[实用新型]一种还原炉的多管式进料系统

说明书

本实用新型涉及一种还原炉的多管式进料系统，属于多晶硅生产中进料控制技术领域。包括与气化氯硅烷和氢气供料总管连接的至少两个进料主管，进料主管上均设置阀门和多个进料支管，阀门设置在气化氯硅烷和氢气供料总管与进料支管之间；还原炉中底盘上设置至少两组喷嘴，每组喷嘴之间呈间隔且均匀分布设置；进料主管的数量与喷嘴组数相等，每组喷嘴通过进料支管与对应进料主管连通。根据不同阶段的需料量，进行进料控制，解决喷嘴供料不均匀等问题；并使得在不同的进料量下维持喷嘴喷射的高度，解决炉内顶部流动性差、相对死区等问题，进而降低疏松、呈珊瑚状等非致密气相沉积的现象，有效提高硅料品质而不牺牲电耗的目的。

技术领域

本实用新型涉及一种还原炉的进料系统，尤其涉及一种还原炉的多管式进料系统，属于多晶硅生产中进料控制技术领域。

背景技术

在光伏上游多晶硅生产行业内，90%以上的工厂采用改良西门子工艺生产多晶硅，其基本原理包括：采用高纯的三氯氢硅（其中，含有少量二氯硅烷）和氢气混合后，通入至还原炉中，在高于1000℃的温度下及0.4～0.7MPaG的压力下发生气相化学沉积反应，硅晶体沉积于通电的硅芯上，硅芯由最初的直径8～15mm直径逐渐长大至140~170mm后，停炉，拆除高纯度的硅棒产品，即得多晶硅。其中，如图1所示，三氯氢硅直接气化或与部分氢气混合鼓泡气化后，以精确配比与氢气混合，再以低温气态的形式通入还原炉底部的盘管中，盘管上分出多个小支管与还原炉连接，并最终经还原炉底盘中的喷嘴喷射入炉内反应，反应尾气同样通过底盘中的排气口排出。

但在还原炉中，气相化学沉积反应采用底进底出的进气和排气方式，进而导致炉内顶部空间为一个流动性差、热交换差的区域，因此，生长的硅棒上部会出现疏松、呈珊瑚状等非致密的现象，目前，一般采用如下方式进行解决，具体包括：

一、调整电流等操作参数，但由于炉内气场、温度场的不均匀，通过调整电流仅能解决各层电极之间的温度均一性，但无法解决硅棒上、下温度的均一性问题；

二、调整配比，将氢气与三氯氢硅之间的配比增大至可以一定程度上降低疏松、呈珊瑚状等非致密的现象，但其能耗高、原料浪费；

三、调整进料量，大进料量意味着气流经喷头喷射的速度更大，冷气流喷射的更高，有助于缓解顶部相对死区等问题，但若全程维持大进料量，造成能耗过高及原料浪费；

四、调整喷嘴直径，将喷嘴直径缩小至较小的圆孔，使得气流能尽可能喷射的更高，而有助于解决顶部相对死区等问题，但在还原炉运行过程中，进料量是根据电耗目标及综合热辐射的改变和炉内温度变化而调整的，否则以一成不变的进料量同样会产生上述三中所述问题，进而导致即使较小的喷嘴直径能将气流喷射到硅棒顶部，但在降低进料量后，喷嘴喷速降低，冷气流同样无法触及硅棒顶部。

现有还原炉的设计通常是采用一根进料总管连接环形进料管，环形进料管上分出多个进料支管，进料支管接入炉内并连接还原炉喷嘴。还原炉在不同阶段，其进料量不同，前期所需进料量由小到大递增，中后期硅棒长大，所需进料量增大，而喷嘴在炉内，喷嘴的喷口直径是固定的，因此，现有技术的设计无法解决在不同生长阶段（对应不同的进料量）时喷嘴的喷射高度问题，比如：前期进料量小时，喷嘴的喷射高度不足，炉内上、下方向的温度场不均匀，导致顶部区域温度过高，硅料生长出现异常，进而导致较差的生长质量。

同时，现有技术“CN201020220210.9还原炉进料控制系统”中公开了一个进料总管上设置多个进料支管，每个进料支管上均设置控制阀，以此来实现进料控制。但炉底还需安装打压击穿用的10KV高压电缆、流通上千安培电流、与调功柜联通的铜牌、电极及冷却水管、底盘冷却水管等设施，空间极为有限，这使得待执行机构的自动控制阀门安装较为困难；而手动阀门也限于空间和安全因素等难于安装或操作。此外，过多阀门的设置增加了原料气氢气泄漏的漏点，也存在极大的安全风险，而使得其在实际生产应用中存在极大的局限性。

发明内容