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多晶硅項目無組織排放大氣環境影響評價和對策研究

文檔作者：彭明江文檔來源：成都工業學院		點擊數：	更新時間： 2025年07月03日
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多晶硅項目無組織排放大氣環境影晴評價和對策研究
彭明江
(成都工業學院四川成都610031)
摘要多晶硅生產對環境造成的影響越來越受到關注。大氣污染物無組織排放是環境影響分析評價中的一個難點。分析
改良西門子法多晶硅項目無組織排放的產污環節．確定其源強的技術方法。提出該類項目的大氣環境防護距離和衛生防護距
離環保對策。
關鍵詞多晶硅項目改良西門子法無組織排放大氣環境影響評價
中圖分類號：TN325．2 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2015)06—049-03
為了實現環境保護和能源的可持續發展．可再生能源受
到全世界的重視，特別是太陽能以其“取之不盡，用之不竭”
的優勢而成為人們關注的焦點。近年太陽能電池產業得到蓬
勃發展．而多晶硅是生產單晶硅和太陽能電池的直接原料，
是當代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉換等半導體器
件的電子信息基礎材料．作為太陽能電池產業的上游一多晶
硅產業發展迅猛?．
隨著多晶硅產業的發展．多晶硅生產對環境造成的影響
越來越受到關注[捫。多晶硅按照純度的不同分為電子級和太
陽能級，其中電子級占55％左右。太陽能級占45％。從多晶
硅生產的主要工藝技術的現狀和發展趨勢來看．改良西門子
工藝能夠兼容電子級和太陽能級多晶硅的生產．以其技術成
熟、適合產業化生產等特點，是目前多晶硅生產普遍采用的
首選工藝．也是目前國內多晶硅生產的主要工藝技術。改良
西門子法目前擁有最大的市場份額。
改良西門子法多晶硅生產中會產生易燃易爆、有毒、腐
蝕性的廢氣．部分廢氣沒有進入收集和排氣系統．以無組織
形式彌散到環境中。廢氣污染物無組織排放的污染源和排放
量的確定是環境影響分析評價和確定大氣環境防護距離的
重要因素，是區域規劃和環境管理的重要參考依據。同時大
氣污染物無組織排放也是環境影響分析評價中的難點：①無
組織排放的產污環節多；②無組織排放量的確定難度大；③
無組織排放環境影響環評體系和評價技術尚不十分完善．如
不能很好地、科學、客觀公正地評價并落實污染控制措施，將
對環境造成嚴重影響。如何可靠的分析評價無組織排放的大
氣環境影響。安全有效地處理這些廢氣，成為解決多晶硅生
產過程中的環境污染問題重要課題之一．這對確保多晶硅產
業的健康發展具有重要意義。本文主要針對改良西門子工
藝．探討多晶硅項目無組織排放的大氣環境影響評價和環保
對策。
1 改良西門子法多晶硅項目大氣污染物無組織排
放產污環節分析
西門子法是由德國Siemens公司發明并于1954年申請
了專利1965年左右實現了工業化。經過幾十年的應用和發
展。西門子法不斷完善。先后出現了第1代、第2代和第3
代．第3代多晶硅生產工藝即改良西門子法，它在第2代的
作者簡介：彭明江(1974～)，男，碩士，講師、工程師。
基礎上增加了還原尾氣干法回收系統、SiC】4回收氫化工藝，
實現了完全閉環生產[3]。
改良西門子法生產工藝流程主要包括：①H：制備與凈
