CN203998973U - 多晶硅还原炉热能利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅还原炉热能利用系统,包括：至少一个还原炉，具有冷却水进口和冷却水出口；闪蒸罐，同时与所述冷却水进口和所述冷却水出口相连，所述闪蒸罐包括余热蒸汽管线和冷凝回水管线，分别连接蒸汽利用设备；中间处理设备，连接在所述连接所述冷却水进口和所述冷却水出口之间。本实用新型利用多晶硅还原炉生产过程中产生的余热进行闪蒸，提供给蒸汽利用设备供热，在冷却水进入还原炉之前设置有中间处理设备，提高了闪蒸效率的同时也保证了还原炉冷却水系统可靠的运行。

Description

多晶硅还原炉热能利用系统

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产领域,具体涉及多晶硅生产过程中的还原炉热能利用系统。

背景技术

多晶硅产业属于高耗能产业，在多晶硅生产过程中，大量的热能需要使用循环冷却水冷却，增加生产过程中循环冷却水负荷，同时浪费了大量热能。

为了节约生产成本，有人提出对多晶硅还原炉炉筒余热以及还原炉炉筒排出的热量加以回收利用，具体是通过设计优化将还原炉排出的热水，经过热能转换装置转化为低压蒸汽，满足精馏塔釜等所需蒸汽和其他工序的部分蒸汽用量，这样可节约锅炉生产蒸汽，进而节约天然气的消耗量，实现能源节约。

市面上在这一设想的基础上衍生出了一些余热利用技术，例如申请号为201310404782.0的专利，该专利对还原炉余热的利用提供了一定的技术，但是存在以下几个缺点：

1、集中闪蒸罐同时充当热水储罐，余热不能得到充分的闪蒸，闪蒸效率不能保证；

2、当利用侧不使用余热蒸汽时，不能保证还原炉冷却水系统稳定运行，冷却水热量没有介质带走，不能保证还原炉正常运行。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的技术缺陷，本实用新型提供了一种多晶硅还原炉热能利用系统及方法，在利用多晶硅生产过程中余热的同时技能保证闪蒸效率，又能实现还原炉冷却水系统不间断可靠地运行。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种多晶硅还原炉热能利用系统,包括：

至少一个还原炉，具有冷却水进口和冷却水出口；

闪蒸罐，同时与所述冷却水进口和所述冷却水出口相连，所述闪蒸罐包括余热蒸汽管线和冷凝回水管线，分别连接蒸汽利用设备；

中间处理设备，连接在所述连接所述冷却水进口和所述冷却水出口之间。

其中，所述中间处理设备包括补水管线，在所述还原炉第一次运行时，所述补水管线向所述中间处理设备注入低温水。

其中，所述中间处理设备还包括储罐和水水换热器，所述水水换热器连接在所述储罐和所述冷却水进口之间。

其中，所述水水换热器包括中间蒸汽管线和循环冷却水管线，所述中间蒸汽管线和循环冷却水管线上分别设置有中间蒸汽控制阀和循环冷却水控制阀，分别控制所述中间蒸汽管线和循环冷却水管线的流量。

其中，所述水水换热器还包括水温变送器，所述水温变送器一端连接所述水水换热器的所述中间蒸汽管线和所述循环冷却水管线，另一端连接所述冷却水进口。

所述水温变送器包括水量控制单元和温度检测单元，所述温度检测单元检测所述水水换热器出口冷却水的温度并反馈给所述水量控制单元，所述水量控制单元根据反馈信号自动调节中间蒸汽控制阀和循环冷却水控制阀的启闭。

其中，所述闪蒸罐还包括蒸汽补充管线，当所述所述闪蒸罐内未达到预设压力或冷却水水温不具备闪蒸条件时，所述蒸汽补充管线补充蒸汽至所述闪蒸罐。

其中，所述余热蒸汽管线和所述蒸汽补充管线之间设有压力变送器，所述压力变送器实时检测所述闪蒸罐的闪蒸压力并控制所述蒸汽补充管线的流量，调节闪蒸压力至正常值。

所述预设温度为130～140℃。

所述闪蒸罐内的工作压力为0.2～0.25MPa。

本实用新型提供的多晶硅还原炉热能利用系统，利用多晶硅还原炉生产过程中产生的余热进行闪蒸，提供给蒸汽利用设备供热，在冷却水进入还原炉之前设置有中间处理设备，使余热能得到充分的闪蒸，闪蒸效率得以提高；当蒸汽利用设备不使用余热蒸汽时，还原炉冷却水系统仍能稳定运行，节约能源的同时也保证了还原炉冷却水系统可靠的运行。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的多晶硅还原炉热能利用系统的结构示意图。

