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摘  要：本文通過對河南南陽某生產光伏多晶硅企業在使用冶煉法工藝中礦熱爐除塵引風機的高壓變頻調速項目來介紹其應用特點和優勢。

關鍵詞：多晶硅 太陽能光伏電池板 冶煉法 礦熱爐 高壓變頻器 多段調速

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，是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷的條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。

多晶硅主要有以下性質：1）半導體性質；2）常溫下不活潑，高溫熔融狀態下具有較大的化學活潑性；3）常溫下質脆，切割時易碎裂。其用途主要有：

多晶硅具有半導體性質，是極為優良的半導體材料；

電子工業中用于制造半導體收音機、電冰箱、彩電、電子計算機等基礎材料；

多晶硅的最終用途主要是生產集成電路、分立器件和太陽能光伏電池板。

該公司具有特殊硅鐵的成熟生產經驗和技術，采用投資低、流程短，成本低的冶金法生產工藝。其技術及產品特點是：專供寶鋼、武鋼、太鋼、韓國浦項和日本新日鐵及國內眾多生產光伏電池板企業的高純硅鐵。

2.現場工藝介紹

多晶硅生產主要有化學法與物理法，見下圖：

冶金法又稱物理法，通過對冶金硅原料進行造渣、精煉、酸洗（濕法冶金）、定向凝固等方式，將雜質去除，生產出太陽能級的多晶硅的方法。由于硅不參加化學反應，所以俗稱物理法。其實整個生產過程中，無論是造渣、精煉還是酸洗，都不可避免地涉及到化學反應。

冶金法提純多晶硅路線類似于冶金工業中金屬提純工藝，盡可能的采用物理方法去除雜質。由于沒有行業內通用的成熟技術可以借鑒，各公司均自主研發工藝路線，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。

在提純的過程中主要利用不同元素的物理性質差異來使之分離，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、太陽聚光及感應熔煉等。

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

3.關鍵設備介紹

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

4. 除塵系統引風機的變頻調速

礦熱爐在生產運行中會產生大量的有毒危害氣體和煙霧、粉塵。必須通過引風機將其排入專用的除塵系統進行多次處理才能排入大氣。另一方面，引風機的作用還在于維持爐膛負壓在一定范圍，以保證其熔煉溫度和燃燒情況滿足工藝的需求。

現場電機負載及配套的高壓變頻器參數如下表：

系統中的除塵引風機使用我司PLC+觸摸屏組態，根據煙道管道內的高溫探頭檢測溫度控制變頻器做多段速運行，不同溫度代表煙塵量大小，從而自動相應調節風機風量作相應變化。系統原理圖如下所示：

現場照片：

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多電平高-高解決方案，直接10kV輸入、10kV輸出，接線簡單、控制靈活。控制系統采用DSP+FPGA+ARM三 核技術，內部自帶單元旁路功能，單元故障時可選擇自動/手動同級旁路，同時支持中性點漂移技術。利用PLC強大的邏輯編程和擴展功能，可將礦熱爐所有配套 系統的I/0信號接入，從而保證系統的靈活、可靠和穩定運行。利用高壓變頻器與PLC的自動協調控制除塵系統具有以下優勢：

?利用感溫探頭的溫度檢測及4～20mA模擬量輸出功能，PLC自動判斷其爐子內高效燃燒時所需的負壓，溫度過高時，自動降低變頻器輸出頻率，使風機在較低轉速檔位運行；溫度較低時，通過開關量信號自動控制調節變頻器在較高轉速檔運行；

GD5000系列變頻器具有多達15個高低轉速檔位，可根據工藝需求任意靈活調整設置，同時還可通過PLC輸出0～10V或4～20mA信號通過變頻器頻率給定對風機轉速進行無級調速；

風機為平方轉矩負載，根據生產負荷變化情況，低轉速檔位運行時間越長，其耗電越低，從而在滿足生產工藝的條件下實現節能降耗；

GD5000系列變頻器具有優良的抗電網電壓波動性能。網側電壓在+10%～-15%之間波動時可做到滿載輸出。同時具有AVR功能，能夠根據母線電壓的波動自動調整輸出電壓。網側電壓在短時間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時，高壓變頻器降額運行不停機，可保證除塵風機穩定運行，不至于影響生產和對環境造成污染；

作為工藝循環中的關鍵負載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況（溫度、直流母線電壓、電流等）的實時監控功能，及時提供故障預判，保證設備可靠運行；

高壓變頻器在20%負載以上效率高達96%，系統自身不會增加多余損耗。

5.結束語

隨著光伏產業的發展，多晶硅產量由供不應求，到產能嚴重過剩，目前國內多晶硅成交價低于許多生產廠家的生產成本。另一方面多晶硅的生產會造成嚴重的大氣和環境污染，如果排放不達標環境保護部門和政府會對企業進行罰款，甚至停業整頓，這也給生產企業造成了巨大的壓力。

在企業求生存，謀發展的大環境下，必須通過進一步降低生產運營成本和提高廢氣排放物凈化能力才能提高產品的競爭力和降低運營風險。

參考文獻：

【1】寶山鋼鐵集團  《多晶硅生產概論》

【2】英威騰電氣技術有限公司 《GD5000系列高壓變頻器產品手冊》

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