CN104787766A - 多晶硅生产中的热能利用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅生产中的热能利用方法及系统，该方法将多晶硅生产中来自还原炉系统的高温回水送入闪蒸系统，并在闪蒸系统中进行闪蒸，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa，从闪蒸系统中闪蒸出压力为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，闪蒸后剩下的温度为128℃～133℃的高温水经加压后返回还原炉系统中，并形成还原炉系统的高温上水；闪蒸出的低压蒸汽则被送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，经与所述其他设备换热后得到的冷凝液返回至闪蒸系统中。本发明方法能够充分利用多晶硅生产过程中产生的大量热能，提高了热能回收利用率。

Description

多晶硅生产中的热能利用方法及系统

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产过程中的热能利用方法及装置。

背景技术

多晶硅生产过程中的电耗转换为大量的热能，一般的多晶硅生产工艺过程中处理热能的方法主要有：1、用热导油将产生的热能进行换热带出，换热后的热导油再经过通有冷却循环水的换热器进行冷却，在此工艺过程中是通过热导油循环冷却以带走热能；2、将高温水通入热能产生装置（即还原炉系统）中，换热后的高温水再经过通有冷却循环水的换热器进行冷却，在此工艺过程中是通过高温水循环冷却以带走热能；3、通入高温水进入热能产生装置，吸收显热后的高温水回流到闪蒸槽中以产生蒸汽，蒸汽供应到精馏装置作为热介质提供热能，但还有部分无法回收的热能通过循环冷却器换热带走。

以上几种处理热能的方法在逐步改进工艺，以提升热能的利用。然而，上述几种工艺都没有充分利用还原炉（用于生产多晶硅）生产中产生的热能。在上面几种工艺中，还原炉生产中使用高电耗产生的热能，通过热导油和循环冷却水对产生的全部或部分热能进行冷却，造成热能的大量浪费，增加了多晶硅的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够充分利用多晶硅生产过程中产生的大量热能的多晶硅生产过程中的热能利用方法及装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该多晶硅生产中的热能利用方法，将多晶硅生产中来自还原炉系统的高温回水送入闪蒸系统，并在闪蒸系统中进行闪蒸，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa，从闪蒸系统中闪蒸出压力为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，闪蒸后剩下的温度为128℃～133℃的高温水经加压后返回还原炉系统中，并形成还原炉系统的高温上水；闪蒸出的低压蒸汽则被送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，经与所述其他设备换热后得到的冷凝液返回至闪蒸系统中。

优选的是，闪蒸系统中闪蒸出的低压蒸汽的温度为145℃～155℃；所述温度为128℃～133℃的高温水经输送泵加压至压力为0.6MPa～0.75MPa后再送入还原炉系统中；返回至闪蒸系统中的冷凝液的温度为70℃～90℃。

优选的是，可以将常温下的脱盐水补充至闪蒸系统中，以补充闪蒸系统闪蒸蒸汽时消耗的水量；

所述闪蒸系统通过低压蒸汽管网将闪蒸出的低压蒸汽送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，所述低压蒸汽管网上还设有外补高压蒸汽减压装置，外补高压蒸汽减压装置能够将外部提供的高压蒸汽减压转换为多晶硅生产中需要的0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽。

优选的是，所述输送泵的加压压力为0.75MPa～0.81MPa；

优选的是，闪蒸系统进行闪蒸时其内部的液位高度为闪蒸系统总高度的2/3或以下。

进一步优选的是，所述还原炉系统包括还原炉、尾气换热器和进料预热器，

从闪蒸系统出来的高温上水包括第一高温上水和第二高温上水，第一高温上水和第二高温上水分别进入还原炉和进料预热器中，

所述高温回水包括第一高温回水和第二高温回水，第一高温上水对还原炉炉筒进行降温后流出，从而形成所述第一高温回水；第二高温上水与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料在进料预热器中进行换热后流出，从而形成所述第二高温回水；

从还原炉中出来的高温尾气与经进料预热器预热后的物料在尾气换热器中进行换热，换热后的物料再进入还原炉中。

优选的是，所述物料经进料预热器进行预热后的温度控制为70℃～110℃，物料再经尾气换热器后的温度控制为110℃～180℃，物料最终进入还原炉中。

更优选的是，所述还原炉系统还包括前尾气夹套和后尾气夹套，

第二高温上水与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器和尾气换热器中；

所述高温上水还包括第三高温上水，所述高温回水还包括第三高温回水，

第三高温上水与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水成为所述第三高温回水，并返回闪蒸系统中，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的是，所述高温上水还包括第四高温上水，所述高温回水还包括第四高温回水，

第四高温上水进入尾气换热器中与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸系统中；

优选的，所述还原炉系统还包括氢气预热器，从后尾气夹套中出来的高温尾气与物料中的氢气在氢气预热器中换热，换热后的氢气再与所述三氯氢硅进行混合而形成所述物料，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的是，所述还原炉系统还包括第一混合器和第二混合器，

氢气经所述氢气预热器预热后温度达到60℃～65℃，预热后的氢气再与常温下的三氯氢硅按照多晶硅生产中需要的体积比在第一混合器进行混合，混合后形成气液混合形态的物料，所述物料随后进入进料预热器进行预热，经进料预热器预热后的物料被完全气化，物料再经第二混合器混合后进入尾气换热器中。

优选的是，对于还原炉中进行的生产多晶硅的反应，在反应的前期和中期，将进入还原炉的物料温度控制为180℃；在反应的后期，将进入还原炉的物料温度控制为140℃。

本发明还提供一种多晶硅生产中的热能利用系统，包括闪蒸系统和还原炉系统，

所述闪蒸系统包括闪蒸槽，闪蒸槽与还原炉系统通过上水管路和回水管路连通，来自还原炉系统的高温回水通过所述回水管路进入闪蒸槽中，

所述回水管路上设有第一压力调节阀，第一压力调节阀用于调节进入闪蒸槽的高温回水的压力；

所述上水管路上设有输送泵，闪蒸槽中经闪蒸后剩下的高温水通过上水管路上的输送泵加压后送回还原炉系统中，从而形成还原炉系统的高温上水；

闪蒸槽与多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备之间通过低压蒸汽管网和冷凝液回流管路连通，

所述低压蒸汽管网靠近闪蒸槽的管路上设有第二压力调节阀，所述第二压力调节阀用于调节闪蒸槽中闪蒸的低压蒸汽的压力，经第二压力调节阀调压后的低压蒸汽与需要蒸汽的其他设备进行换热后得到的冷凝液经冷凝液回流管路返回至闪蒸槽中。

优选的是，回水管路上的第一压力调节阀的预设压力为0.5MPa～0.6MPa，低压蒸汽管网上的第二压力调节阀的预设压力为0.175MPa～0.25MPa，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，闪蒸槽中闪蒸出来的低压蒸汽的温度为145℃～155℃，闪蒸槽中经闪蒸后剩下的高温水的温度为128℃～133℃；

优选的，所述低压蒸汽管网上还设有用于将外部提供的高压蒸汽减压转换为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽的外补高压蒸汽减压装置；

优选的，所述冷凝液回流管路上设有液位调节阀，所述液位调节阀用于调节进入闪蒸槽中的冷凝液的流量，以使得闪蒸槽中的液位高度为闪蒸槽总高度的2/3或以下；

优选的，所述闪蒸槽上还设有开口，常温下的脱盐水通过所述开口能够补充至闪蒸槽中。

进一步优选的是，所述还原炉系统包括还原炉、尾气换热器和进料预热器，

所述上水管路包括第一上水管路和第二上水管路，所述回水管路包括第一回水管路和第二回水管路；

所述第一上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与还原炉的底部连通，所述第一回水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与还原炉的顶部连通；

