CN111964510A - 一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，包括壳程筒体，壳程筒体的顶部与底部对称安装有管箱，管箱与壳程筒体之间安装有管板，壳程筒体的上下两端均安装有封头，壳程筒体的上下两端与管板连接处分别安装有放空口和排污口，且放空口和排污口分别位于上端封头的最高点和下端封头的最低点，壳程筒体的内腔安装有管束套筒，管束套筒的内腔安装有绕制的管束。本发明解决了传统列管式换热器结构复杂，且体积庞大，同时容易堵管导致换热管过热而损坏的问题。

Description

一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置

技术领域

本发明涉及多晶硅冷氢化余热回收技术领域，具体为一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置。

背景技术

多晶硅作为一种重要的太阳能、半导体等行业原材料，随着新能源技术以及半导体技术的发展，对多晶硅的需求也越来越大。如何降低多晶硅生产成本、降低能耗、提高多晶硅品质以及提升产品竞争力，是现在多晶硅生产厂面临的问题，在多晶硅生产四大工艺中，即冷氢化、还原、精馏、尾气处理，像还原反应、冷氢化反应，都需要比较高的温度，需要消耗大量的电能来转化为热能，例如冷氢化反应：Si+SiCl4+H2=SiHCl3+HCl，此反应的温度在550℃左右，在进行此反应时，需要采用电加热将反应物料SiCl4、H2加热至550℃-600℃后，进入冷氢化反应器，与硅粉混合进行此冷氢化反应。反应后的出口物料SiCl4、H2、SiHCl3、HCl以及未反应的硅粉，其出口物料温度约500-550℃，由于需要通过冷凝来分离SiCl4、H2、SiHCl3、HCl，故如何利用出口物料的携带的大量反应余热，是降低能耗的一个好途径。现行的传统列管式换热器，为满足其恶劣的工况要求，其设备材料昂贵，结构复杂，且体积庞大，同时容易堵管导致换热管过热而损坏。本发明的设计结构特点，即高效换热、防堵管、结构紧凑、管束可自由膨胀、适宜于较大温差的换热等特点，正好适用于此换热工况的要求。通过本发明，利用冷氢化反应的余热，加热气化后的SiCl4，提高SiCl4进入升温电加热器的初始温度，以降低后续电加热的负荷，从而达到了余热充分回收利用、节省电能、降低生产成本的效果，因此，我们设计了一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，解决了传统列管式换热器结构复杂，且体积庞大，同时容易堵管导致换热管过热而损坏的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，包括壳程筒体，所述壳程筒体的顶部与底部对称安装有管箱，所述管箱与壳程筒体之间安装有管板，所述壳程筒体的上下两端均安装有封头，所述壳程筒体的上下两端与管板连接处分别安装有放空口和排污口，且放空口和排污口分别位于上端封头的最高点和下端封头的最低点，所述壳程筒体的内腔安装有管束套筒，所述管束套筒的内腔安装有绕制的管束。

前述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，所述壳程筒体的上下两端分别设置有壳程介质进口管和壳程介质出口管。

前述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，所述壳程介质进口管与壳程筒体内腔的连通处安装有防冲板。

前述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，上下所述两个管箱的内腔分别开有管程介质进口和管程介质出口，所述管程介质出口的内腔安装有进口挡板，设置进口挡板，挡板开口朝上，起到了防止介质直接冲刷换热管束，更重要的是，开口朝上，气流会冲到上封头后再折回向下流动，起到了扰流作用，有效的增加了壳程介质的流动，从而减小了换热死区提高了换热效果。

前述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，所述管束为多层绕制设置，且相邻层管束缠绕方向相反，所述管束为高精度冷轧光亮退火管，采用多层缠绕且邻层反向缠绕，较传统的列管式换热器，此种结构换热器系数较高，可达普通列管式换热器的2-7倍，且结构紧凑，在同等换热面积下，体积更小，管束采用高精度冷轧光亮退火管，内壁光滑，介质在管内流动时，颗粒物不易附着在管内壁。

