CN202016873U - 节能型多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及节能型多晶硅还原炉，包括混合气体进出口组件、底座、底盘、底盘冷却水进出口组件、炉体、夹套冷却水进出口组件、24～36对发热体/电极组成，所述的炉体由内筒体和夹套组成，夹套固定在内筒体上，炉体与底盘采用快开螺栓进行联接，底盘固定在底座上，炉体的夹套上安装冷却水进出口组件，24～36对发热体/电极分别固定在底盘上并插入炉体的内筒体内，混合气体进出口组件和底盘冷却水进出口组件分别安装在底盘上。本实用新型具有结构合理、省材、反应温度平稳，反应率和产品质量高，电耗和运行费用低等特点。

Description

节能型多晶硅还原炉

技术领域

本实用新型涉及使用于光伏产业，电子工业的立式圆筒形反应器即还原炉，具体地涉及多晶硅生产中三氯氢硅和氢气进行还原反应的节能型多晶硅还原炉。

背景技术

用西门子改良法生产的多晶硅的重要设备——多晶硅还原炉。国内多晶硅厂目前使用的大多是8-12对发热体/电极的还原炉，其单台炉生产能力小，电耗大，每生产1Kg多晶硅，需耗电80-100度以上。现有的8～12对发热体/电极的还原炉，混合气体进气直接由还原炉底盘进气口进入炉内，气体进入还原炉内边界层多，分布不均匀，还原炉内反应率低，多晶硅沉积棒外表面凹凸不平、水晶等现象，沉积质量差。

为了加速冷却效果，现有的还原炉内筒体和夹套间都装有螺旋流导流板，其阻力大，在还原炉内反应温度波动较大时，由于螺旋导流板对冷却水的阻力和流速的限制，不能保证还原炉内最佳的反应温度和减小还原炉上下段的温差。

发明内容

本实用新型的目的为了克服国内同类型产品存在的技术缺陷和问题，而提供一种节能型多晶硅还原炉。本实用新型达到提高还原炉的反应率，提高产量和多晶硅沉积棒的质量，节约电能，降低多晶硅生产成本等。

本实用新型的技术方案为：

节能型多晶硅还原炉，包括混合气体进出口组件、底座、底盘、底盘冷却水进出口组件、炉体、夹套冷却水进出口组件、24～36对发热体/电极组成，所述的炉体由内筒体和夹套组成，夹套固定在内筒体上，其特征在于：炉体与底盘采用螺栓进行联接，底盘固定在底座上，炉体的夹套上分别安装冷却水进出口组件，24～36对发热体/电极分别固定在底盘上并插入炉体的内筒体内，混合气体进出口组件和底盘冷却水进出口组件分别安装在底盘上。

本实用新型还包括导流板，在夹套内设有导流板，该导流板具有高流速低阻力的性能。

本实用新型还包括螺旋流喷头，在底盘上部每个混合气体进气口处安装有螺旋流喷头。

本实用新型还包括窥视孔，在炉体的内筒体和夹套上开设窥视孔。

本实用新型可直接支承在车间楼板上或用裙座进行支承，布置在任何场合。与同类型产品相比，本实用新型结构更合理，用材更经济，设备造价更低廉。不但提高了氢与三氯氢硅的转化率与产品质量。而且比同类型产品(8～12对电极还原炉)每生产1公斤多晶硅节电20度到45度左右。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为螺旋流喷头剖视图。

图3为螺旋流喷头结构图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型包括混合气体进出口组件1、底座3、底盘4、底盘冷却水进出口组件2、炉体、夹套冷却水进出口组件5、导流板8、窥视孔9、24对电极10、螺旋流喷头11组成，所述的炉体由内筒体6和夹套7组成，夹套7固定在内筒体6上，炉体与底盘3采用快开螺栓进行联接，底盘4固定在底座3上，炉体的夹套7上分别安装冷却水进出口组件5，24对电极10分别固定在底盘4上并插入炉体的内筒体6内，混合气体进出口组件1安装在底盘4上，在底盘4上部的每个混合气体进出口组件1进气口处安装有螺旋流喷头，底盘冷却水进出口组件2分别安装在底盘3上，在夹套7内设有导流板8，该导流板8具有高流速低阻力的性能，在炉体的内筒体6和夹套上7开设窥视孔9。螺旋流喷头11的结构如图2、图3所示。

