一種多晶硅還原裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅還原裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是太陽能光伏行業(yè)的基礎(chǔ)材料，其主要生產(chǎn)工藝是改良西門子法(即三氯氫硅還原法，SiHCl3+H2 — Si+3HC1)。該工藝在我國的大規(guī)模化應(yīng)用已有近10年歷史，由于核心技術(shù)仍未突破，導(dǎo)致每生產(chǎn)一噸多晶娃，作為原料氣的精制三氯氫娃(TCS)的循環(huán)量達到55?60噸，同時產(chǎn)生16噸左右的四氯化硅(45%的SiCl4來自TCS熱分解，4SiHCl3 — Si+3SiCl4+2H2，熱分解的原因是氫氣量偏少所致)；另外硅棒長到135?150mm時，娃棒的直徑需要100小時左右的沉積時間；從而，造成多晶娃生廣的聞能耗現(xiàn)狀。究其原因主要是由于多晶硅棒生長過程中，炙熱的硅棒表面存在過厚的氣體界面層(theBoundary Layer),造成TCS和H2擴散(而非對流)到炎熱娃棒表面的速度大大降低(界面層內(nèi)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)正比于原料氣平均線速度的平方根)，同時炙熱的硅棒表面產(chǎn)生的HCl也不能通過界面層迅速擴散開而使硅棒受到腐蝕，從而導(dǎo)致多晶硅的沉積速度很慢，TCS—次轉(zhuǎn)化率(Single-Pass Convers1n Eff iciency)很低,大量未通過擴散層的和在尾氣出口短路的TCS和H2隨尾氣進入回收單元，造成尾氣中大量未轉(zhuǎn)化的TCS進入回收系統(tǒng)，造成精制三氯氫硅循環(huán)量大大增加，回收單元負荷加重的現(xiàn)狀。
[0003]通過行業(yè)同仁的不懈努力，雖然比10年前有了一定的技術(shù)進步，但還未有實質(zhì)性突破，導(dǎo)致多晶硅生產(chǎn)能耗居高不下，生產(chǎn)成本降幅不大，其根本原因就是進入還原爐內(nèi)的三氯氫娃一次轉(zhuǎn)化率僅為9?10.5%。而我國目前所有多晶娃生產(chǎn)企業(yè)米用的多晶娃沉積反應(yīng)器內(nèi)的流場是全混流狀態(tài)，其溫度分布不均勻，原料氣下進下出的流動方式不能有效的控制還原爐內(nèi)的溫度，而且還原爐內(nèi)容易產(chǎn)生局部高溫區(qū)域，這種局部高溫區(qū)域?qū)е耇CS熱解產(chǎn)生無定型硅，這種活性硅微粉很容易吸附到還原爐內(nèi)壁面的表面，引起還原爐內(nèi)壁面局部高溫點的生成，這種局部高溫點又會引起更多無定型硅微粉的附著，最終破壞了還原爐內(nèi)壁面的拋光面(黑度系數(shù)提高)，從而增加了還原爐的還原電耗。另外原料氣的進氣口和尾氣的排氣口均布在底盤，這種結(jié)構(gòu)要求設(shè)置進氣噴嘴，必須控制進氣流速達到足夠大才能實現(xiàn)對還原爐頂部區(qū)域混合氣的更新，因此還原爐內(nèi)的流動基本上為全混流，是強制對流的流動，其軸向和徑向方向上的密度差反而阻礙了混合氣向底盤的排氣口流動，而且這種強制對流的流動方式強化硅棒與混合氣之間的對流傳熱系數(shù)，從而增加了還原爐的還原電耗。傳統(tǒng)還原爐的進出氣方式還容易引起原料氣走短路，影響多晶硅的沉積速率，未充分反應(yīng)的原料氣直接從排氣口排出進入回收單元，造成原料氣的浪費，同時使回收單元負荷加重，導(dǎo)致精制料循環(huán)量加大。傳統(tǒng)的多晶娃還原工藝中得到的硅棒表面質(zhì)量較差，容易出現(xiàn)“菜花”和“玉米?！钡燃×霈F(xiàn)象，產(chǎn)品成品率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種多晶硅還原裝置，該裝置使得原料氣三氯氫硅和氫氣在爐體內(nèi)采用下進上出的平推流式流動，使得氣體流動性增強，縱向和徑向溫差增加，擴散動力提高，且氣體不會返回流動，避免了爐體內(nèi)產(chǎn)生的局部高溫區(qū)域，提高原料氣生產(chǎn)多晶硅的沉積效率和TCS —次轉(zhuǎn)化率，提高產(chǎn)品成品率。
[0005]解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種多晶硅還原裝置包括多晶硅還原爐體，該爐體設(shè)置有進氣口和排氣口，所述進氣口設(shè)置于所述爐體的底部，所述排氣口設(shè)置于所述爐體的頂部。
