CN102120577A - 一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，将生产中多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。通过调节生产中多晶硅还原炉的进气流量和循环冷却水流量等从而控制其出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入待开车的还原炉，来加热炉内的硅芯使其温度达到600～700℃，然后接通与硅芯连接的电极电源通电加热使其温度继续上升至反应所需温度1080℃左右，同时停止出口尾气的通入，而将原料气体通入还原炉内发生反应生成多晶硅。该发明由于避免了现有多晶硅还原炉预升温过程中的高压击穿程序，从而很好的解决了与其相对应的配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。

Description

一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，特别涉及一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法。

背景技术

目前，多晶硅的生产主要采用改良西门子法。在改良西门子法中，三氯氢硅的氢还原过程所发生的主要反应是三氯氢硅被氢气还原生成硅和氯化氢。该反应是在通电高温条件下进行的，炉内硅芯温度保持在1080℃左右，反应生成的多晶硅沉积于与电极连通的硅芯表面。硅芯的初始直径约8～10mm，电阻可达100千欧，在如此高的电阻下，其导热速率很低。硅棒的电阻率随温度呈指数变化，开始常温下电阻达到100千欧，加热到600℃以上其电阻降为几十欧，直到1080℃时电阻降到几欧，随着硅棒加粗电阻变得更小。如果我们能够将还原炉内的温度预升温到600～700℃，则硅芯电阻就会大大降低，其导热速率则会随之迅速提高。

实际生产中，开车前的多晶硅还原炉通常采用高压击穿的方法，利用12KV的高压将硅芯击穿，使其成为导体，在5～10秒的时间内，电阻值迅速降低至几十欧姆，然后开始通电加热使炉内温度继续升高至1080℃左右，然后向炉内通入三氯氢硅和氢气的混合气发生反应生成多晶硅。在此预升温过程中，由于高压击穿过程时间短，电阻变化大，为了防止电流冲击，避免倒棒等事故的发生，必须对电压做及时的调整，随电阻的降低，电压相应从12KV降至450V左右。在短时间内，电压变化范围很大，其相应的配电设施复杂昂贵，同时上千伏的电压耗电量相当大，而且有较大的安全隐患。

发明内容

本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，目的在于克服现有技术的上述缺点，提供一种利用生产中多晶硅还原炉产生的高温尾气，对待开车的多晶硅还原炉进行预升温的操作系统和操作方法，从而避免使用高压击穿工序，很好的解决了多晶硅还原炉预升温过程中配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的多晶硅还原炉预升温系统，将一台多晶硅还原炉的尾气出口管线通过控制阀门和气体流量计与另一台多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。该预升温系统中至少包括两台多晶硅还原炉。

本发明的多晶硅还原炉预升温方法，通过调节生产中多晶硅还原炉的进气流量和循环冷却水流量来控制其出口尾气温度达到700～800℃，并将高温尾气通入另一台待开车的多晶硅还原炉来加热炉内的硅芯使其升温至600～700℃；然后通电加热使硅芯温度继续上升至1080℃，同时停止高温尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的混合气即原料气体通入炉内，发生反应生成多晶硅。

将生产中的多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车的多晶硅还原炉的原料气进口管线相连接，使多晶硅生产过程中产生的高温尾气通入待开车的还原炉中，来加热炉内的硅芯，循环后从出气管线排出。开车前还原炉内的硅芯温度需经预升温至600～700℃，使其电阻由100千欧降至几十欧姆，硅芯电阻大大降低，其导热速率则会迅速提高。而一般情况下，多晶硅还原炉的出口尾气温度约为550～650℃左右，为了保证开车前多晶硅还原炉内的硅芯被加热至600～700℃，需使得生产中还原炉的出口尾气温度达到700～800℃，这可以通过调节生产过程中还原炉的进气流量及循环冷却水流量等，来控制出口尾气的温度达到要求。随着高温尾气不断通入待开车的多晶硅还原炉，炉内的硅芯温度不断升高，当炉内温度升至600～700℃后，由于硅芯电阻值已由100千欧降低至几十欧姆，其导热速率已大大提高，此时接通与硅芯相连的电极电源开始通电加热使硅芯温度继续上升至反应所需温度1080℃左右，同时停止出口尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的混合气体即原料气体通入还原炉内发生反应生成多晶硅。

本发明的特征在于将生产中的多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车的多晶硅还原炉的原料气进口管线相连接，利用多晶硅生产过程中产生的高温尾气来对待车前的还原炉进行预升温。