所述第二上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与进料预热器连通，第二回水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与进料预热器连通；

所述高温上水包括在第一上水管路中流动的第一高温上水和第二上水管路中流动的第二高温上水，所述高温回水包括在第一回水管路中流动的第一高温回水和在第二回水管路中流动的第二高温回水，

所述第一高温上水经第一上水管路进入还原炉中，并对还原炉炉筒进行降温后流出至第一回水管路中，从而形成所述第一高温回水；

所述第二高温上水经第二上水管路进入进料预热器中与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料进行换热后流出至第二回水管路中，从而形成所述第二高温回水；

所述尾气换热器与进料预热器通过第二物料输送管路连通，所述还原炉与尾气换热器的一端通过尾气输出管路和第三物料输送管路连通，尾气换热器的另一端与还原炉系统外部连通，从进料预热器出来的物料通过第二物料输送管路进入尾气换热器中，从还原炉中出来的高温尾气通过尾气输出管路进入尾气换热器中，在尾气换热器中物料与高温尾气进行换热，换热后的物料再通过第三物料输送管路进入还原炉中，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的是，所述还原炉系统还包括前尾气夹套和后尾气夹套，

前尾气夹套和后尾气夹套分设于尾气换热器的两侧并分别与尾气换热器连通，所述尾气输出管路通过前尾气夹套与尾气换热器连通，所述第二上水管路的部分管路套装在前尾气夹套上或设置在前尾气夹套内部，以使得第二高温上水能与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器和尾气换热器中；

所述上水管路还包括第三上水管路，所述回水管路还包括第三回水管路，所述第三上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与第三回水管路的一端连通，所述第三回水管路的另一端与闪蒸槽连通，

所述高温上水还包括在第三上水管路中流动的第三高温上水，所述高温回水还包括在第三回水管路中流动的第三高温回水，

第三上水管路套装在后尾气夹套上或设置在后尾气夹套内部，以使得第三高温上水与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水进入第三回水管路中成为所述第三高温回水，并返回闪蒸槽中；

后尾气夹套还与还原炉系统外部连通，从后尾气夹套中换热出来的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的是，所述上水管路还包括第四上水管路，所述回水管路还包括第四回水管路，

第四上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与尾气换热器连通，第四回水管路的一端与尾气换热器连通，另一端与闪蒸槽连通，

所述高温上水还包括在第四上水管路中流动的第四高温上水，所述高温回水还包括在第四回水管路中流动的第四高温回水，

第四高温上水从第四上水管路进入尾气换热器中并与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸槽中；

还原炉系统还包括氢气预热器、第一混合器以及第二混合器，后尾气夹套与还原炉系统外部通过所述氢气预热器连通，氢气预热器还与用于输送氢气的氢气输送管路的一端连通，氢气输送管路的另一端与用于输送三氯氢硅的三氯氢硅输送管路连通，所述氢气输送管路和三氯氢硅输送管路均与第一混合器的一端连通，第一混合器的另一端与进料预热器通过第一物料输送管路连通，

氢气与从后尾气夹套中出来的高温尾气在氢气预热器中换热，换热后的氢气再经氢气输送管路与三氯氢硅输送管路中的三氯氢硅在第一混合器中混合而形成气态的物料，混合后的物料经第一物料输送管路进入进料预热器中，从氢气预热器中换热后出来的高温尾气输出至还原炉系统外部；

所述进料预热器与尾气换热器通过所述第二混合器连通，经进料预热器预热后的物料通过第二混合器再次混合后再进入尾气换热器中。

更优选的是，所述第一回水管路上设有第一流量调节阀和第一温度检测装置，所述第一温度检测装置与第一流量调节阀连接，用于检测第一回水管路中第一高温回水的温度，并根据检测结果来调节第一流量调节阀的开度；

所述第二回水管路上设有第二流量调节阀；所述第二上水管路还与闪蒸槽通过第二上水旁通管路连通，所述第二上水旁通管路上设有旁通压力调节阀；

所述第三上水管路和第四上水管路上分别设有第三流量调节阀和第四流量调节阀；

所述第二物料输送管路与第三物料输送管路之间通过物料旁通管路连通，所述物料旁通管路上设有用于调节流量的旁路调节阀；所述第三物料输送管路上还设有第二温度检测装置，所述第二温度检测装置与所述旁路调节阀连接，用于检测第三物料输送管路中物料的温度，并根据检测结果来调节旁路调节阀的开度；

所述第二流量调节阀还与第二温度检测装置连接，并用于根据检测到的第三物料输送管路中物料的温度来调节第二流量调节阀的开度

本发明方法及系统通过将来自还原炉和与物料进行换热后产生的高温回水送至闪蒸系统，并在闪蒸系统中将闪蒸产生的蒸汽送至需要蒸汽的其他设备使用以提供热能，实现了还原炉反应过程中产生的热能的分级综合利用；本发明还对多晶硅生产的工艺进行了全面改进，对物料的进料工艺和还原炉中的尾气处理工艺进行了优化，通过对物料和热能的综合利用，使物料通过高温水和高温尾气的两次加热，可以对物料进行分程控制、实现了温度三级串级控制，使物料进入还原炉前的温度得到有效提升，同时也使得进入还原炉的物料温度能够调节和控制，保证整个还原炉系统能够长期安全平稳地运行。

具体来说，通过本发明方法及系统能够充分利用多晶硅生产过程中产生的大量热能，通过热能的综合利用解决了如下问题：

1、解决了高温水闪蒸蒸汽放空、还原炉系统中的循环高温热水要消耗大量循环水来进行冷却的问题，并且能够产生更多优质的蒸汽；本发明方法通过控制系统的增加，取消了闪蒸系统中采用的溴化锂转化机组和板式换热器（对现有的闪蒸系统进行了改造），且在高温水闪蒸产生蒸汽的过程中不消耗电能和循环水；

2、解决了进料过程中存在的因三氯氢硅无法完全汽化从而使进入还原炉的物料出现气液混合的现象，并提高了进料温度和使进料温度可调节，通过对氢气和三氯氢硅的精确计量，可保证氢气和三氯氢硅的压力稳定；

3、解决了还原炉内反应过程中物料容易产生雾化的现象，提高了多晶硅生长的速度；

4、有效降低了还原炉中出来的高温尾气的温度，解决了还原炉和管道温度＞300℃极限承受热应力的问题，提高了还原炉和还原炉系统中使用的管道的使用寿命和安全运行等级。

本发明方法及系统通过对生产工艺进行优化控制、提高了多晶硅的产能，并能够降低电耗，解决了目前国际国内主流多晶硅生产工艺中热能不能完全利用的问题。

本发明方法以及系统的使用，降低了还原炉系统中进行还原反应时40％的电耗，使还原的沉积反应提高了1.5％，由于还原炉系统中产生的热能能够供应多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，因此减少了现有系统中60％的蒸汽外购；并且将目前国内工艺中多晶硅的生产设备的使用寿命从3～5年延长至10～15年。

附图说明

图1为本发明实施例2中闪蒸系统与还原炉系统之间的（即还原炉系统外部）热能利用的示意图；

图2为本发明实施例2中还原炉系统内部热能利用的示意图。

图中：1－还原炉；2－尾气换热器；3－进料预热器；4－第二混合器；5－第一混合器；6－氢气预热器；7－闪蒸槽；8－还原炉系统；9－输送泵；10－其他设备；11－回水管路；12－上水管路；13－低压蒸汽管网；14－冷凝液回流管路；15－第一压力调节阀；16－第二压力调节阀；17－液位调节阀；18－前尾气夹套；19－后尾气夹套；20－旁路调节阀；21－第一流量调节阀；22－第二流量调节阀；23－第三流量调节阀；24－旁通压力调节阀；25－第二温度检测装置；26－第一温度检测装置。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

