Delta-V系统在多晶硅生产过程的应用.pdf

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1、化工自动化及仪表第39卷Delta—V系统在多晶硅生产过程的应用林青云1宴琦2蒋坤荣1王建鑫1(1．江西赛维LDK光伏硅科技有限公司，江西新余338000；2．爱默生过程控制有限公司，上海201206)摘要应用Delta．V系统中引入的相关控制系统和算法优化多晶硅生产过程，降低多晶硅生产过程中的电能消耗。关键词多晶硅BatchDelta—V配方中图分类号TH862+．53文献标识码B文章编号1000·3932(2012)04-0544-03硅是地壳元素中仅次于氧的元素之一，大多以SiO，形式存在，含量超过25．7％，人们熟悉

2、的砂石、粘土及石英等，其主要成分都是SiO：。高纯多晶硅由于具有许多优良特性而成为微电子和太阳能电池的关键材料，是其他材料难以替代的重要战略资源。随着世界能源危机的日益加剧和环保意识的提高，世界各国都在努力发展可再生能源和清洁能源，太阳能作为取之不竭、用之不尽的清洁能源被广泛关注。高纯多晶硅是太阳能行业的基础原材料，其主要生产工艺是改良西门子法和硅烷热分解法。1多晶硅生产工艺简介江西赛维LDK光伏硅科技有限公司生产高纯多晶硅采用的是先进的改良西门子工艺，即三氯氢硅和氢气在大型还原炉中通过化学气相沉积法生产多晶硅，同时产生的H

3、：和副产物SiCI。通过尾气回收和氢化处理回到系统中循环利用。改良西门子法生产多晶硅的主要工艺如下：a．三氯氢硅的生产和提纯。一般在流化床反应器(FluidizedBesReactor，FBR)内进行¨“1，MG．Si细粉与HCl气体在300℃、200—400kPa的条件下进行反应，产生的三氯氢硅通过精馏进行提纯，其化学反应式为MG—Si+HCI=SiHCI，+H2。b．氯气、氯化氢和氢气的生产和提纯。cl：和HCl由氯碱厂提供，H：由电解车间生产，经吸收和干燥区域后得到干燥而纯净的气体通过管道传输，对生产过程中消耗的氯气、

4、氯化氢和氢气进行补偿。c．化学气相淀积(ChemicalVaporDeposi—tion，CVD)还原反应和氢化。CVD还原炉是由一个钟罩和底盘组成的提供多晶硅生产反应的场所，钟罩是一个半球的圆柱体通过法兰与底盘连接，底盘上安装了多个银电极，电极上安装一定高度的硅芯，经过提纯的三氯氢硅和氢气以一定的摩尔比混合后通过喷嘴进入到还原炉内进行反应，沉积过程中控制电源功率以保持温度，反应持续65—70h后，即可产生一炉高纯多晶硅棒，其化学反应式为SiHCI，+H2=Si+3HCI。在CVD的还原工艺中，还同时伴随着副反应(SiHCl

5、，+HCI=SiCI。+H2)，而产生大量的四氯化硅。四氯化硅从还原尾气中分离后进行氢化反应。氢化炉的设计原理与CVD还原炉类似，产生的三氯氢硅提纯后循环回收供CVD还原使用。1。1尾气回收和循环CVD还原炉和氢化炉产生的尾气分别送到相应的尾气回收系统，经冷却和压缩后，氢气从氯硅烷与氯化氢的混合物中分离，净化后送到CVD还原炉和氢化炉；氯化氢从氯硅烷混合物中分离后回收用于三氯氢硅的生产。1．2氯硅烷的提纯尾气回收系统中分离的氯硅烷混合物通过精馏分离得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅送至CVD还原炉，而回收的四氯化硅重新送至氢化

6、循环利用。2Batch控制系统近年来，曾出现过多个标准化批量控制系统，最成功的一个就是ISA[ISA，1995]开始的$88批收稿日期：2011-12．10(修改稿)第4期林青云等．Delta—V系统在多晶硅生产过程的应用545量，该标准分为3部分：第1部分[ANSI／ISA，1995]，涉及模块、术语和功能；第2部分[ANSI／ISA，2001]，涉及数据结构和语言指南；第3部分[ANSI／ISA，2003]，涉及一般与现场配方模块和表述指南。$88标准分别从过程和设备两个角度说明了批量控制，一个工艺过程可包括一个或多个单

7、元，一个单元也可执行一个或多个工艺活动。过程角度对应的是化工工艺师，用于工艺模块的模拟H1，过程模块可分为过程、过程阶段、过程动作和过程操作4个部分；设备角度对应的是生产人员，以物理模块来体现，物理模块也包括过程单元、设备单元、设备模块和控制模块4个部分。其中设备模块由完成一个简单任务的某些控制模块组成，设备模块除了作为设备单元的一部分外，还可以是过程单元内的一个单独的、共享的或专门的使用实体；控制模块由一组传感器、激励装置和其他控制模块组成，完成一些基本控制功能，如PID控制器以及阀门开、关的逻辑控制等。3Delta-V中

8、$88的技术说明批量生产过程是将有限量的物料按规定的加工顺序在一个或多个设备中加工以获得有限量的产品的过程。批量可用于物料的生产或由单一的批量过程来完成。在过程控制系统中，区域是工艺控制系统中设备的实体、方位或逻辑组合。区域通常代表各厂房的位置或主要的工艺功能。区域包括过程单元，即包括批量