数据驱动的还原炉能耗预测模型研究与应用
发布时间：2021-10-08 20:42
硅材料作为光伏产业、电子产业重要的基础材料,在某种意义上来说,硅材料是新能源领域的战略资源。还原炉作为多晶硅生产的主要设备,其生产过程中的还原工序能耗占到了70%。在绿色制造、低碳制造的背景下,如何减少还原炉的能耗越来越成为关注的重点,而还原工序是一个复杂的、动态的过程。因此有必要探究能耗和影响因素之间的关系,建立能耗预测模型,保障供需平衡、减少资源浪费,为企业的决策提供支持。本文以多晶硅生产中还原工序为对象,分析了能耗影响因素和能耗数据,并针对还原工序能耗影响因素复杂、非线性、传统预测方法准确度低等问题,在能耗数据聚类、剔除异常数据点的基础上,提出了基于改进LSTM长短期记忆神经网络的能耗预测模型。其次开发了基于微服务的能耗预测模块,并将预测模块集成到能源管理系统。本文主要内容如下:（1）针对还原炉结构复杂,还原过程能耗高等问题,本文分析了还原炉的结构、工作原理和耗能特性,揭示了还原炉能耗的影响因素和周期性特点,形成了多晶硅还原工序能耗影响因素特征集。（2）还原工序能耗数据分析。由于实际生产情况复杂,设备故障、采集程序传输的波动等情况会造成还原工序能耗数据存在冗余、异常值,采用合理的...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
改良西门子法生产工艺Fig.2-1Improvedsiemensprocess上图2-1为改良西门子法的工艺流程，其工艺流程主要有4个步骤：TCS合
西门子反应器（CVD 还原炉）是西门子还原法核心的生产设备，如图 2-2 所示气和 TCS 精馏后，在还原炉发生化学沉积，这是改进的西门子法的主要过程过程在钟罩式的炉中进行。主要步骤如下：首先通过电将硅棒加热到 1100°C 左右，然后经过加热的 T气的混合物通入反应容器，最后在反应器中生化学反应并在硅棒表面沉积成个过程中，生成的硅沉积在 U 形的硅棒上，从而使得硅棒的直径越来越大，即是多晶硅的沉积。还原炉内三氯化硅和氢气发生的化学反应如下，其中 2要发生的化学反应：3 2SiHCl + H → Si + 3HCl(23 2 44S iHCl → Si + 2H + 3SiCl(2基于改良西门子法生产的还原炉，其结构主要是立式钟罩型的。由炉底盘、夹套冷却水的双层炉体和观测孔等组成，其详细的结构如下图所示。
通过对还原炉还原工序的分析和调研，还原炉消耗的能源主要是电能，还的能耗主要由三部分组成，化学反应过程的能耗、对流换热浪费的能耗、热辐费的能耗[35]。在 TCS 还原过程中，简述能耗过程如下：首先将电机通入交流电，将硅棒到 1100°C，然后通入 TCS 和氢气的混合气体，使其在还原炉内发生化学反应整个工序的持续过程中，进料量是发生变换的，需要增加 TCS 和氢气的混合量加多晶硅的沉积率，该反应是动态的、复杂的。在还原工序过程中，电能转化为化学反应的能量，同时硅棒会通过热辐射量传递给还原炉壁面，壁面在吸收了热量之后，一部分反射到还原炉内（能耗循环利用的环节），另一部分通过冷却水将热量带走，直到硅棒上的多晶硅结16cm 左右。还原炉还原工序的整个过程都是由电能驱动的，工序能耗曲线如下3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年多晶硅年度市场分析及2018年展望[J]. 刘晶. 太阳能. 2018(01)
[2]基于SVM的大型公共建筑能耗预测模型与异常诊断[J]. 周峰,张立茂,秦文威,吴贤国,林净怡. 土木工程与管理学报. 2017(06)
[3]一种基于密度的分布式聚类方法[J]. 王岩,彭涛,韩佳育,刘露. 软件学报. 2017(11)
[4]基于PSO-RBF神经网络的锂离子电池健康状态预测[J]. 张任,胥芳,陈教料,潘国兵. 中国机械工程. 2016(21)
[5]基于LSTM的发电机组污染物排放预测研究[J]. 杨训政,柯余洋,梁肖,熊焰. 电气自动化. 2016(05)
[6]K近邻优化的密度峰值快速搜索聚类算法[J]. 谢娟英,高红超,谢维信. 中国科学:信息科学. 2016(02)
[7]结合降维技术的电力负荷曲线集成聚类算法[J]. 张斌,庄池杰,胡军,陈水明,张明明,王科,曾嵘. 中国电机工程学报. 2015(15)
[8]影响多晶硅生产电耗的因素及控制措施[J]. 黄开金,平述煌. 氯碱工业. 2015(04)
