专利名称：一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅生产技术领域，特别涉及一种多晶硅还原炉预升温系统及预升 温方法。
背景技术：
目前，多晶硅的生产主要采用改良西门子法。在改良西门子法中，三氯氢硅的氢还 原过程所发生的主要反应是三氯氢硅被氢气还原生成硅和氯化氢。该反应是在通电高温条 件下进行的，炉内硅芯温度保持在1080°C左右，反应生成的多晶硅沉积于与电极连通的硅 芯表面。硅芯的初始直径约8 10mm，电阻可达100千欧，在如此高的电阻下，其导热速率 很低。硅棒的电阻率随温度呈指数变化，开始常温下电阻达到100千欧，加热到600°C以上 其电阻降为几十欧，直到1080°C时电阻降到几欧，随着硅棒加粗电阻变得更小。如果我们能 够将还原炉内的温度预升温到600 700°C，则硅芯电阻就会大大降低，其导热速率则会随 之迅速提高。实际生产中，开车前的多晶硅还原炉通常采用高压击穿的方法，利用12KV的高压 将硅芯击穿，使其成为导体，在5 10秒的时间内，电阻值迅速降低至几十欧姆，然后开始 通电加热使炉内温度继续升高至1080°C左右，然后向炉内通入三氯氢硅和氢气的混合气发 生反应生成多晶硅。在此预升温过程中，由于高压击穿过程时间短，电阻变化大，为了防止 电流冲击，避免倒棒等事故的发生，必须对电压做及时的调整，随电阻的降低，电压相应从 12KV降至450V左右。在短时间内，电压变化范围很大，其相应的配电设施复杂昂贵，同时上 千伏的电压耗电量相当大，而且有较大的安全隐患。
发明内容
本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，目的在于克服现有技术的上述 缺点，提供一种利用生产中多晶硅还原炉产生的高温尾气，对待开车的多晶硅还原炉进行 预升温的操作系统和操作方法，从而避免使用高压击穿工序，很好的解决了多晶硅还原炉 预升温过程中配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。本发明是通过以下技术方案实现的本发明的多晶硅还原炉预升温系统，将一台多晶硅还原炉的尾气出口管线通过控 制阀门和气体流量计与另一台多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。该预升温系统中 至少包括两台多晶硅还原炉。本发明的多晶硅还原炉预升温方法，通过调节生产中多晶硅还原炉的进气流量和 循环冷却水流量来控制其出口尾气温度达到700 800°C，并将高温尾气通入另一台待开 车的多晶硅还原炉来加热炉内的硅芯使其升温至600 700°C ；然后通电加热使硅芯温度 继续上升至1080°C，同时停止高温尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的混合气即原料气体 通入炉内，发生反应生成多晶硅。将生产中的多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车的多晶硅还原炉的原料气进口管线相连接，使多晶硅生产过程中产生的高温尾气通入待开车的还原炉中，来加热炉内 的硅芯，循环后从出气管线排出。开车前还原炉内的硅芯温度需经预升温至600 700°C， 使其电阻由100千欧降至几十欧姆，硅芯电阻大大降低，其导热速率则会迅速提高。而一 般情况下，多晶硅还原炉的出口尾气温度约为550 650°C左右，为了保证开车前多晶硅 还原炉内的硅芯被加热至600 700°C，需使得生产中还原炉的出口尾气温度达到700 800°C，这可以通过调节生产过程中还原炉的进气流量及循环冷却水流量等，来控制出口尾 气的温度达到要求。随着高温尾气不断通入待开车的多晶硅还原炉，炉内的硅芯温度不断 升高，当炉内温度升至600 700°C后，由于硅芯电阻值已由100千欧降低至几十欧姆，其导 热速率已大大提高，此时接通与硅芯相连的电极电源开始通电加热使硅芯温度继续上升至 反应所需温度1080°C左右，同时停止出口尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的混合气体即 原料气体通入还原炉内发生反应生成多晶硅。本发明的特征在于将生产中的多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车的多晶硅 还原炉的原料气进口管线相连接，利用多晶硅生产过程中产生的高温尾气来对待车前的还 原炉进行预升温。本发明的效果和优点是(1)避免了多晶硅还原炉启动过程的高压击穿程序，从而节省了与之相应的复杂 配电设施的大量投资；(2)大大降低了多晶硅还原炉预升温过程中的电耗；(3)避免了使用多晶硅还原炉启动过程的高压击穿程序，提高了生产操作的安全 性；(4)经过传热过程，降低了出口尾气的温度，有助于尾气的回收操作。
图1为本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；图2为本发明的两台多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；图3为本发明的三台多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法操作示意图；其中，1-还原炉I，2-还原炉II，3-还原炉III，4-还原炉I的原料气进口管线， 5-还原炉I的尾气出口管线，6-还原炉II的原料气进口管线，7-还原炉II的尾气出口管 线，8-还原炉III的原料气进口管线，9-还原炉III的尾气出口管线，10-还原炉I的进气 流量计，11-还原炉I的出气流量计，12-还原炉II的进气流量计，13-还原炉II的出气流 量计，14-还原炉III的进气流量计，15-还原炉III的出气流量计，16-还原炉I、II的连 接流量计，17-还原炉II、III的连接流量计，18-还原炉I的进气阀门，19-还原炉I的出 气阀门，20-还原炉II的进气阀门，21-还原炉II的出气阀门，22-还原炉III的进气阀门， 23-还原炉III的出气阀门，24-还原炉I、II的连接阀门A，25-还原炉II、III的连接阀 门，26-还原炉I、II的连接阀门B，27-还原炉I、II的连接阀门C，28-还原炉I、II的连接 阀门D。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明
