CN218491489U - 一种热交换梯级利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热交换梯级利用装置，涉及多晶硅生产技术领域，其包括还原炉、氢气预热器、尾气换热器、高温水换热器和汽化器单元；还原炉排出口通过管路与氢气预热器管程进口端连接，氢气预热器管程出口端通过管路连接尾气换热器管程进口端，尾气换热器管程出口端连接尾气回收冷凝系统；尾气换热器壳程出口端通过管路连接高温水换热器管程进口端，高温水换热器管程出口端通过管路连接汽化器单元。本实用新型在三氯氢硅缓冲罐和汽化器之间增加尾气换热器和高温水换热器，采用尾气换热器为三氯氢硅进行加热，而设置高温水换热器，是利用给还原炉降温的高温水给三氯氢硅进行二次加热，提高了能量的循环利用率。

Description

一种热交换梯级利用装置

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种热交换梯级利用装置。

背景技术

多晶硅生产工艺中，还原炉是三氯氢硅和氢气在高温条件下按一定比例反应生成多晶硅的压力容器，反应会生成含有DCS、TCS、STC、H2等组分的尾气，尾气温度较高，尾气出还原炉后经过氢气预热器换热后，被送至尾气回收冷凝系统，进行冷凝分离处理。由于尾气温度较高，大量的热量未被充分利用，余热被浪费，增加了综合能耗，同时增加回收冷凝系统的处理负荷；而发生反应所需要的三氯氢硅则需要用1.0Mpa蒸汽进行加热汽化至118±2℃与氢气混合进入还原炉，此过程消耗大量蒸汽增加生产成本。

中国专利CN108217656A公开了一种高效多晶硅还原炉热量回收系统包括还原炉，还原炉上连接有尾冷夹套，尾冷夹套上分别连接有夹套水入口、夹套水出口和先进换热器，先进换热器分别与夹套水入口、夹套水出口和还原炉相连，并连接有SV混合器，SV混合器与混合汽化器相连，同时通过一旁路与还原炉相连，先进换热器上设有还原尾气出口，混合汽化器连接有三氯化硅进口和氢气进口，还原炉的高温炉筒回水与所述混合汽化器相连；还公开了一种基于该高效多晶硅还原炉热量回收系统的多晶硅还原生产工艺。但是该专利仍无法有效的解决存在的实际工作过程中大量的热量未被充分利用，余热被浪费的技术问题。

中国专利CN111892057A公开一种多晶硅还原系统和多晶硅还原工艺，多晶硅还原系统包括还原炉、热水供给装置、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、管道混合器，第一换热器分别与还原炉、热水供给装置和第二换热器连接，第二换热器分别与还原炉、管道混合器和第一换热器连接，第三换热器分别与第一换热器和管道混合器连接，第四换热器分别与管道混合器和第二换热器连接。该专利多晶硅还原系统通过换热器和热水供应装置的配合，能够使还原尾气中的热量逐级递减且被合理利用于多晶硅还原工艺中各个环节，充分利用了多晶硅还原工艺中产生的副热。但是该专利的结构较为复杂，且不能有效的节省汽化器得到的蒸汽量以及降低尾气的冷凝量。

实用新型内容

为了解决现有生产工艺中存在的热量未被充分利用，增加综合能耗等技术问题，本实用新型提供了一种热交换梯级利用装置，达到还原炉尾气热量充分利用的目的，减少回收冷凝系统负荷。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种热交换梯级利用装置，包括还原炉、氢气预热器、尾气换热器、高温水换热器和汽化器单元；

还原炉排出口通过管路与氢气预热器管程进口端连接，氢气预热器管程出口端通过管路连接尾气换热器管程进口端，尾气换热器管程出口端连接尾气回收冷凝系统；

尾气换热器壳程出口端通过管路还连接有高温水换热器管程进口端，高温水换热器管程出口端通过管路连接汽化器单元；

汽化器单元包括第一汽化器和第二汽化器，所述高温水换热器管程出口端连接第一旁路上的第一汽化器和第二旁路上的第二汽化器，且第一旁路和第二旁路上都设有阀门组件；第一汽化器的出口端和第二汽化器的出口端都连接还原炉。

基于上述技术方案，更进一步地，所述还原炉包括供给口和排出口，还原炉供给口与氢气预热器的壳程出口端相连，还原炉的排出口与氢气预热器管程进口端相连。

基于上述技术方案，更进一步地，所述高温水换热器和第一旁路之间连接有第一通路，第一通路上设有一个尾气换热器壳程出口调节阀旁路阀门，且第一通路与第一旁路之间还设有第二通路，第二通路上设有尾气换热器壳程出口调节阀。