炉体采用JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》和常规计算方法进行计算、设计，使结构趋于合理，用材经济适宜，降低设备造价。为观察炉内硅沉积情况，炉体上安装有窥视孔9。为防止多晶硅附着在炉体内筒体壁面上，所有内表面进行抛光处理。电极10材料采用无氧铜，电极10与石墨底座结合部分进行镀银处理。

工作原理及特点：

上述反应是吸热反应，还原转化率随着氢气与三氯氢硅的分子比增大而提高，但配比太大氢气得不到充分的利用，而消耗大量的能量和原材料来提纯氢气，而且还会因为过大的氢气配比会降低多晶硅的沉降速度，降低了生产效率。实际生产中一般对三氯氢硅的氢还原，选择氢与三氯氢硅的配比在10％-15％左右。

为了实现SiHCL₃与H₂反应的效果，进气口采用螺旋流喷头11的喷嘴喷入炉内，并对炉内流场、温度场、压力场和气体旋流方向以及进气速度进行模拟试验，确定最佳流场和气流方向及气流速度。使炉内气体形成旋流湍动，消除了边界层和气体分布不均匀的现象及降低了还原炉上下部的温差，有利于硅的沉降和还原反应的进行，提高了氢与三氯氢硅的转化率。采用螺旋流喷头11进气另一个优点是提高了多晶硅的表面质量，使多晶硅棒表面光滑，无起凸和凹坑及冰晶现象。

国内多晶硅还原炉电极棒长一般在2.2-2.5米左右，我们设计的电极棒长2.8米，即可在同样能源耗量下，可增产10％左右。24～36对电极棒还原炉同8对电极棒和12对电极棒还原炉相比，每生产1公斤多晶硅分别节电20度到45度左右，充分显示了24对电极还原炉的节电幅度和降低多晶硅的生产成本及提高多晶硅产品利润率的效果。

为了保证炉内维持最佳反应温度1100℃和降低炉体内筒体及炉底的壁温，炉体和炉底都设有水夹套冷却。为了强化冷却效果，夹套内都设有高流速、低阻力的流体导流板8。为观察炉内硅沉积情况，炉体上安装有窥视孔9。为防止多晶硅附着在炉体内筒体壁面上，所有内表面应进行抛光处理。为了防止对多晶硅污染，还原炉筒体与炉底大垫片材料采用改性聚四氟乙烯(PTFE)。

Claims (4)

1.节能型多晶硅还原炉，包括混合气体进出口组件、底座、底盘、底盘冷却水进出口组件、炉体、夹套冷却水进出口组件、24～36对发热体/电极组成，所述的炉体由内筒体和夹套组成，夹套固定在内筒体上，其特征在于：炉体与底盘采用快开螺栓进行联接，底盘固定在底座上，炉体的夹套上分别安装冷却水进出口组件，24～36对发热体/电极分别固定在底盘上并插入炉体的内筒体内，混合气体进出口组件和底盘冷却水进出口组件分别安装在底盘上。

2.根据权利要求1所述的节能型多晶硅还原炉，其特征在于：在夹套内中设有导流板。

3.根据权利要求1或2所述的节能型多晶硅还原炉，其特征在于：混合气体进口安装有螺旋流喷头，在底盘上部每个混合气体进气口处安装有螺旋流喷头。

4.根据权利要求3所述的节能型多晶硅还原炉，其特征在于：还包括窥视孔，在炉体的内筒体和夹套上开设有窥视孔。

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