前述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，所述管束的换热管管头与管板通过焊接连接。

本发明的有益效果为：在经冷氢化反应、洗涤后的四氯化硅、三氯氢硅、氢气等高温混合气，通过下端管箱的管程介质进口进入本发明设备，冷氢化反应后的高温混合气经旋风分离器分离时，未反应的硅粉分离不彻底，在下端管箱的管程介质出口的内腔设置进口挡板，用于二次分离硅粉，混合气通过螺旋缠绕的换热管束到达上端管箱，与壳程介质换热而降温，并由上端管箱设置的管程介质出口出，需要进行冷氢化反应的低温SiHCl3气体通过壳程介质进入管进入壳程筒体，低温SiHCl3气体会在管束之间的缝隙流动，与管程介质换热而升温，从而达到利用高温混合反应气加热升温SiHCl3气体的目的，进行加热，加热后的四氯化硅经壳程介质出口管排出后，再次进入冷氢化反应，管程冷却的四氯化硅、三氯氢硅、氢气等高温混合气，进入冷凝器，进行冷凝、分离，通过本发明设备，起到回收利用冷氢化反应产生的高温余热的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、管箱，2、放空口，3、管板，4、封头，5、壳程筒体，6、管束，7、芯筒，10、进口挡板，12、放空口，13、管束套筒，14、防冲板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1：一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，包括壳程筒体5，壳程筒体5的上下两端分别设置有壳程介质进口管和壳程介质出口管，壳程介质进口管与壳程筒体5内腔的连通处安装有防冲板14，壳程筒体5的顶部与底部对称安装有管箱1，壳程介质进口管与壳程筒体5内腔的连通处安装有防冲板14，管箱1与壳程筒体5之间安装有管板3，壳程筒体5的上下两端均安装有封头4，壳程筒体5的上下两端与管板3连接处分别安装有放空口2和排污口12，且放空口2和排污口12分别位于上端封头4的最高点和下端封头4的最低点，壳程筒体5的内腔安装有管束套筒13，管束套筒13的内腔安装有绕制的管束6，管束6为多层绕制设置，且相邻层管束6缠绕方向相反，管束6为高精度冷轧光亮退火管，管束6的换热管管头与管板3通过焊接连接，壳程筒体5的内腔中心设置有芯筒7。

综上，本发明在使用时，壳程筒体5的内腔安装有管束套筒13，管束套筒13的内腔安装有绕制的管束6，采用多层缠绕且邻层反向缠绕，较传统的列管式换热器，此种结构换热器系数较高可达普通列管式换热器的2-7倍，且结构紧凑，在同等换热面积下，体积更小，同时管束6采用高精度冷轧光亮退火管，内壁光滑，介质在管内流动时，颗粒物不易附着在管内壁，在管程介质进口内腔处，设置进口挡板10，进口挡板10为锥型管和管帽形式的挡板，介质在到达锥型管处，流速会减缓，到达管帽处，流向改变，介质会弥散开来，固体颗粒会随着气流减弱而沉淀下来，起到了气相、固相分离的作用，同时也防止介质直接冲刷管头，而导致管头冲刷腐蚀失效，在壳程介质进口处，设置防冲板，防冲板开口朝上，起到了防止介质直接冲刷换热管束6，更重要的是，开口朝上，气流会冲到上封头后再折回向下流动，起到了扰流作用，有效的增加了壳程介质的流动，从而减小了换热死区提高了换热效果，上端封头4的最高点、下端封头4的最低点分别设置放空口2和排污口12，方便设备后续的清洗排污，解决了传统列管式换热器结构复杂，且体积庞大，同时容易堵管导致换热管过热而损坏的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，包括壳程筒体（5），其特征在于：所述壳程筒体（5）的顶部与底部对称安装有管箱（1），所述管箱（1）与壳程筒体（5）之间安装有管板（3），所述壳程筒体（5）的上下两端均安装有封头（4），所述壳程筒体（5）的上下两端与管板（3）连接处分别安装有放空口（2）和排污口（12），且放空口（2）和排污口（12）分别位于上端封头（4）的最高点和下端封头（4）的最低点，所述壳程筒体（5）的内腔安装有管束套筒（13），所述管束套筒（13）的内腔安装有绕制的管束（6），所述壳程筒体（5）的内腔中心设置有芯筒（7）。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，其特征在于：所述壳程筒体（5）的上下两端分别设置有壳程介质进口管和壳程介质出口管。

3.根据权利要求2所述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，其特征在于：所述壳程介质进口管与壳程筒体（5）内腔的连通处安装有防冲板（14）。

4.根据权利要求1所述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，其特征在于：上下所述两个管箱（1）的内腔分别开有管程介质进口和管程介质出口，所述管程介质出口的内腔安装有进口挡板（10）。

5.根据权利要求1所述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，其特征在于：所述管束（6）为多层绕制设置，且相邻层管束（6）缠绕方向相反，所述管束（6）为高精度冷轧光亮退火管。

6.根据权利要求1所述的一种多晶硅冷氢化余热回收再利用装置，其特征在于：所述管束（6）的换热管管头与管板（3）通过焊接连接。

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