为了实现对多晶硅生产中的热能利用，充分利用还原炉系统生产中产生的余热，通过将还原炉生产中产生的热能和尾气换热时置换出的热能带出，并送入闪蒸系统中，闪蒸系统闪蒸时产生的低压蒸汽通过蒸汽管网分配到多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备进行使用，换热后得到70℃～90℃的冷凝液再返回至闪蒸系统作为补充闪蒸低压蒸汽时消耗的水量；闪蒸后余下的高温水则作为高温上水继续进入还原炉系统（包括还原炉、进料预热器、尾气换热器）中对进料阶段的物料进行预热，以带出热能，换热后得到的高温回水回到闪蒸系统中，从而实现循环。

本发明方法实现了还原炉反应的余热综合利用和进料多级加热、分程、温度多级主副控制，提高了热能回收利用率，解决了现有的还原炉系统物料温度不足、炉内雾化严重等问题，使单位产量的电耗降低，并节约了生产物资消耗（绝缘四氟套、绝热瓷环）、降低人工工作时间、提高了生产运行时间。

实施例1：

本实施例中提供一种多晶硅生产中的热能利用方法，该方法是将多晶硅生产中来自还原炉系统的高温回水送入闪蒸系统，并在闪蒸系统中进行闪蒸，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa，在闪蒸系统中闪蒸出压力为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，闪蒸系统中经闪蒸后剩下的温度为128℃～133℃的高温水经加压后再送入还原炉系统中，形成还原炉系统的高温上水；闪蒸出的低压蒸汽被送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，经与所述其他设备换热后得到的冷凝液返回至闪蒸系统中。

优选的，所述闪蒸系统中闪蒸出的低压蒸汽的温度为145℃～155℃，进一步优选为150℃。

优选的，所述温度为128℃～133℃的高温水经输送泵加压至压力为0.6MPa～0.75MPa后再送入还原炉系统中。其中，所述输送泵的加压压力为0.75MPa～0.81MPa。

本发明中，通过将高温回水的压力控制在一定范围内，可以保证高温回水在回水管路内不会汽化，通过将闪蒸时的低压蒸汽的压力控制在一定范围内，可以控制进入闪蒸槽后的高温回水迅速完全汽化。

优选的，通过将常温下的脱盐水补充至闪蒸系统中，从而能够补充闪蒸系统闪蒸蒸汽时消耗的水量。

具体地，所述闪蒸系统通过低压蒸汽管网将闪蒸出的低压蒸汽送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备。

优选的，返回至闪蒸系统中的冷凝液的温度为70℃～90℃。

作为优选，所述来自还原炉系统的145℃～160℃的高温回水经过闪蒸后产生的0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽优先考虑通过低压蒸汽管网供应给多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，多余的蒸汽可从低压蒸汽管网引出后作其他利用，如为宿舍、办公楼供热，为换热站的7℃系统提供能量等。

优选的，所述低压蒸汽管网上还设有外补高压蒸汽减压装置，外补高压蒸汽减压装置能够将外部提供的高压蒸汽减压转换为低压蒸汽，比如可将1.2MPa的高压蒸汽减压转换为多晶硅生产中需要的0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽。这样，当来自闪蒸系统产生的蒸汽不足以供应多晶硅生产时所需要的蒸汽时，可以通过外购1.2MPa的高压蒸汽，并通过外补高压蒸汽减压装置将之转换为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，以满足多晶硅生产的需要。

优选的，闪蒸系统进行闪蒸时其内部的液位高度为闪蒸系统总高度的2/3或以下。

在多晶硅的生产工艺中，对生产原料的纯度要求很高，原料的组分和杂质含量必须平稳地保持在一个很小参数范围内，其中的精馏工艺进行提纯时就必须保证操作平稳和大量的稳定的热能供应。精馏系统的再沸器根据工艺要求调整热能的利用量，通过本发明方法产生的热能能够满足精馏系统的热能需要，且精馏系统不会对闪蒸系统造成冲击。同时精馏系统的再沸器在热能交换后会产生大量的高温冷凝液，这些冷凝液再返回至闪蒸系统中，形成热能的循环利用。本发明通过闪蒸系统可以为多晶硅的生产工艺提供大量热能，从而能够减少蒸汽外购，降低生产成本；同时通过接收精馏系统及整个生产过程中其他设备产生的冷凝液，使生产蒸汽和冷凝液的热能之间保持物料平衡，达到蒸汽和冷凝液的零排放，降低了生产成本，并有利于环保。

进一步优选的是，所述还原炉系统包括还原炉、尾气换热器和进料预热器，从闪蒸系统出来的高温上水包括第一高温上水和第二高温上水，第一高温上水和第二高温上水分别进入还原炉和进料预热器中，

所述高温回水包括第一高温回水和第二高温回水，第一高温上水对还原炉炉筒进行降温后流出，从而形成所述第一高温回水；第二高温上水与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料在进料预热器中进行换热后流出，从而形成所述第二高温回水；

从还原炉中出来的高温尾气与经进料预热器预热后的物料在尾气换热器中进行换热，换热后的物料再进入还原炉中。

优选的是，所述物料经进料预热器进行预热后的温度控制为70℃～110℃，预热后的物料再经尾气换热器后的温度控制为110℃～180℃，最后进入还原炉中。

进一步优选的是，所述还原炉系统还包括前尾气夹套和后尾气夹套，第二高温上水与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器和尾气换热器中；

更优选的，所述高温上水还包括第三高温上水，所述高温回水还包括第三高温回水，第三高温上水与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水成为所述第三高温回水，并返回闪蒸系统中，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的，所述高温上水还包括第四高温上水，所述高温回水还包括第四高温回水，第四高温上水进入尾气换热器中与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸系统中；

更优选的，所述还原炉系统还包括氢气预热器，从后尾气夹套中出来的高温尾气与物料中的氢气在氢气预热器中换热，换热后的氢气再与所述三氯氢硅进行混合而形成所述物料，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

更优选的，所述还原炉系统还包括第一混合器和第二混合器，氢气经所述氢气预热器预热后温度达到60℃～65℃，预热后的氢气再与常温下的三氯氢硅按照多晶硅生产中需要的体积比在第一混合器进行混合，混合后形成气液混合形态的物料，所述物料随后进入进料预热器进行预热，经进料预热器预热后的物料被完全气化，物料中的氢气与三氯氢硅再经第二混合器进一步混合后进入尾气换热器中。

优选的是，对于还原炉中进行的生产多晶硅的反应，在反应的前期和中期，将进入还原炉的物料温度控制为180℃；在反应的后期，将进入还原炉的物料温度控制为140℃。

优选的是，使温度为75℃～95℃的底盘上水进入还原炉中，对还原炉的底部进行冷却后，从还原炉中流出，以形成底盘回水。

本实施例方法中通过增加75℃～95℃的底盘上水（即底盘冷却水），解决了一直困扰还原炉生产中绝缘不高、持续时间过短的问题，同时可以达到节约生产物资消耗（绝缘四氟套、绝热瓷环）、降低人工工作时间、提高生产运行时间的效果。