[0006]優(yōu)選的是，所述爐體的頂部設(shè)置有至少五個排氣口。
[0007]更優(yōu)選的是，所述爐體的頂部設(shè)置有十個均勻分布的排氣口。
[0008]優(yōu)選的是，所述多晶硅還原裝置還包括尾氣運輸管道，所述排氣口在所述多晶硅還原爐體的外部與所述尾氣運輸管道連通，且所述尾氣運輸管道在所述多晶硅還原爐體的外部與所述進氣口連通，形成循環(huán)利用回路。
[0009]優(yōu)選的是，所述的多晶硅還原裝置還包括尾氣運輸管道、三氯氫硅運輸管道、氫氣運輸管道、文丘里引射器，
[0010]所述三氯氫娃運輸管道的一端用于輸入原料氣三氯氫娃，該三氯氫娃運輸管道的另外一端與所述文丘里引射器的吸入口連接；
[0011]所述尾氣運輸管道的一端與所述排氣口連接，該尾氣運輸管道的另外一端在其主管道上分為兩個支路管道，這兩個支路管道分別為第一尾氣運輸支路管道和第二尾氣運輸支路管道，所述第一尾氣運輸支路管道與所述文丘里引射器的吸入口連接，所述第二尾氣運輸支路管道用于將尾氣排放于所述多晶硅還原裝置外；
[0012]所述氫氣運輸管道的一端用于輸入氫氣，該氫氣運輸管道的另外一端與所述文丘里引射器的吸入口連接，
[0013]所述文丘里引射器的出口與所述多晶硅還原爐體的進氣口連接。
[0014]優(yōu)選的是，所述多晶硅還原裝置還包括靜態(tài)混合器，所述文丘里引射器包括第一文丘里引射器和第二文丘里引射器；所述氫氣運輸管道在其主管道上分為兩個支路管道，這兩個支路管道分別為第一氫氣運輸支路管道和第二氫氣運輸支路管道，
[0015]所述三氯氫硅運輸管道的另外一端與所述第一文丘里引射器的吸入口連接；
[0016]所述第一尾氣運輸支路管道與所述第二文丘里引射器的吸入口連接；
[0017]所述氫氣運輸管道的另外一端在與所述文丘里引射器的吸入口連接之間的總管道上分為兩個支路管道，所述第一氫氣運輸支路管道與所述第一文丘里引射器的吸入口連接，所述第二氫氣運輸支路管道與所述第二文丘里引射器的吸入口連接；
[0018]所述第二氫氣運輸支路管道上設(shè)置有控制其內(nèi)部的氫氣流量大小的閥門；
[0019]所述第一文丘里引射器的出口和所述第二文丘里引射器的出口分別與所述靜態(tài)混合器的一端連接，該靜態(tài)混合器的另外一端與所述多晶硅還原爐體的進氣口連接。
[0020]優(yōu)選的是，所述用于輸入原料氣三氯氫硅的三氯氫硅運輸管道的一端上設(shè)置有第一流量計；所述用于輸入氫氣的氫氣運輸管道的一端上設(shè)置有第二流量計。
[0021]優(yōu)選的是，所述的多晶硅還原裝置還包括用于回收尾氣的回收單元，所述第二尾氣運輸支路管道與所述回收單元連接。
[0022]優(yōu)選的是，所述尾氣運輸管道與所述三氯氫硅運輸管道互相接觸，進行換熱。
[0023]優(yōu)選的是，所述三氯氫硅運輸管道呈螺旋狀設(shè)置于所述尾氣運輸管道的外部，形成第一換熱器。
[0024]優(yōu)選的是，所述尾氣運輸管道與所述氫氣運輸管道互相接觸，進行換熱。
[0025]優(yōu)選的是，所述氫氣運輸管道呈螺旋狀設(shè)置于所述尾氣運輸管道的外部，形成第二換熱器。
[0026]本發(fā)明中的多晶硅還原裝置中的爐體的底部設(shè)置有進氣口，頂部設(shè)置有排氣口，使得原料氣三氯氫硅和氫氣在爐體內(nèi)采用下進上出的平推流式流動，使?fàn)t體內(nèi)的混合氣基本上都是沿著硅棒表面自下向上流動。這種“平推流式流動”使得氣體流動性增強，且氣體不會返回流動，避免了多晶硅還原爐內(nèi)產(chǎn)生的局部高溫區(qū)域，避免了三氯氫硅熱解產(chǎn)生無定型硅，更加避免了進一步的無定型硅在多晶硅還原爐體的內(nèi)壁面的附著，降低了多晶硅還原裝置的還原電耗，避免原料氣短路，促進多晶硅在硅棒表面的沉積速率，節(jié)約原料氣，提高多晶硅還原裝置內(nèi)的原料氣生產(chǎn)多晶硅的生產(chǎn)效率，且生產(chǎn)出的硅棒根除了“菜花”和“玉米粒”等肌瘤現(xiàn)象，達到節(jié)能降耗，提高多晶硅沉積效率、TCS 一次轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品成品率之目的。
[0027]現(xiàn)有技術(shù)中的多晶硅還原爐中的三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率為8?10.5%，本發(fā)明中的多晶硅