如图1所示，本发明的一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，将生产中的 多晶硅还原炉Il的尾气出口管线5与待开车的多晶硅还原炉112的原料气进口管线6通 过还原炉I、II的连接阀门A 24和还原炉I、II的连接流量计16相连接，将生产中的多晶 硅还原炉Il产生的高温尾气导入待开车的还原炉112中，来加热炉112内的硅芯，循环后 从还原炉II的尾气出口管线7及其出气阀门21排出。开车前还原炉112内的硅芯温度需 经预升温至600 700°C，使其电阻由100千欧降至几十欧姆，硅芯电阻大大降低，其导热 速率则会迅速提高。一般情况下，生产中还原炉Il的出口尾气温度为550 650°C左右， 为了保证还原炉112内的硅芯被加热至600 700°C，需使还原炉Il的出口尾气温度达到 700 800°C，这可以通过调节还原炉I的进气流量计10控制进入还原炉Il的原料气流量 并调节其循环冷却水流量等从而控制还原炉Il的出口尾气温度以达到要求。随着高温尾 气不断通入还原炉112，炉112内的硅芯温度不断升高，当温度升至600 700°C时，由于硅 芯电阻值已由100千欧降低至几十欧姆，其导热速率亦大大提高，此时接通与硅芯相连接 的电极电源开始通电加热使硅芯温度继续上升至反应所需温度1080°C左右，同时关闭还原 炉I、II的连结阀门AM而开启还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉 Il的尾气通过其出气阀门19排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门 20通入炉112内发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方 法，可以避免使用高压击穿工序，从而节省了与之相应的复杂配电设施的大量投资，大大降 低了还原炉预升温过程中的电耗，提高了生产操作的安全性，并且经过传热过程，降低了出 口尾气的温度，有助于尾气的回收操作。实施例1 如图2所示，多晶硅还原炉Il的尾气出口管线5通过还原炉I、II的连 结阀门AM、B^和还原炉I、II的连结流量计16与多晶硅还原炉112的原料气进口管线6 连接起来，还原炉Π2的尾气出口管线7通过还原炉I、II的连结阀门C27、D28和还原炉 I、II的连结流量计16与还原炉Il的原料气进口管线4连接起来。当两炉均处于生产中 时，还原炉I、II的连结阀门AM、B^、C27、拟8关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I的 出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉II的出气阀门21开启，通过调节还原炉I 的进气流量计10、还原炉I的出气流量计11、还原炉II的进气流量计12、还原炉II的出气 流量计13来控制两炉的进气流量和出气流量。当炉Il正常生产，并对炉112进行预升温 时，还原炉I的出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉I、II的连结阀门C27、拟8关 闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I、II的连结阀门A24、B26、还原炉II的出气阀门21开 启，通过调节还原炉I的进气流量计10控制进入还原炉Il的原料气流量并调节其循环冷 却水流量等从而控制炉Il的出口尾气温度达到700 800°C，并将其通入还原炉112，来加 热炉112内的硅芯。待炉112内的硅芯温度升至600 700°C时，其电阻已从100千欧降至 几十欧姆，导热速率亦大大提高，此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续 上升至1080°C左右，同时关闭还原炉I、II的连结阀门A24、B26而开启还原炉I的出气阀 门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉Il的尾气通过其出气阀门19排出，而氢气和三氯 氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门20进入还原炉112发生反应生成多晶硅。同样， 当炉112正常生产，并对炉Il进行预升温时，还原炉I的进气阀门18、还原炉II的出气阀 门21、还原炉I、II的连结阀门AM、B^关闭，还原炉II的进气阀门20、还原炉I、II的连 结阀门C27、D28、还原炉I的出气阀门19开启，通过调节还原炉II的进气流量计12控制进入还原炉112的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控制炉112的出口尾气温度 达到700 800°C，并将其通入还原炉Il内，来加热炉Il内的硅芯。待炉Il内的硅芯温度 升至600 700°C时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高，此时，接通 电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080°C左右，同时关闭还原炉I、II的 连结阀门C27、拟8而开启还原炉II的出气阀门21、还原炉I的进气阀门18，使得炉112的 尾气通过其出气阀门21排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉I的进气阀门18进 入还原炉Il发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法， 可以避免使用高压击穿工序，从而很好的解决了多晶硅还原炉预升温过程中配电设施复杂 昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。 实施例2 如图3所示，将三台多晶硅还原炉11、112、II13通过其气体进出口管线 连接起来。