CN105004193B - 还原炉余热回收利用的换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种还原炉余热回收利用的换热系统。该换热系统包括：还原炉，设置有第一换热通道；原料单元，用于向还原炉提供反应原料，且原料单元中设置有第二换热通道；换热单元，换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口；换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道。由于换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口，且换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道，从而通过换热单元，将还原炉中富余的热量转移至原料单元，从而大幅降低原料单元的采热成本，实现了还原炉中余热的回收再利用。

Description

还原炉余热回收利用的换热系统
技术领域
本发明涉及多晶硅制备的技术领域，具体而言，涉及一种还原炉余热回收利用的换热系统。
背景技术
多晶硅是一种超高纯材料，用于集成电路、电子器件和太阳能电池领域。目前国内多晶硅的主要生产方法是改良西门子法，主要包括三氯氢硅合成、精馏提纯、三氯氢硅氢气还原、尾气干法回收、四氯化硅氢化等工序。
改良西门子法的高纯氢气还原工序生产多晶硅过程中，包括三氯氢硅与氢气的反应原料在还原炉内约1050℃高温下通过化学气相沉积生成高纯度多晶硅。与高温硅棒有直接辐射热传递的还原炉炉筒和底盘需要通入冷却介质，以防止其被持续的高温热损伤。传统的还原炉换热方法为用高温水(或导热油)冷却还原炉的炉筒和底盘，然后高温水(或导热油)再用循环水或风机进行冷却，这样虽达到了冷却还原炉的效果，但同时从还原炉带出的热量也被浪费掉。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种还原炉余热回收利用的换热系统，以解决现有技术中还原炉在换热工序中热量浪费的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种还原炉余热回收利用的换热系统，换热系统包括：还原炉，设置有第一换热通道；原料单元，用于向还原炉提供反应原料，且原料单元中设置有第二换热通道；换热单元，换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口；换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道。
进一步地，还原炉包括还原炉炉筒和还原炉底盘，第一换热通道设置于还原炉炉筒中，还原炉底盘中设置有第三换热通道，第三换热通道的入口与第三换热通道的出口均连接于第一换热通道的入口。
进一步地，换热系统还包括排热单元，排热单元通过排热管道与换热单元的出口和第一换热通道的入口之间的管道连接。
进一步地，换热单元和排热单元均包括至少一个换热器。
进一步地，换热系统还包括补热单元，补热单元通过补热管道与连接管道连接。
进一步地，补热单元包括一个定压补热罐。
进一步地，补热单元包括多个定压补热罐和与各定压补热罐一一连接的多个补热管道。
进一步地，排热管道上设置有第一阀门。
进一步地，补热管道上设置有第二阀门。
进一步地，还原炉用于将反应原料反应形成多晶硅，原料单元包括提纯塔再沸器和还原炉供料挥发器。
应用本发明的技术方案，本发明提供了一种还原炉余热回收利用的换热系统，该换热系统包括设置有第一换热通道的还原炉、设置有第二换热通道的原料单元和换热单元，由于换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口，且换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道，从而通过换热单元，将还原炉中的富余的热量转移至原料单元，从而大幅降低原料单元的采热成本，实现了对还原炉余热回收再利用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施方式所提供的还原炉余热回收利用的换热系统的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
正如背景技术中所介绍的，传统的还原炉换热方法为用水(或导热油)冷却还原炉的炉筒和底盘，然后水(或导热油)再用循环水或风机进行冷却，这样虽达到了冷却还原炉的效果，但同时从还原炉带出的热量也被浪费掉。本发明针对上述问题进行研究，提出了一种还原炉余热回收利用的换热系统，其结构如图1所示，该换热系统包括：还原炉10，设置有第一换热通道；原料单元20，用于向还原炉10的炉体提供反应原料，且原料单元20中设置有第二换热通道；换热单元30，所换热单元30的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元30的出口连接于第一换热通道的入口；换热单元30和第二换热通道之间设置有连接管道。
上述换热系统中由于换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口，且换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道，从而通过换热单元，将还原炉中的富余热量转移至原料单元，从而大幅降低原料单元的采热成本，实现了对还原炉中余热的回收再利用。
在本发明上述换热系统中，还原炉10的结构可以根据现有技术进行设定。优选地，还原炉10可以包括还原炉炉筒110和还原炉底盘120，第一换热通道设置于还原炉炉筒110中，还原炉底盘120中设置有第三换热通道，第三换热通道的入口与第三换热通道的出口均连接于第一换热通道的入口。设置于还原炉炉筒110中的第一换热通道通过换热介质将还原炉10中多余的热量传递到换热单元30中，并通过换热单元30将热量转移到原料单元20中的第二换热通道；另一方面，还原炉底盘120辐射热量相对小，通入换热介质后升温较小甚至温度无变化，若混入炉筒出口的换热介质，将会降低炉筒出口换热介质的热品质，从而影响换热介质将热量转移至原料单元20，而本发明中还原炉底盘120具有上述连接关系，从而第三换热通道中的换热介质不将还原炉底盘120的少量且不稳定的热量单独采出，而是与还原炉炉筒110入口的换热介质混合后一起输送至还原炉10，即保证了还原炉炉筒110出口换热介质的热品质，又不会造成还原炉底盘120回水的热量的富集。其中，换热介质可以为水或者导热油。