基于上述技术方案，更进一步地，所述高温水换热器和第三通路，第三通路上设有一个尾气换热器壳程出口调节阀旁路阀门，且第三通路与第二旁路之间还设有第四通路，第四通路上设有尾气换热器壳程出口调节阀。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第一旁路上设有第一料罐，第二旁路上设有第二料罐，第一料罐和第二料罐都通过管路连接尾气换热器壳程进口端，且第一料罐、第二料罐和尾气换热器壳程进口端之间的管路上都设有物料进料控制切断阀和测温装置。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第一料罐通过管路与第一汽化器连接，且第一料罐与第一汽化器之间设有一个尾气换热器壳程入口手阀。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第二料罐通过管路与第二汽化器连接，且第二料罐与第二汽化器之间设有一个尾气换热器壳程入口手阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体体现在：

本实用新型在三氯氢硅缓冲罐和汽化器之间增加尾气换热器和高温水换热器，采用尾气换热器为三氯氢硅进行加热，而设置高温水换热器，是利用给还原炉降温的高温水给三氯氢硅进行二次加热，利用了能量的循环利用，提升了温度，再用少量的1.0Mpa蒸汽进行加热汽化至118±2℃，不仅汽化器蒸汽得到节省，同时也降低了尾气冷凝量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图标记如下：1.还原炉；2.氢气预热器；3.尾气换热器；4.高温水换热器；5.尾气回收冷凝系统；6.第一汽化器；7.第二汽化器；8.第一旁路；9.第二旁路；10.第一料罐；11.第二料罐；12.切断阀；13.测温装置；14.旁路阀门；15.调节阀；16.手阀；17.第一通路；18.第二通路；19.第三通路；20.第四通路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1所示的一种热交换梯级利用装置，包括还原炉1、氢气预热器2、尾气换热器3、高温水换热器4和汽化器单元；还原炉1排出口通过管路与氢气预热器2管程进口端连接，氢气预热器2管程出口端通过管路连接尾气换热器3管程进口端，尾气换热器3管程出口端连接尾气回收冷凝系统5；尾气换热器3壳程出口端通过管路还连接有高温水换热器4管程进口端，高温水换热器4管程出口端通过管路连接汽化器单元；汽化器单元包括第一汽化器6和第二汽化器7，高温水换热器4管程出口端连接第一旁路8上的第一汽化器6和第二旁路9上的第二汽化器7，且第一旁路8和第二旁路9上都设有阀门组件；第一汽化器6的出口端和第二汽化器7的出口端都连接还原炉1，其中，阀门组件包括若干个阀门，设置多个阀门的作用是调节阀15的旁路，当调节阀15调节量不足时，可通过手阀16的开度，调整调节阀15的开度。

基于上述技术方案，更进一步地，还原炉1包括供给口和排出口，还原炉1供给口与氢气预热器2的壳程出口端相连，还原炉1的排出口与氢气预热器2管程进口端相连。

基于上述技术方案，更进一步地，高温水换热器4和第一旁路8之间连接有第一通路17，第一通路17上设有一个尾气换热器3壳程出口调节阀15旁路阀门14，且第一通路17与第一旁路8之间还设有第二通路18，第二通路18上设有尾气换热器3壳程出口调节阀15。

基于上述技术方案，更进一步地，高温水换热器4和第三通路19，第三通路19上设有一个尾气换热器3壳程出口调节阀15旁路阀门14，且第三通路19与第二旁路9之间还设有第四通路20，第四通路20上设有尾气换热器3壳程出口调节阀15。

基于上述技术方案，更进一步地，第一旁路8上设有第一料罐10，第二旁路9上设有第二料罐11，第一料罐10和第二料罐11都通过管路连接尾气换热器3壳程进口端，且第一料罐10、第二料罐11和尾气换热器3壳程进口端之间的管路上都设有物料进料控制切断阀12和测温装置13。