本发明的效果和优点是：

(1)避免了多晶硅还原炉启动过程的高压击穿程序，从而节省了与之相应的复杂配电设施的大量投资；

(2)大大降低了多晶硅还原炉预升温过程中的电耗；

(3)避免了使用多晶硅还原炉启动过程的高压击穿程序，提高了生产操作的安全性；

(4)经过传热过程，降低了出口尾气的温度，有助于尾气的回收操作。

附图说明

图1为本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；

图2为本发明的两台多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；

图3为本发明的三台多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；

其中，1-还原炉I，2-还原炉II，3-还原炉III，4-还原炉I的原料气进口管线，5-还原炉I的尾气出口管线，6-还原炉II的原料气进口管线，7-还原炉II的尾气出口管线，8-还原炉III的原料气进口管线，9-还原炉III的尾气出口管线，10-还原炉I的进气流量计，11-还原炉I的出气流量计，12-还原炉II的进气流量计，13-还原炉II的出气流量计，14-还原炉III的进气流量计，15-还原炉III的出气流量计，16-还原炉I、II的连接流量计，17-还原炉II、III的连接流量计，18-还原炉I的进气阀门，19-还原炉I的出气阀门，20-还原炉II的进气阀门，21-还原炉II的出气阀门，22-还原炉III的进气阀门，23-还原炉III的出气阀门，24-还原炉I、II的连接阀门A，25-还原炉II、III的连接阀门，26-还原炉I、II的连接阀门B，27-还原炉I、II的连接阀门C，28-还原炉I、II的连接阀门D。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，本发明的一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，将生产中的多晶硅还原炉I1的尾气出口管线5与待开车的多晶硅还原炉II2的原料气进口管线6通过还原炉I、II的连接阀门A 24和还原炉I、II的连接流量计16相连接，将生产中的多晶硅还原炉I1产生的高温尾气导入待开车的还原炉II2中，来加热炉II2内的硅芯，循环后从还原炉II的尾气出口管线7及其出气阀门21排出。开车前还原炉II2内的硅芯温度需经预升温至600～700℃，使其电阻由100千欧降至几十欧姆，硅芯电阻大大降低，其导热速率则会迅速提高。一般情况下，生产中还原炉I1的出口尾气温度为550～650℃左右，为了保证还原炉II2内的硅芯被加热至600～700℃，需使还原炉I1的出口尾气温度达到700～800℃，这可以通过调节还原炉I的进气流量计10控制进入还原炉I1的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控制还原炉I1的出口尾气温度以达到要求。随着高温尾气不断通入还原炉II2，炉II2内的硅芯温度不断升高，当温度升至600～700℃时，由于硅芯电阻值已由100千欧降低至几十欧姆，其导热速率亦大大提高，此时接通与硅芯相连接的电极电源开始通电加热使硅芯温度继续上升至反应所需温度1080℃左右，同时关闭还原炉I、II的连结阀门A24而开启还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉I1的尾气通过其出气阀门19排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门20通入炉II2内发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，可以避免使用高压击穿工序，从而节省了与之相应的复杂配电设施的大量投资，大大降低了还原炉预升温过程中的电耗，提高了生产操作的安全性，并且经过传热过程，降低了出口尾气的温度，有助于尾气的回收操作。

实施例1：如图2所示，多晶硅还原炉I1的尾气出口管线5通过还原炉I、II的连结阀门A24、B26和还原炉I、II的连结流量计16与多晶硅还原炉II2的原料气进口管线6连接起来，还原炉II2的尾气出口管线7通过还原炉I、II的连结阀门C27、D28和还原炉I、II的连结流量计16与还原炉I1的原料气进口管线4连接起来。当两炉均处于生产中时，还原炉I、II的连结阀门A24、B26、C27、D28关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉II的出气阀门21开启，通过调节还原炉I的进气流量计10、还原炉I的出气流量计11、还原炉II的进气流量计12、还原炉II的出气流量计13来控制两炉的进气流量和出气流量。当炉I1正常生产，并对炉II2进行预升温时，还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉I、II的连结阀门C27、D28关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I、II的连结阀门A24、B26、还原炉II的出气阀门21开启，通过调节还原炉I的进气流量计10控制进入还原炉I1的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控制炉I1的出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入还原炉II2，来加热炉II2内的硅芯。待炉II2内的硅芯温度升至600～700℃时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高，此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080℃左右，同时关闭还原炉I、II的连结阀门A24、B26而开启还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉I1的尾气通过其出气阀门19排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门20进入还原炉II2发生反应生成多晶硅。同样，当炉II2正常生产，并对炉I1进行预升温时，还原炉I的进气阀门18、还原炉II的出气阀门21、还原炉I、II的连结阀门A24、B26关闭，还原炉II的进气阀门20、还原炉I、II的连结阀门C27、D28、还原炉I的出气阀门19开启，通过调节还原炉II的进气流量计12控制进入还原炉II2的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控制炉II2的出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入还原炉I1内，来加热炉I1内的硅芯。待炉I1内的硅芯温度升至600～700℃时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高，此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080℃左右，同时关闭还原炉I、II的连结阀门C27、D28而开启还原炉II的出气阀门21、还原炉I的进气阀门18，使得炉II2的尾气通过其出气阀门21排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉I的进气阀门18进入还原炉I1发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，可以避免使用高压击穿工序，从而很好的解决了多晶硅还原炉预升温过程中配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。