[9]西门子法生产多晶硅还原过程节能降耗的模拟优化[J]. 梁志武,陶升东,符开云,张瑞. 化学工程. 2014(07)
[10]可再生能源建筑应用系统检测与评价研究[J]. 孙峙峰,任和,王选,孟冲,郭伟,刘子嘉. 建筑科学. 2014(04)
博士论文
[1]改良西门子法制备多晶硅过程的理论分析及建模[D]. 侯彦青.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]新型多晶硅还原炉温度，流动和能耗的模拟[D]. 段连.天津大学 2013
本文编号：3424924
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
改良西门子法生产工艺Fig.2-1Improvedsiemensprocess上图2-1为改良西门子法的工艺流程，其工艺流程主要有4个步骤：TCS合
西门子反应器（CVD 还原炉）是西门子还原法核心的生产设备，如图 2-2 所示气和 TCS 精馏后，在还原炉发生化学沉积，这是改进的西门子法的主要过程过程在钟罩式的炉中进行。主要步骤如下：首先通过电将硅棒加热到 1100°C 左右，然后经过加热的 T气的混合物通入反应容器，最后在反应器中生化学反应并在硅棒表面沉积成个过程中，生成的硅沉积在 U 形的硅棒上，从而使得硅棒的直径越来越大，即是多晶硅的沉积。还原炉内三氯化硅和氢气发生的化学反应如下，其中 2要发生的化学反应：3 2SiHCl + H → Si + 3HCl(23 2 44S iHCl → Si + 2H + 3SiCl(2基于改良西门子法生产的还原炉，其结构主要是立式钟罩型的。由炉底盘、夹套冷却水的双层炉体和观测孔等组成，其详细的结构如下图所示。
通过对还原炉还原工序的分析和调研，还原炉消耗的能源主要是电能，还的能耗主要由三部分组成，化学反应过程的能耗、对流换热浪费的能耗、热辐费的能耗[35]。在 TCS 还原过程中，简述能耗过程如下：首先将电机通入交流电，将硅棒到 1100°C，然后通入 TCS 和氢气的混合气体，使其在还原炉内发生化学反应整个工序的持续过程中，进料量是发生变换的，需要增加 TCS 和氢气的混合量加多晶硅的沉积率，该反应是动态的、复杂的。在还原工序过程中，电能转化为化学反应的能量，同时硅棒会通过热辐射量传递给还原炉壁面，壁面在吸收了热量之后，一部分反射到还原炉内（能耗循环利用的环节），另一部分通过冷却水将热量带走，直到硅棒上的多晶硅结16cm 左右。还原炉还原工序的整个过程都是由电能驱动的，工序能耗曲线如下3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年多晶硅年度市场分析及2018年展望[J]. 刘晶. 太阳能. 2018(01)
[2]基于SVM的大型公共建筑能耗预测模型与异常诊断[J]. 周峰,张立茂,秦文威,吴贤国,林净怡. 土木工程与管理学报. 2017(06)
[3]一种基于密度的分布式聚类方法[J]. 王岩,彭涛,韩佳育,刘露. 软件学报. 2017(11)
[4]基于PSO-RBF神经网络的锂离子电池健康状态预测[J]. 张任,胥芳,陈教料,潘国兵. 中国机械工程. 2016(21)
[5]基于LSTM的发电机组污染物排放预测研究[J]. 杨训政,柯余洋,梁肖,熊焰. 电气自动化. 2016(05)
[6]K近邻优化的密度峰值快速搜索聚类算法[J]. 谢娟英,高红超,谢维信. 中国科学:信息科学. 2016(02)
[7]结合降维技术的电力负荷曲线集成聚类算法[J]. 张斌,庄池杰,胡军,陈水明,张明明,王科,曾嵘. 中国电机工程学报. 2015(15)
[8]影响多晶硅生产电耗的因素及控制措施[J]. 黄开金,平述煌. 氯碱工业. 2015(04)
[9]西门子法生产多晶硅还原过程节能降耗的模拟优化[J]. 梁志武,陶升东,符开云,张瑞. 化学工程. 2014(07)
[10]可再生能源建筑应用系统检测与评价研究[J]. 孙峙峰,任和,王选,孟冲,郭伟,刘子嘉. 建筑科学. 2014(04)
博士论文
[1]改良西门子法制备多晶硅过程的理论分析及建模[D]. 侯彦青.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]新型多晶硅还原炉温度，流动和能耗的模拟[D]. 段连.天津大学 2013
本文编号：3424924
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