[发明专利]一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及改良西门子法多晶硅还原炉和硅烷CVD法多晶硅还原炉底盘和尾气冷却工艺设备，特别是一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却系统及其方法。

背景技术

多晶硅还原炉是多晶硅生产中产出最终产品的核心设备，也是决定系统产能、能耗的关键环节。因此，多晶硅还原炉的设计和制造，直接影响到产品的质量、产量和生产成本。随着全球经济危机的影响下，多晶硅的价格持续下降，产业利润不断被压缩，市场竞争日趋激烈。因此，有效地降低多晶硅能耗，提高产品质量，提高生产效率，是目前多晶硅生产企业需要解决的重要问题。

目前生产多晶硅主要采用“改良西门子法”，通常将一定配比的三氯氢硅（SiHCl3）和氢气(H2) 混合气从底部进气口喷入，在还原炉内发生气相还原反应，反应生成的硅（Si）直接沉积在炉内的硅芯表面，随着反应的持续进行，硅棒不断生长最终达到产品要求。由于还原炉内部硅芯需要维持在1050 ℃-1100 ℃进行生产，还原炉炉筒和底盘都需要通入冷却水进行冷却。同时由于离开还原炉的工艺尾气的温度一般在700℃左右，为了保护尾气管也需要进行采用加套管进行冷却。其中尾气从加套管内管中流出，冷却水从夹套中流过对内管进行冷却。目前常见的多晶硅还原炉将底盘冷却水和尾气冷却水做成一体，采用温度约60℃的低温水一同对底盘和尾气管进行冷却，采用低温水的主要原因是底盘由于强度原因，冷却温度不能过高，否则会出现底盘机械行性能下降，底盘凹陷等问题。采用底盘和尾气共同采用60℃冷却水的结构，虽然还原炉结构较为简单，但是接近700℃的工艺尾气中蕴含的大量热量，没有回收利用，采用低温水冷却后白白浪费。

国家知识产权局于2008年10月1日，公开了一件公开号为CN201125165Y，名称为“有双重冷却系统的多晶硅还原炉”的实用新型专利，该实用新型专利是在还原炉夹套内上部增加低温冷却盘管和对还原炉夹套进行隔离分为两个冷却系统，通过对还原炉上部和下部用不同温度的冷却水进行冷却，抵消由于热对流的影响导致还原炉内上部温度高于下部温度的现象，使炉内上下部温度均衡，有利于多晶硅均匀的在硅芯上沉积。该实用新型采用底盘冷却和还原炉内部上部冷却对还原炉进行双重冷却，但是该实用新型仍然采用传统的尾气冷却方法，即多晶硅还原炉将底盘冷却水和尾气冷却水做成一体，虽然还原炉结构较为简单，但是接近700℃的工艺尾气中蕴含的大量热量，没有回收利用，采用低温水冷却后白白浪费。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却系统及其方法，本发明将底盘冷却和尾气冷却采用不同的温度的冷却水，进而将还原炉底盘下的冷却结构进行改变，改变后的冷却结构，能够充分利用尾气中的热量副产水蒸气，增加效益，不造成热量的浪费。

一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却系统，其特征在于：包括还原炉底盘冷却结构和尾气冷却结构，所述还原炉底盘冷却结构与尾气冷却结构之间通过法兰连接；所述尾气冷却结构包括尾气冷却水入口、尾气冷却水出口管和尾气排气管，所述尾气排气管上设置有夹层套管，所述尾气冷却水入口设置在尾气排气管下端的夹层套管上，所述尾气冷却水出口管设置在尾气排气管上端，且与尾气排气管上的夹层套管连通。

所述尾气冷却结构还包括闪蒸罐和尾气冷却水循环泵，所述闪蒸罐上设置有热水闪蒸阀、循环水口和蒸气出口，所述热水闪蒸阀连接在尾气冷却水出口管上，所述循环水口与尾气冷却水循环水泵连接。

所述底盘冷却结构包括还原炉底盘、底盘冷却水入口管、底盘冷却水出口、排气管和冷却水管；所述冷却水管设置在还原炉底盘底部，所述底盘冷却水出口管设置在还原炉底盘下方且连接在冷却水管上，所述底盘冷却水出口管与冷却水管连通；所述排气管上设置有夹层套管，所述排气管连接在还原炉底部，且所述冷却水管与排气管上的夹层套管连通；所述底盘冷却水入口管设置在排气管下部，且所述底盘冷却水入口管与排气管的夹层套管连通。

所述底盘冷却水结构还包括板式换热器和底盘冷却水循环泵，所述底盘冷却水循环泵连接在底盘冷却水出口管处；所述板式换热器一端连接在底盘水循环水泵上，另一端连接在底盘冷却水入口管处；所述板式换热器上还设置有循环水出口和循环水入口。

一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却方法，其特征在于：将120~150℃的冷却水从尾气冷却水入口处加入尾气冷却结构中，将尾气冷却水入口处入水表压设置为0.55~0.65MPaG，设置尾气冷却水流量为25~35t/h，经过尾气冷却结构的夹层套管，当冷却水进入到闪蒸罐时，设置闪蒸罐闪蒸压强0.15~0.4MPaG，闪蒸出蒸气进行收集。