[发明专利]一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构及其实施方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，特别是西门子法生产多晶硅的一种节能大型多晶硅还原炉；涉及一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构及其实施方法。

背景介绍

多晶硅在电子领域及太阳能领域有着广发的应用，目前国内外多晶硅生产企业主要采用“改良西门子法”。该方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反应生成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行精馏分离提纯，提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按比例混合后，在一定的温度和压力下通入多晶硅还原炉内，在通电高温硅芯上进行沉积反应生成多晶硅，反应温度控制在1080℃~1150℃，最终生成棒状多晶硅产品，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。

传统多晶硅还原炉，如专利CN200420060144.8，CN200720306394.9，CN200820105591.9，CN200920230836.5，CN201020215600.7等，其进气口和出气口都分布在底盘上，这种设计的缺点是由于流场，温度场的匹配不合理，容易在还原炉顶部滞留，产生流动死区，造成局部区域的气体温度过高，产生硅粉，而这些硅粉一方面会造成原料的损失，另一方面产生的硅粉容易附着在钟罩内壁上，使得钟罩内壁的光洁度降低，造成因辐射而带走的能量飙升，最终表现为还原电耗升高；另外由于进口流体向上流动，而出口的流体向下流动，这两股逆向流动的流体使得还原炉内的流体均为混流状态，影响反应气的转化率，进一步增加了还原炉的电耗。本课题组通过在某多晶硅生产企业进行的工业实验发现，当钟罩内壁为镜面时，还原电耗会显著降低。因此本课题组提出将还原炉的节能问题转化为在多晶硅还原过程中如何始终将还原炉钟罩内壁保持在镜面状态这样一个可操作的问题。为此本课题组通过深入的理论计算，发现通过使还原炉内的气相实现平推流，可以做到还原炉内胆气相温度低于550℃，另外通过特殊的保温内胆设计，可以使内壁壁面温度低于575℃，最终使还原炉钟罩内壁始终保持在镜面状态。在以上实验和理论研究的基础上，本课题组设计了一种节能型多晶硅还原炉，并提出了该还原炉保温内胆的双层结构及其实施方法。

发明内容

本发明提供了一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构及其实施方法，解决了传统多晶硅还原炉钟罩内壁沉积硅粉的问题

本发明的技术方案如下：

一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构，多晶硅还原炉内胆包括内壁20和外壁21两层结构，内壁20和外壁21之间的空隙与内胆顶部底板22与顶板23之间的区域相连通，在内壁20和顶部底板22连接以及外壁21和顶部顶板23连接的位置连通，内壁20与外壁21之间空隙的宽度为5mm-50mm，底板22和顶板23的间距为100mm-300mm；

所述多晶硅还原炉内胆顶部的底板22与内胆的内壁20固定连接，内胆顶部的顶板23与内胆21的外壁固定连接，连接方式采用螺栓固定。

所述多晶硅还原炉内胆的内壁20与外壁21之间通入高纯三氯氢硅液体，由于还原炉内的大量热量辐射到内胆的侧面，液态三氯氢硅受热挥发，挥发产生的气体流入内胆顶部底板22与顶板23之间的区域。

如生产中需要可以在内胆的内壁20与外壁21的空隙内安装温度探头。

本发明具有的优点是：

首先与传统多晶硅还原炉相比，内胆双层结构可以大大降低硅棒向钟罩内壁的辐射能量，钟罩内壁由于温度较低不会沉积硅粉，保持了钟罩内壁的抛光效果，还可以减少多晶硅还原炉钟罩冷却水的通入量。

再次与传统多晶硅还原炉相比，在内胆内壁和外壁的区域内通入液态的高纯三氯氢硅，由于三氯氢硅的沸点较低，硅棒辐射到内胆侧壁的热量通过热传导加热了液态的三氯氢硅，从而使得部分液态的三氯氢硅变为气体，由于内胆的侧壁与顶部结构连通，气态的三氯氢硅进入内胆的顶部区域，再经内胆顶部的回气管进入反应区域参与反应，在内胆的侧壁通入液态三氯氢硅一方面保证了内胆的温度也不会过高，从而有利于安全生产，另一方面也利用了硅棒辐射的能量使部分液态三氯氢硅变为气体参与了反应，有利于多晶硅制备过程中整体能耗的降低。

附图说明

图1为本发明专利一种节能型多晶硅还原炉主视图；

图2为本发明专利一种节能型多晶硅还原炉的内胆双层结构示意图；