化；②HCI合成；(要)SiHCl，合成；④合成氣干法分離；⑤氯硅
烷分離、提純；@SiHC]，氫還原；⑦還原尾氣干法分離；⑧
SiCk氫化；⑨氫化氣干法分離；⑩硅芯制備及產品整理；⑩
廢氣及殘液處理，工藝廢氣用NaOH溶液洗滌。精餾殘液加
入NaOH溶液使氯硅烷水解并轉化成無害物質；⑩產品整理
及硅芯腐蝕處理揮發出的氟化氫和氮氧化物尾氣．用石灰乳
液作吸收劑吸收氟化氫。以氨為還原劑、非貴重金屬為催化
劑，將NO。還原分解成N：和水；⑩硅芯制各及產品整理工序
含廢氫氟酸和廢硝酸的酸洗廢液．用石灰乳液中和．生成氟
化鈣固體和硝酸鈣溶液。
改良西門子法多晶硅項目生產過程涉及眾多有毒有害
化學品和合成、精餾、冷凝、氫還原等復雜化工工藝過程。經
分析．改良西門子法無組織排放大氣污染物主要有粉塵、氯
氣、氯化氫和氟化氫等。生產和貯存、轉輸中無組織排放產污
環節包括以下幾個方面：
(1)粉塵無組織排放主要來自硅粉庫、硅粉運輸、裝卸及
加料工序：
(2)氯氣無組織排放主要來自氯化氫合成工序；
(3)氯化氫無組織排放主要來自三氯氫硅合成、各尾氣
干法分離工序的運轉設備、管道和閥門；
(4)氟化氫無組織排放主要來自硅芯制備和產品整理工
序．酸腐蝕處理系統。以及氯硅烷儲存和轉輸系統等。
上述無組織排放產污環節同時涉及多種污染物和生產、
轉輸和儲存多個方面．體現了多晶硅項目作為化工項目所具
有共同特點和普遍特征。
2擬建多晶硅項目無組織排放源強確定的技術方法
研究
由于多晶硅生產屬高溫、腐蝕過程，閥門、管件、管道接
頭及機泵、容器設備較多，隨著運行時間的增加．設備密封件
的損耗，要完全控制無組織泄漏是不可能的。無組織泄漏量
的大小與工藝裝置的技術水平、設備，管線和配件的質量以
及操作管理水平等諸多因素有關．其影響因素極為復雜．各
企業因具體情況的不同其無組織排放量有很大差異．無組織
萬方數據 2015．N0．6．o
排放源強的確定是一個公認的難題。
多晶硅項目無組織排放源強確定．可采用的技術方法包
括：物料衡算法、設計資料法、類比法、估算法、經驗公式法、
現場監測反推法、排污系數法等?。結合多晶硅項目無組織
排放特點．對擬建項目無組織排放源強確定可采用物料衡算
法、類比法和現場監測反推法等綜合確定。
物料衡算法是最常用的一種源強計算方法。在產品方
案、工藝路線、生產規模、原材料和能源消耗及治理措施確定
的情況下，運用質量守恒定律核算污染物排放量．即每一個
生產單元投入的物料總量必須等于產品數量和物料流失量
之和。類比法用與擬建項目類似的現有項目的設計資料和實
測數據，進行工程分析和源強核算?，F場監測反推法收集或
補充監測企業廠界和周邊環境敏感點環境監測資料．采用反
推法得到無組織排放量。
環境影響評價人員和環評單位在多晶硅項目源強分析
環節，多偏重物料衡算法，理論計算多，主觀性強，但理論與
實際結合不夠緊密。無組織排放源強確定過程中應深入已運
行多晶硅企業進行調查研究．通過類比法和現場監測反推法
來計算源強，再結合物料衡算的理論計算結果。綜合性的確
定源強．這樣確定的無組織排放源強數據具有較高的可靠性
和說服力。目前已投運的多晶硅企業有數十家．已有條件對
行業相關企業開展系統調研．結合企業生產設備和運行情
況，得出更加客觀、有效的無組織排放源強統計數據。
3 多晶硅企業大氣環境防護距離和衛生防護距離綜
合分析
無組織排放污染源排放形式較為分散、排放高度較低
低．污染物未經充分擴散稀釋就進入地面呼吸帶．即使排放
量不大，在近距離內也可能會形成嚴重的局地污染．因此無
