CN205687570U - 一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及多晶硅生产制造领域，公开了一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉，包括底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口、电极以及硅芯；电极共有45对，在底盘上呈5圈环形周期分布，从里到外分别为3对、6对、8对、12对、16对，其中内两圈电极的圈间距离相等，外三圈电极的圈间距离相等；进气口均匀分布于相邻各圈电极之间；出气口分布于底盘中心位置以及第三圈电极与第四圈电极之间。本实用新型解决了由于炉型过大产生的炉体内气体流动不稳定造成的生长不稳定问题，能够合理利用热能，显著提高单炉多晶硅产量，降低能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅生产制造领域，尤其涉及一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉。
背景技术
目前国内外多晶硅生产企业主要采用改良西门子法。多晶硅还原炉是改良西门子法多晶硅沉积的关键反应器。多晶硅还原炉的优化设计和制造直接影响多晶硅的产量、质量和生产成本，也是整个生产系统能耗控制的关键。近年来随着经济形势的变化以及全球多晶硅行业竞争加剧的影响，多晶硅产品的价格持续走低，产业利润被严重压缩，市场竞争激烈。因此，多晶硅生产企业迫切需要技术改进，增加多晶硅单炉产量，提高产品质量降低能耗。
改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然后提纯三氯氢硅后与氢气按一定比例混合后，在一定的温度压力下从还原炉的底盘上的进气口进入炉体内，在通电的高温硅芯上沉积生成多晶硅，反应尾气经底盘上的出气口排出。一般情况下，炉内工作温度为1000℃左右，炉体材质一般为不锈钢或者碳钢不锈钢复合材料，为保护炉体不被高温损坏，也为了避免炉内副反应的产生，一般采用夹套冷却，在炉体夹套中通入大量冷却水冷却炉体。炉内的能量消耗主要为电耗及冷却水带出的能量，这些消耗在小型还原炉及超大非紧凑型还原炉中较为明显。
目前改良西门子法的生产设备主要包括12对棒、18对棒、24对棒、30对棒、36对棒、54对棒、72对棒等反应器。首先，对于13对棒、18对棒、24对棒的小型多晶硅还原炉，其单炉产量低，单位质量的多晶硅产品能耗高，生产成本高。其次，对于30对棒、36对棒以上的大型多晶硅还原炉，电极一般成圆周或六边形均匀排布，其不同圆周电极之间的空间间隙比较大，而同一圆周上的两相邻电极之间比较密，造成底盘上的电极排布不均匀，部分空间密集、部分空间稀疏，显然这种分布结构不够完善，并没有充分利用还原炉内的空间。再者，这些还原炉的出气口都是分布在炉体的中心位置或者多个出口均匀分布在硅芯外侧，出气口温度远低于炉内温度，造成进出气口温差较大。
因此，目前多晶硅还原炉的设计要实现其大型化，或在同结构尺寸下实现增产，需要确保底盘的电极排布更均匀、更密集，进气口、出气口分布更合理，而又能够充分利用现有电气系统，以保证还原炉能够长期、安全、稳定、高效的生产。
实用新型内容
鉴于目前大炉型不同圆周电极之间的空间间隙比较大，而同一圆周上的两相邻电极之间比较密，底盘上的电极排布不均匀的缺点，以及由于炉型过大产生的气体流动不稳定、易倒棒、生长玉米棒、单位能耗高、单炉产量低的问题，本实用新型提供了一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉，以求实现能量的高效利用，节能降耗，降低生产成本。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉，包括底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口、电极以及硅芯；封头设于炉体上，炉体罩设于底盘上；进气管与进气口连接，进气口连通到炉体内；出气管与出气口连接，出气口分布于底盘上；电极成对地设置在底盘上，硅芯通过石墨夹头安装在每对电极上；所述电极共有45对，在底盘上呈5圈环形周期分布，从里到外分别为3对、6对、8对、12对、16对，其中内两圈上相邻电极之间的距离相等，外三圈上相邻电极之间的距离相等。
依照本实用新型的一个方面，所述进气口分布于底盘中心位置以及各圈电极之间。
依照本实用新型的一个方面，所述出气口分布于第三圈电极与第四圈电极之间。
依照本实用新型的一个方面，所述底盘的直径为2900～3200mm。
依照本实用新型的一个方面，所述封头为椭圆形。
依照本实用新型的一个方面，所述进气管和出气管设于底盘下方，且进气管与外部气源连通。
依照本实用新型的一个方面，所述底盘上设有底盘进水管和底盘出水管；底盘冷却水通过所述底盘进水管导入底盘后经由所述底盘出水管流出。
依照本实用新型的一个方面，所述炉体外部罩设有夹套，所述夹套上设有夹套进水管和夹套出水管；夹套冷却水通过所述夹套进水管导入夹套后经由所述夹套出水管导出。
本实用新型实施的优点：
