客戶案例--單晶爐冷卻循環系統-冷水機的應用

單晶爐是一單晶爐是一種在惰性氣體（氮氣、氦氣為主）環境中,用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化。用直拉法生長無錯位單晶的設備。單晶爐對溫度又有及其嚴格的溫度要求。例如：爐體加工溫度，如果爐體溫度得不到有效的控制，爐體因溫度過高會產生形變。勢必影響設備尺寸變化，造成不合格產品的出現；同時爐體材料長期高溫工作，冷熱不均會降低爐體壽命，造成損失。

這就需要專業穩定的冷卻水系統，來滿足單晶爐的降溫冷卻需求，才能維持爐體設備正常工作，不至于發生因爐體設備溫度過高，造成設備變形，影響硅晶體的生長。

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水冷真空爐系統多采用開式循環系統。系統由循環水池，冷卻水循環泵，應急冷卻水箱，板式換熱器等組成。系統中比較關鍵的是需要設置一座有效容積較大的循環水池，此水池在系統正常運轉時僅作為水泵吸水池使用，在停電等緊急情況下，冷水機或冷卻塔停止運行，無法為真空爐系統提供冷媒的時候，冷卻水循環泵配備應急電繼續工作，將管網及水池內水繼續打循環，因水的比熱大于硅的比熱，利用循環水池內的水把鑄錠爐中高溫硅的熱量吸收掉，從而把鑄錠爐的溫度降下來，保證爐體不至于在停電的時候產生損壞甚至爆炸危險。循環水池的儲水容量的確定即根據將系統中所有爐體內的硅料降溫至安全溫度的時候，水池中的水的溫度不至于升高到冷卻水系統管網及設備不耐受的程度。冷卻水系統必須要為真空爐循環水泵配應急電源，此應急電源一般采用柴油發電機，為了保證在柴油發電機啟動之前，爐體內仍然有冷卻水流過，一般會在真空爐系統中設置一座高位應急冷卻水箱，此水箱中的水在系統停電時，依靠重力流經爐體對爐體進行冷卻。循環系統流程見圖1。

　 　以上是對鑄錠爐真空爐系統的大概描述。而因項目所在地域的不同，會采用不同的方式作為真空爐系統的冷媒，以節約運行費用，鑄錠爐冷卻水進水溫度一般要求≤30℃，所以當項目所在地的夏季濕球溫度較低的時候，可以僅采用冷卻塔作為冷媒，就能滿足鑄錠爐冷卻水進水溫度的要求；而當項目所在地區夏季濕球溫度較高時，則需要冷水機組提供冷媒才能滿足鑄錠爐冷卻水進水溫度的要求。下面筆者就這兩種系統進行介紹。

　　系統一：西北等夏季濕球溫度較低的地區。此類地區夏季濕球溫度可≤24℃，冷卻塔夏季出水溫度可≤28℃，則可由冷卻塔的出水作為冷媒，通過板式換熱器將真空爐水溫降至≤30℃，從而滿足鑄錠爐真空爐進水溫度≤30℃的要求。但需要注意，在風沙較大地區，氣候環境惡劣，普通的開式塔容易受到風沙的影響，選用閉式冷卻塔較為合適。此系統比較節能。

　　系統二：中南部等夏季濕球溫度較高的地區，則可采用兩級板式換熱器冷卻的方式提供鑄錠用的冷卻水，一級板式換熱器的一次側冷源采用冷卻水（由冷卻塔制取），二級板式換熱器的一次側冷源采用冷凍水（由冷凍機制取），冬季及過渡季節，不開冷凍機，僅開冷卻塔，用冷卻塔的出水作為冷媒。夏季及過渡季節時，鑄錠爐的冷卻水出水先經過一級板式換熱器換熱，水溫降低一定的幅度后，再進入二級板式換熱器，由冷凍水作為冷媒將真空爐冷卻至鑄錠爐要求的入口溫度。