組織排放對源附近區域的環境影響往往比有組織排放點源
更強。從環境空氣質量的角度來說．防護距離的主要作用就
是為無組織排放的大氣污染物提供一段擴散稀釋距離．使之
到達居住區最近邊界時．有害污染物濃度符合環境空氣質量
標準的有關規定限值．不致于影響長期居住區人群的身體健
康。
無組織排放防護距離包括企業衛生防護距離和大氣環
境防護距離。企業衛生防護距離是指：在正常生產條件下，無
組織排放的有害氣體(大氣污染物)自生產單元(生產區、車
間或工段)邊界．到居住區滿足GB3095與TJ36規定的居住
區容許濃度限值所需的最小距離。大氣環境防護距離是指：
為保護人群健康．減少正常排放條件下大氣污染物對居住區
的環境影響．在項目廠界以外設置的環境防護距離．在大氣
環境防護距離內不應有長期居住的人群[5]。多晶硅項目大氣
環境防護距離和衛生防護距離的確定是企業建設規劃、項目
選址、工程建設總平面布置、環境保護、環境衛生等方面工作
的前提和基礎．
環境防護距離采用SCREEN3模型法計算簡單易行：衛
生防護距離計算公式如下：
摯一=}(BLc+0．25r2)∞廿
匕。A
式中：Cm-標準濃度限值，m∥m3；L-工業企業所需衛生防
護距離，m；卜有害氣體無組織排放源所在生產單元的等效半
徑，m。根據該生產單元占地面積S(m2)計算，r=-(S／1r)n5；A、B、
C、D一衛生防護距離計算系數，無因次。根據工業企業所在地
區近5年平均風速及工業企業大氣污染源構成類別從《制定
地方大氣污染排放標準的技術方法》(GB／t13201-91)表5—3
查取：Q，一工業企業有害氣體無組織排放量可以達到的控制
水平，ks／h。
分析認為。改良西門子法多晶硅項目應以硅粉庫、硅粉
裝卸加料系統、氯化氫合成裝置、多晶硅生產裝置(含三氯氫
硅合成裝置、各尾氣干法分離系統)和硅芯清洗產品整理車
間等為對象單元．分別計算了大氣環境防護距離和衛生防護
距離。按兩種方法的計算結果．建議取最大計算距離作為項
目各單元的防護距離。即將大氣環境防護距離和衛生防護距
離的結果應綜合比對分析．同時參照相關行業標準最終確定
各單元大氣污染物無組織排放的保護距離。
在上述工作的基礎上，結合廠區平面布置圖。確定項目
環境防護區域，若環境防護區域內存在長期居住的人群．應
給出相應的搬遷建議或優化調整項目布局的建議。
4多晶硅項目無組織排放的污染控制對策
(1)對HCl合成、SiHCl，合成等高溫、高壓裝置，應設置
裝備集散控制系統、安全自動控制或安全連鎖報警裝置。以
及溫度、壓力、流量、液位等超限聯鎖報警裝置，還應設置可
燃和有毒氣體報警裝置、安全閥與防爆膜等緊急泄壓裝置和
緊急停車系統等。
(2)對硅粉庫和硅粉運輸、裝卸及加料工序等廢氣無組
織排放較頻繁的設備與工段．應采用不同形式的集氣罩(密
閉、半密閉、外部吸氣罩等)，經送排風裝置(送風機、排風機、
引風機等)將污染物氣流收集起來。并將其通過管道(集中
式、分散式管道等)輸送導人凈化裝置中，以便綜合治理凈化
后有組織排放。
(3)對工藝尾氣進行實時監測，排氣筒安裝氯化氫氣體
監測及超標報警儀器．發現氯化氫含量超標．及時尋找原因
進行處理。
(4)企業嚴格控制酸洗槽槽液濃度．并在其中添加酸霧
抑制劑，以減少酸霧揮發量。同時在酸洗槽上安裝集氣罩。對
收集到的氟化氫和氮氧化物廢氣采用濕法(吸收、還原)和干
法(吸附)相結合多級凈化方式處理。
5結論
改良西門子多晶硅生產工藝目前擁有最大的市場份額．
