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摘  要：本文通過(guò)對(duì)河南南陽(yáng)某生產(chǎn)光伏多晶硅企業(yè)在使用冶煉法工藝中礦熱爐除塵引風(fēng)機(jī)的高壓變頻調(diào)速項(xiàng)目來(lái)介紹其應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：多晶硅 太陽(yáng)能光伏電池板 冶煉法 礦熱爐 高壓變頻器 多段調(diào)速

Abstract: Based on the Nanyang a polycrystalline silicon photovoltaic production enterprises in the use of submerged arc furnace smelting process dust induced draft fan VFD project to introduce its plication characteristics and advantages.

Keywords：Polycrystalline silicon  solar photovoltaic panels  smelting  submerged arc furnace high-voltage inverter  multi-speed

1.引言

多晶硅，是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷的條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。

多晶硅主要有以下性質(zhì)：1）半導(dǎo)體性質(zhì)；2）常溫下不活潑，高溫熔融狀態(tài)下具有較大的化學(xué)活潑性；3）常溫下質(zhì)脆，切割時(shí)易碎裂。其用途主要有：

多晶硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)，是極為優(yōu)良的半導(dǎo)體材料；

電子工業(yè)中用于制造半導(dǎo)體收音機(jī)、電冰箱、彩電、電子計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)材料；

多晶硅的最終用途主要是生產(chǎn)集成電路、分立器件和太陽(yáng)能光伏電池板。

該公司具有特殊硅鐵的成熟生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，采用投資低、流程短，成本低的冶金法生產(chǎn)工藝。其技術(shù)及產(chǎn)品特點(diǎn)是：專(zhuān)供寶鋼、武鋼、太鋼、韓國(guó)浦項(xiàng)和日本新日鐵及國(guó)內(nèi)眾多生產(chǎn)光伏電池板企業(yè)的高純硅鐵。

2.現(xiàn)場(chǎng)工藝介紹

多晶硅生產(chǎn)主要有化學(xué)法與物理法，見(jiàn)下圖：

冶金法又稱(chēng)物理法，通過(guò)對(duì)冶金硅原料進(jìn)行造渣、精煉、酸洗（濕法冶金）、定向凝固等方式，將雜質(zhì)去除，生產(chǎn)出太陽(yáng)能級(jí)的多晶硅的方法。由于硅不參加化學(xué)反應(yīng)，所以俗稱(chēng)物理法。其實(shí)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是造渣、精煉還是酸洗，都不可避免地涉及到化學(xué)反應(yīng)。

冶金法提純多晶硅路線(xiàn)類(lèi)似于冶金工業(yè)中金屬提純工藝，盡可能的采用物理方法去除雜質(zhì)。由于沒(méi)有行業(yè)內(nèi)通用的成熟技術(shù)可以借鑒，各公司均自主研發(fā)工藝路線(xiàn)，具體的工藝方法各有不同。

冶金法提純多晶硅包括吹氣精煉、溶劑精煉、定向凝固、真空精煉、熔鹽電解等多種方法。

在提純的過(guò)程中主要利用不同元素的物理性質(zhì)差異來(lái)使之分離，其中包括濕法冶金、吹氣、造渣、定向凝固、真空條件下的電子束、等離子體、太陽(yáng)聚光及感應(yīng)熔煉等。

上述方法中單一的一種方法只能有效去除某一些雜質(zhì)而不能去除所有雜質(zhì)，所以冶金法工藝是一種綜合多種方法的復(fù)合提純工藝。其主要技術(shù)路線(xiàn)如下圖所示：

3.關(guān)鍵設(shè)備介紹

礦熱爐是冶金法（物理法）生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵和主要設(shè)備。主要由爐殼，爐蓋、爐襯、短網(wǎng)，水冷系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，電極殼，電極壓放及升降系統(tǒng)，上下料系統(tǒng)，把持器，燒穿器，液壓系統(tǒng)，礦熱爐變壓器及各種電器設(shè)備等組成。其精煉的效果直接影響最終的產(chǎn)品純度。

4. 除塵系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速

礦熱爐在生產(chǎn)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的有毒危害氣體和煙霧、粉塵。必須通過(guò)引風(fēng)機(jī)將其排入專(zhuān)用的除塵系統(tǒng)進(jìn)行多次處理才能排入大氣。另一方面，引風(fēng)機(jī)的作用還在于維持爐膛負(fù)壓在一定范圍，以保證其熔煉溫度和燃燒情況滿(mǎn)足工藝的需求。

