CN116294378A - 一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,包括:闭式空冷塔,闭式空冷塔包括闭式空冷塔主体,闭式空冷塔主体的内部布置多个空冷管束,空冷管束采用立式布置方式;闭式湿冷塔,闭式湿冷塔括闭式湿冷塔主体,闭式湿冷塔主体的内部设置多个湿冷管束,顶部设置喷淋管;空冷循环进水管与闭式空冷塔主体串联组成第一封闭回路而成为空冷循环冷却***;湿冷循环进水管与闭式湿冷塔主体串联组成第二封闭回路而成为湿冷循环冷却***;第一封闭回路与第二封闭回路并联后,与循环水泵(3)以及多个并联的全厂换热设备串联形成用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却回路并接入定压补水装置。还公开了对应的冷却方法及提纯氧气在多晶硅生产中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅、工业硅以及西门子法多晶硅生产循环水冷却技术领域,尤其涉及一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置、方法及应用。
背景技术
循环水***包括开式冷却和闭式冷却两种方式,在水资源和电力资源匮乏的场景下,闭式循环冷却***已成为循环水冷却换热的主流工艺选择。
闭式循环水冷却***是以管式空冷器为媒介,对工业循环水进行间接冷却的循环水***。工业闭式循环水冷却***由内循环、外循环及强制空气流***组成,其中内循环以管内软水或除盐水为冷媒,将需要冷却的工艺物流的热量从工艺换热设备中移走,从而使循环回水温度升高(通常设计温升为10℃),然后返回闭式循环水冷却***的空冷器管内,由管外强制流动的空气和/或水膜将其热量带走,使之冷却后通过循环水泵送入工艺换热设备,如此循环。
循环水冷却***是多晶硅生产运行过程中主要的热量交换方式,对生产工艺过程指标控制有着重大的影响,所以循环水冷却***在多晶硅生产过程中的经济稳定运行成为多晶硅生产成本的重要控制点,在水电资源匮乏、温差较大的场景下,如何做好节电、节水及长期的冬季防冻已成为循环水冷却***迫切需要解决的技术问题。
CN211199470U涉及到太阳能硅片领域,是一种多晶硅铸锭炉用循环冷却水的装置。其特征是所述的冷水机组一端连接缓存水箱,所述的冷水机组另一端与前阀门连接,所述的前阀门的另一端分别与后阀门和外循环水泵连接;所述的外循环水泵另一端与缓存水箱连接,所述的缓存水箱另一端与水池连接;所述的后阀门另一端与水池连接;所述的内循环水泵一端与缓存水箱连接,所述的内循环水泵另一端与铸锭炉连接。由于采用了本技术方案,此为内部封闭式单独循环,好处是减少结垢,减少冷源的损失,增加通畅度,灵活的通过热源负载的改变而改变泵的运行频率,从而实现节能稳定的目的,然而其无法实现长期的冬季防冻,并且所采用的为缓冲水箱的方式,因此仅能在循环水进入***的时刻保持***稳定,而其他时刻***的压力仍然难以保证是稳定的。CN202131390U公开了一种多晶铸锭生产循环冷却水节能装置,其组成是,冷却塔1、外循环水池2、外循环水泵12、外循环进水管10、换热器5的A组进水口与出水口、外循环回水管11依次串联组成第一封闭回路而成为外循环冷却***;内循环水池3、内循环水泵4、换热器5的B组进水口与出水口、内循环进水管6、多晶硅铸锭炉7的水冷***、内循环回水管6依次串联组成第二封闭回路而成为内循环冷却***。