[发明专利]多晶硅生产中还原尾气热能优化回收系统

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体地说是一种多晶硅生产中还原尾气热能优化回收系统。

背景技术

目前，国内多晶硅生产系统中制备多晶硅的工艺主要采用的是改良西门子法，该工艺是将三氯氢硅和氢气混合后通入还原炉中，在1100℃的硅芯上反应沉积多晶硅。从还原炉出来的还原尾气进入尾气回收系统对其中的氯硅烷、氢气、氯化氢进行分离回收。在此过程中，还原炉炉筒、底盘冷却系统及还原尾气带走了大量的热量。其中还原炉炉筒所带走的热量得到了有效的回收利用，但是还原尾气系统所带走的热量却未能有效回收利用。

CN 102070145A 公开了一种多晶硅生产中还原尾气热能利用方法，包括以下过程：还原尾气与氯硅烷在塔底再沸器中的一次换热；换热后氯硅烷部分汽化，并输送到氯硅烷提纯塔中，作为氯硅烷提纯塔的热源，换热后的还原尾气输送到冷凝器中，将还原尾气中的氯硅烷冷凝为液体，并输送到氯硅烷提纯塔中。该方案虽然对还原尾气的热量进行了回收，但是对于220℃以上较高温位和120℃以下较低温位的尾气热量没有回收，回收利用不够充分，并且换热温差较大，能量损耗大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，对多晶硅生产工艺中的换热流程进行改进，从而节省能耗。

为实现上述目的，设计一种多晶硅生产中还原尾气热能优化回收系统，主要采用换热系统对还原尾气的热能进行梯级利用，所述的换热系统包括余热锅炉、还原炉炉筒水闪蒸槽、循环水管网、蒸汽管网，其特征在于：200～300℃的还原尾气先通入余热锅炉的还原尾气进口作为余热锅炉的蒸发热源来蒸发余热锅炉内的水产生蒸汽送往蒸汽管网，而经余热锅炉换热至130～175℃、压力为0.4～0.5MPaG的还原尾气再进入尾气换热器与20～75℃的水进行换热，20～75℃的水经尾气换热器换热为80～115℃的热水后再分两路分别输入余热锅炉的进水口和还原炉炉筒水闪蒸槽的进水口作为产生蒸汽的水源，而经尾气换热器换热后出来的50～90℃的还原尾气再进入尾气冷却器与来自循环水管网的30～35℃的循环水进行换热，换热后降温至45～60℃的还原尾气再送往尾气回收装置的进口。 

所述的换热系统为余热锅炉底部的蒸发器上设有还原尾气进口和还原尾气出口，还原尾气出口采用管道依次连接尾气换热器的壳程、尾气冷却器的壳程和尾气回收装置，尾气换热器的管程的出口分两路分别连接还原炉炉筒水闪蒸槽的进水口和余热锅炉的进水口，余热锅炉顶部的蒸汽出口和还原炉炉筒水闪蒸槽顶部的蒸汽出口分别连接蒸汽管网；尾气冷却器的管程的进出口分别连接循环水管网的出水口和循环水管网的进水口。

本发明同现有技术相比，对还原尾气的热能进行了充分地梯级利用，首次换热将其较高温位的热能供给余热锅炉作为蒸发热源；第二次换热将中段温位的热能供给20～75℃的低温冷水，使20～75℃左右的低温冷水换热升温至80～115℃再分别供给余热锅炉的汽包用水和还原炉炉筒水闪蒸槽用水，将还原尾气的热能通过水作为媒介送到了余热锅炉和还原炉炉筒水闪蒸槽从而多产生蒸汽，这样一般可减少3～10％的外购蒸汽量；同时经前两次换热后，还原尾气的温度已降至50～90℃，该温度与进入尾气回收装置时还原尾气所要达到的45～60℃的标准温差不大，因此，在第三次换热时只需采用少量的来自循环水管网的循环水进行换热降温即可，循环水用量约减少40～80％，大大节省了能耗，节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

参见图1，E1为余热锅炉；E2为尾气换热器；E3为尾气冷却器；D为还原炉炉筒水闪蒸槽；1为还原尾气进口；2为还原尾气出口； 11为余热锅炉的进水口；12为还原炉炉筒水闪蒸槽的进水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1，本发明中采用的换热系统为：余热锅炉E1底部的蒸发器上设有还原尾气进口1和还原尾气出口2，还原尾气出口2采用管道依次连接尾气换热器E2的壳程、尾气冷却器E3的壳程和尾气回收装置，尾气换热器E2的管程的出口分两路分别连接还原炉炉筒水闪蒸槽的进水口12和余热锅炉的进水口11，余热锅炉E1顶部的蒸汽出口和还原炉炉筒水闪蒸槽D顶部的蒸汽出口分别连接蒸汽管网；尾气冷却器E3的管程的进出口分别连接多晶硅生产系统中原有的循环水管网的出水口和循环水管网的进水口。

上述换热系统对还原尾气的热能进行如下梯级利用：200℃～300℃还原尾气先通入余热锅炉E1的的还原尾气进口1作为余热锅炉E1的蒸发热源，来蒸发余热锅炉内的水产生蒸汽送往蒸汽管网进行利用；而经余热锅炉E1换热至130℃～175℃、压力为0.4～0.5MPaG的还原尾气再进入尾气换热器E2的壳程，并与作为蒸汽水源将要进入还原炉炉筒水闪蒸槽D和余热锅炉E1的20～75℃的水进行换热，20～75℃的水经尾气换热器E2换热为80～115℃的热水后，再分两路分别输入余热锅炉的进水口11和还原炉炉筒水闪蒸槽的进水口12作为产生蒸汽的水源，使还原尾气的热能通过水作为媒介送到了余热锅炉E1和还原炉炉筒水闪蒸槽D内，从而多产生蒸汽，这样一般可减少3～10％的外购蒸汽量，而经尾气换热器E2换热后出来的50℃～90℃的还原尾气再进入尾气冷却器E3与来自循环水管网的30～35℃的循环水进行换热，换热后降温至45～60℃的还原尾气再送往尾气回收装置的进口，由于还原尾气的第三次换热的换热幅度不大，因此大大减少了循环水的用量，也节省了电耗。