[发明专利]带内胆的多晶硅还原炉的尾气回收液冷却装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，涉及一种节能型多晶硅还原炉，特别涉及一种带内胆的多晶硅还原炉的尾气回收液冷却装置及方法。

背景介绍

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，还原工段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，该反应是在多晶硅还原炉中进行的。发生反应时，多晶硅还原炉处于通电高温状态，反应温度保持在1050～1150℃左右，同时还原炉的炉体夹套、底盘以及电极等处都配有循环冷却水系统，来与炉内高温环境进行换热以满足炉体各处的温度要求。

传统的多晶硅还原炉能耗非常大，可达60～100KW·h/kg多晶硅，多晶硅生产的还原电耗占总成本的70%左右。还原炉内能量损失严重，主要原因在于多晶硅棒的高温辐射损失。多晶硅棒通过高温辐射将能量传递到还原炉内壁上，然后通过夹套冷却水将热量带走。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。本发明在带内胆的多晶硅还原炉的基础上，提出一种对应的尾气回收液冷却装置及方法。

发明内容

本发明解决了传统多晶硅还原炉内部温度分布不均匀、钟罩内壁沉积硅粉以及能耗大的问题，提供了一种带内胆的多晶硅还原炉的尾气回收液冷却装置及方法。

新型多晶硅还原炉的内胆结构如下：

多晶硅还原炉内胆包括内壁和外壁两层结构，而且内壁与外壁之间有一定空隙，多晶硅还原炉内胆的内壁与外壁之间通入高纯三氯氢硅液体，内胆内壁和外壁之间的空隙与内胆顶部底板与顶板之间的区域相连通，液态三氯氢硅吸收热量蒸发为气体进入内胆顶部，并通过内胆顶部的回气管进入还原炉的反应区域。

新型多晶硅还原炉的底盘结构如下：

在多晶硅还原炉底盘上方固定一气盒，多晶硅还原炉底盘上方固定的气盒的顶部开有均匀的孔，向多晶硅还原炉底盘上方固定的气盒内通入液态的三氯氢硅；多晶硅还原炉的硅棒和底盘进气喷嘴均穿过气盒的顶部，同时在还原炉底盘上装有排液管。

在上述多晶硅还原炉内胆和底盘结构的前提下，尾气回收液冷却装置结构如下：

在带内胆的多晶硅还原炉下面连接有底盘排气总管（19），底盘排气总管（19）连接冷凝器（26），冷凝器连接储罐（27），储罐（27）上设置有储罐排气管（28）；储罐（27）经过泵（29）连接至尾气回收液进口管线（24）；在尾气回收液进口管线（24）上设置有文丘里引射装置（30）和三氯氢硅液体引射管线（31）。

本发明的尾气回收液冷却装置的操作方法如下：

多晶硅还原炉内胆（2）内部产生的尾气经过地盘排气管（6）排出，内胆（2）与钟罩（1）之间产生的尾气经过内胆与钟罩之间的排气管（25）排出，两股尾气汇合后进入底盘排气总管（19）排出还原炉后，经过冷凝器（26）冷凝后进入储罐（27），未冷凝的气体从储罐排气管线（28）排出进入后续处理工段，经冷凝降温后的液体作为还原炉内胆的冷却液经过泵（29）打入还原炉冷却液进口管线（24）；同时在尾气回收液进入还原炉前安装文丘里引射装置（30），将炉内的部分三氯氢硅液体经三氯氢硅液体引射管线（31）引射至尾气回收液进口管线（24），二者混合后进入还原炉内胆（2）与钟罩（1）之间的空间，对内胆（2）进行冷却，冷却液在高温环境下变成气体，经过内胆与钟罩之间的出气管（25）进入底盘排气总管（19），内胆内部高温高压环境下发生化学反应生成多晶硅，同时尾气经过底盘出气管（6）也进入底盘排气总管（19），整个过程炉内尾气进行循环流动。

本发明具有的优点是：

与传统多晶硅还原炉相比，内胆双层结构及对应的底盘结构可以大大降低硅棒向钟罩内壁的能量辐射，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。