CN208776322U - 一种还原炉余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种还原炉余热回收系统，包括还原炉底盘，所述还原炉底盘上设有冷却腔，所述冷却腔上连接有冷却水进水管和冷却水出水管，所述冷却水出水管管路上还设有尾气换热装置；所述还原炉底盘上还设有尾气管，所述尾气管与尾气换热装置连通。将经过底盘冷却腔的冷却水引流到尾气换热装置中，依靠还原炉底盘对冷却水进行升温后，然后再将冷却水导入夹套管中与温度较高的尾气进行热交换。采用一套水循环系统逐级进行冷却吸热，即可同时满足还原炉底盘和尾气的冷却需求，精简了设备数量；单一的冷却水来源便于余热回收设备更高效地进行热量回收利用。

Description

一种还原炉余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产领域，具体涉及一种还原炉余热回收系统。

背景技术

多晶硅还原炉是多晶硅生产中产出最终产品的核心设备，也是决定系统产能、能耗的关键环节。降低多晶硅能耗和生产成本，提高产品质量和生产效率，是多晶硅生产企业提高产品竞争力的有效措施。

目前各多晶硅厂家还原工艺是用中温水(温度在50～90℃之间)去冷却还原炉底盘，底盘出水经板式换热器用循环水冷却或者经溴化锂热水制冷机组冷却后循环使用。还原尾气冷却则单独用的高温热水(温度大于120℃)进行冷却，然后将升温后的高温热水在闪蒸罐中闪蒸一定压力的饱和蒸汽，闪蒸之后的尾气冷却水继续循环使用。

问题在于，底盘冷却系统和尾气冷却系统分别采用一套冷却水循环系统进行冷却降温，需要的设备数量多，建设成本高。同时，通过板式换热器冷却不但会消耗大量的循环水，而且会造成大量的能损失，造成热量的浪费，增大了能源的消耗。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种还原炉余热回收系统，将经过底盘冷却腔的冷却水引流到尾气换热装置中，依靠还原炉底盘对冷却水进行升温后，然后再将冷却水导入夹套管中与温度较高的尾气进行热交换。采用一套水循环系统逐级进行冷却吸热，即可同时满足还原炉底盘和尾气的冷却需求，精简了设备数量；单一的冷却水来源便于余热回收设备更高效地进行热量回收利用。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是一种还原炉余热回收系统，包括还原炉底盘，所述还原炉底盘上设有冷却腔，所述冷却腔上连接有冷却水进水管和冷却水出水管，所述冷却水出水管管路上还设有尾气换热装置；所述还原炉底盘上还设有尾气管，所述尾气管与尾气换热装置连通。

优选的，所述尾气换热装置包括尾气夹套管和尾气冷却器，所述尾气管中的气体流动时先经过尾气夹套管再经过尾气冷却器；所述冷却水出水管中的水流动时先经过尾气冷却器再经过尾气夹套管。

优选的，所述冷却水出水管在尾气冷却器上设有不少于两个出水口，所述出水口与冷却水出水管在尾气冷却器上的进水口之间的距离依次递增。

优选的，所述冷却水出水管在尾气夹套管和尾气冷却器之间的管路上设有温度监测装置，用于监测进入尾气夹套管的冷却水水温；所述出水口上均设有电子阀门，用于控制尾气冷却器中的冷却水从不同出水口流出；所述温度监测装置和电子阀门均与主控模块电连接，所述主控模块用于接收温度监测装置发来的水温并对电子阀门的开闭进行调节。

优选的，所述冷却水进水管的管路上设有冷却水泵，所述冷却水泵与主控模块电连接。

优选的，经过尾气换热装置后的所述冷却水出水管与闪蒸罐连通，所述冷却水出水管在尾气换热装置和闪蒸罐之间的管路上设有压力调节阀。

优选的，所述闪蒸罐与冷却水进水管连通，所述冷却水进水管的管路上设有冷却水泵。

优选的，所述闪蒸罐上设有用于将高温蒸汽输送出的蒸汽管道和用于使蒸汽冷凝产生的水回流的冷凝水管道。

优选的，所述蒸汽管道上设有闪蒸罐压力调节阀。

优选的，所述冷凝水管道上设有闪蒸罐液位调节阀。

本申请与现有技术相比，其有益效果为：

经过冷却腔的冷却水引流到尾气换热装置中，依靠还原炉底盘对冷却水进行升温后，然后再将冷却水导入夹套管中与温度较高的尾气进行热交换。通过一套水循环系统的分级热交换实现了对还原炉底盘和尾气管余热的同时吸收，提高了热量回收效率。

从冷却腔流出的冷却水虽然从底盘吸收了热量，但温度依然较低，直接导入尾气夹套管中与高温尾气进行热交换容易因为水和气的温差过大引起热膨胀不均匀从而造成设备损坏或热量无法最大化吸收。因此设置尾气冷却器，将经过尾气夹套管的中温尾气与刚从冷却腔流出的水进行一次热交换，尾气中的热量进一步被回收；同时冷却水被中温尾气加热，温度升高，能够以更适宜的温度进入尾气夹套管中进行热交换，不会出现温差过大的情况。

