多晶硅还原炉能耗分析

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1、第42卷第14期2014年7月广州化工GuangzhouChemicalIndustryVol.42No.14Jul.2014多晶硅还原炉能耗分析王东京，盛斌，赵建，詹水华(江苏双良新能源装备有限公司，江苏江阴214444)摘要:多晶硅还原炉作为改良西门子法生产多晶硅的核心设备，其在生产过程中的能耗直接影响着多晶硅的生产成本，研究其在生产过程中的能耗去向是非常有意义和必要的。本文结合物料平衡和能量平衡，理论分析了不同炉型的多晶硅还原炉的能量去向，为制造更加节能的还原炉和工业生产过程中还原炉的选型提供了

2、一些思路。关键词:多晶硅;改良西门子法;还原炉;能耗中图分类号:TF89文献标志码:A文章编号:1001－9677(2014)014－0125－03TheEnergyConsumptionAnalysisofPolysiliconCVDWANGDong－jing，SHENGBin，ZHAOJian，ZHANShui－hua(JiangsuShuangLiangNewEnergyEquipmentCo.，Ltd.，JiangsuJiangyin214444，China)Abstract:Intheimpro

3、vedSiemensprocess，thepolysiliconCVDwasthecoreequipment，itsenergyconsumptiondirectlyaffectstheproductionofpolysiliconcost，soitwasverymeaningfulandnecessarytostudyitsenergyconsumptionintheproductionprocess.Tocombiningthematerialbalanceandtheenergybalance，th

4、eenergyconsumptionofthedifferenttypefurnaceofpolysiliconCVDwasanalyzed，andhowtomanufacturemoreenergy－savingCVDandtoselecttheCVDmodelwasadvised.Keywords:polysilicon;improvedSiemensprocess;CVD;energyconsumption目前，80%左右的多晶硅是通过改良西门子法生产的。而改良西门子法生产多晶硅中，钟罩式多晶硅还原

5、炉是用于生产多晶硅的反应器，是改良西门子法生产多晶硅中至关重要的核心设备。改良西门子法生产多晶硅中，在多晶硅还原炉内给硅芯/硅棒通电加热使其表面温度维持在1050～1100℃，三氯氢硅和氢气在其表面发生化学物理反应，生成的硅沉积在硅芯/硅棒表面，形成多晶硅棒产品。2008年之前，多晶硅还原炉基本上依赖国外进口，经过近几年国内的努力发展，已经取代了国外进口。在多晶硅还原炉生产多晶硅过程中，由于硅芯/硅棒温度很高，向还原炉内辐射大量热量，易于导致还原炉内的氯硅烷气体发生反应而产生“雾化现象”［1］;同时目前的

6、多晶硅还原炉主要是由316L不锈钢制作的，多晶硅还原炉内壁温度过高，将会导致316L不锈钢中的铁元素与其他杂质逸出和316L不锈钢耐压性能下降而产生形变等问题。为了避免三氯氢硅在气相中均相分解，提高氯硅烷的有效利用率与多晶硅产品的品质和多晶硅还原炉的使用寿命，在多晶硅生产过程中，需采取相应控制措施控制还原炉内气体的温度，以达到氯硅烷气体只在硅芯/硅棒表面反应，而尽可能少的在气相中反应，同时保持多晶硅还原炉内壁面温度处在一个合理范围。采取的主要控制措施有:①对还原炉内壁采用高温冷却水进行冷却;②降低硅棒表面

7、温度;③提高氢气流量;④提高原料总进料量;⑤降低原料进料温度等。由于多晶硅还原炉内的反应温度高，导致多晶硅生产的能耗高，但是到目前为止，未见关于多晶硅还原炉能量去向的具体分析报道。多晶硅还原炉作为改良西门子法生产多晶硅中的核心设备，其在生产过程中的能耗直接影响着多晶硅的生产成本，研究其在生产过程中的能耗去向是很有意义和必要的。本文结合物料平衡和能量平衡，理论分析了不同炉型的多晶硅还原炉的能量去向，为制造更加节能的还原炉和工业生产过程中还原炉的选型提供了一些思路。1多晶硅还原炉能量分析从多晶硅还原炉的物料

8、平衡角度来看，为了简化计算，将进入还原炉内的三氯氢硅和氢气混合气体视为两部分，一部分混合气体被加热至反应温度(按1080℃考虑)参与了化学反应，生成了硅沉积在硅芯/硅棒表面，形成多晶硅棒产品;另一部分混合气体只被加热至尾气出口温度(按650℃考虑)而未参与化学反应。参与反应的那部分混合气体在反应完后，被高温冷却水冷却至650℃，与未参与反应的混合气体一起混合成还原尾气。从多晶硅还原炉的能量平衡角度来看，多晶硅还原炉的供热是依靠