還原爐余熱回收利用的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多晶硅制備的技術領域，具體而言，涉及一種還原爐余熱回收利用的方法。
【背景技術】
[0002]多晶硅是一種超高純材料，用于集成電路、電子器件和太陽能電池領域。目前國內多晶硅的主要生產方法是改良西門子法，主要包括三氯氫硅合成、精餾提純、三氯氫硅氫氣還原、尾氣干法回收、四氯化硅氫化等工序。
[0003]改良西門子法的高純氫氣還原工序生產多晶硅過程中，包括三氯氫硅與氫氣的反應原料在還原爐內約1050°C高溫下通過化學氣相沉積生成高純度多晶硅。與高溫硅棒有直接輻射熱傳遞的還原爐爐筒和底盤需要通入冷卻介質，以防止其被持續的高溫熱損傷。傳統的還原爐換熱方法為用高溫水(或導熱油)冷卻還原爐的爐筒和底盤，然后高溫水(或導熱油)再用循環水或風機進行冷卻，這樣雖達到了冷卻還原爐的效果，但同時從還原爐帶出的熱量也被浪費掉。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在于提供一種還原爐余熱回收利用的方法，以解決現有技術中還原爐在換熱工序中熱量浪費的問題。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種還原爐余熱回收利用的方法，方法包括:步驟S1、使處于第一溫度范圍的第一換熱介質通過還原爐中的第一換熱通道，并將第一換熱介質升溫至第二溫度范圍后通入換熱單元中；步驟S2、換熱單元通過連接管道將原料單元的第二換熱通道中的第二換熱介質由第三溫度范圍升溫至第四溫度范圍，并將第一換熱介質降溫至第一溫度范圍后通入第一換熱通道。
[0006]進一步地，步驟SI還包括:使具有第一溫度范圍的第一換熱介質通過設置于還原爐底盤中的第三換熱通道后，回到設置于還原爐爐筒中的第一換熱通道。
[0007]進一步地，第一溫度范圍為120?130°C;第二溫度范圍為140?150°C;第三溫度范圍為115?130°C ;第四溫度范圍為140?150°C。
[0008]進一步地，方法還包括:步驟S3、具有第四溫度范圍的第二換熱介質在原料單元中降溫至第三溫度范圍。
[0009]進一步地，在將第一換熱介質通入第一換熱通道之前，步驟S2還包括:將通過換熱單元的第一換熱介質通過排熱單元進行降溫處理，以將第一換熱介質降溫至第一溫度范圍。
[0010]進一步地，在步驟S2中，將通過換熱單元的第一換熱介質通過排熱單元的換熱器進行降溫處理，以將第一換熱介質降溫至第一溫度范圍。
[0011]進一步地，步驟S2還包括:將第二換熱介質通過補熱單元進行補熱處理，以將第二換熱介質升溫由第三溫度范圍升至第四溫度范圍。
[0012]進一步地，步驟S2還包括:將第二換熱介質通過補熱單元中的定壓補熱罐進行補熱處理，以將第二換熱介質由第三溫度范圍升溫至第四溫度范圍。
[0013]進一步地，排熱單元通過排熱管道與換熱單元的出口和第一換熱通道的入口之間的管道連接，排熱管道上設置有第一閥門，在將第一換熱介質通入第一換熱通道之前，當第一換熱介質高于第一溫度范圍，打開第一閥門，以將第一換熱介質通過排熱單元后降溫至第一溫度范圍。
[0014]進一步地，補熱單元通過補熱管道與連接管道相連，補熱管道上設置有第二閥門，當第二換熱介質低于第四溫度范圍，打開第二閥門，以將第二換熱介質升溫至第四溫度范圍。
[0015]進一步地，還原爐用于將反應原料反應形成多晶硅，原料單元包括提純塔再沸器和還原爐供料揮發器，在步驟S3中，升至第四溫度范圍的第二換熱介質向提純塔再沸器和還原爐供料揮發器提供熱量后，降溫至第三溫度范圍。
[0016]應用本發明的技術方案，本發明提供了一種還原爐余熱回收利用的方法，由于該方法中第一換熱介質帶走還原爐的熱量并升溫，升溫后的第一換熱介質通入換熱單元中利用連接管道將熱量轉移至原料單元的第二換熱介質并降溫，降溫后的第一換熱介質再通回還原爐升溫，從而實現了對還原爐中余熱的回收再利用，進而大幅度地降低了原料單元的采熱成本。
【附圖說明】
[0017]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了本發明實施方式所提供的還原爐余熱回收利用的方法的流程示意圖；