这里所说的出水口与冷却水出水管在尾气冷却器上的进水口之间的距离，是指冷却水管在尾气冷却器中流动的路程长度。冷却水管在尾气冷却器中流动的距离越长，冷却水与尾气的热交换也就约充分，流出的冷却水温度也就越高。在尾气冷却器上设置多个出水口，根据当前所需的进水温度需求选择连通不同的出水口，从而能够调节进入尾气夹套管的冷却水水温，有效地保证了设备的平稳运行和热量的充分回收。

主控模块中预先设定有温度阈值；温度监测装置监测进入尾气夹套管的冷却水的水温并发送给主控模块。当主控模块接收到的水温数值超过阈值时，控制电子阀门进行开启或关闭，使得冷却水从合适的出水口流出，以适宜的水温流入尾气夹套管中。

由于冷却水先后经过冷却腔和尾气换热装置中，因此如果改变冷却水的流量，冷却腔和尾气换热装置的热交换效率都会发生变化，不易进行调节。在设置具有多个出水口的尾气冷却器后，冷却水泵在主控模块的控制下对水流量进行调节后，尾气冷却器上的电子阀门也能相应地进行调整，从而使得冷却腔中的热交换效率和尾气换热装置中的热交换效率可以相对独立地设置调节，从而使整个系统保持更好的运行状态。

冷却水从冷却腔和尾气换热装置吸收热量后，经过压力调节阀进入闪蒸罐，在闪蒸罐中闪蒸出大量高温蒸汽并导出，从而实现热量的回收利用。

高温蒸汽在对外做功散失掉内能后变为冷凝水。将冷凝水重新引回闪蒸罐中并接入冷却水管道，实现了水资源的循环利用。

通过闪蒸罐压力调节阀控制输出的蒸汽量，使得闪蒸罐内的压力稳定在适宜的区间中。

通过闪蒸罐液位调节阀控制回流的冷却水量，保证闪蒸罐中的液位充足但又不过分占用闪蒸罐内的容积空间，给从尾气夹套管中流入的水发生闪蒸留出足够的空间。

附图说明

图1为本实用新型还原炉余热回收系统的结构示意图；

图2为本实用新型还原炉余热回收系统电连接关系示意图；

图3为本实用新型还原炉余热回收系统的尾气冷却器的结构示意图。

附图标记：还原炉底盘11、冷却腔111、尾气管12、冷却水进水管21、冷却水泵22、冷却水出水管3、出水口31、进水口32、温度监测装置33、尾气夹套管41、尾气冷却器42、闪蒸罐5、压力调节阀51、蒸汽管道52、闪蒸罐压力调节阀521、冷凝水管道53、闪蒸罐液位调节阀531、主控模块6。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考附图，本实用新型实施例提供一种还原炉余热回收系统，包括还原炉底盘11，还原炉底盘11上设有冷却腔111，冷却腔111上连接有冷却水进水管21和冷却水出水管3，冷却水出水管3管路上还设有尾气换热装置；还原炉底盘11上还设有尾气管12，尾气管12与尾气换热装置连通。所述尾气换热装置包括尾气夹套管41和尾气冷却器42，尾气管12中的气体流动时先经过尾气夹套管41再经过尾气冷却器42；冷却水出水管3中的水流动时先经过尾气冷却器42再经过尾气夹套管41。

冷却水出水管3在尾气冷却器42上设有三个出水口31，出水口31与冷却水出水管3在尾气冷却器42上的进水口32之间的距离依次递增。冷却水出水管3在尾气夹套管41和尾气冷却器42之间的管路上设有温度监测装置33，用于监测进入尾气夹套管41的冷却水水温；出水口31上均设有电子阀门，用于控制尾气冷却器42中的冷却水从不同出水口31流出；温度监测装置33和电子阀门均与主控模块6电连接，主控模块6用于接收温度监测装置33发来的水温并对电子阀门的开闭进行调节。冷却水进水管21的管路上设有冷却水泵22，冷却水泵22与主控模块6电连接。

经过尾气夹套管41后的冷却水出水管3与闪蒸罐5连通，闪蒸罐5与冷却水进水管21连通，冷却水出水管3在尾气夹套管41和闪蒸罐5之间的管路上设有压力调节阀51。闪蒸罐4上设有用于将高温蒸汽输送出去的蒸汽管道52和用于使蒸汽冷凝产生的水回流的冷凝水管道53。蒸汽管道52上设有闪蒸罐压力调节阀521，冷凝水管道53上设有闪蒸罐液位调节阀531。