图2为图1实施例的中间处理设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步说明。

结合图1，本实施例提供了一种多晶硅还原炉热能利用系统，包括至少一个还原炉1(本实用新型的系统以两个还原炉为例进行说明)、闪蒸罐2和中间处理设备100，其中，还原炉1具有冷却水进口11和冷却水出口12；闪蒸罐2同时与冷却水进口11和冷却水出口12相连，闪蒸罐2包括余热蒸汽管线21和冷凝回水管线22，分别连接蒸汽利用设备200；中间处理设备100连接在冷却水进口11和冷却水出口12之间，在冷却水进入还原炉之前调节冷却水水温至预设温度。

还原炉热能利用系统工作过程中，冷却水经冷却水进口11进入还原炉1内吸热后产生的热水经冷却水出口12输送至闪蒸罐2，闪蒸罐2内形成的闪蒸蒸汽通过余热蒸汽管线21送至各蒸汽利用设备200侧，蒸汽利用设备200侧的蒸汽凝液通过蒸汽冷凝回水管线22返回闪蒸罐2内，保证了整个冷却水系统平衡。

本实施例将还原炉的反应过程中高温冷却水作为循环使用的主要对象，通过集中闪蒸罐将部分热量转变为蒸汽的汽化潜热，可以提供给蒸汽利用设备如蒸馏塔、氯硅烷汽化器使用，同时可接入蒸汽管网，进而可以提供给更多设备使用。另外，通过集中闪蒸罐的补水循环，维持了总水量的平衡；通过对还原炉冷却水温度的控制，实现在较小区间范围内的温域，保证还原炉生产的精确度和可控性。

还原炉1的冷却水注入通道包括钟罩101和尾气管线102，尾气管线102为夹套结构，尾气管线102的冷却水进入夹层与底盘103的夹层相通，从冷却水进口11进入还原炉1的冷却水一部分输送到钟罩101夹层以降低钟罩101内壁的温度，一部分冷却水通过尾气管线102夹套进入，从底盘103的分支冷却水出口出，与钟罩101出来的冷却水汇总在一起汇入冷却水出口12，然后送入中间处理设备100和闪蒸罐2内。

在其它实施例中，热能利用系统内具有更多台还原炉1，冷却水进口11形成多条分支进口，分别连接各还原炉1的钟罩101和尾气管线102，同时冷却水出口12将各台还原炉的多条分支出口汇聚在一起，充分利用各台还原炉的余热，节约了能源；当一台还原炉停止工作时，其它还原炉仍能为闪蒸罐2提供热量，保证了蒸汽利用设备200的连续工作，使热能利用系统更加稳定可靠。

本实施例中，本实施例中的注入还原炉1的冷却水为130～140℃热水，即预设温度；经还原炉1后的冷却水出口12流出的高温冷却水为150～155℃。

本实施例中，闪蒸罐2内设有填料29以加大热水的闪蒸面积。

同时参考图2，中间处理设备100包括补水管线31，在还原炉1第一次运行时，补水管线31向中间处理设备100注入冷却水，冷却水经中间处理设备100加热至预设温度后输送至还原炉1中带走生产余热。

其中，中间处理设备100还包括储罐3和水水换热器4，水水换热器4连接在储罐3和冷却水进口11之间，用于输出预设温度的冷却水。具体地，水水换热器4包括中间蒸汽管线41和循环冷却水管线42，中间蒸汽管线41和循环冷却水管线42上分别设置有中间蒸汽控制阀410和循环冷却水控制阀420，分别控制中间蒸汽管线41和循环冷却水管线42的流量，中间蒸汽管线41和循环冷却水管线42分别与外部的低温水和外部蒸汽相通。进一步地，水水换热器4还包括水温变送器400，水温变送器400一端连接水水换热器4的中间蒸汽管线41和循环冷却水管线42，另一端连接冷却水进口11，用于调节水水换热器4出口的冷却水温度至预设温度。

为了保证送整个冷却水循环系统的正常运转，在冷却水进口11处还设置有水循环泵300，本实施例优选循环泵的数量为2台，当一台循环泵300出现故障时可使用另一台工作。

在实际操作中，当还原炉1第一次运行时，通过补水管线31向储罐3内注入低温水，水水换热器4的中间蒸汽控制阀410打开，中间蒸汽管线41向水水换热器4送入外部蒸汽，对经过水水换热器4的冷却水加热，水温变送器400控制中间蒸汽控制阀410调节中间蒸汽管线41的蒸汽流量来保证水水换热器4出口的冷却水温度为预设温度，加热后的冷却水由水循环泵300送至各台还原炉1及其尾气管线102的夹套。

当有一台还原炉运行后，冷却水有了固定的热源，水水换热器4即停止工作。150～155℃的热水通过冷却水出口12送至14闪蒸罐2内，闪蒸蒸汽通过余热蒸汽管线21送至各蒸汽利用设备200。

