關(guān)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(diào)速
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，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅主要有以下性質(zhì)：
●半導(dǎo)體性質(zhì)；
●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；
●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：專供寶鋼、武鋼、太鋼、韓國浦項(xiàng)和日本新日鐵及國內(nèi)眾多生產(chǎn)光伏電池板企業(yè)的高純硅鐵。
2.現(xiàn)場工藝介紹
多晶硅生產(chǎn)主要有化學(xué)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(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)出太陽能級的多晶硅的方法。由于硅不參加化學(xué)反應(yīng)，所以俗稱物理法。其實(shí)整個(gè)生產(chǎn)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(xué)反應(yīng)。冶金法提純多晶硅路線類似于冶金工業(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，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(zhì)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(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。必須通過引風(fēng)機(jī)將其排入專用的除塵系統(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足工藝的需求。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)場照片：
Goodrive5000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，接線簡單、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：
●利用感溫探頭的溫度檢測及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)，通過開關(guān)量信號自動(dòng)控制調(diào)節(jié)變頻器在較高轉(zhuǎn)速檔運(yùn)行；
●Goodrive5000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PLC輸出0～10V或4～20mA信號通過變頻器頻率給定對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級調(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，其耗電越低，從而在滿足生產(chǎn)工藝的條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；
●Goodrive5000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)可做到滿載輸出。同時(shí)具有AVR功能，能夠根據(jù)母線電壓的波動(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)和對環(huán)境造成污染；
●作為工藝循環(huán)中的關(guān)鍵負(fù)載，Goodrive5000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(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
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)能嚴(yán)重過剩，目前國內(nèi)多晶硅成交價(jià)低于許多生產(chǎn)廠家的生產(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)部門和政府會(huì)對企業(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，必須通過進(jìn)一步降低生產(chǎn)運(yùn)營成本和提高廢氣排放物凈化能力才能提高產(chǎn)品的競爭力和降低運(yùn)營風(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 《Goodrive5000系列高壓變頻器產(chǎn)品手冊》
