多晶硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能降耗策略探析

李有斌

（青海黃河上游水電開發(fā)有限責任公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

引言

近年來，受到環(huán)境污染以及能源嚴重浪費的影響，各國對于新能源的研究和開發(fā)也加大了力度。太陽能因其具有可再生、清潔等優(yōu)點引起了各國的高度重視。而目前，太陽能已經(jīng)被運用到發(fā)電中，并取得了比較理想的成績，多晶硅作為太陽能發(fā)電的主要原材料，也有可能是未來制作太陽能電池的主要材料，也引起了各國的高度重視。在我國，針對多晶硅生產(chǎn)的技術研究和開發(fā)還比較落后，導致我國多晶硅的生產(chǎn)成本遠遠高于發(fā)達國家，加之近幾年多晶硅的價格一路下降，給我國的多晶硅生產(chǎn)企業(yè)帶來了嚴重影響。為此，我國迫切尋找出一條有效的途徑來降低多晶硅的生產(chǎn)成本，從而確保多晶硅生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 我國多晶硅發(fā)展的現(xiàn)狀分析

一直以來，我國也十分重視對環(huán)境和能源的保護，并出臺和實施了一系列的政策，雖然取得了一定的成效，但是很多能源都是不可再生能源，雖然國家出臺了相關的政策提倡節(jié)約能源，但是能源還是在不斷減少。這時，對可再生能源、綠色能源的研究和開發(fā)就受到了國家的高度重視，加之全球氣候變暖的影響在不斷加劇，對于新能源、綠色能源的開發(fā)和發(fā)展就顯得更加迫切。近年來，我國的多晶硅生產(chǎn)在取得快速發(fā)展的同時也帶動了相關產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)生和發(fā)展，但是由于受到國內外環(huán)境及金融危機的影響，我國的多晶硅產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象也日益嚴重，這讓我國的多晶硅市場競爭也變得越來越激烈，導致多晶硅的價格一路狂跌，給多晶硅生產(chǎn)企業(yè)帶來嚴峻的生存壓力。加之我國對于多晶硅生產(chǎn)技術方面的研究還比較落后，在多晶硅生產(chǎn)成本上還遠遠高于發(fā)達國家，嚴重影響了我國多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外，我國多晶硅生產(chǎn)的原材料主要是依靠進口，而生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是為了出口，這無疑讓我國的多晶硅發(fā)展受到了國外市場的制約，在很多程度上限制了我國多晶硅的發(fā)展。

2 多晶硅生產(chǎn)中的節(jié)能降耗策略

2.1 優(yōu)化還原工藝降低還原電耗

1）大型還原爐節(jié)能技術。還原爐是多晶硅生產(chǎn)中的重要設備，實踐證明，還原爐越大多晶硅在生產(chǎn)的過程中消耗的能量就會越少。雖然我國從起初的9對棒的還原爐發(fā)展到今天的24對棒，這已經(jīng)在很大程度上提高了多晶硅生產(chǎn)的節(jié)能降耗效果，但是距離發(fā)達國家的節(jié)能降耗標準還有一定的差距，還需要在大型還原爐節(jié)能技術上加大研究的力度，研究出更大型的多晶硅生產(chǎn)還原爐，不僅可以提高多晶硅的單爐生產(chǎn)產(chǎn)量，還能進一步提高多晶硅生產(chǎn)中的節(jié)能降耗效果[1]。

2）硅芯熱啟動技術。硅芯熱啟動技術是生產(chǎn)過程中最為常見的節(jié)能技術之一，此項技術之所以被業(yè)內廣泛應用，在節(jié)能方面必有其獨到之處。第一，降低硅芯爐的溫度。使用過程中需先對等離子進行預熱，然后再通過加熱等離子體的形式來降低硅芯爐的溫度和擊穿電壓，達到節(jié)能的目的。第二，降低導電率。通過添加雜質（如P、B）的方法大幅度降低硅芯的導電率，進而降低了硅芯在生產(chǎn)使用途中的電流、溫度，達到節(jié)能的目的。