系统运行时，冷却水泵22驱动冷却水在冷却水管中流动。冷却水从冷却水进水管21流入还原炉底盘11的冷却腔111中，与还原炉底盘11进行热交换，将还原炉底盘11因为还原炉中的热辐射聚集的热量带走。吸收了还原炉底盘11中热量的冷却水从冷却水出水管3流出，此时的冷却水温度不到90℃。流出的冷却水进入尾气冷却器42中，与中温尾气进行热交换，水温得到提升，并根据电子阀门的开闭情况从设定好的出水口31流出，并导入尾气夹套管41中与高温尾气进行热交换，此时进入尾气夹套管41的冷却水由于受到容器压力沸点升高，温度在120℃左右。这里需说明的是，尾气从还原炉中出来时为高温尾气，经过尾气夹套管41换热后变为中温尾气，再在尾气冷却器42中进一步换热后变为低温尾气，沿着尾气管12被排出；其中所述的高温、中温与低温为尾气在不同阶段的相对温度高低。冷却水从尾气夹套管41吸收热量后经过压力调节阀51进入闪蒸罐5中，此时的冷却水温度在150℃以上，处于高温高压状态的冷却水在闪蒸罐中由于压力骤降，发生闪蒸生成高温蒸汽，并通过蒸汽管道52送出进行利用。蒸汽做功后冷凝的冷凝水再由冷凝水管道53引回闪蒸罐5中，并通过冷却水进水管21再次进入冷却水循环系统，持续为还原炉底盘进行冷却降温。

当温度监测装置33探测到流入尾气夹套管41的水流温度不符合要求时，主控模块6控制出水口31的电子阀门开启或关闭，使得冷却水在尾气冷却器42中的换热程度发生改变，从而实现对流入尾气夹持套41从冷却水温度的调节控制，保证了余热回收系统稳定高效的运行。

请参考图3，根据出水口31与进水口32之间的管路距离由近到远将出水口31设定为出水口31a、31b、31c，一般情况下出水口31b的电子阀门开启，出水口31a和出水口31c的电子阀门处于关闭状态。当主控模块6从温度监测装置33接收到的冷却水水温过低，则控制出水口31b的电子阀门关闭，出水口31c的电子阀门开启。因为冷却水从出水口31c流出前，在尾气冷却器42中流动的距离更长，与尾气之间的热交换更充分，从出水口31c流出的冷却水温度高于出水口31b流出的冷却水。当主控模块6从温度监测装置33接收到的冷却水水温过高，则控制出水口31b的电子阀门关闭，出水口31a的电子阀门开启。因为冷却水从出水口31a流出前，在尾气冷却器42中流动的距离更短，与尾气之间的热交换程度更低，从出水口31a流出的冷却水温度低于出水口31b流出的冷却水。采用本系统对冷却水与尾气之间的热交换程度进行控制，从而实现对进入尾气夹持套41的冷却水水温的调节。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种还原炉余热回收系统，包括还原炉底盘，其特征在于，所述还原炉底盘上设有冷却腔，所述冷却腔上连接有冷却水进水管和冷却水出水管，所述冷却水出水管管路上还设有尾气换热装置；所述还原炉底盘上还设有尾气管，所述尾气管与尾气换热装置连通。

2.如权利要求1所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述尾气换热装置包括尾气夹套管和尾气冷却器，所述尾气管中的气体流动时先经过尾气夹套管再经过尾气冷却器；所述冷却水出水管中的水流动时先经过尾气冷却器再经过尾气夹套管。

3.如权利要求2所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述冷却水出水管在尾气冷却器上设有不少于两个出水口，所述出水口与冷却水出水管在尾气冷却器上的进水口之间的距离依次递增。

4.如权利要求3所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述冷却水出水管在尾气夹套管和尾气冷却器之间的管路上设有温度监测装置，用于监测进入尾气夹套管的冷却水水温；所述出水口上均设有电子阀门，用于控制尾气冷却器中的冷却水从不同出水口流出；所述温度监测装置和电子阀门均与主控模块电连接，所述主控模块用于接收温度监测装置发来的水温并对电子阀门的开闭进行调节。

5.如权利要求4所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述冷却水进水管的管路上设有冷却水泵，所述冷却水泵与主控模块电连接。

6.如权利要求1所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，经过尾气换热装置后的所述冷却水出水管与闪蒸罐连通，所述冷却水出水管在尾气换热装置和闪蒸罐之间的管路上设有压力调节阀。

7.如权利要求6所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述闪蒸罐与冷却水进水管连通，所述冷却水进水管的管路上设有冷却水泵。

8.如权利要求6所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述闪蒸罐上设有用于将高温蒸汽输送出的蒸汽管道和用于使蒸汽冷凝产生的水回流的冷凝水管道。

9.如权利要求8所述的还原炉余热回收系统，其特征在于，所述蒸汽管道上设有闪蒸罐压力调节阀，所述冷凝水管道上设有闪蒸罐液位调节阀。