[发明专利]多晶硅生产过程中的热能利用系统和方法

说明书

本发明提供一种多晶硅生产过程中的热能利用系统，其包括闪蒸槽、还原炉水泵、冷水泵进口调节阀、冷水泵、冷水换热器、热水泵进口调节阀和热水泵。相应地，提供一种多晶硅生产过程中的热能利用方法。本发明能够在多晶硅生产过程中的吸附柱再生环节减少甚至避免高温高压蒸汽的消耗，从而节约了运行成本。

技术领域

本发明涉及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系统和一种多晶硅生产过程中的热能利用方法。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料。目前，多晶硅生产主要采用改良西门子法(即三氯氢硅还原法)，其基本原理是：以SiHCl₃(三氯氢硅：trichlorosilane，简称为TCS)和H₂为原料，按照一定比例在还原炉内进行气相沉积反应，并采用电加热载体使还原炉内达到反应温度，具体的反应温度为1080℃～1100℃，产生的多晶硅晶体颗粒在硅芯上沉积生长，从而得到高纯度的棒状多晶硅。其中，还原炉为钟罩式还原炉。

此外，由于还原炉中的温度等条件很难达到均一，导致实际的还原过程十分复杂，并伴随副反应发生，从而使得还原尾气中的成分较为复杂，主要包括H₂、HCl气体、气相氯硅烷和微量杂质，其中气相氯硅烷包括SiHCl₃(也称为TCS)、SiCl₄(也称为STC)和SiH₂Cl₂(也称为DCS)的混合气。虽然还原尾气的成分复杂，但其中的其他干扰杂质较少，可利用尾气回收工序将还原尾气中的H₂分离、提纯后，再送入还原炉继续参与还原反应。

在采用改良西门子法生产多晶硅的过程中，必须采用冷却水对还原炉进行降温才能保证设备温度不致过高而发生事故，从还原炉的炉筒输入的冷却水吸收了炉筒温度之后形成高温高压的冷却水回水输出，然后送入闪蒸槽中进行减压闪蒸，从而产生低温低压的蒸汽；经减压闪蒸后，高温高压的冷却水回水的部分热量被产生的蒸汽带走，温度和压力得以降低，再通过水泵将其打回还原炉的炉筒内继续参与循环降温，而其中产生的低温低压的蒸汽可通过管网送至下游工序使用。但是，由于所述低温低压蒸汽的热值低、品质差、含水量较高，输送过程中沿途排放的冷凝液多，浪费较大。

同时，利用吸附柱对还原尾气中分离出来的H₂进行纯化处理(吸附)，以将其中混合的HCl气体、气相氯硅烷和微量杂质去除。经过一个吸附周期后，吸附柱的吸附量达到饱和，需要在高温条件下对其进行吹扫、再生。

具体地，当吸附柱处于吸附状态时，通过冷水泵向吸附柱提供低温的冷水以对其进行降温，而吸收了吸附柱热量的冷水的温度得以上升，需通过冷水换热器进行降温后再返回吸附柱以参与冷水循环，其中，冷水换热器中的冷却介质为低温循环水。而且，在冷水循环时，由于长时间循环过程中存在挥发和损失，需要一定量的补水。

当吸附柱处于再生状态时，通过热水泵向吸附柱提供高温的热水以对其进行加热再生，而吸收了吸附柱冷量的热水的温度得以降低，需通过蒸汽换热器进行加热后再返回吸附柱以参与热水循环，其中，蒸汽换热器中的加热介质为高温高压的蒸汽。

由于吸附柱再生时需要高温高压的蒸汽、吸附时需要补水，现有技术中一般采用冷凝液储罐-膨胀槽来提供所需的高温高压蒸汽和补水。具体地，将高温高压的蒸汽通入冷凝液储罐-膨胀槽，使得膨胀槽内既存在高温高压的蒸汽，又存在蒸汽的冷凝液，其中，高温高压的蒸汽通入前述蒸汽换热器，用于加热所述吸收了吸附柱冷量的热水，以及为冷水泵和热水泵提供背压，而蒸汽的冷凝液用于为前述冷水循环提供补水。膨胀槽上的高温蒸汽阀门应保持打开状态，当膨胀槽内的冷凝液不足以为前述冷水循环提供补水时，需将其中额外的高温高压的蒸汽冷凝为冷凝液。