如何可靠的分析評價這類企業無組織排放的大氣環境影響．
安全有效地處理這些廢氣，成為解決多晶硅生產過程中的環
境污染問題重要課題之一，本文分析可以得出如下幾點結論：
(1)改良西門子多晶硅生產無組織排放大氣污染物主要
有粉塵、氯氣、氯化氫和氟化氫等，涉及硅粉運輸、裝卸及加
料工序，氯化氫合成工序。三氯氫硅合成和各尾氣干法分離
(下轉第53頁)
萬方數據 2015．N0．6．@
用源頭避免的生態設計思想和全過程管理模式．基于對產品
整個生命周期的分析．在產品設計階段就考慮有利于垃圾分
類收集和避免污染環境。
(3)努力構建垃圾治理多種經營機制。目前財政投入不
足是制約生活垃圾處理的“瓶頸”。建立生活垃圾處理合理收
費制度是解決財政投資不足的有效措施。促進生活垃圾治理
的社會化、市場化、產業化進程。積極動員各方面的力量，共
同解決生活垃圾的治理問題。在現有的政府投資為主的基礎
上，通過政府相應的扶植政策．吸引各種所有制經濟成分投
入到生活垃圾治理的行列．以便加速其發展。
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14張益．陶華．垃圾處理處置技術及工程實例．北京：化學工業出版
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(上接第48頁)
能減小施工對森林公園的不利影響。施工結束后．進水口護
坡應以植物措施為主，采用鄉土樹種、草種進行綠化美化。
(6)嚴格控制鼓山景區內的施工作業區。采取建設排水
溝，加強施工沿線管理，棄渣運至景區保護范圍之外等措施，
減少對植被的破壞。施工結束后及時采用鄉土林草植被恢
復，施工支洞121型式采用環保型設計，盡量減少洞121邊仰坡
的開挖。截洪壩體綠化設計方案應與周邊景觀相協調。
(7)結合現有生態補水工程的經驗和教iJiI，為保證本工
程生態補水能夠起到良好的改善內河生態環境的效果．建議
采取以下措施：①進行河道清淤和截污以減少內河污染物；
②不應對內河河底進行如“生態鋪砌”等硬化處理以提高河
道本身的自凈能力；③調節合適的內河水位和河水流速，即
可讓污染物得到充分降解，又不會對底棲生物造成破壞。
5小結
隨著人們環保意識的增強．已經充分認識到環境保護對
人類生存和可持續發展的重要性。水利工程開發在國民經濟
建設和環境方面起到了積極作用．但也不可避免地在對生態
環境產生一些不利影響。并且許多影響是不確定的，具有長
期性、潛在性和不可逆性?。必須正確處理修建水利工程和
保護生態環境的關系。通過生態環境影響評價，可以及早發
現水利工程實施過程中可能帶來的對生態環境的各種不利
影響．采取切實有效的改善措施，將工程建設對生態環境的
不利影響降至最低。
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(上接第50頁)
工序，硅芯制備和產品整理工序酸腐蝕處理工序．氯硅烷儲
存和轉輸等多個環節：
(2)大氣污染物無組織排放源強確定中。應多開展調查
研究，合理運用類比法和反推法來核算。再結合物料衡算的
理論計算結果，綜合性的確定源強；
(3)將大氣環境防護距離和衛生防護距離的結果應綜合
比對分析．同時參照相關行業標準最終確定大氣污染物無組
織排放的環境防護距離．
(4)從生產裝置自控、廢氣收集、凈化和監測多方面共同
舉措減少無組織排放。
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