一方面，本实用新型使得混合气体通过进气管由均匀进气口进入炉体后，能够从各个方向均匀地扩散到硅芯表面，在硅芯表面形成稳定的流动边界层，提高反应效率；解决了由于炉型过大产生的炉体内气体流动不稳定造成的生长不稳定问题。
另一方面，本实用新型采用内置的出气结构，减少进出气口的混合气体温差，有利于气体流动平稳，整个炉子内部温度场分布均匀。能够合理利用热能，显著提高单炉多晶硅产量，降低能耗。本实用新型同等直径的反应器，单炉产能提高25％。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本实用新型一较佳实施方式的一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉的结构示意图。
图2是根据本实用新型一较佳实施方式的一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉的底盘电极及进气口出气口的分布图。
附图标记说明：1-底盘；2-炉体；3-封头；4-出气管；5-混合气进气管；6-电极；7-硅芯；8-夹套；9-进气口；10-出气口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型包含底盘1、炉体2、封头3、进气管5、出气管4、进气口9、出气口10、电极6和硅芯7。封头3设于炉体2上，炉体2罩设于底盘1上。进气管5与进气口9连接，进气口9连通到炉体2内。出气管4与出气口10连接，出气口10分布于底盘1上。进气口9上连接有进气喷嘴。
如图2所示，电极6以正、负极为一对，本实用新型共有45对电极6，45对电极6固定在底盘1上，呈5圈环形周期分布，从里到外分别为3对、6对、8对、12对、16对。该5圈电极非等距布置，其中内两圈上同一圈上相邻电极之间的距离相等，外三圈上同一圈上相邻电极之间的距离相等，以确保电极紧凑布置且均匀，充分利用空间。底盘1的直径优选为2900～3200mm。多个进气口9，其中一个进气口9位于底盘1的中心位置，其余进气口9在底盘1上分圈均匀布置，每圈电极间至少设有一个进气口9。多个出气口10内置，位于电极之间，优选为设置在第三圈电极与第四圈电极之间，数量为四个，均匀分布。
如图1所示，封头3的结构为椭圆形，结合硅芯7的生长高度，椭圆封头能有效降低炉内气腔的体积，有利于混合反应气体在炉体内速度均匀分布。
如图1所示，进气管5和出气管4设于底盘1下方，且进气管5与外部气源连通。混合气体经由进气管5通过与之相连的进气口9进入炉内，经还原沉积反应后生成高温尾气，该高温尾气经由底盘1周围和中心均匀分布的出气口10通过与之相连的出气管4排出炉体外。避免了进料混合气走短路，消除了还原炉内的死区。
如图1所示，底盘1上设有底盘进水管和底盘出水管。底盘冷却水通过底盘进水管对底盘1进行冷却，经由底盘出水管流出，以防止炉内温度过高。
如图1所示，炉体2外部罩设有一层夹套8，夹套8上设有夹套进水管和夹套出水管。利用设于夹套8右下方的夹套进水管向夹套8内导入夹套冷却水，对炉体2和封头3进行冷却，然后经由设于夹套8顶端的夹套出水管导出。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉，包括底盘、炉体、封头、进气管、出气管、进气口、出气口、电极以及硅芯；封头设于炉体上，炉体罩设于底盘上；进气管与进气口连接，进气口连通到炉体内；出气管与出气口连接，出气口分布于底盘上；电极成对地设置在底盘上，硅芯通过石墨夹头安装在每对电极上；其特征在于，所述电极共有45对，在底盘上呈5圈环形周期分布，从里到外分别为3对、6对、8对、12对、16对，其中内两圈上相邻电极之间的距离相等，外三圈上相邻电极之间的距离相等。
2.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述进气口分布于底盘中心位置以及各圈电极之间。
3.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述出气口分布于第三圈电极与第四圈电极之间。
4.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述底盘的直径为2900～3200mm。
5.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述封头为椭圆形。
6.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述进气管和出气管设于底盘下方，且进气管与外部气源连通。
7.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述底盘上设有底盘进水管和底盘出水管；底盘冷却水通过所述底盘进水管导入底盘后经由所述底盘出水管流出。
8.根据权利要求1所述的45对棒紧凑型多晶硅还原炉，其特征在于，所述炉体外部罩设有夹套，所述夹套上设有夹套进水管和夹套出水管；夹套冷却水通过所述夹套进水管导入夹套后经由所述夹套出水管导出。
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