当闪蒸罐2内的压力低于设定值或者冷却水不具备闪蒸的条件时，由蒸汽补充管线23补充蒸汽，保证了余热蒸汽管线21送出的蒸汽压力和流量连续稳定。

当闪蒸罐2不工作时，闪蒸罐2无法带走通过冷却水出口12送至闪蒸罐2的热量，此时，冷却水在还原炉1和中间处理设备100之间循环。在此情况下，水温变送器400控制循环冷却水控制阀420开启，使外部注入的低温水由循环冷却水管线42进入水水换热器4，将从储罐3流出的高温冷却水冷却至预设温度，再经过冷却水进口11进入到还原炉1，从而保证了还原炉1的冷却水进水温度恒定。

进一步地，水温变送器400包括水量控制单元43和温度检测单元44，所述温度检测单元44检测所述水水换热器4出口冷却水的温度并反馈给所述水量控制单元43，所述水量控制单元43根据反馈信号自动调节中间蒸汽控制阀410和循环冷却水控制阀420的启闭，从而实现对水水换热器4的冷却水出口温度的实时调节。

本实施例中，闪蒸罐2还包括蒸汽补充管线23，当闪蒸罐2内未达到预设压力或冷却水水温不具备闪蒸条件时，蒸汽补充管线23补充蒸汽至闪蒸罐2，以保证通过余热蒸汽管线21进入蒸汽利用设备200的蒸汽温度和压力等满足工作条件，其中，正常工作条件下，闪蒸蒸汽压力为0.2～0.25MPa。

其中，闪蒸罐2的余热蒸汽管线21和蒸汽补充管线23之间设有压力变送器24，压力变送器24实时检测闪蒸罐2的闪蒸压力并控制蒸汽补充管线23的流量，调节闪蒸压力至正常值，保证闪蒸蒸汽的压力和流量连续稳定。

本实用新型利用多晶硅还原炉生产过程中产生的余热进行闪蒸，提供给蒸汽利用设备供热，在冷却水进入还原炉之前设置有中间处理设备，无论连接在还原炉的闪蒸罐是否处于工作状态，中间处理设备都能保证为还原炉提供预设温度的冷却水，使余热能得到充分的闪蒸，闪蒸效率得以提高；当蒸汽利用设备不使用余热蒸汽时，还原炉冷却水系统仍能稳定运行，节约能源的同时也保证了还原炉冷却水系统可靠的运行。

通过使用本实用新型的方案，避免了集中闪蒸罐同时充当热水储罐，使还原炉产生的余热能得到充分的闪蒸，保证了闪蒸效率；并且在还原炉处于暂停状态时，仍能保证余热蒸汽利用侧的工艺装置稳定运行；当利用侧不使用余热蒸汽时，仍能保证还原炉冷却水系统稳定运行。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多晶硅还原炉热能利用系统,包括：

至少一个还原炉(1)，具有冷却水进口(11)和冷却水出口(12)；

闪蒸罐(2)，同时与所述冷却水进口(11)和所述冷却水出口(12)相连，所述闪蒸罐(2)包括余热蒸汽管线(21)和冷凝回水管线(22)，分别连接蒸汽利用设备(200)；

中间处理设备(100)，连接在所述冷却水进口(11)和所述冷却水出口(12)之间。

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述中间处理设备(100)包括补水管线(31)，在所述还原炉(1)第一次运行时，所述补水管线(31)向所述中间处理设备(100)注入低温水。

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述中间处理设备(100)还包括储罐(3)和水水换热器(4)，所述水水换热器(4)连接在所述储罐(3)和所述冷却水进口(11)之间。

4.根据权利要求3所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述水水换热器(4)包括中间蒸汽管线(41)和循环冷却水管线(42)，所述中间蒸汽管线(41)和循环冷却水管线(42)上分别设置有中间蒸汽控制阀(410)和循环冷却水控制阀(420)，分别控制所述中间蒸汽管线(41)和循环冷却水管线(42)的流量。

5.根据权利要求4所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述水水换热器(4)还包括水温变送器(400)，所述水温变送器(400)一端连接于所述中间蒸汽管线(41)和所述循环冷却水管线(42)，另一端连接所述冷却水进口(11)。

6.根据权利要求5所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述水温变送器(400)包括水量控制单元(43)和温度检测单元(44)，所述温度检测单元(44)检测所述水水换热器(4)出口冷却水的温度并反馈给所述水量控制单元(43)，所述水量控制单元(43)根据反馈信号自动调节中间蒸汽控制阀(410)和循环冷却水控制阀(420)的启闭。

7.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述闪蒸罐(2)还包括蒸汽补充管线(23)，当所述闪蒸罐(2)内未达到预设压力或冷却水水温不具备闪蒸条件时，所述蒸汽补充管线(23)补充蒸汽至所述闪蒸罐(2)。

8.根据权利要求2所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述余热蒸汽管线(21)和所述蒸汽补充管线(23)之间设有压力变送器(24)，所述压力变送器(24)实时检测所述闪蒸罐(2)的闪蒸压力并控制所述蒸汽补充管线(23)的流量，调节闪蒸压力至正常值。

9.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述预设温度为130～140℃。

10.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉热能利用系统，其特征在于，所述闪蒸罐(2)内的工作压力为0.2～0.25MPa。