多晶硅生产环节节能降耗策略探析

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摘 要：多晶硅發展的现状详细分析，节能降耗和有效的战略提出了多晶硅生产环节，以减少多晶硅的生产成本，提高多晶硅企业的经济效益，提高我国多晶硅产业的核心竞争力，促进中国多晶硅产业的发展。

关键词：多晶硅;生产;节能降耗

1 概述

多晶硅的纯度可分为太阳能能级和电子能级。太阳能硅的纯度（SG）之间的冶金级硅和电子级硅，一般认为包含在99.99%～99.9999%Si（4～6个9）。电子级硅（例如）通常需要超过Si99.9999%，超高纯度是99.9999999%～99.999999999%（9～11个9）。太阳能多晶硅的主要原料是生产太阳能光伏电池。电子级多晶硅主要用于半导体工业和电子信息工业，是单晶硅制造的主要原料。目前实际使用的太阳能光伏电池有晶体硅太阳能电池（单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池）、非晶硅太阳能电池和复合半导体太阳能电池。晶体硅太阳能电池是目前国际光伏市场的主流产品，占全球光伏电池产量的85%以上。在晶体硅太阳能电池中，多晶硅太阳能电池占比较大，约占2/3，占太阳能电池市场份额的55%以上。以硅材料为主导的产业链如图1所示。

2 多晶硅的工艺降低还原电耗

2.1 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，生产过程中多晶硅消耗越少。尽管我国从9月开始到今天的发展很好的还原炉24棒，它在很大程度上改善的影响多晶硅生产的节能降耗，但发达国家的距离，仍有差距，节能降耗标准需要在大还原炉节能技术更努力学习和发展一个更大的多晶硅还原炉生产，不仅可以提高多晶硅生产的单炉生产，还可以进一步提高多晶硅生产中节能降耗的效果。

2.2 硅芯热启动技术

硅芯热启动技术是生产过程中最常见的节能技术之一。首先，降低核心炉的温度。需要对等离子体进行预热，然后通过加热等离子体来降低炉芯的温度和击穿电压。第二，降低电导率。通过添加杂质（如P、B），大大降低了硅芯的导电性，降低了硅芯在生产和使用中的电流和温度，达到了节能的目的。

2.3 电子控制系统的优化

在多晶硅的生产过程中，功耗非常大，对电控系统的优化可以大大降低功耗。首先，根据实际工艺条件，优化电压，调整电流。根据反应器的反应温度和压力变化对电压进行调整和优化，使电流和电压达到最佳匹配。其次，可以设计特殊的电气控制系统，减少电磁等有害辐射对产品的损害，也可以减少炉号，从而减少电能的消耗。

3 多晶硅生产环节节能降耗策略

3.1 优化TCS净化工艺

在多晶硅的生产过程中，TCS提纯也会消耗大量的能量。目前在我国使用最多的TCS净化技术主要是反应精馏技术，大部分的杂质如B和P可以排除，从而大大降低了精馏塔的理论板数，还可以通过合理的能源，最佳匹配之间的温差多次整改，为了有效降低可以检查，平衡，然后通过热集成技术来优化生产工艺，达到节能降耗的目的。

3.2 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，从传统的生产工艺可以看出，多晶硅生产会产生大量高盐度废水，不仅会污染环境，还会造成大量的资源浪费。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。此外，多晶硅生产过程中会产生大量的热量，热量主要由循环水带走，如果不使用它们，这是一种浪费，可以将使用热水，实现节能降耗的目标。

4 我国发展多晶硅产业的优势

①原料优势明显，我国硅石资源丰富：硅块是以石英砂或二氧化硅和碳还原剂为原料生产而成的，对于高能量产品来说，硅块的生产需要消耗12000千瓦时/吨的电能，并且对环境造成污染也比较大，所以欧美发达国家基本上没有生产这种产品，主要依靠进口。长期以来，中国一直是世界上最大的硅块生产国和出口国。2007年，年产量约占全球总需求的55%～60%。2007年出口69.8万吨，比2005年增长30%。国际大型多晶硅生产厂家一般在中国采购粗硅块，经进一步提纯后用于多晶硅的生产。

②多晶硅材料作为集成电路、太阳能电池等产品的主要原材料，具有明显的市场优势，是信息产业和新能源产业发展的重要基石：下游需求强劲，中国半导体行业正在成为全球增长最快的半导体材料市场。据不完全统计，国内有单晶拉丝企业48家，单晶炉1900余台，生产能力14000吨/年。中国现有线切割设备380台。需要大量的多晶硅原料，大部分是从国外进口的。近年，中国太阳能电子生产能力达到3000兆瓦，以每年65%的速度增长，多晶硅未来每年至少需要25000吨，市场潜力巨大。

③国家产业政策支持，国家政策支持中国信息材料产业和光伏产业材料的发展：科技部“十一五”科技支撑计划建立一个“多晶硅产业关键技术开发项目”、“大型化学氢硅合成、提纯技术和关键设备研究”、“高压还原炉系统研究”、“大型四氯化硅氢化技术和设备研究和技术是关键的突破方向。在国内光伏市场尚未完全成熟的情况下，掌握先进的核心技术是应对危机的最佳措施。

参考文献：

[1]王平.低温多晶硅五代线在深投产[J].特区实践与理论， 2012 1）：95-95.

[2]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）.