一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管的制作方法

本实用新型属于多晶硅生产领域，具体涉及一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管。

背景技术：

改良西门子生产多晶硅工艺中，氯氢化流化床补加硅粉采用间歇式操作，影响流化床流化质量，不能实现连续补加硅粉主要因为硅粉硬度大(莫氏硬度7.0)，高压工况下气力输送至流化床，对输送管线、阀门耐磨要求非常高，出现磨穿泄漏后危害较大。现业内采用串联2～3台盘阀控制流化床补加硅粉操作，是使用氢气对硅粉浓相输送的过程：(1)首先使用一股氢气(下称带料氢)将盘阀至流化床段管线持续吹扫，确保管线畅通；(2)先将硅粉料罐充压，并维持比流化床高0.1～0.4mpa，从下往上打开管线盘阀(多台盘阀控制)，向流化床补加硅粉，完成后关闭盘阀。一次补料操作结束。

目前有使用金属烧结漏斗结构实现颗粒持续输送，气相可通过金属烧结的漏斗锥形壁面，将漏斗内的颗粒流化，通过调整气量控制颗粒输送量，但烧结漏斗结构强度和耐磨性不能直接使用在流化床补加硅粉上。

氯氢化流化床补加硅粉采用间歇式操作，使用盘阀控制硅粉补加会存在如下问题：

(1)硅粉流量无法控制，一般情况下1分钟内可向流化床加入1～3吨硅粉，对流化床的流化质量、反应温度影响较大，且此工况需重复操作，流化质量无法稳定维持；

(2)管道磨损严重，打开盘阀后硅粉快速冲入管道，对管道磨损较大，管道需采用硬度大的特种材质，定期进行检查更换，检修成本高；

(3)管线容易堵塞，硅粉容易卡涩盘阀阀腔导致阀门无法正常操作，控制盘阀打开后硅粉冲入管线势头较大容易噎塞管道；

(4)金属烧结漏斗结构强度和耐磨性不能直接使用在流化床补加硅粉上。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种补加管，实现流化床连续稳定补加硅粉，降低补充硅粉对流化质量的影响，降低硅粉对管线的磨损。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，包括外管和内管；所述内管外壁与外管内壁贴合；内管的进料口端部设有沙漏结构，所述沙漏结构锥角为45°～120°，沙漏结构底部与内管连通

沙漏结构锥角优选为60°，主要考虑硅粉安息角，能够使得硅粉顺利流动。

所述外管为15crmo合金管，外径为88～90mm，管壁厚度为5～6mm；所述内管为20#钢管，内径为18～25mm，管壁厚度为28～30mm。

进一步地，为了使得进口硅粉处于流化状态，提高流化性能，解决硅粉架桥堵塞问题，在内管的管壁内设置两个以上的流化气体腔道，所述流化气体腔道的进气口位于外管的外壁上，出气口位于沙漏结构的外壁上。

所述流化气体腔道的内径不大于10mm。优选地，所述流化气体腔道共四个，环形平均分布在内管的管壁内，可实现硅粉最佳的流化状态。

进一步地，所述流化气体腔道底部设有直径不大于5mm的限流孔，气流通过底部限流孔后膨胀充满流化气体腔道，保证硅粉不会反混落入腔道内导致磨损，即使在没有气流时，硅粉在流化气体腔道上部架桥，不会堵实腔道，通气可迅速将硅粉吹出。

有益效果：

本实用新型硅粉补加管设置内外管的双层耐磨结构，外管采用15crmo合金管，内管采用20#钢管，提高耐磨性能和使用寿命，可维持1～1.5万吨硅粉持续补加；通过沙漏结构和流化气体腔道的设置，能够使得硅粉在沙漏结构中即开始正常流化，同时能够有效避免管道磨损和管线内硅粉架桥堵塞。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为该多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管的截面结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：1外管；2内管；3沙漏结构；4流化气体腔道；41出气口；42进气口；43限流孔。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，该多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管主要包括外管1和内管2，外管1为15crmo合金管，外径为88.9mm，管壁厚5.49mm；内管2为20#钢管，内径为20mm，管壁厚28.96mm。内管2外壁与外管1内壁贴合；内管2的进料口端部设有沙漏结构3，所述沙漏结构3锥角为60°，为硅粉下落安息角，能够使得硅粉顺利流动，沙漏结构3底部与内管2连通。

为了使得进口硅粉处于流化状态，提高流化性能，解决硅粉架桥堵塞问题，在内管2的管壁内环形平均分布四个直径10mm的流化气体腔道4，流化气体腔道4的进气口41位于外管1的外壁上，出气口42位于沙漏结构3的外壁上，流化气体腔道4底部设有直径为5mm的限流孔43。气流膨胀充满流化气体腔道，保证硅粉不会反混落入套管导致磨损，即使在没有气流时，硅粉在流化气体腔道上部架桥，不会堵实套管，通气可迅速将硅粉吹出。设计四个流化气体腔道，通入400nm³/h流化气体后，可实现硅粉良好的流化状态。

根据流体力学模拟计算出该多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管的半径和长度，将内径设置为20mm，长度为300mm，通过控制流化气量(400～600nm³/h)和进出口压降(0.05～0.15mpa)调整硅粉流量，可实现硅粉1～2t/h连续向流化床补加，不需动转设备，控制稳定可靠。

本实用新型提供了一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：

1.一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，包括外管(1)和内管(2)；所述内管(2)外壁与外管(1)内壁贴合；内管(2)的进料口端部设有沙漏结构(3)，所述沙漏结构(3)锥角为45°～120°，沙漏结构底部与内管(2)连通。

2.根据权利要求1所述的多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，所述内管(2)的管壁内设有两个以上的流化气体腔道(4)，所述流化气体腔道(4)的进气口(42)位于外管(1)的外壁上，出气口(41)位于沙漏结构(3)的外壁上。

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，所述外管(1)为15crmo合金管，外径为88～90mm，管壁厚度为5～6mm；所述内管(2)为20#钢管，内径为18～25mm，管壁厚度为28～30mm。

4.根据权利要求2所述的多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，所述流化气体腔道(4)的内径不大于10mm。

5.根据权利要求4所述的多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，所述流化气体腔道(4)共四个，环形平均分布在内管(2)的管壁内。

6.根据权利要求4所述的多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，其特征在于，所述流化气体腔道(4)底部设有直径不大于5mm的限流孔(43)。

技术总结
本实用新型公开了一种多晶硅氯氢化流化床硅粉补加管，包括外管和内管；所述内管外壁与外管内壁贴合；外管的进料口端部设有沙漏结构，内管的进料口端部设有沙漏结构，所述沙漏结构锥角为45°～120°，沙漏结构底部与内管连通。通过设置内外管的双层耐磨结构，外管采用15CrMo合金管，内管采用20#钢管，提高耐磨性能和使用寿命，可维持1～1.5万吨硅粉持续补加；通过沙漏结构能够有效避免管道磨损和管线内硅粉架桥堵塞。

技术研发人员：冯晓春;葛冬松;周复礼;吴伟;吕亘亘;张永向
受保护的技术使用者：新疆协鑫新能源材料科技有限公司
技术研发日：2019.08.02
技术公布日：2020.05.26