实施例2：

请参考图1，图1具体为本实施例中多晶硅的热能利用方法的示意图，该方法主要为生产过程中还原炉系统外部的热能综合利用方法。

如图1所示，该多晶硅生产中的热能利用方法是将多晶硅生产中来自还原炉系统8的高温回水送入闪蒸系统中，并在闪蒸系统中进行闪蒸，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa，闪蒸系统中闪蒸出压力为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，闪蒸系统中经闪蒸后剩下的温度为128℃～133℃的高温水经加压后返回还原炉系统8中，形成还原炉系统8的高温上水；闪蒸系统中闪蒸出的低压蒸汽则被送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备10，经与所述其他设备10换热后得到的冷凝液返回至闪蒸系统中。

本发明还提供一种多晶硅生产中的热能利用系统，其包括闪蒸系统和还原炉系统8。

所述闪蒸系统包括闪蒸槽7，闪蒸槽7与还原炉系统8通过上水管路12和回水管路11连通，来自还原炉系统8的高温回水通过回水管路11进入闪蒸槽7中，回水管路11上设有第一压力调节阀15，第一压力调节阀15用于调节进入闪蒸槽的高温回水的压力。上水管路12上设有输送泵9，闪蒸槽7中经闪蒸后剩下的高温水通过上水管路12上的输送泵9加压后返回至还原炉系统8中，从而形成还原炉系统8的高温上水。

闪蒸槽7与多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备10之间通过低压蒸汽管网13和冷凝液回流管路14连通，所述低压蒸汽管网13靠近闪蒸槽7的这部分管路上设有第二压力调节阀16，第二压力调节阀16用于调节闪蒸槽7中闪蒸的低压蒸汽的压力，经第二压力调节阀16调压后的低压蒸汽与需要蒸汽的其他设备10进行换热后得到的冷凝液经冷凝液回流管路14返回至闪蒸槽7中。

本实施例中，优选的，回水管路11上的第一压力调节阀15的预设压力为0.5MPa～0.6MPa，从而使得进入闪蒸槽7的高温回水经回水管路11上的第一压力调节阀调压后的压力为0.5MPa～0.6MPa；低压蒸汽管网13上的第二压力调节阀16的预设压力为0.175MPa～0.25MPa，从而使得低压蒸汽经低压蒸汽管网13上的第二压力调节阀16调压后的压力达到0.175MPa～0.25MPa，闪蒸槽7中闪蒸出来的低压蒸汽的温度为150℃，闪蒸槽7中经闪蒸后剩下的高温水温度为128℃～133℃，压力为0.25MPa，高温水经压力为0.75MPa～0.81MPa的输送泵9加压至压力达到0.6MPa～0.75MPa后再送入还原炉系统8中。

其中，高温回水在进入闪蒸槽7前通过第一压力调节阀15对其压力和温度进行有效控制，可保证回水管路11内高温回水的温度的可提升或降低（具体是根据蒸汽的饱和蒸汽压性质来实现的，因为一定的压力对应一定的高温水温度产生蒸汽）以及高温回水的压力的可提升或降低，从而可保证高温回水在回水管路11内不会汽化，而进入闪蒸槽7内则能迅速完全汽化。第一压力调节阀15对回水管路11中的高温回水进行压力调节主要是为了控制在还原炉系统中吸收热能的高温回水不会在回水管道内发生汽化。通过第一压力调节阀15和第二压力调节阀16共同来实现闪蒸系统中高温水温度的提升和降低，比如当上述两个压力调节阀提高压力后，饱和蒸汽压的闪蒸温度就提高，在闪蒸槽内闪蒸出蒸汽后的高温水温度也提高，即高温上水的温度提高，那么相应的高温回水的温度也会提高。

优选的，低压蒸汽管网13上还设有外补高压蒸汽减压装置（图2中未示出）。所述外部高压蒸汽减压装置能够将外部提供的1.2MPa的高压蒸汽减压转换为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽的。在还原炉系统的生产间隔期，通过外购1.2MPa的高压蒸汽并通过外补高压蒸汽减压装置将之转换为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，以满足多晶硅生产中设备的需要，因此不会影响多晶硅整个生产系统的平稳性。

优选的，冷凝液回流管路上14上设有液位调节阀17，液位调节阀17用于调节进入闪蒸槽7中的冷凝液的流量，并保证闪蒸槽7中的液位高度为闪蒸槽7总高度的2/3或以下。

优选的，闪蒸槽7上还可设有开口，常温下的脱盐水通过所述开口能够补充至闪蒸槽7中。闪蒸槽7上的开口上连接有脱盐水输送管路，脱盐水通过脱盐水输送管路进入闪蒸槽7中。所述脱盐水输送管路上还设有流量调节阀，通过所述流量调节阀调节进入闪蒸槽7中的脱盐水的流量。

通过本发明的热能利用系统能够将还原炉系统中产生的热能送至闪蒸系统中，闪蒸系统中产生平稳的0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，所述低压蒸汽可以送至需要蒸汽的其他设备（比如精馏系统）中进行换热；换热后回流至闪蒸系统中的70℃～90℃的高温冷凝液再返回到闪蒸系统中，并用于补充闪蒸槽中因闪蒸蒸汽而消耗的水量。闪蒸槽7内完全闪蒸出蒸汽后剩下的高温水在0.175MPa～0.25MPa的槽内压力保证下，温度为平稳的128℃～133℃，所述128℃～133℃的高温水再送至还原炉系统8中成为高温上水进行综合利用，其中部分高温上水与还原炉系统的高温尾气进行换热后直接回到闪蒸系统中，另一部分高温上水进入进料预热器中与物料换热后再返回闪蒸系统中，即高温上水在还原炉系统8中或吸收热能或提供热能，最后形成高温回水，高温回水再返回至闪蒸系统。高温回水返回到闪蒸系统后会带出还原炉系统中产生的大量的热（高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa），高温回水进入闪蒸系统闪蒸后产生低压蒸汽，，该低压蒸汽可供其他生产设备使用，如此形成热能的循环。

其中，进入闪蒸槽7的高温回水的温度为145℃～160℃，在第一压力调节阀15的调压下，压力控制为0.5MPa～0.6MPa；在闪蒸槽7的出口位置通过第二压力调节阀16将闪蒸出的低压蒸汽的压力控制为0.175MPa～0.25MPa。第一压力调节阀15让吸收显热的高温回水在进入闪蒸槽7时，其压力瞬间由0.5MPa～0.6MPa失压到0.175MPa～0.25MPa，散出潜热并进行充分闪蒸；第二压力调节阀16控制闪蒸系统中闪蒸出的低压蒸汽的压力范围为0.175MPa～0.25MPa。回流的冷凝液和补充到闪蒸槽内的脱盐水用于对闪蒸槽7中闪蒸出去的蒸汽量进行合理补充。

本实施例中，液位调节阀17用于将闪蒸槽7中的液位高度控制在2300～2800mm，以保证闪蒸槽7的上部有充分的闪蒸空间。

相对于现有技术中的闪蒸系统来说，本实施例中的闪蒸系统的结构作了以上改进，并且闪蒸槽的内部结构也作了部分变更，本发明中的闪蒸槽可包括：高温出水口的漩涡分离器、高温回水出水散开器、蒸汽出口雾化扑集器等部分，但本发明的闪蒸槽取消了循环水板式换热器，从而减少了冷却循环水6000～9000m³/h的使用量，且通过上述改进使从还原炉系统8中出来的145℃～160℃的高温回水能够在闪蒸系统中完全闪蒸出0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，该压力范围的低压蒸汽通过低压蒸汽管网可以直接供应给多晶硅生产的其他设备使用，从而减少蒸汽的外购量；并且通过本实施例中闪蒸系统的上述改进，可以保证高温回水能够在闪蒸槽7中进行充分的闪蒸，闪蒸后剩下的128℃～133℃的高温水中不会夹带蒸汽，该高温水不再需要循环冷却水进行冷却，而是直接进入还原炉系统8中进行循环使用，从而使闪蒸系统达到蒸汽或高温水的零排放。