在本发明上述换热系统中，换热系统还可以包括排热单元40，排热单元40通过排热管道与换热单元30的出口和第一换热通道的入口之间的管道连接。优选地，排热管道上设置有第一阀门410，通过第一阀门410控制排热单元40的开启。更为优选地，换热单元30和排热单元40均包括至少一个换热器。设置于换热单元30中的换热器能够将从还原炉10的热量传递给原料单元20，从而实现对还原炉10中多余热量的回收再利用；另一方面，设置于排热单元40中的换热器能够将通过换热单元30的过剩热量通过循环水带出系统，从而使通过换热单元30的换热介质被重新应用于还原炉10中进行采热。
在本发明上述换热系统中，换热系统还包括补热单元50，补热单元50通过补热管道与连接管道连接。补热单元50可以包括一个定压补热罐；或补热单元50包括多个定压补热罐和与各定压补热罐一一连接的多个补热管道。优选地，定压补热罐补热管道上设置有第二阀门510，通过第二阀门510控制定压补热罐的开启。上述补热单元50能够对流出原料单元20的换热介质进行热量补充，从而使流回原料单元20的换热介质具有足够的热量被使用。
本发明的上述还原炉10可以应用于各种领域的工艺中，优选地，还原炉10用于将反应原料反应形成多晶硅，生成多晶硅的反应原料可以为三氯氢硅与氢气，三氯氢硅与氢气在约1050℃高温下发生气相沉积反应生成多晶硅；原料单元20包括提纯塔再沸器和还原炉供料挥发器，提纯塔再沸器和还原炉供料挥发器是原料单元20中的热量需求点。在多晶硅生产过程中，包括有提纯塔再沸器和还原炉供料挥发器等需大量的热量以供汽化物料使用，因此将还原炉10中的热量进行回收并用以原料单元20，对降低多晶硅生产成本起到重要作用。
利用本发明的换热系统进行换热的方法可以包括：向还原炉炉筒通入120～130℃的水，经吸收高温硅棒辐射在炉筒上的热量后升温至140～150℃；从还原炉炉筒返回的水通过换热单元中的板式换热器将热量转移给原料单元中的水，将其由115～130℃升温至140～150℃。相应的，离开换热器的水温度降低至120～130℃，再输送至还原炉。返回原料单元中的140～150℃的水将热量用于提纯塔塔底再沸器和还原供料挥发器汽化氯硅烷后，温度降至115～130℃，再输送至换热单元的板式换热器与140～150℃的来自还原炉炉筒的水换热升温；向还原炉炉筒通入120～130℃的水的同时，向还原炉底盘通入120～130℃的水，通入的120～130℃的水后升温较小甚至温度无变化，仍为第一温度范围，与120～130℃的还原炉炉筒进水混合后一起输送至还原单元，这样即保证了还原炉炉筒回水的热品质，又不会造成还原炉底盘回水的热量的富集。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了一种还原炉余热回收利用的换热系统，该还原炉的换热系统包括设置有第一换热通道的还原炉、设置有第二换热通道的原料单元和换热单元，由于换热单元的入口连接于第一换热通道的出口，且换热单元的出口连接于第一换热通道的入口，且换热单元和第二换热通道之间设置有连接管道，从而通过换热单元，将还原炉中的部分热量转移至原料单元，从而大幅降低原料单元的采热成本，实现了对还原炉中多余热量的回收再利用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种还原炉余热回收利用的换热系统，其特征在于，所述换热系统包括：
还原炉(10)，设置有第一换热通道；
原料单元(20)，用于向所述还原炉(10)提供反应原料，且所述原料单元(20)中设置有第二换热通道；
换热单元(30)，所述换热单元(30)的入口连接于所述第一换热通道的出口，且所述换热单元(30)的出口连接于所述第一换热通道的入口；
所述换热单元(30)和所述第二换热通道之间设置有连接管道，
所述还原炉(10)包括还原炉炉筒(110)和还原炉底盘(120)，所述第一换热通道设置于所述还原炉炉筒(110)中，所述还原炉底盘(120)中设置有第三换热通道，所述第三换热通道的入口与所述第三换热通道的出口均连接于所述第一换热通道的入口。
2.根据权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括排热单元(40)，所述排热单元(40)通过排热管道与所述换热单元(30)的出口和所述第一换热通道的入口之间的管道连接。
3.根据权利要求2所述的换热系统，其特征在于，所述换热单元(30)和所述排热单元(40)均包括至少一个换热器。
4.根据权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括补热单元(50)，所述补热单元(50)通过补热管道与所述连接管道相连。
5.根据权利要求4所述的换热系统，其特征在于，所述补热单元(50)包括一个定压补热罐。
6.根据权利要求4所述的换热系统，其特征在于，所述补热单元(50)包括多个定压补热罐和与各所述定压补热罐一一连接的多个所述补热管道。
7.根据权利要求2或3所述的换热系统，其特征在于，所述排热管道上设置有第一阀门(410)。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的换热系统，其特征在于，所述补热管道上设置有第二阀门(510)。
9.根据权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述还原炉(10)用于将所述反应原料反应形成多晶硅，所述原料单元(20)包括提纯塔再沸器和还原炉供料挥发器。
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