炉Il的尾气出口管线5通过还原炉I、II的连结阀门AM和还原炉I、II的连 结流量计16与炉112的原料气进口管线6连接起来，炉112的尾气出口管线7通过还原炉 II、III的连结阀门25和还原炉II、III的连结流量计17与炉III3的进口管线8连接起 来。当三台炉均正常生产时，还原炉I、II的连结阀门A24、还原炉II、III的连结阀门25关 闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I出气阀门19、还原炉II的进气阀门20、还原炉II出 气阀门21、还原炉III的进气阀门22、还原炉III出气阀门23开启，通过调节还原炉I的 进气流量计10、还原炉I出气流量计11、还原炉II的进气流量计12、还原炉II的出气流 量计13、还原炉III的进气流量计14、还原炉III的出气流量计15来控制各炉的进气流量 和出气流量。当炉Il正常生产并对炉Π2进行预升温时，还原炉I出气阀门19、还原炉II 的进气阀门20、还原炉II、III的连结阀门25关闭，还原炉I的进气阀门18、还原炉I、II 的连结阀门A24、还原炉II出气阀门21开启，通过调节还原炉I的进气流量计10控制进 入还原炉Il的原料气流量以及调节其循环冷却水流量等从而控制炉Il的出口尾气温度达 到700 800°C，并将其通入还原炉112内，来加热炉112内的硅芯。待炉112内的硅芯温 度升至600 700°C时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提高。此时，接 通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080°C左右，同时关闭还原炉I、II 的连结阀门A24，而开启还原炉I出气阀门19、还原炉II的进气阀门20，使得炉1的尾气通 过其出气阀门19排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉II的进气阀门20进入还原 炉112发生反应生成多晶硅。当炉112正常生产，并对炉III3进行预升温时，还原炉I、II 的连结阀门A24、还原炉II的出气阀门21、还原炉III的进气阀门22关闭，还原炉II的进 气阀门20、还原炉II、III的连结阀门25、还原炉III的出气阀门23开启，通过调节还原炉 II的进气流量计12控制进入还原炉112的原料气流量并调节其循环冷却水流量等从而控 制炉112的出口尾气温度达到700 800°C，并将其通入还原炉II13内，来加热炉II13内 的硅芯，循环后从还原炉III的尾气出口管线9及还原炉III出气阀门23排出。待炉III3 内的硅芯温度升至600 700°C时，其电阻已从100千欧降至几十欧姆，导热速率亦大大提 高。此时，接通电极电源，对硅芯进行通电加热使其温度继续上升至1080°C左右，同时关闭 还原炉II、III的连结阀门25而开启还原炉II的出气阀门21、还原炉III的进气阀门22， 使得炉112的尾气通过其出气阀门21排出，而氢气和三氯氢硅的混合气通过还原炉III的 进气阀门22进入还原炉III3发生反应生成多晶硅。使用本发明的多晶硅还原炉预升温系 统及预升温方法，可以避免使用高压击穿工序，从而很好的解决了多晶硅还原炉预升温过程中配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。 以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳实施例，本发明的保护范围不限 于此。根据不同的生产要求和操作工况，可以有不同数量的多晶硅还原炉顺序连接或相互 连接。本发明提出了一种利用多晶硅还原炉生产过程中产生的高温尾气，对待开车的多晶 硅还原炉进行预升温的操作系统和操作方法，从而可以避免使用复杂昂贵、电耗巨大且存 在安全隐患的高压击穿装置。相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对 本文所述的操作系统和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需 要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视 为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种多晶硅还原炉预升温系统，其特征在于将一台多晶硅还原炉的尾气出口管线通 过控制阀门和气体流量计与另一台多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。
2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉预升温系统，其特征在于该预升温系统中至少 包括两台多晶硅还原炉。
3.权利要求1或2的多晶硅还原炉预升温方法，其特征在于通过调节生产中多晶硅还 原炉的进气流量和循环冷却水流量来控制其出口尾气温度达到700 800°C，并将高温尾 气通入另一台待开车的多晶硅还原炉来加热炉内的硅芯使其升温至600 700°C ；然后通 电加热使硅芯温度继续上升至1080°C，同时停止高温尾气的通入，而将三氯氢硅和氢气的 混合气即原料气体通入炉内，发生反应生成多晶硅。
全文摘要
本发明公开的一种多晶硅还原炉预升温系统及预升温方法，将生产中多晶硅还原炉的尾气出口管线与待开车多晶硅还原炉的原料气进口管线连接起来。通过调节生产中多晶硅还原炉的进气流量和循环冷却水流量等从而控制其出口尾气温度达到700～800℃，并将其通入待开车的还原炉，来加热炉内的硅芯使其温度达到600～700℃，然后接通与硅芯连接的电极电源通电加热使其温度继续上升至反应所需温度1080℃左右，同时停止出口尾气的通入，而将原料气体通入还原炉内发生反应生成多晶硅。该发明由于避免了现有多晶硅还原炉预升温过程中的高压击穿程序，从而很好的解决了与其相对应的配电设施复杂昂贵、电耗巨大、存在安全隐患等问题。
文档编号C01B33/035GK102120577SQ20111007293
公开日2011年7月13日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者刘冲, 刘春江, 李雪, 段长春, 袁希钢 申请人:天津大学