基于上述技术方案，更进一步地，第一料罐10通过管路与第一汽化器6连接，且第一料罐10与第一汽化器6之间设有一个尾气换热器3壳程入口手阀16。

基于上述技术方案，更进一步地，第二料罐11通过管路与第二汽化器7连接，且第二料罐11与第二汽化器7之间设有一个尾气换热器3壳程入口手阀16。

本装置的工作原理为：

还原炉1的排出口连接氢气预热器2管程进口端，将还原炉1尾气输送至氢气预热器2内，氢气预热器2壳程出口端通过管路连接还原炉1的供给口，且氢气预热器2壳程进口端接收来自尾气回收来的氢气，氢气预热器2管程出口端连接尾气换热器3管程进口端，尾气换热器3壳程进口端通过管路分别连接第一旁路8和第二旁路9，且尾气换热器3壳程进口端至第一旁路8和第二旁路9之间的管路上还设有多个阀门和一个温控装置，尾气换热器3管程出口端通过管路连接尾气回收冷凝系统5，尾气换热器3壳程出口端通过管路连接高温水换热器4管程进口端，高温水换热器4壳程内输送有还原炉1冷却水，且在高温水换热器4内通过高温水对高温水换热器4的管程内的介质加热后再送至其他工段进行二次加热，高温水换热器4管程出口端通过管路分别连接有第一旁路8和第二旁路9，且第一旁路8和第二旁路9并列布置，且第一旁路8、第二旁路9到高温水换热器4之间分别设有相同数量的阀门，高温水换热器4通过第一旁路8连接第一汽化器6，通过第二旁路9连接第二汽化器7，经第二汽化器7和第一汽化器6汽化的三氯氢硅最终通过管路输送至还原炉系统内，该还原炉系统可包括多个还原炉，而第二汽化器7和第一汽化器6可以分别连接一个还原炉，也可以连接同一个还原炉，但是连接的不同还原炉之间是相通的。

并且在还原炉1生产技术中，在三氯氢硅缓冲罐和汽化器之间增加两个换热器，第一个为尾气换热器3，利用尾气的高温为三氯氢硅进行加热，加热温度50℃左右，优选为45℃，第二个高温热水换热器，利用给还原炉1降温的高温水给三氯氢硅进行二次加热，完全利用了能量的循环利用，此时温度能上升至100℃左右，优选100℃，再用少量的1.0Mpa蒸汽进行加热汽化至118±2℃，不仅汽化器蒸汽得到节省，尾气冷凝量也降低，完全利用尾气产生的余热和还原炉1高温水热量将三氯氢硅温度提升至工艺要求，形成一个尾气与汽化器进行热交换循环系统。

以上仅为本实用新型的实施方式，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，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种热交换梯级利用装置，其特征在于，包括还原炉、氢气预热器、尾气换热器、高温水换热器和汽化器单元；

还原炉通过管路与氢气预热器管程进口端连接，氢气预热器管程出口端通过管路连接尾气换热器管程进口端，尾气换热器管程出口端连接尾气回收冷凝系统；尾气换热器壳程出口端通过管路连接高温水换热器管程进口端，高温水换热器管程出口端通过管路连接汽化器单元；

汽化器单元包括第一汽化器和第二汽化器，所述高温水换热器管程出口端连接第一旁路上的第一汽化器和第二旁路上的第二汽化器；第一汽化器的出口端和第二汽化器的出口端都连接还原炉。

2.根据权利要求1所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述还原炉包括供给口和排出口，还原炉供给口与氢气预热器壳程出口端相连，还原炉排出口与氢气预热器管程进口端相连。

3.根据权利要求1所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述高温水换热器和第一旁路之间连接有第一通路，第一通路上设有一个尾气换热器壳程出口调节阀旁路阀门，且第一通路与第一旁路之间还设有第二通路，第二通路上设有尾气换热器壳程出口调节阀。

4.根据权利要求1所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述高温水换热器和第三通路，第三通路上设有一个尾气换热器壳程出口调节阀旁路阀门，且第三通路与第二旁路之间还设有第四通路，第四通路上设有尾气换热器壳程出口调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述第一旁路上设有第一料罐，第二旁路上设有第二料罐，第一料罐和第二料罐都通过管路连接尾气换热器壳程进口端，且第一料罐、第二料罐和尾气换热器壳程进口端之间的管路上都设有物料进料控制切断阀和测温装置。

6.根据权利要求5所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述第一料罐通过管路与第一汽化器连接，且第一料罐与第一汽化器之间设有一个尾气换热器壳程入口手阀。

7.根据权利要求5所述的一种热交换梯级利用装置，其特征在于，所述第二料罐通过管路与第二汽化器连接，且第二料罐与第二汽化器之间设有一个尾气换热器壳程入口手阀。

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