu)選的是，出入氣換熱器為U型管式換熱器?；旌蠚馕矚鈸Q熱管為雙層套管。列管式鼓泡汽化器外面有一層用于通入蒸汽加熱的套筒。本發(fā)明的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法、系統(tǒng)及利用該方法和系統(tǒng)的多晶硅還原工藝包括上述各項(xiàng)特征構(gòu)成的任意組合。本發(fā)明最大程度地利用了還原尾氣所攜帶的全部熱量，相比傳統(tǒng)工藝，降低了還原系統(tǒng)冷負(fù)荷，還原冷負(fù)荷指?jìng)鹘y(tǒng)工藝中循環(huán)水帶走的熱量，其中很大一部分熱量被混合氣進(jìn)氣吸收了，因此降低了循環(huán)水泵電負(fù)荷，循環(huán)水散熱用得冷卻塔也省去了，從而降低了電耗和水耗；減少了還原熱負(fù)荷，還原尾氣加熱完進(jìn)入的氫氣與三氯氫硅的混合物，不足的熱量再用蒸汽補(bǔ)充，和傳統(tǒng)方法比自然降低了蒸汽的消耗，蒸汽是通過(guò)燃料加熱水得來(lái)的，所以降低了燃料消耗和水耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。


圖I是本發(fā)明的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用過(guò)程示意圖。圖2是本發(fā)明圖I中的列管式鼓泡汽化器的一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。I—列管式鼓泡汽化器、2—出入氣換熱器、3—混合氣尾氣換熱管、4 一還原爐、5—尾氣回收系統(tǒng)、6—氯硅烷貯罐、11 一U型翅片管換熱器。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。如圖I所示，一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，包括尾氣換熱步驟，還包括以下步驟
氫氣和三氯氫硅進(jìn)入列管式鼓泡汽化器I內(nèi)混合形成混合氣，通過(guò)外供蒸汽加熱汽化后順次進(jìn)入出入氣換熱器2、混合氣尾氣換熱管3后，進(jìn)入還原爐4內(nèi)，還原爐4內(nèi)有硅芯，用于與混合氣反應(yīng)；
混合氣通過(guò)還原爐4內(nèi)高溫硅芯加熱反應(yīng)后，形成的高溫還原尾氣排出還原爐4，順次經(jīng)過(guò)混合氣尾氣換熱管3、出入氣換熱器2與混合氣進(jìn)氣換熱，利用還原尾氣所帶熱量加熱混合氣進(jìn)氣；
從出入氣換熱器2出來(lái)的還原尾氣，再進(jìn)入列管式鼓泡汽化器I中加熱進(jìn)入的氫氣與三氯氫硅的混合物并將其汽化。隨著還原爐4內(nèi)多晶硅棒生長(zhǎng)時(shí)間增長(zhǎng)，還原尾氣攜帶熱量會(huì)逐漸上升，則列管式鼓泡汽化器I所需的蒸汽會(huì)越來(lái)越少，直至達(dá)到可無(wú)需使用蒸汽；還原尾氣最后通過(guò)尾氣回收系統(tǒng)回收，其中還原尾氣中的四氯化硅等高沸物會(huì)冷凝成為液相氯硅烷，并貯存在氯硅烷貯罐內(nèi)。如附圖2所示，列管式鼓泡汽化器I中還設(shè)有換熱器，進(jìn)入換熱器中的高溫還原尾氣可與換熱器外的混合氣進(jìn)氣充分換熱。列管式鼓泡汽化器I中的換熱器為U型翅片管換熱器11。混合氣尾氣換熱管3為雙層套管，內(nèi)層通過(guò)還原尾氣，外層通過(guò)混合氣進(jìn)氣。出入氣換熱器2為U型管式換熱器。所述列管式鼓泡汽化器I外面有一層套筒，蒸汽進(jìn)入套筒中加熱氫氣和三氯氫硅的混合物，加熱后蒸汽冷凝為凝液排出套筒。根據(jù)高溫的還原尾氣的溫度和還原爐4開(kāi)爐個(gè)數(shù)調(diào)節(jié)蒸汽流量，還原尾氣攜帶熱量逐漸上升時(shí)，相應(yīng)減少蒸汽提供量直至無(wú)需提供蒸汽。如圖I所示，一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，包括出入器換熱器2、還原爐4和尾氣回收系統(tǒng)。該回收利用系統(tǒng)還包括混合尾氣換熱管3和列管式鼓泡汽化器1，列管式鼓泡汽化器I通過(guò)進(jìn)料管道與出入氣換熱器2連接，出入氣換熱器2通過(guò)進(jìn)料管道與混合氣尾氣換熱管3連接，混合氣尾氣換熱管3通過(guò)進(jìn)料管道與還原爐4連接，還原爐4通過(guò)尾氣排出管道與混合氣尾氣換熱管3連接，混合氣尾氣換熱管3通過(guò)尾氣排出管道與出入氣換熱器2連接，出入氣換熱器2通過(guò)尾氣排出管道與列管式鼓泡汽化器I連接，列管式鼓泡汽化器I通過(guò)管道與尾氣回收系統(tǒng)連接。列管式鼓泡汽化器I中還設(shè)有換熱器，出入氣換熱器2通過(guò)尾氣排出管道與換熱器入口連接，換熱器出口與尾氣回收系統(tǒng)5連接。列管式鼓泡汽化器I中的換熱器為U型翅片管換熱器11?；旌蠚馕矚鈸Q熱管為雙層套管。列管式鼓泡汽化器外面有一層用于通入蒸汽的套筒。出入氣換熱器為U型管式換熱器。