可见，本实施例中的闪蒸系统有效的增大了闪蒸负荷和效率，提高了闪蒸蒸汽量。

如图2所示，本实施例中，所述还原炉系统主要包括还原炉1、尾气换热器2和进料预热器3。

其中，所述上水管路在进行还原炉系统8后，分成二路，即上水管路包括第一上水管路和第二上水管路，所述还原炉系统中的回水管路也分为二路，即回水管路包括第一回水管路和第二回水管路。

具体地，所述第一上水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与还原炉的底部连通，所述第一回水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与还原炉的顶部连通；所述第二上水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与进料预热器3连通，第二回水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与进料预热器3连通。

所述高温上水包括在第一上水管路中流动的第一高温上水和第二上水管路中流动的第二高温上水，所述高温回水包括在第一回水管路中流动的第一高温回水和在第二回水管路中流动的第二高温回水。所述第一高温上水经第一上水管路进入还原炉1中，并对还原炉炉筒进行降温后流出至第一回水管路中，从而形成所述第一高温回水；所述第二高温上水经第二上水管路进入进料预热器3中与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料进行换热后流出至第二回水管路中，从而形成所述第二高温回水。

尾气换热器2与进料预热器1通过第二物料输送管路连通，还原炉1与尾气换热器2的一端通过尾气输出管路和第三物料输送管路连通，尾气换热器2的另一端与还原炉系统外部连通，从进料预热器3出来的物料再通过第二物料输送管路进入尾气换热器2中，从还原炉1中出来的高温尾气通过尾气输出管路进入尾气换热器2中，在尾气换热器2中物料与高温尾气进行换热，换热后的物料再通过第三物料输送管路进入还原炉1中，换热后的高温尾气则输出至还原炉系统外部。

优选的是，还原炉系统8还包括前尾气夹套18和后尾气夹套19。

本实施例中，前尾气夹套18和后尾气夹套19分设于尾气换热器2的两侧并分别与尾气换热器2连通，所述尾气输出管路通过前尾气夹套18与尾气换热器2连通，即尾气输入管路的一端与还原炉1连通，另一端与前尾气夹套18的一端连通，前尾气夹套18的另一端与尾气换热器2连通。

作为优选，所述第二上水管路的部分管路套装在前尾气夹套18上或设置在前尾气夹套18内部，以使得第二高温上水能与从还原炉1中出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器3和尾气换热器2中。高温尾气降温后再进入尾气换热器中，从而也有利于对尾气换热器进行保护。

优选的是，所述上水管路还包括第三上水管路，所述回水管路还包括第三回水管路。具体地，所述第三上水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与第三回水管路的一端连通，所述第三回水管路的另一端与闪蒸槽7连通；所述高温上水还包括在第三上水管路中流动的第三高温上水，所述高温回水还包括在第三回水管路中流动的第三高温回水。

作为优选，第三上水管路套装在后尾气夹套19上或设置在后尾气夹套19内部，以使得第三高温上水与从尾气换热器2中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水进入第三回水管路中成为所述第三高温回水，并返回闪蒸槽7中。

优选的是，所述上水管路还包括第四上水管路，所述回水管路还包括第四回水管路。具体地，第四上水管路的一端与闪蒸槽7连通，另一端与尾气换热器2连通，第四回水管路的一端与尾气换热器2连通，另一端与闪蒸槽7连通；所述高温上水还包括在第四上水管路中流动的第四高温上水，所述高温回水还包括在第四回水管路中流动的第四高温回水。第四高温上水从第四上水管路进入尾气换热器2中并与从前尾气夹套18中出来的高温尾气在尾气换热器2中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸槽7中。

本实施例中，尾气换热器2内部包括有三套管路，最内层的一套管路是用于流通物料的管路，该管路的两端分别与第二物料输送管路和第三物料输送管路连通；中间的一套管路是用于流通高温尾气的管路，该管路的两端分别与前尾气夹套18和后尾气夹套19连通；最外层的一套管路是用于流通第四高温上水的管路，该管路的两端分别与第四上水管路和第四回水管路连通。尾气换热器中进行两种换热，分别是：物料与高温尾气之间的换热、用于对物料进行加热和对高温尾气降温；以及第四高温上水与高温尾气之间的换热。用于加热第四高温上水和对高温尾气降温。

优选的是，还原炉系统还包括氢气预热器6和第一混合器5。其中，后尾气夹套19与还原炉系统外部通过氢气预热器6连通，氢气预热器6还与用于输送氢气的氢气输送管路的一端连通，所述氢气输送管路的另一端与用于输送三氯氢硅的三氯氢硅输送管路连通，所述氢气输送管路和三氯氢硅输送管路均与第一混合器5的一端连通，第一混合器5的另一端与进料预热器3通过第一物料输送管路连通。

氢气与从后尾气夹套19中出来的高温尾气在氢气预热器6中换热，换热后的氢气再经氢气输送管路与三氯氢硅输送管路中的三氯氢硅在第一混合器5中进行混合而形成气液混合态的物料（即物料在此时没有完全汽化），混合后的物料经第一物料输送管路进入进料预热器2中，而从氢气预热器6中换热后出来的高温尾气则直接输出至还原炉系统外部。

其中，氢气经所述氢气预热器预热后温度达到60℃～65℃，优选为60℃，压力为1.1MPa；预热后的氢气再与常温下的三氯氢硅（压力为1.05MPa）按照多晶硅生产中需要的体积比（摩尔比）在第一混合器5中进行混合，以形成物料。

氢气通过在氢气预热器6中与高温尾气进行换热，可以将进料的氢气温度提升30℃～50℃。其中，氢气和三氯氢硅均通过各自所流经管路上相应的压力调节阀（图2中未示出）保持压力平稳，再经过各自所流经管路上相应的流量调节阀（图2中未示出）保证在运行过程中变化流量的精确控制。具体地，可以在氢气输送管路和三氯氢硅输送管路上分别设置相应的压力调节阀、流量调节阀、压力远传、流量远传，在DCS操作程序设定好压力、流量，同时以三氯氢硅流量为主控制程序来串级控制氢气的需求流量，上述调节阀的作用是将氢气和三氯氢硅的压力、流量按照设定值进行调节。

由于氢气和常温下的三氯氢硅经过第一混合器5（静态混合器）进行充分混合，并保证氢气和三氯氢硅是按生产中指定的进料物料表实现进料，其中部分三氯氢硅在混合过程中发生汽化，即此时的物料为气液混合形态，从而可节省热能。

优选的是，还原炉系统还包括第二混合器4，所述进料预热器3与尾气换热器2通过第二混合器4连通，经第一混合器5后的物料在进料预热器3中完全气化，经进料预热器3预热后的物料通过第二混合器4进一步混合后再进入尾气换热器2中。

经进料预热器3预热后的物料再经第二混合器4进行再次混合后进入尾气换热器2中，在尾气换热器2内实现进料与高温尾气、高温尾气与第四高温上水之间的多层面换热，可以将物料的进料温度控制在110℃～180℃之间，而从还原炉1中出来的650℃左右的高温尾气在经过前尾气夹套18、尾气换热器2、后尾气夹套19以及氢气预热器6后的温度能够降到200℃以下。

进一步优选的是，所述第二物料输送管路与第三物料输送管路之间还通过物料旁通管路连通，所述物料旁通管路上设有用于调节物料流量的旁路调节阀20。所述第三物料输送管路上还设有第二温度检测装置25，第二温度检测装置25与旁路调节阀20连接，其用于检测第三物料输送管路中物料的温度，并根据检测结果来调节旁路调节阀20的开度。