本装置既满足多晶硅铸锭生产用循环冷却水的需要,又能节省投资成本、降低运行费用,确保产品品质;能满足循环水装置的节能、高效且性能稳定等要求;然而由于内循环水泵入口无缓冲设备或其他替代方案,从而***的运行稳定性不高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了如下技术方案,一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,取消内循环水泵入口缓冲池,增加定压补水装置对***进行稳压,实现内循环水的完全闭路循环,使循环泵的扬程可从55米将至30米扬程,降低了水泵的轴功率,较原技术方案节省电能45%;并且空冷器布置方式采用直立式布置,一方面,可利用横向自然通风与空冷管束进行热交换,降低空冷变频风机的运行频率及台数,在同等气温条件下,该布置方式可缩短湿冷管束及喷淋水的投运时长>720小时,节水10%,较其他布置方式节省电能30%,显著提高循环水冷却的效果和效率;另一方面,空冷器布置方式采用直立式布置,在生产中热负荷降低时单个管束内积水可实现完全排尽,有效解决空冷器冬季低温运行时的管束冻裂问题。
本发明一方面提供了一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,包括:
闭式空冷塔(1),其中所述闭式空冷塔(1)包括闭式空冷塔主体,闭式空冷塔主体的内部布置多个空冷管束,空冷管束采用立式布置方式;
闭式湿冷塔(2),其中所述闭式湿冷塔(2)包括闭式湿冷塔主体,闭式湿冷塔主体的内部设置多个湿冷管束,顶部设置喷淋管;
空冷循环进水管与闭式空冷塔主体串联组成第一封闭回路而成为空冷循环冷却***;
湿冷循环进水管与闭式湿冷塔主体串联组成第二封闭回路而成为湿冷循环冷却***;
第一封闭回路与第二封闭回路并联后,与循环水泵(3)以及多个并联的全厂换热设备串联形成用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却回路;其中,第一封闭回路与第二封闭回路并联后与循环水泵之间接入定压补水装置。
优选的,所述定压补水装置包括定压补水罐(61)和定压补水泵(62),所述定压补水罐(61)和定压补水泵(62)之间串联设置第四阀门(63),所述定压补水泵(62)与循环水泵入口之间设置第五阀门(64)和第六阀门(65)。
优选的,所述空冷管束上方设置第一叶片,提高空气流动速率和冷却效率。
优选的,所述喷淋管和湿冷管束之间设置第二叶片,通过第二叶片将喷淋管喷出的冷却液体进行雾化和均质化,保证湿冷的效率的同时,降低冷却液体的用量。
优选的,所述冷却液体为冷却水。
优选的,所述第一封闭回路中设置第一阀门(11)。
优选的,所述第二封闭回路中设置第二干路阀门(21)和第二支路阀门(22)。
优选的,第一封闭回路与第二封闭回路并联后在并联回路中设置第三阀门(5)。
优选的,所述循环水泵(3)的出口与多个全厂换热设备之间设置第七阀门(66)。
优选的,多个并联的全厂换热设备与全闭式循环水冷却回路的主干路之间通过两个阀门分别连接。
本发明的第二方面在于提供一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却方法,包括:
将循环水送入全闭式循环水冷却回路内;
将需要冷却的工艺物流的热量通过所述循环水从多个全厂换热设备中移走,从而使循环回水温度升高;
所述循环回水返回闭式循环水冷却回路的闭式空冷塔的多个空冷管束内,由所述多个空冷管束的管外强制流动的空气将所述循环回水的部分热量带走;
将经过部分热量带走处理的所述循环回水送入闭式湿冷塔的多个湿冷管束内,通过喷淋管产生的水膜或水雾将所述循环回水的部分热量带走,使之冷却;
通过循环水泵(3)再次送入全厂换热设备进行循环冷却;
检测全闭式循环水冷却回路内的水压,将水压数值与定压阈值比较,当水压数值与定压阈值的差别超过一定阈值的情况下,启动所述定压补水装置进行水压补偿。
本发明的第三方面在于提供全闭式循环水冷却装置在多晶硅生产中的应用。
本发明的有益效果包括:
(1)取消内循环水泵入口缓冲池,增加定压补水装置对***进行稳压,实现内循环水的完全闭路循环,使循环泵的扬程可从55米将至30米扬程,降低了水泵的轴功率,较原技术方案节省电能45%;
(2)空冷器布置方式采用直立式布置,一方面,可利用横向自然通风与空冷管束进行热交换,降低空冷变频风机的运行频率及台数,在同等气温条件下,该布置方式可缩短湿冷管束及喷淋水的投运时长>720小时,节水10%,较其他布置方式节省电能30%,显著提高循环水冷却的效果和效率;另一方面,空冷器布置方式采用直立式布置,在生产中热负荷降低时单个管束内积水可实现完全排尽,有效解决空冷器冬季低温运行时的管束冻裂问题。