以上結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但并非是對(duì)本發(fā)明的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任 何簡(jiǎn)單修改，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，包括尾氣換熱步驟，還包括以下步驟 氫氣和三氯氫硅進(jìn)入列管式鼓泡汽化器內(nèi)混合形成混合氣，通過(guò)外供蒸汽加熱汽化后順次進(jìn)入出入氣換熱器、混合氣尾氣換熱管后，進(jìn)入還原爐內(nèi)，還原爐內(nèi)有硅芯，用于與混合氣反應(yīng)； 混合氣通過(guò)還原爐內(nèi)高溫硅芯加熱反應(yīng)后，形成的高溫還原尾氣形式排出還原爐，順次經(jīng)過(guò)混合氣尾氣換熱管、出入氣換熱器與混合氣進(jìn)氣換熱，利用還原尾氣所帶熱量加熱混合氣進(jìn)氣； 從出入氣換熱器出來(lái)的還原尾氣，再進(jìn)入列管式鼓泡汽化器中加熱進(jìn)入的氫氣與三氯氫硅的混合物并將其汽化； 還原尾氣最后通過(guò)尾氣回收系統(tǒng)回收。
2.如權(quán)利要求I所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，其特征在于隨著還原爐內(nèi)多晶硅棒生長(zhǎng)時(shí)間增長(zhǎng)，還原尾氣攜帶熱量會(huì)逐漸上升，則列管式汽化器所需的蒸汽會(huì)越來(lái)越少，直至達(dá)到可無(wú)需使用蒸汽。
3.如權(quán)利要求I所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，其特征在于列管式鼓泡汽化器中還設(shè)有換熱器，進(jìn)入換熱器中的高溫還原尾氣可與換熱器外的混合氣進(jìn)氣充分換熱。
4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，其特征在于列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型管換熱器或者U型翅片管換熱器。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法，其特征在于根據(jù)高溫的還原尾氣的溫度和還原爐開(kāi)爐個(gè)數(shù)調(diào)節(jié)蒸汽流量，還原尾氣攜帶熱量逐漸上升時(shí)，相應(yīng)減少蒸汽提供量直至無(wú)需提供蒸汽。
6.一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，包括出入器換熱器、還原爐和尾氣回收系統(tǒng)，其特征在于所述多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)還包括混合尾氣換熱管和列管式鼓泡汽化器，列管式鼓泡汽化器通過(guò)進(jìn)料管道與出入氣換熱器連接，出入氣換熱器通過(guò)進(jìn)料管道與混合氣尾氣換熱管連接，混合氣尾氣換熱管通過(guò)進(jìn)料管道與還原爐連接，還原爐通過(guò)尾氣排出管道與混合氣尾氣換熱管連接，混合氣尾氣換熱管通過(guò)尾氣排出管道與出入氣換熱器連接，出入氣換熱器通過(guò)尾氣排出管道與列管式鼓泡汽化器連接，列管式鼓泡汽化器通過(guò)管道與尾氣回收系統(tǒng)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，其特征在于列管式鼓泡汽化器中還設(shè)有換熱器，出入氣換熱器通過(guò)尾氣排出管道與換熱器入口連接，換熱器出口與尾氣回收系統(tǒng)連接。
8.如權(quán)利要求7所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，其特征在于列管式鼓泡汽化器中的換熱器為U型管換熱器或者U型翅片管換熱器。
9.如權(quán)利要求6-8中任一所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)，其特征在于列管式鼓泡汽化器外面有一層用于通入蒸汽加熱的套筒。
10.采用了如權(quán)利要求9中所述的多晶硅還原工藝中熱能的回收利用系統(tǒng)的多晶硅還原工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱能的回收利用方法及系統(tǒng)，尤其是一種多晶硅還原工藝中熱能的回收利用方法及系統(tǒng)，還涉及利用該方法和系統(tǒng)的多晶硅還原工藝。本發(fā)明最大程度的利用了還原尾氣所攜帶的全部熱量，相比傳統(tǒng)工藝，降低了還原系統(tǒng)冷負(fù)荷，還原冷負(fù)荷指?jìng)鹘y(tǒng)工藝中循環(huán)水帶走的熱量，其中很大一部分熱量被混合氣進(jìn)氣吸收了,因此降低了循環(huán)水泵電負(fù)荷，循環(huán)水散熱用得冷卻塔也省去了，從而降低了電耗和水耗；減少了還原熱負(fù)荷，還原尾氣加熱完進(jìn)入的氫氣與三氯氫硅的混合物，不足的熱量再用蒸汽補(bǔ)充，和傳統(tǒng)方法比自然降低了蒸汽的消耗，蒸汽是通過(guò)燃料加熱水得來(lái)的，所以降低了燃料消耗和水耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01B33/035GK102730695SQ20121020200
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者邢仕益, 郭金強(qiáng), 齊林喜 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司