現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)負(fù)載及配套的高壓變頻器參數(shù)如下表：

系統(tǒng)中的除塵引風(fēng)機(jī)使用我司PLC+觸摸屏組態(tài)，根據(jù)煙道管道內(nèi)的高溫探頭檢測(cè)溫度控制變頻器做多段速運(yùn)行，不同溫度代表煙塵量大小，從而自動(dòng)相應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量作相應(yīng)變化。系統(tǒng)原理圖如下所示：

現(xiàn)場(chǎng)照片：

英威騰GD5000系列矢量型高性能變頻器采用電壓源型單元串聯(lián)多電平高-高解決方案，直接10kV輸入、10kV輸出，接線(xiàn)簡(jiǎn)單、控制靈活。控制系統(tǒng)采用DSP+FPGA+ARM三 核技術(shù)，內(nèi)部自帶單元旁路功能，單元故障時(shí)可選擇自動(dòng)/手動(dòng)同級(jí)旁路，同時(shí)支持中性點(diǎn)漂移技術(shù)。利用PLC強(qiáng)大的邏輯編程和擴(kuò)展功能，可將礦熱爐所有配套 系統(tǒng)的I/0信號(hào)接入，從而保證系統(tǒng)的靈活、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。利用高壓變頻器與PLC的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制除塵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

?利用感溫探頭的溫度檢測(cè)及4～20mA模擬量輸出功能，PLC自動(dòng)判斷其爐子內(nèi)高效燃燒時(shí)所需的負(fù)壓，溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)降低變頻器輸出頻率，使風(fēng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速檔位運(yùn)行；溫度較低時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號(hào)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)變頻器在較高轉(zhuǎn)速檔運(yùn)行；

GD5000系列變頻器具有多達(dá)15個(gè)高低轉(zhuǎn)速檔位，可根據(jù)工藝需求任意靈活調(diào)整設(shè)置，同時(shí)還可通過(guò)PLC輸出0～10V或4～20mA信號(hào)通過(guò)變頻器頻率給定對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速；

風(fēng)機(jī)為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷變化情況，低轉(zhuǎn)速檔位運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，其耗電越低，從而在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；

GD5000系列變頻器具有優(yōu)良的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)性能。網(wǎng)側(cè)電壓在+10%～-15%之間波動(dòng)時(shí)可做到滿(mǎn)載輸出。同時(shí)具有AVR功能，能夠根據(jù)母線(xiàn)電壓的波動(dòng)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓。網(wǎng)側(cè)電壓在短時(shí)間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時(shí)，高壓變頻器降額運(yùn)行不停機(jī)，可保證除塵風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，不至于影響生產(chǎn)和對(duì)環(huán)境造成污染；

作為工藝循環(huán)中的關(guān)鍵負(fù)載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況（溫度、直流母線(xiàn)電壓、電流等）的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，及時(shí)提供故障預(yù)判，保證設(shè)備可靠運(yùn)行；

高壓變頻器在20%負(fù)載以上效率高達(dá)96%，系統(tǒng)自身不會(huì)增加多余損耗。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多晶硅產(chǎn)量由供不應(yīng)求，到產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，目前國(guó)內(nèi)多晶硅成交價(jià)低于許多生產(chǎn)廠(chǎng)家的生產(chǎn)成本。另一方面多晶硅的生產(chǎn)會(huì)造成嚴(yán)重的大氣和環(huán)境污染，如果排放不達(dá)標(biāo)環(huán)境保護(hù)部門(mén)和政府會(huì)對(duì)企業(yè)進(jìn)行罰款，甚至停業(yè)整頓，這也給生產(chǎn)企業(yè)造成了巨大的壓力。

在企業(yè)求生存，謀發(fā)展的大環(huán)境下，必須通過(guò)進(jìn)一步降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本和提高廢氣排放物凈化能力才能提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

【1】寶山鋼鐵集團(tuán)  《多晶硅生產(chǎn)概論》

【2】英威騰電氣技術(shù)有限公司 《GD5000系列高壓變頻器產(chǎn)品手冊(cè)》

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