附图说明
图1为本发明所述的全闭式循环水冷却装置结构示意图。
图2为本发明所述的空冷管束立式布置整体结构示意图。
图3为本发明所述的空冷管束立式布置局部放大立体结构示意图。
图4为本发明所述的空冷管束立式俯视整体结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
实施例一
参见图1-4,本实施例提供了一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,包括:
闭式空冷塔1,其中所述闭式空冷塔1包括闭式空冷塔主体,闭式空冷塔主体的内部布置多个空冷管束,空冷管束采用立式布置方式(更加优选的,在空冷管束上方设置叶片,提高空气流动速率和冷却效率);
闭式湿冷塔2,其中所述闭式湿冷塔2包括闭式湿冷塔主体,闭式湿冷塔主体的内部设置多个湿冷管束,顶部设置喷淋管(更加优选的,在喷淋管和湿冷管束之间设置叶片,通过叶片将喷淋管喷出的冷却液体进行雾化和均质化,保证湿冷的效率的同时,降低冷却液体的用量,通常冷却液体采用冷却水,当然,本领域技术人员应当知晓,也可以采用其他冷却液,只要是适用于多晶硅生产工艺安全和其他要求的均在本发明的保护范围内);
空冷循环进水管与闭式空冷塔主体串联组成第一封闭回路而成为空冷循环冷却***;
湿冷循环进水管与闭式湿冷塔主体串联组成第二封闭回路而成为湿冷循环冷却***;
第一封闭回路与第二封闭回路并联后,与循环水泵3以及多个并联的全厂换热设备串联形成用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却回路;其中,第一封闭回路与第二封闭回路并联后与循环水泵之间接入定压补水装置,从而对***进行稳压,实现内循环水的完全闭路循环,使循环泵的扬程可从55米将至30米扬程,降低了水泵的轴功率,较原技术方案节省电能45%。
作为优选的实施方式,所述定压补水装置包括定压补水罐61和定压补水泵62,所述定压补水罐61和定压补水泵62之间串联设置第四阀门63,所述定压补水泵62与循环水泵入口之间设置第五阀门64和第六阀门65。
作为优选的实施方式,所述第一封闭回路中设置第一阀门11。
作为优选的实施方式,所述第二封闭回路中设置第二干路阀门21和第二支路阀门22。
作为优选的实施方式,第一封闭回路与第二封闭回路并联后在并联回路中设置第三阀门5。
作为优选的实施方式,所述循环水泵3的出口与多个全厂换热设备之间设置第七阀门66。
作为优选的实施方式,多个并联的全厂换热设备与全闭式循环水冷却回路的主干路之间通过两个阀门分别连接。
实施例二
一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却方法,包括:
将循环水送入全闭式循环水冷却回路内;
将需要冷却的工艺物流的热量通过所述循环水从多个全厂换热设备中移走,从而使循环回水温度升高(通常设计温升为10℃);
所述循环回水返回闭式循环水冷却回路的闭式空冷塔的多个空冷管束内,由所述多个空冷管束的管外强制流动的空气将所述循环回水的部分热量带走;
将经过部分热量带走处理的所述循环回水送入闭式湿冷塔的多个湿冷管束内,通过喷淋管产生的水膜或水雾将所述循环回水的部分热量带走,使之冷却;
通过循环水泵3再次送入全厂换热设备进行循环冷却;
检测全闭式循环水冷却回路内的水压,将水压数值与定压阈值比较,当水压数值与定压阈值的差别超过20%的情况下,启动所述定压补水装置进行水压补偿。
实施例三
提供全闭式循环水冷却装置在多晶硅生产中的应用。
实施例的有益效果包括:
(1)取消内循环水泵入口缓冲池,增加定压补水装置对***进行稳压,实现内循环水的完全闭路循环,使循环泵的扬程可从55米将至30米扬程,降低了水泵的轴功率,较原技术方案节省电能45%;