3）電控系統(tǒng)優(yōu)化。在多晶硅的生產(chǎn)過程中，其消耗的電能是非常巨大的，而對電控系統(tǒng)進行優(yōu)化可以在很大程度上減少電能的消耗。首先，根據(jù)實際的工藝條件來對電壓進行優(yōu)化和對電流進行調節(jié)，主要是根據(jù)反應爐的反應溫度和壓力變化來進行調整和優(yōu)化，讓電流和電壓達到最佳的匹配。其次，可以設計特殊的電控系統(tǒng)減少電磁和其他有害輻射對產(chǎn)品的危害，還可以降低倒爐的次數(shù)，從而降低電能的消耗。

2.2 優(yōu)化TCS提純過程

TCS提純在多晶硅生產(chǎn)中也會消耗大量的能量，其主要包括對多晶硅中的B、P、C、金屬雜質和其他非金屬雜質進行去除，從而起到提純的作用。目前在我國使用最多的TCS提純技術主要是反應精餾技術，可將絕大多數(shù)的B、P等雜質排除，進而大幅度地降低精餾塔以及理論板數(shù)，還可以通過合理的能量、最佳的溫差匹配進行多次精餾，以有效減少能耗。此外，在生產(chǎn)過程，對各種物質所需的能耗進行考察、平衡，然后通過熱集成技術重新優(yōu)化生產(chǎn)流程，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗[2]。

2.3 尾氣干法回收工藝優(yōu)化

尾氣干法回收工藝是精餾系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要是通過冷凝、壓縮、吸附等技術，把還原氫化尾氣中大量的氫氣、TCS、STC以及HCL分離開來，讓這些尾氣返回各工藝段進行循環(huán)使用。尾氣干法回收工藝的使用既能夠減少有害氣體的排放，起到保護環(huán)境的作用，還能夠將這些尾氣進行回收循環(huán)利用，提高了廢氣的利用率，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的[3]。

2.4 廢物及廢熱的利用

在多晶硅的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢物和廢熱，從傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中可以看到，多晶硅生產(chǎn)會產(chǎn)生大量的高鹽分廢水，這些廢水不僅會污染環(huán)境，還造成了大量的資源浪費。如果通過新的工藝來將這些廢水進行回收利用，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)的成本還能夠降低能耗。目前，在國內已經(jīng)有一些多晶硅生產(chǎn)企業(yè)使用廢氣焚燒的方式來實現(xiàn)對廢水的使用，并取得了理想的成績[4]。另外，在多晶硅的生產(chǎn)過程中還會產(chǎn)生大量的熱，這些熱主要被循環(huán)水帶走，如果不加以利用，就非常浪費，可以對工藝進行改造，將這些熱水利用起來，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.5 建立多晶硅產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)

多晶硅是太陽能領域的重要原材料，建立多晶硅產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)可以在整體上實現(xiàn)節(jié)能降耗。利用好當?shù)氐乃?、電、焦爐煤氣和礦產(chǎn)資源等地域優(yōu)勢，以工業(yè)硅、高純度多晶硅、太陽能電池為主要產(chǎn)業(yè)鏈，并相應發(fā)展輔助產(chǎn)業(yè)，這樣可以有效地提高原輔材料的綜合使用率，還可以實現(xiàn)原料、生產(chǎn)、產(chǎn)品的綜合化及廢物處理一體化、管理信息化發(fā)展，從整體上實現(xiàn)節(jié)能降耗。

3 結語

多晶硅作為太陽能領域中的重要材料，在未來的發(fā)展中具有十分重要的地位和意義。面對著多晶硅市場日益激烈的競爭環(huán)境，我國的多晶硅要想在國際市場中立足，就必須要從技術、質量、成本等方面進行優(yōu)化和創(chuàng)新。節(jié)能降耗是降低我國多晶硅生產(chǎn)成本的有效途徑之一，也是提升我國多晶硅產(chǎn)業(yè)核心競爭力的有效方式，實現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)中的節(jié)能降耗對于促進我國多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著十分重要意義。

[1]梁志武，陶升東，符開云，等.西門子法生產(chǎn)多晶硅還原過程節(jié)能降耗的模擬優(yōu)化[J].化學工程，2014（7）：1-5.

[2]王瓊.多晶硅生產(chǎn)中還原尾氣回收過程的節(jié)能降耗Aspen Plus模擬研究[D].長沙：湖南大學，2014.

[3]王倩.多晶硅生產(chǎn)中節(jié)能降耗分析[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（12）：143.

[4]張志剛，蔣國瑜，楊永亮，等.多晶硅生產(chǎn)中氫氣消耗分析及優(yōu)化[J].世界有色金屬，2017（2）：32-33.