多晶硅生产环节节能降耗策略探析

李有斌

（青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分公司，青海 西宁 810000）

引言

近年来，受到环境污染以及能源严重浪费的影响，各国对于新能源的研究和开发也加大了力度。太阳能因其具有可再生、清洁等优点引起了各国的高度重视。而目前，太阳能已经被运用到发电中，并取得了比较理想的成绩，多晶硅作为太阳能发电的主要原材料，也有可能是未来制作太阳能电池的主要材料，也引起了各国的高度重视。在我国，针对多晶硅生产的技术研究和开发还比较落后，导致我国多晶硅的生产成本远远高于发达国家，加之近几年多晶硅的价格一路下降，给我国的多晶硅生产企业带来了严重影响。为此，我国迫切寻找出一条有效的途径来降低多晶硅的生产成本，从而确保多晶硅生产企业的可持续发展。

1 我国多晶硅发展的现状分析

一直以来，我国也十分重视对环境和能源的保护，并出台和实施了一系列的政策，虽然取得了一定的成效，但是很多能源都是不可再生能源，虽然国家出台了相关的政策提倡节约能源，但是能源还是在不断减少。这时，对可再生能源、绿色能源的研究和开发就受到了国家的高度重视，加之全球气候变暖的影响在不断加剧，对于新能源、绿色能源的开发和发展就显得更加迫切。近年来，我国的多晶硅生产在取得快速发展的同时也带动了相关产业链的产生和发展，但是由于受到国内外环境及金融危机的影响，我国的多晶硅产能过剩的现象也日益严重，这让我国的多晶硅市场竞争也变得越来越激烈，导致多晶硅的价格一路狂跌，给多晶硅生产企业带来严峻的生存压力。加之我国对于多晶硅生产技术方面的研究还比较落后，在多晶硅生产成本上还远远高于发达国家，严重影响了我国多晶硅产业的发展。另外，我国多晶硅生产的原材料主要是依靠进口，而生产的产品主要是为了出口，这无疑让我国的多晶硅发展受到了国外市场的制约，在很多程度上限制了我国多晶硅的发展。

2 多晶硅生产中的节能降耗策略

2.1 优化还原工艺降低还原电耗

1）大型还原炉节能技术。还原炉是多晶硅生产中的重要设备，实践证明，还原炉越大多晶硅在生产的过程中消耗的能量就会越少。虽然我国从起初的9对棒的还原炉发展到今天的24对棒，这已经在很大程度上提高了多晶硅生产的节能降耗效果，但是距离发达国家的节能降耗标准还有一定的差距，还需要在大型还原炉节能技术上加大研究的力度，研究出更大型的多晶硅生产还原炉，不仅可以提高多晶硅的单炉生产产量，还能进一步提高多晶硅生产中的节能降耗效果[1]。

2）硅芯热启动技术。硅芯热启动技术是生产过程中最为常见的节能技术之一，此项技术之所以被业内广泛应用，在节能方面必有其独到之处。第一，降低硅芯炉的温度。使用过程中需先对等离子进行预热，然后再通过加热等离子体的形式来降低硅芯炉的温度和击穿电压，达到节能的目的。第二，降低导电率。通过添加杂质（如P、B）的方法大幅度降低硅芯的导电率，进而降低了硅芯在生产使用途中的电流、温度，达到节能的目的。

3）电控系统优化。在多晶硅的生产过程中，其消耗的电能是非常巨大的，而对电控系统进行优化可以在很大程度上减少电能的消耗。首先，根据实际的工艺条件来对电压进行优化和对电流进行调节，主要是根据反应炉的反应温度和压力变化来进行调整和优化，让电流和电压达到最佳的匹配。其次，可以设计特殊的电控系统减少电磁和其他有害辐射对产品的危害，还可以降低倒炉的次数，从而降低电能的消耗。

2.2 优化TCS提纯过程

TCS提纯在多晶硅生产中也会消耗大量的能量，其主要包括对多晶硅中的B、P、C、金属杂质和其他非金属杂质进行去除，从而起到提纯的作用。目前在我国使用最多的TCS提纯技术主要是反应精馏技术，可将绝大多数的B、P等杂质排除，进而大幅度地降低精馏塔以及理论板数，还可以通过合理的能量、最佳的温差匹配进行多次精馏，以有效减少能耗。此外，在生产过程，对各种物质所需的能耗进行考察、平衡，然后通过热集成技术重新优化生产流程，最终实现节能降耗[2]。

2.3 尾气干法回收工艺优化

尾气干法回收工艺是精馏系统中的重要组成部分，其主要是通过冷凝、压缩、吸附等技术，把还原氢化尾气中大量的氢气、TCS、STC以及HCL分离开来，让这些尾气返回各工艺段进行循环使用。尾气干法回收工艺的使用既能够减少有害气体的排放，起到保护环境的作用，还能够将这些尾气进行回收循环利用，提高了废气的利用率，最终实现节能降耗的目的[3]。

2.4 废物及废热的利用

在多晶硅的生产过程中会产生大量的废物和废热，从传统的生产工艺中可以看到，多晶硅生产会产生大量的高盐分废水，这些废水不仅会污染环境，还造成了大量的资源浪费。如果通过新的工艺来将这些废水进行回收利用，不仅可以节约生产的成本还能够降低能耗。目前，在国内已经有一些多晶硅生产企业使用废气焚烧的方式来实现对废水的使用，并取得了理想的成绩[4]。另外，在多晶硅的生产过程中还会产生大量的热，这些热主要被循环水带走，如果不加以利用，就非常浪费，可以对工艺进行改造，将这些热水利用起来，实现节能降耗的目的。

2.5 建立多晶硅产业循环经济园区

多晶硅是太阳能领域的重要原材料，建立多晶硅产业循环经济园区可以在整体上实现节能降耗。利用好当地的水、电、焦炉煤气和矿产资源等地域优势，以工业硅、高纯度多晶硅、太阳能电池为主要产业链，并相应发展辅助产业，这样可以有效地提高原辅材料的综合使用率，还可以实现原料、生产、产品的综合化及废物处理一体化、管理信息化发展，从整体上实现节能降耗。

3 结语

多晶硅作为太阳能领域中的重要材料，在未来的发展中具有十分重要的地位和意义。面对着多晶硅市场日益激烈的竞争环境，我国的多晶硅要想在国际市场中立足，就必须要从技术、质量、成本等方面进行优化和创新。节能降耗是降低我国多晶硅生产成本的有效途径之一，也是提升我国多晶硅产业核心竞争力的有效方式，实现多晶硅生产中的节能降耗对于促进我国多晶硅产业的发展有着十分重要意义。

[1]梁志武，陶升东，符开云，等.西门子法生产多晶硅还原过程节能降耗的模拟优化[J].化学工程，2014（7）：1-5.

[2]王琼.多晶硅生产中还原尾气回收过程的节能降耗Aspen Plus模拟研究[D].长沙：湖南大学，2014.

[3]王倩.多晶硅生产中节能降耗分析[J].中国战略新兴产业，2017（12）：143.

[4]张志刚，蒋国瑜，杨永亮，等.多晶硅生产中氢气消耗分析及优化[J].世界有色金属，2017（2）：32-33.