实施例2：如图3所示，将三台多晶硅还原炉I1、II2、III3通过其气体进出口管线连接起来。炉I1的尾气出口管线5通过还原炉I、II的连结阀门A24和还原炉I、II的连结流量计16与炉II2的原料气进口管线6连接起来，炉II2的尾气出口管线7通过还原炉II、III的连结阀门25和还原炉II、III的连结流量计17与炉III3的进口管线8连接起来。当三台炉均正常生产时，还原炉I、II的连结阀门A24、还原炉II、III的连结阀门25关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉II出气阀门21、还原炉III的进气阀门22、还原炉III出气阀门23开启，通过调节还原炉I的进气流量计10、还原炉I出气流量计11、还原炉II的进气流量计12、还原炉II的出气流量计13、还原炉III的进气流量计14、还原炉III的出气流量计15来控制各炉的进气流量和出气流量。当炉I1正常生产并对炉II2进行预升温时，还原炉I出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉II、III的连结阀门25关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I、II的连结阀门A24、还原炉II出气阀门21开启，通过调节还原炉I的进气流量计10控制进入还原炉I1的原料气流量以及调节其循环冷却水流量等从而控制炉I1的出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入还原炉II2内，来加热炉II2内的硅芯。待炉II2内的硅芯温度升至600～700℃时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高。此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080℃左右，同时关闭还原炉I、II的连结阀门A24，而开启还原炉I出气阀门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉1的尾气通过其出气阀门19排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门20进入还原炉II2发生反应生成多晶硅。当炉II2正常生产，并对炉III3进行预升温时，还原炉I、II的连结阀门A24、还原炉II的出气阀门21、还原炉III的进气阀门22关闭，还原炉II的进气阀门20、还原炉II、III的连结阀门25、还原炉III的出气阀门23开启，通过调节还原炉II的进气流量计12控制进入还原炉II2的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控制炉II2的出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入还原炉III3内，来加热炉III3内的硅芯，循环后从还原炉III的尾气出口管线9及还原炉III出气阀门23排出。待炉III3内的硅芯温度升至600～700℃时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高。此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080℃左右，同时关闭还原炉II、III的连结阀门25而开启还原炉II的出气阀门21、还原炉III的进气阀门22，使得炉II2的尾气通过其出气阀门21排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉III的进气阀门22进入还原炉III3发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，可以避免使用高压击穿工序，从而很好的解决了多晶硅还原炉预升温过程中配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳实施例，本发明的保护范围不限于此。根据不同的生产要求和操作工况，可以有不同数量的多晶硅还原炉顺序连接或相互连接。本发明提出了一种利用多晶硅还原炉生产过程中产生的高温尾气，对待开车的多晶硅还原炉进行预升温的操作系统和操作方法，从而可以避免使用复杂昂贵、电耗巨大且存在安全隐患的高压击穿装置。相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的操作系统和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (3)

1.一种多晶硅还原炉预升温系统，其特征在于将一台多晶硅还原炉的尾气出口管线通过控制阀门和气体流量计与另一台多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉预升温系统，其特征在于该预升温系统中至少包括两台多晶硅还原炉。

3.权利要求1或2的多晶硅还原炉预升温方法，其特征在于通过调节生产中多晶硅还原炉的进气流量和循环冷却水流量来控制其出口尾气温度达到700～800℃，并将高温尾气通入另一台待开车的多晶硅还原炉来加热炉内的硅芯使其升温至600～700℃；然后通电加热使硅芯温度继续上升至1080℃，同时停止高温尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的混合气即原料气体通入炉内，发生反应生成多晶硅。

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