热泵产品在多晶硅行业 项目上可行性方案书

国务院颁发《节能减排综合性工作方案》，将“余热余压利用”列为十大重点节能工程； 08 年公布的《国务院 2008 年工作要点》，也强调加大节能减排和环境保护力度 , 在多晶硅等工业项目中回收利用工艺系统排出的废汽、废水、废渣及其他介质余热进行制冷或制热，实现能源的梯级利用，将显着降低煤炭、燃油和燃气等一次性能源的投入，实现节能减排和降本增效。

2002-2011 年国际多晶硅产量以 15.35% 的速度增长，近年还在持续增长中。世界半导体集成电路产业和太阳能光伏产业的迅猛发展，尤其是受太阳能电池产业发展的驱动，多晶硅市场迅速增长，多晶硅价格持续攀升。

在多晶硅生产工艺还原氢和还原炉中，需要用到大量的冷却水，传统工艺中需要专门的工业冷却塔大量排放到大气中去，这部分的热量没有得到充分利用，浪费资源。

多晶硅行业余热利用背景

还原炉钢套冷却水出口温度一般为

109℃

氢还原

精馏塔

精馏塔

多晶硅生产工艺流程图

还原炉和氢化炉是多晶硅的主要生产设备，工作时会产生大量余热，还原炉、氢化炉采用钢制水夹套炉。产生的废热水（钢套冷却水）出口温度一般 109℃ 左右，而在精馏工艺中需要 0.175Mpa 的蒸汽进行加热，存在利用价值；

多晶硅生产工艺分析

多晶硅生产传统工艺流程

精馏工艺

（材料加热）

还原氢工艺

（还原炉）

109℃

（热水）工业冷却塔

蒸汽锅炉

0.175MPa 蒸汽

95℃ 凝结水

多晶硅生产工艺中氢还原和还原炉夹套中有 109℃ 循环水，需要冷却到 90℃ 左右使用供还原炉工艺中使用。而在精馏工艺中需要大量低压蒸汽，同时在办公楼、车间及居民区等场所都需要冷水。1. 应用 LS 第二类溴化锂吸收式热泵系统，为精馏塔提供低压蒸汽，节省了为提供蒸汽而消耗的天然气或煤等燃料。2. 应用 LS 溴化锂热水型机组，制取低温冷水，供需要制冷的场所。

改进后多晶硅生产工艺

精馏工艺（材料加热）

还原炉冷却 109℃热水

车间或办公楼空调制冷

闪蒸汽产生 0.175MPa 蒸汽

0.175MPa蒸汽

95℃ 凝结水

90℃

90℃12℃

7℃

135℃

130℃

选型计算

温度 焓值 流量t/h℃ kcal/kg℃

入口（高温水 ) 109 457.525982

出口 ( 低温水 ) 90 376.2

年产 750 吨多晶硅公司，硅还原套筒冷却水 109℃ 流量约 5982 m3/h ，由 109℃ 降低为 90℃ 水，下表中列出个状态点的焓值。

还原炉套筒中的冷却水主要靠冷却塔进行换热，热量都白白浪费掉，建议增加溴化锂二类热泵和溴化锂热水机，而且产生 0.175MP 蒸汽可以对精馏塔加热，产生的冷水能 对机房及办公楼进行供冷，充分利用余热。 项目总的水资源利用情况表

序号 项目 符号 数量（ m3/h ）

1 新鲜水用量 Q1 126

2 冷却水循环量 Q2 5982

3 工艺用水回水量 Q3 21.9

4 冷却水总用量 Q4 5990

5 项目总水量 Q= Q1+ Q2+ Q3 6121

6 水的重复利用率 （ Q2+ Q3 ） / Q×100%

97.94

7 水的循环利用率 Q2/ Q4×100% 99.72

溴化锂热水机机组参数表（ 6 台）

机组LWM-*** 夏季制冷

制冷量 万大卡 350

冷水进口温度 ℃ 12

冷水出口温度 ℃7

冷水流量 t/h700

冷却水进口温度 ℃ 31

冷却水出口温度 ℃ 36.5

冷却水流量 t/h1530

热水进口温度 ℃109

热水出口温度 ℃90

热水流量 t/h258

满负荷性能系数（ KW/KW ） 制冷工况

0.71

冷凝器污垢系数 (m2·h·℃/Kw) 0.086

溴化锂二类热泵机组参数表

机组AHT-*** 高温热水

制热量 万大卡 3947

热源水进出口温度 ℃ 109/90

蒸发器水流量 t/h2390

发生器水流量 t/h2043

冷却水进出口温度 ℃ 30/35

冷却水流量 t/h8942

热水进 /出口温度 ℃130/135

热水流量 t/h 7896

满负荷性能系数（ KW/KW ） 制热工况

0.72

冷凝器污垢系数 (m2·h·℃/Kw) 0.086

产生的高温热水进入闪蒸罐闪发产生 0.175MPa 的蒸汽，对蒸馏工艺进行加热

改造收益和经济性分析（ 1 ）

多晶硅行业采用溴化锂热水机方案，主要的经济收益包括：

1 ）产生的 7℃ 冷水对办公楼、车间、小区等进行供冷。

产生的这些冷量与用电制冷产生这么多的冷量相比，按电费 1 元 /度，夏天开机 100 天，。每天开机 10

小时计算。

则：输入功率 *每天开机时间 *一年中开机天数 *电费 = 4147.5*10*100*1=415 万元 / 年（收益（收益ⅠⅠ））

改造收益和经济性分析（ 2 ）

项目： 一、已知精馏塔需要 0.175MPa 的蒸汽 3947万大卡 /小时由二类热泵提供；

假定这部分热量用燃煤锅炉获取，查知标煤发热量 7000kcal/kg 、燃煤锅炉热效率约 60% ；

燃煤耗量 = 总热量 /标煤热值 /锅炉热效率=9.4 吨 /小时；

全年按 8000小时运行时间计算，煤炭单价按 500 元 / 吨；

全年节约的煤炭费用 = 燃煤耗量 * 年运行小时 * 煤单价 =9.4*8000*500=3760万元。

则：采用溴化锂二类热泵，通过蒸汽对精馏塔进行加热 每年增收费用 37603760 万元万元（收益（收益ⅡⅡ））

Ⅱ

采用第二类吸收式热泵系统一年内获取的经济利润：

收益收益ⅠⅠ ++ 收益收益Ⅱ Ⅱ =3760+415=4175=3760+415=4175 万元万元 // 年年

由此可以总结归纳增收节能优势为：

1 ）可以再夏季为办公楼、车间及居民区供冷，充分利用废热余热2 ）提供蒸馏工艺加热所需的蒸汽，取 代了用煤制取蒸汽，减少 SO2 和 CO2 的排放，满足节能减排的要求

# 综合分析

序号 项目名称 基本参数 价格预算（万元）

备注

溴化锂热水机 制冷量 2100万大卡 /小时 1500

1 溴化锂二类热泵 制热量 3947万大卡 /小时 6526

2 冷却水循环泵 13257m³/h 780 10台、 9 用一备

4 机房管路配套及安装 1000

5 机房配电 150

6 机房土建 260

总投资 10216

初投资回收年限 =10216/4175=2.45 年多晶硅工厂采用溴化锂热泵机组， 3年以内可回收全部初投资！

多晶硅热泵应用方案 –初投资比较