优选的是，所述第一回水管路上设有第一流量调节阀21和第一温度检测装置26，第一温度检测装置26与第一流量调节阀21连接，用于检测第一回水管路中第一高温回水的温度，并根据检测结果调节第一流量调节阀21的开度。具体地，本实施例中，通过对第一流量调节阀21进行调节，使第一高温回水的流量从启炉到停炉的流量变化是35M³～165M³，以保证第一高温回水的温度始终是在145℃～160℃的范围内。所述第二上水管路还与闪蒸槽7通过第二上水旁通管路连通，所述第二上水旁通管路上设有旁通压力调节阀24，本实施例中，该旁通流量调节阀可以采用手动阀；所述第二回水管路上设有第二流量调节阀22；所述第三上水管路和第四上水管路上分别设有第三流量调节阀和第四流量调节阀。本实施例中，由于第三上水管路和第四上水管路的前段为共用管路，即从闪蒸槽中出来的高温上水先流经该共用管路，该共用管路延伸一段后分为两个管路，即分别是第三上水管路和第四上水管路，因此优选将流量调节阀设置在所述共用管路上，从而可以省略一个流量调节阀，即在共用管路上只需要设置一个流量调节阀，该流量调节阀为第三流量调节阀23。

优选的是，还原炉底部还设有冷却水输入口和冷却水输出口，通过冷却水输入口将温度为75℃～95℃的底盘上水引入还原炉1中，并对还原炉的底部进行冷却后，从还原炉的冷却水输出口中流出，以形成底盘回水。其中，底盘上水的主要用于还原电极、为底盘提供冷却保护，保证还原炉内生产的平稳性；底盘回水则可以用于为空调系统提供热交换。

优选的是，本实施例中，将物料经进料预热器3进行预热后温度控制为70℃～110℃，经进料预热器预热后的物料再经尾气换热器2后温度控制为110℃～180℃，最后物料再进入还原炉1中。

从闪蒸系统出来的第二高温上水的温度为128℃～133℃，所述温度为128℃～133℃的第二高温上水在前尾气夹套18中与从还原炉出来的高温尾气换热后，温度提升至145℃～160℃，经第一混合器5混合后的物料与温度为145℃～160℃的第二高温上水通过进料预热器3实现换热，可使预热后物料的进料温度达到70℃～110℃。如图2所示，本实施例中，通过第二回水管路上的第二流量调节阀22对第二高温回水的压力和流量进行调节控制，从而可将进入进料预热器3的物料温度控制在70℃～110℃之间，而经进料预热器3换热后得到的部分第二高温回水的温度相较于第二高温上水来说只下降了2～3℃（第二流量调节阀22可对经过进料预热器的第二高温上水的流量进行控制，当第二高温上水在进料预热器中的流量较大时，其与物料进行换热时消耗的热能不多，从而保证第二高温回水的温度只下降2～3℃），不会影响闪蒸，因此第二高温回水的温度仍然处于145℃～160℃之间。

在第一回水管路上设置第一温度检测装置26和第一流量调节阀21，分别用于调节第一高温回水的温度和流量，以使第一高温回水的温度保持在145℃～160℃之间，第一流量调节阀21还通过调节第一高温回水的流量来调节其压力，从而可将第一高温回水的压力先行控制在预设的一定范围内，以确保在还原炉系统外部的回水管路11上的第一压力调节阀15有能力将高温回水的压力精准地控制在0.5MPa～0.6MPa范围内（因为高温水在还原炉系统内部循环流动的过程中，其压力会发生变化，为了避免从还原炉系统中出来的高温回水的压力变化过大，从而增加第一压力调节阀的调节难度，甚至可能会使第一压力调节阀无法将高温回水的压力调节至其预设范围内，因此可以先行在还原炉系统内部对这部分高温回水的压力进行上述预调节）。同理，在第二回水管路上设置第二流量调节阀22也可以起到上述类似的作用，这里不再赘述。

第三流量调节阀23所起的作用与第一流量调节阀作用类似，主要是通过对高温水的流量调节将第三高温回水的温度控制在145℃～160℃之间。

由于第二上水管路与闪蒸槽通过第二上水旁通管路连通，所述第二上水旁通管路上还设有旁通压力调节阀24，这样，在第二上水管路中流动的第二高温上水中的一部分会进入第二上水旁通管路中，从而形成第二高温回水的一部分，通过控制旁通压力调节阀24，可保证这部分第二高温回水在前尾气夹套处换热后是按运行的变量参数要求来控制其流量和平稳的压力，并最终保证还原炉系统外部的回水管路11上的第一压力调节阀15有能力将该部分高温回水的压力精确控制在0.5MPa～0.6MPa的范围内；同时，旁通压力调节阀24与第二流量调节阀22共同起作用，以共同控制进入进料预热器3中的第二高温上水的流量，在满足进料预热器换热需求的第二高温上水的流量后回流至第二上水旁通管路中的部分第二高温回水返回闪蒸系统中，同时第二流量调节阀22还使得从进料预热器3中出来的部分第二高温回水的水流在还原炉系统内的压力恒定，避免其在还原炉系统内经进料换热器换热后因压力突变而在第二回水管路内产生蒸汽。

通过旁通压力调节阀24和第二流量调节阀22的串级控制，可以根据实际运行参数控制从进料预热器3中出来的第二高温回水的流量变化参数，保证了物料在进料预热器3内的换热是可调节的，因此实现了进料预热器3对物料温度的第一次调节控制。本实施例中，具体可将物料温度控制在70℃～110℃。其中，旁通压力调节阀24的设定压力具体可为0.5MPa。

经进料预热器3加热后的物料进入尾气换热器2中进行加热，以将物料的进料温度控制在110℃～180℃之间；具体地，在还原炉中进行反应（还原炉中进行反应的时间通常为100～110小时，反应前期是指反应发生的0～50小时，反应中期是指反应发生的50～80小时，反应后期是指反应发生的80～110小时）中，在反应前期和中期，通常将进入还原炉的物料温度控制为180℃；在反应后期，此时还原炉中的温度特别高，为了避免物料进入还原炉后发生雾化，通常优选将进入还原炉的物料温度控制为140℃。

具体地，可以通过控制物料旁通管路上的旁路调节阀（具体可以是流量调节阀）20以及第二温度检测装置25实现对物料温度的第二次控制。其中，第二温度检测装置25用于对第三物料输送管路中的物料温度（即物料进入还原炉时的温度）进行检测，并根据检测结果来控制旁路调节阀20的开度：如果检测到进炉物料的温度偏离了第二温度检测装置内部的预设温度范围（该预设温度范围为DCS中控程序设定的温度范围）时，则由第二温度检测装置25对旁路调节阀20的开度进行相应调节，直至第二温度检测装置25检测到的物料温度在所述预设温度范围内。譬如，在反应的后期，可以将第二温度检测装置25内部的预设温度值设定为140℃，如果第二温度检测装置25检测到的物料温度高于140℃，则控制旁路调节阀20的开度增大，以使更多的物料不经尾气换热器2，而直接通过物料旁通管路进入第三物料输送管路中。

可见，通过控制旁路调节阀20可以调节进入尾气换热器的物料的流量，从进料预热器中出来的部分物料可以不经过尾气换热器，而是直接通过物料旁通管路进入第三物料输送管路中，该部分物料与经过尾气换热器的部分物料在第三物料输送管路中混合后，从而可以有效地降低物料的温度，达到控制目的。