[0019]圖2示出了本發明實施方式所提供的換熱系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0021]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據本發明的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0022]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述做出相應解釋。
[0023]正如【背景技術】中所介紹的，傳統的還原爐換熱方法為用水(或導熱油)冷卻還原爐的爐筒和底盤，然后水(或導熱油)再用循環水或風機進行冷卻，這樣雖達到了冷卻還原爐的效果，但同時從還原爐帶出的熱量也被浪費掉。本發明的發明人針對上述問題進行研究，提出了一種還原爐余熱回收利用的方法，如圖1所示，該方法包括:步驟S1、使處于第一溫度范圍的第一換熱介質通過還原爐中的第一換熱通道，并將第一換熱介質升溫至第二溫度范圍后通入換熱單元中；步驟S2、換熱單元通過連接管道將原料單元的第二換熱通道中的第二換熱介質由第三溫度范圍升溫至第四溫度范圍，并將第一換熱介質降溫至第一溫度范圍后通入第一換熱通道。
[0024]由于本發明的上述方法中第一換熱介質帶走還原爐的熱量并升溫，升溫后的第一換熱介質通入換熱單元中利用連接管道將熱量轉移至原料單元的第二換熱介質并降溫，降溫后的第一換熱介質再通回還原爐升溫，從而實現了對還原爐中余熱的回收再利用，進而大幅度地降低了原料單元的采熱成本。
[0025]本發明的還原爐余熱回收利用的方法應用于換熱系統中，該換熱系統如圖2所示，包括:還原爐10，設置有第一換熱通道；原料單元20，用于向還原爐10的爐體提供反應原料，且原料單元20中設置有第二換熱通道；換熱單元30，所換熱單元30的入口連接于第一換熱通道的出口，且換熱單元30的出口連接于第一換熱通道的入口 ；換熱單元30和第二換熱通道之間設置有連接管道。
[0026]在上述換熱系統中，換熱系統還包括排熱單元40，排熱單元40通過排熱管道與換熱單元30的出口和第一換熱通道的入口之間的管道連接；換熱系統還包括補熱單元50，補熱單元50通過補熱管道與連接管道連接。
[0027]下面將結合圖2更詳細地描述根據本申請提供的還原爐的換熱方法的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員。
[0028]首先，執行步驟S1:使處于第一溫度范圍的第一換熱介質通過還原爐10中的第一換熱通道，并將第一換熱介質升溫至第二溫度范圍后通入換熱單元30中。在上述步驟中，通入的第一換熱介質在第一換熱通道中回收還原爐的熱量進行升溫，從第一溫度范圍升溫至第二溫度范圍，然后在通入到換熱單元中，采熱后還原爐中富余的熱量被帶走，從而實現了對還原爐的冷卻。
[0029]在一種優選的實施方式中，還原爐包括還原爐爐筒和還原爐底盤，第一換熱通道設置于還原爐爐筒中，還原爐底盤中設置有第三換熱通道，第三換熱通道的入口與出口與第一換熱通道的入口連接。此時，使具有第一溫度范圍的第一換熱介質通過還原爐10中的第一換熱通道的步驟中，還可以使具有第一溫度范圍的第一換熱介質通過設置于還原爐底盤120中的第三換熱通道后，回到設置于還原爐爐筒110中的第一換熱通道。
[0030]由于還原爐底盤輻射熱量相對小，通入第一換熱介質后升溫較小甚至溫度無變化，若混入爐筒出口的換熱介質，將會降低爐筒出口換熱介質的熱品質，從而影響換熱介質將熱量轉移至原料單元，而本發明中還原爐底盤具有上述連接關系，從而第三換熱通道中的第一換熱介質不將還原爐底盤的少量且不穩定的熱量單獨采出，而是與回到還原爐爐筒入口的第一換熱介質混合后一起輸送至還原爐，即保證了還原爐爐筒出口第一換熱介質的熱品質，又不會造成還原爐底盤回水的熱量的富集。
[0031]在完成步驟SI的步驟后，執行步驟S2:換熱單元30通過連接管道將原料單元20的第二換熱通道中的第二換熱介質由第三溫度范圍升溫至第四溫度范圍，并將第一換熱介質降溫至第一溫度范圍后通入第一換熱通道