72对棒多晶硅还原炉供电系统设计论文_张书涛

(新特能源股份有限公司 新疆 830011)

摘要:本文通过设计了相关技术方案、并对主要构成部分进行核算,论述由一套还原炉供电系统为 72对棒多晶硅还原炉提供电源,该还原炉供电系统优越于现有技术,为大型还原炉提供了稳定可靠的电源,以满足后期公司改扩建项目中的相关要求。

关键词:改良西门子法、72对棒、多晶硅还原炉、供电系统

1 目前多晶硅还原炉供电系统的现状

硅材料是半导体工业、电子信息产业和太阳能光伏电池产业中最重要功能性材料,多晶硅作为制备单晶硅的唯一原料和生产太阳能电池的材料,其需求量日益增大。多晶硅生产企业为了降低能耗,对多晶硅还原炉的设计选型越来越大型化,由原来的3 ~ 12 对棒逐渐发展至36对棒及以上。

由于大型多晶硅还原炉对多晶硅生产的能耗、成本等因素都有较大的降幅,因此对于大型多晶硅还原炉研究工作的要求要更高。目前针对大型还原炉如48对棒、66对棒还原炉国内采用的方式由两套供电系统为一台还原炉进行供电、或是采用长度较短、直径较粗的硅芯作为生产载体,这些解决方案均有较大的弊端。

2 现阶段48对棒、66对棒还原炉供电系统相关设计方案的缺点

如果按照现有48对棒、66对棒还原炉供电系统的技术方式为72对棒还原炉设计相应的供电方案,就需要将两套36对棒还原炉供电系统组合同时对一台还原炉进行供电,该种还原炉供电方式有以下缺点:

1、一次性技改投资比较大,需要两台10000KVA容量的变压器,两套36对棒还原炉电源控制柜,4.8吨铜牌及300米高压电缆,合计投资金额908万。

2、还原炉在运行过程中需要对12台功率控制柜同时进行控制,控制方式比较复杂,人员误、漏操作机率较大,对工艺操作人员要求比较高。

3、设备占地面积比较大,安装需要厂房占地面积100平米,是现有36对棒还原炉供电系统占地面积的两倍。

4、高压启动耗时时间长,由于需要将硅棒分为12相,就需要对12相硅棒分别进行高压启动击穿,每相需要10-15分钟的击穿时间,因此整炉击穿就需要2.5小时,相对现在运行的36对棒需要增加一倍的击穿时间,延长了还原炉非在线时间,降低了还原炉的生产效率。

通过以上现有技术的分析可以看出,现有的设计方案已无法满足72对棒大型还原炉的供电要求,因此需要针对72对棒还原炉供电系统进行重新设计,该项目在国内在国内、国际均是首次涉及属于多晶硅生产中的前沿技术。

3 72对棒多晶硅还原炉供电系统设计方案

3.1 72对棒多晶硅还原炉供电系统的基本组成:

此种72对棒多晶硅还原炉底盘电极、硅棒连接方式如图1所示该种硅棒连接方式是将72对硅棒分为六组,每组中的12对硅棒首尾进行串联排列,在12对硅棒的首端和末端通过导线与电源控制柜进行连接。

图1 72对棒还原炉底盘电极、硅棒连接方式示意图

共分为六相进行分别控制,对应关系如下所示意:

A1:12对棒,A2:12对棒;

B1:12对棒,B2:12对棒;

C1:12对棒,C2:12对棒。

本次研究的72对棒多晶硅还原炉供电系统,所述多晶硅还原炉中的72个硅棒对呈A1相、A2相、B1相、B2相、C1相和C2相排列,供电系统的主要设备包括运行电源、高压启动电源、高压切换维持电源、一台10KV三相三绕组整流变压器、A1相功率柜、A2相功率柜、B1相功率柜、B2相功率柜、C1相功率柜、C2相功率柜、切换柜和控制柜;

该多晶硅还原炉供电系统各组成部分的作用如下:

控制柜对系统内所有元件工作状态进行中央控制;

高压启动电源提供0~12kV的可调电压击穿硅芯,当硅芯击穿后,高压启动电源自动进入恒流运行;

高压维持柜为击穿后的硅芯继续提供加热电源;

然后交接到还原功率柜完成后续的还原加热,

3.2本方案与现有解决方案对比

3.2.1直接投入对比

节约一次固定投入成本对比如表1所示:

表1

3.2.1方案对比结果

通过以上的72对棒多晶硅还原炉供电系统设计方案与现有技术方案进行对比,我们可以看到两者优缺点对比如表2所示:

表2

通过以上对比,我们可以看出本次设计的大型还原炉的供电方案不论是一次投入成本、厂房占地面积以及还原炉启炉效率等方面均比现有技术方案有较大的优势,因此设计方案是成功的,完全可以实现未来多晶硅生产中大型还原炉改进的发展趋势。

4 结束语

采用该种新型的72对棒还原炉供电系统的设计方案,能够在建设中降低投资成本,生产过程中方便操作人员控制,节约启炉时间提高还原炉效率。该方案完全可以满足72对棒还原炉正常生产运行的需要,能够在大规模多晶硅建设项目中应用。

论文作者:张书涛

论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期

论文发表时间:2020/4/30

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