另外，第二流量调节阀22与第三物料输送管路上的第二温度检测装置25也可实现串级控制，即第二温度检测装置25还与第二流量调节阀22连接，以用于控制第二流量调节阀22的开度。当第二温度检测装置25检测到的物料温度超过其内的预设温度范围时，可对第二流量调节阀22的开度进行调节，从而可以调节进入进料预热器3的第二高温上水的流量（本实施例中，这部分高温上水可以实现从还原炉启炉到停炉的26M³～0M³的流量变化）。在反应的后期，由于进料预热器3中没有第二高温上水流过，物料经进料预热器3无法进行预热，即物料在进入尾气换热器之前没有经过预热，这样也可达到降低进入还原炉的物料温度的目的。

因此，根据还原炉中的实际需要，通过控制物料旁通管路上的旁路调节阀，可以实现旁路和尾气换热器的分程控制，经预热后的进料在尾气换热器前旁路串级、实现分程控制，保持物料的温度按照实现制定好的进料温度表进行变化。这样，通过对物料进行两次加热和对物料实现分程控制、温度三级串级控制，使物料进入还原炉前的温度得到有效提升，同时物料温度还可通过调节进入进料预热器的第二高温上水的流量来进行调节控制，解决了物料温度不足、还原炉内雾化、单位产量电耗高的问题，并且能有效降低还原炉中出来的尾气温度。

本实施例中的系统在生产时，从闪蒸系统出来的高温上水包括第一高温上水、第二高温上水、第三高温上水和第四高温上水；所述高温回水包括第一高温回水、第二高温回水、第三高温回水和第四高温回水。

第一高温上水通过第一上水管路从还原炉的底部进入还原炉1中，并对还原炉炉筒进行降温后，再从还原炉的顶部流出，并进入第一回水管路中，从而形成第一高温回水，最后返回闪蒸槽中；

第二高温上水通过第二上水管路与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，以对高温尾气进行冷却，冷却后的高温尾气再进入尾气换热器2中，从而可对尾气换热器2进行保护；换热后温度提升的第二高温上水再与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料在进料预热器3中进行换热，以对物料进行第一次加热，换热后的第二高温上水流出至第二回水管路中，形成所述第二高温回水，最后返回闪蒸槽中；

第四高温上水通过第四上水管路进入尾气换热器中与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，以对高温尾气再次进行冷却，冷却后的高温尾气再进入后尾气夹套19中；换热后温度提升的第四高温上水进入第四上水管路中，形成所述第四高温回水，最后返回闪蒸系统中；

第三高温上水通过第三上水管路与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，以对高温尾气进一步进行冷却，冷却后的高温尾气的温度降至250℃左右，所述高温尾气再进入氢气预热器6中；换热后温度提升的第三高温上水进入第三回水管路中，形成所述第三高温回水，最后返回闪蒸槽中；

从后尾气夹套中出来的高温尾气与物料中的氢气在氢气预热器6中换热，以对高温尾气进一步进行冷却，并对氢气进行加热，冷却后的高温尾气的温度降至200℃以下，再输出至还原炉系统外部；换热后温度提升的氢气（温度达到60℃左右）再经氢气输送管路与三氯氢硅输送管路中的三氯氢硅在第一混合器5中按照多晶硅生产中所需的体积比进行混合而形成物料，所述物料随后通过第一物料输送管路进入进料预热器3中进行预热，再经第二混合器4进一步混合，然后通过第二物料输送管路进入尾气换热器2中进行第二次加热，再次加热后的物料完全气化后，经第三物料输送管路进入还原炉1中。

对于还原炉中进行的生产多晶硅的反应，在反应的前期和中期，将进入还原炉的物料温度控制为180℃；在反应的后期，通过控制旁通调节阀20，以及旁通流压力调节阀24，从而可将进入还原炉的物料温度控制为140℃。

本发明方法通过高温尾气与物料之间，高温尾气与高温上水之间进行双重换热，能够充分吸收还原炉反应中产生的热能，提高了热能回收利用；同时又解决了还原炉系统温度﹥300℃极限承受热应力的问题，提高了设备和管道使用寿命和安全运行等级；其中物料通过尾气和高温上水两次加热和物料分程控制、温度三级串级控制，使物料进入还原炉前温度得到有效提升，同时温度可调节控制，解决了物料温度不足、炉内雾化、单位产量电耗过高等问题，并且对还原炉系统中的设备进行了保护。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种多晶硅生产中的热能利用方法，其特征在于，将多晶硅生产中来自还原炉系统的高温回水送入闪蒸系统，并在闪蒸系统中进行闪蒸，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，压力为0.5MPa～0.6MPa，从闪蒸系统中闪蒸出压力为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽，闪蒸后剩下的温度为128℃～133℃的高温水经加压后返回还原炉系统中，并形成还原炉系统的高温上水；闪蒸出的低压蒸汽则被送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，经与所述其他设备换热后得到的冷凝液返回至闪蒸系统中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闪蒸系统中闪蒸出的低压蒸汽的温度为145℃～155℃；

所述温度为128℃～133℃的高温水经输送泵加压至压力为0.6MPa～0.75MPa后再送入还原炉系统中；

返回至闪蒸系统中的冷凝液的温度为70℃～90℃。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将常温下的脱盐水补充至闪蒸系统中，以补充闪蒸系统闪蒸蒸汽时消耗的水量；

所述闪蒸系统通过低压蒸汽管网将闪蒸出的低压蒸汽送至多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备，所述低压蒸汽管网上还设有外补高压蒸汽减压装置，外补高压蒸汽减压装置能够将外部提供的高压蒸汽减压转换为多晶硅生产中需要的0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输送泵的加压压力为0.75MPa～0.81MPa；

闪蒸系统进行闪蒸时其内部的液位高度为闪蒸系统总高度的2/3或以下。

5.根据权利要求1－4之一所述的方法，其特征在于，所述还原炉系统包括还原炉、尾气换热器和进料预热器，

从闪蒸系统出来的高温上水包括第一高温上水和第二高温上水，第一高温上水和第二高温上水分别进入还原炉和进料预热器中，

所述高温回水包括第一高温回水和第二高温回水，第一高温上水对还原炉炉筒进行降温后流出，从而形成所述第一高温回水；第二高温上水与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料在进料预热器中进行换热后流出，从而形成所述第二高温回水；

从还原炉中出来的高温尾气与经进料预热器预热后的物料在尾气换热器中进行换热，换热后的物料再进入还原炉中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物料经进料预热器进行预热后的温度控制为70℃～110℃，物料再经尾气换热器后的温度控制为110℃～180℃，物料最终进入还原炉中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述还原炉系统还包括前尾气夹套和后尾气夹套，

第二高温上水与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器和尾气换热器中；

所述高温上水还包括第三高温上水，所述高温回水还包括第三高温回水，

第三高温上水与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水成为所述第三高温回水，并返回闪蒸系统中，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高温上水还包括第四高温上水，所述高温回水还包括第四高温回水，

第四高温上水进入尾气换热器中与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸系统中；

所述还原炉系统还包括氢气预热器，从后尾气夹套中出来的高温尾气与物料中的氢气在氢气预热器中换热，换热后的氢气再与所述三氯氢硅进行混合而形成所述物料，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述还原炉系统还包括第一混合器和第二混合器，

氢气经所述氢气预热器预热后温度达到60℃～65℃，预热后的氢气再与常温下的三氯氢硅按照多晶硅生产中需要的体积比在第一混合器进行混合，混合后形成气液混合形态的物料，所述物料随后进入进料预热器进行预热，经进料预热器预热后的物料被完全气化，物料再经第二混合器混合后进入尾气换热器中。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对于还原炉中进行的生产多晶硅的反应，在反应的前期和中期，将进入还原炉的物料温度控制为180℃；