(2)空冷器布置方式采用直立式布置,一方面,可利用横向自然通风与空冷管束进行热交换,降低空冷变频风机的运行频率及台数,在同等气温条件下,该布置方式可缩短湿冷管束及喷淋水的投运时长>720小时,节水10%,较其他布置方式节省电能30%,显著提高循环水冷却的效果和效率;另一方面,空冷器布置方式采用直立式布置,在生产中热负荷降低时单个管束内积水可实现完全排尽,有效解决空冷器冬季低温运行时的管束冻裂问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,包括:
闭式空冷塔(1),其中所述闭式空冷塔(1)包括闭式空冷塔主体,闭式空冷塔主体的内部布置多个空冷管束,空冷管束采用立式布置方式;
闭式湿冷塔(2),其中所述闭式湿冷塔(2)包括闭式湿冷塔主体,闭式湿冷塔主体的内部设置多个湿冷管束,顶部设置喷淋管;
空冷循环进水管与闭式空冷塔主体串联组成第一封闭回路而成为空冷循环冷却***;
湿冷循环进水管与闭式湿冷塔主体串联组成第二封闭回路而成为湿冷循环冷却***;
第一封闭回路与第二封闭回路并联后,与循环水泵(3)以及多个并联的全厂换热设备串联形成用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却回路;其中,第一封闭回路与第二封闭回路并联后与循环水泵之间接入定压补水装置。
2.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述定压补水装置包括定压补水罐(61)和定压补水泵(62),所述定压补水罐(61)和定压补水泵(62)之间串联设置第四阀门(63),所述定压补水泵(62)与循环水泵入口之间设置第五阀门(64)和第六阀门(65)。
3.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述空冷管束上方设置第一叶片,提高空气流动速率和冷却效率。
4.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述喷淋管和湿冷管束之间设置第二叶片,通过第二叶片将喷淋管喷出的冷却液体进行雾化和均质化,保证湿冷的效率的同时,降低冷却液体的用量。
5.根据权利要求4所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述冷却液体为冷却水。
6.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述第一封闭回路中设置第一阀门(11);所述第二封闭回路中设置第二干路阀门(21)和第二支路阀门(22);第一封闭回路与第二封闭回路并联后在并联回路中设置第三阀门(5)。
7.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,所述循环水泵(3)的出口与多个全厂换热设备之间设置第七阀门(66)。
8.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却装置,其特征在于,多个并联的全厂换热设备与全闭式循环水冷却回路的主干路之间通过两个阀门分别连接。
9.一种用于多晶硅生产的全闭式循环水冷却方法,基于权利要求1-8任一所述的装置实现,其特征在于,包括:
将循环水送入全闭式循环水冷却回路内;
将需要冷却的工艺物流的热量通过所述循环水从多个全厂换热设备中移走,从而使循环回水温度升高;
所述循环回水返回闭式循环水冷却回路的闭式空冷塔的多个空冷管束内,由所述多个空冷管束的管外强制流动的空气将所述循环回水的部分热量带走;
将经过部分热量带走处理的所述循环回水送入闭式湿冷塔的多个湿冷管束内,通过喷淋管产生的水膜或水雾将所述循环回水的部分热量带走,使之冷却;
通过循环水泵(3)再次送入全厂换热设备进行循环冷却;
检测全闭式循环水冷却回路内的水压,将水压数值与定压阈值比较,当水压数值与定压阈值的差别超过一定阈值的情况下,启动所述定压补水装置进行水压补偿。
10.权利要求1-8任一所述的全闭式循环水冷却装置在多晶硅生产中的应用。
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