在反应的后期，将进入还原炉的物料温度控制为140℃。

11.一种多晶硅生产中的热能利用系统，其特征在于，包括闪蒸系统和还原炉系统，

所述闪蒸系统包括闪蒸槽，闪蒸槽与还原炉系统通过上水管路和回水管路连通，来自还原炉系统的高温回水通过所述回水管路进入闪蒸槽中，

所述回水管路上设有第一压力调节阀，第一压力调节阀用于调节进入闪蒸槽的高温回水的压力；

所述上水管路上设有输送泵，闪蒸槽中经闪蒸后剩下的高温水通过上水管路上的输送泵加压后送回还原炉系统中，从而形成还原炉系统的高温上水；

闪蒸槽与多晶硅生产中需要蒸汽的其他设备之间通过低压蒸汽管网和冷凝液回流管路连通，

所述低压蒸汽管网靠近闪蒸槽的管路上设有第二压力调节阀，所述第二压力调节阀用于调节闪蒸槽中闪蒸的低压蒸汽的压力，经第二压力调节阀调压后的低压蒸汽与需要蒸汽的其他设备进行换热后得到的冷凝液经冷凝液回流管路返回至闪蒸槽中。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，回水管路上的第一压力调节阀的预设压力为0.5MPa～0.6MPa，低压蒸汽管网上的第二压力调节阀的预设压力为0.175MPa～0.25MPa，进入闪蒸系统的高温回水的温度为145℃～160℃，闪蒸槽中闪蒸出来的低压蒸汽的温度为145℃～155℃，闪蒸槽中经闪蒸后剩下的高温水的温度为128℃～133℃；

所述低压蒸汽管网上还设有用于将外部提供的高压蒸汽减压转换为0.175MPa～0.25MPa的低压蒸汽的外补高压蒸汽减压装置；

所述冷凝液回流管路上设有液位调节阀，所述液位调节阀用于调节进入闪蒸槽中的冷凝液的流量，以使得闪蒸槽中的液位高度为闪蒸槽总高度的2/3或以下；

所述闪蒸槽上还设有开口，常温下的脱盐水通过所述开口能够补充至闪蒸槽中。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述还原炉系统包括还原炉、尾气换热器和进料预热器，

所述上水管路包括第一上水管路和第二上水管路，所述回水管路包括第一回水管路和第二回水管路；

所述第一上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与还原炉的底部连通，所述第一回水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与还原炉的顶部连通；

所述第二上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与进料预热器连通，第二回水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与进料预热器连通；

所述高温上水包括在第一上水管路中流动的第一高温上水和第二上水管路中流动的第二高温上水，所述高温回水包括在第一回水管路中流动的第一高温回水和在第二回水管路中流动的第二高温回水，

所述第一高温上水经第一上水管路进入还原炉中，并对还原炉炉筒进行降温后流出至第一回水管路中，从而形成所述第一高温回水；

所述第二高温上水经第二上水管路进入进料预热器中与三氯氢硅和氢气混合后形成的物料进行换热后流出至第二回水管路中，从而形成所述第二高温回水；

所述尾气换热器与进料预热器通过第二物料输送管路连通，所述还原炉与尾气换热器的一端通过尾气输出管路和第三物料输送管路连通，尾气换热器的另一端与还原炉系统外部连通，从进料预热器出来的物料通过第二物料输送管路进入尾气换热器中，从还原炉中出来的高温尾气通过尾气输出管路进入尾气换热器中，在尾气换热器中物料与高温尾气进行换热，换热后的物料再通过第三物料输送管路进入还原炉中，换热后的高温尾气输出至还原炉系统外部。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述还原炉系统还包括前尾气夹套和后尾气夹套，

前尾气夹套和后尾气夹套分设于尾气换热器的两侧并分别与尾气换热器连通，所述尾气输出管路通过前尾气夹套与尾气换热器连通，所述第二上水管路的部分管路套装在前尾气夹套上或设置在前尾气夹套内部，以使得第二高温上水能与从还原炉出来的高温尾气先在前尾气夹套处进行换热，换热后的第二高温上水和高温尾气再分别进入进料预热器和尾气换热器中；

所述上水管路还包括第三上水管路，所述回水管路还包括第三回水管路，所述第三上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与第三回水管路的一端连通，所述第三回水管路的另一端与闪蒸槽连通，

所述高温上水还包括在第三上水管路中流动的第三高温上水，所述高温回水还包括在第三回水管路中流动的第三高温回水，

第三上水管路套装在后尾气夹套上或设置在后尾气夹套内部，以使得第三高温上水与从尾气换热器中出来的高温尾气在后尾气夹套处进行换热，换热后的第三高温上水进入第三回水管路中成为所述第三高温回水，并返回闪蒸槽中；

后尾气夹套还与还原炉系统外部连通，从后尾气夹套中换热出来的高温尾气输出至还原炉系统外部。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述上水管路还包括第四上水管路，所述回水管路还包括第四回水管路，

第四上水管路的一端与闪蒸槽连通，另一端与尾气换热器连通，第四回水管路的一端与尾气换热器连通，另一端与闪蒸槽连通，

所述高温上水还包括在第四上水管路中流动的第四高温上水，所述高温回水还包括在第四回水管路中流动的第四高温回水，

第四高温上水从第四上水管路进入尾气换热器中并与从前尾气夹套中出来的高温尾气在尾气换热器中进行换热，换热后的第四高温上水成为所述第四高温回水，并返回闪蒸槽中；

还原炉系统还包括氢气预热器、第一混合器以及第二混合器，后尾气夹套与还原炉系统外部通过所述氢气预热器连通，氢气预热器还与用于输送氢气的氢气输送管路的一端连通，氢气输送管路的另一端与用于输送三氯氢硅的三氯氢硅输送管路连通，所述氢气输送管路和三氯氢硅输送管路均与第一混合器的一端连通，第一混合器的另一端与进料预热器通过第一物料输送管路连通，

氢气与从后尾气夹套中出来的高温尾气在氢气预热器中换热，换热后的氢气再经氢气输送管路与三氯氢硅输送管路中的三氯氢硅在第一混合器中混合而形成气态的物料，混合后的物料经第一物料输送管路进入进料预热器中，从氢气预热器中换热后出来的高温尾气输出至还原炉系统外部；

所述进料预热器与尾气换热器通过所述第二混合器连通，经进料预热器预热后的物料通过第二混合器再次混合后再进入尾气换热器中。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

所述第一回水管路上设有第一流量调节阀和第一温度检测装置，所述第一温度检测装置与第一流量调节阀连接，用于检测第一回水管路中第一高温回水的温度，并根据检测结果来调节第一流量调节阀的开度；

所述第二回水管路上设有第二流量调节阀；所述第二上水管路还与闪蒸槽通过第二上水旁通管路连通，所述第二上水旁通管路上设有旁通压力调节阀；

所述第三上水管路和第四上水管路上分别设有第三流量调节阀和第四流量调节阀；

所述第二物料输送管路与第三物料输送管路之间通过物料旁通管路连通，所述物料旁通管路上设有用于调节流量的旁路调节阀；所述第三物料输送管路上还设有第二温度检测装置，所述第二温度检测装置与所述旁路调节阀连接，用于检测第三物料输送管路中物料的温度，并根据检测结果来调节旁路调节阀的开度；

所述第二流量调节阀还与第二温度检测装置连接，并用于根据检测到的第三物料输送管路中物料的温度来调节第二流量调节阀的开度。