一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越迅猛，因此，作為太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)用的主要原料——多晶硅的需求也越來(lái)越大。
[0003]目前，多晶硅的生產(chǎn)方法大都采用改良西門子法，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)為了降低能耗，提高單爐產(chǎn)量，對(duì)多晶硅還原爐的設(shè)計(jì)選型越來(lái)越大型化，由原來(lái)的3-12對(duì)棒逐漸發(fā)展至24對(duì)棒及以上。利用大型還原爐生產(chǎn)多晶硅，通常是將尾氣換熱器和還原爐分別通過(guò)物料管線和尾氣管線相連，以及將物料進(jìn)料管線和尾氣輸出管線分別與尾氣換熱器相連。利用多晶硅還原反應(yīng)產(chǎn)生的高溫尾氣在尾氣換熱器內(nèi)與物料換熱，即物料升溫而尾氣降溫，換熱后的物料被輸送至還原爐內(nèi)，換熱后的尾氣借助尾氣輸出管線輸出。
[0004]但是，因大型還原爐內(nèi)硅芯數(shù)量較多，當(dāng)硅棒生長(zhǎng)至后期，隨著硅棒直徑的增加，以及還原爐功率的增大，爐內(nèi)氣場(chǎng)內(nèi)的熱量也相應(yīng)增加，爐內(nèi)容易積聚大量的熱量，導(dǎo)致溫度過(guò)高，相應(yīng)會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題:
[0005]1、硅棒表面容易形成類似于“爆米花”的顆粒狀，造成硅棒表面形態(tài)差，不利于后期廣品加工，影響多晶5圭廣品質(zhì)量。
[0006]2、尾氣帶出的熱量較大，一方面，可能會(huì)超過(guò)尾氣管線的耐高溫設(shè)計(jì)參數(shù)，導(dǎo)致爆炸事故，存在安全隱患。另一方面，進(jìn)入尾氣換熱器的尾氣的溫度過(guò)高，使得物料混合氣溫度過(guò)高，相應(yīng)的，又會(huì)繼續(xù)增加還原爐爐內(nèi)的溫度。
[0007]3、還原反應(yīng)加劇，三氯氣娃會(huì)裂解產(chǎn)生大量的娃粉，發(fā)生霧化效應(yīng)。還原爐一旦霧化，硅粉就會(huì)沉積在還原爐底盤、爐筒壁及尾氣換熱器上，容易造成管線、設(shè)備結(jié)垢堵塞，在使用2-3年后，需要每季度清垢一次。而且，長(zhǎng)期霧化會(huì)造成尾氣換熱器結(jié)垢較深，影響尾氣與物料進(jìn)料的換熱效果，進(jìn)而更增加了尾氣管道發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。
[0008]為了控制霧化、保證生產(chǎn)安全，通常通過(guò)降低物料的進(jìn)料量和電流來(lái)降低尾氣溫度，但是，降低物料的進(jìn)料量會(huì)影響后期硅棒的沉積速度，降低生產(chǎn)效率，降低電流也會(huì)造成耗能增加。
[0009]現(xiàn)有的一種多晶硅制備方案中，是通過(guò)向還原爐內(nèi)通入0.1%?20%鹵化氫氣體，抑制還原爐內(nèi)硅粉的產(chǎn)生和霧化效應(yīng)，以改變硅棒表面的形態(tài)。然而，向還原爐內(nèi)通入一定的鹵化氫氣體，可能會(huì)影響多晶硅的品質(zhì)，而且，如果鹵化氫氣體流量控制不當(dāng)，反而會(huì)降低三氯氣娃與氣氣的碰撞幾率，降低多晶娃的沉積速度。
[0010]因此，亟需一種多晶硅生產(chǎn)方案，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有的利用大型還原爐實(shí)現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中，防止霧化、降低尾氣溫度和物料溫度方案帶來(lái)的生產(chǎn)效率降低、耗能增加、多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量下降的問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明提供一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)，包括:還原爐和尾氣換熱器，還原爐與尾氣換熱器通過(guò)第一尾氣管線相連，尾氣輸出管線與尾氣換熱器相連，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第二尾氣管線，第二尾氣管線分別與第一尾氣管線和尾氣輸出管線相連；第二尾氣管線能夠分流第一尾氣管線內(nèi)的尾氣，且能夠使第二尾氣管線內(nèi)的尾氣不與物料進(jìn)行換熱。
[0014]進(jìn)一步的，還原爐和尾氣換熱器還通過(guò)物料輸送管線相連；所述系統(tǒng)還包括:控制器、用于檢測(cè)物料輸送管線內(nèi)三氯氫硅和氫氣的混合氣的溫度的第一溫度檢測(cè)裝置、用于檢測(cè)第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度的第二溫度檢測(cè)裝置和設(shè)置于第二尾氣管線上的尾氣調(diào)節(jié)閥，控制器內(nèi)預(yù)設(shè)有控制周期；
[0015]控制器分別與第一溫度檢測(cè)裝置、第二溫度檢測(cè)裝置和尾氣調(diào)節(jié)閥相連，用于當(dāng)控制周期到達(dá)時(shí)，獲取尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前的狀態(tài)，并根據(jù)第一溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的物料輸送管線內(nèi)混合氣的溫度、第二溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度以及獲取到的尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前的狀態(tài)，調(diào)節(jié)尾氣調(diào)節(jié)閥的閥門開(kāi)度。
[0016]優(yōu)選的，控制器內(nèi)還預(yù)設(shè)有第一閾值和第二閾值，第一閾值小于第二閾值；
[0017]控制器具體用于，當(dāng)控制周期到達(dá)時(shí)，獲取尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前的狀態(tài)，將第一溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的物料輸送管線內(nèi)混合氣的溫度與第一閾值相比較，并將第二溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度與第二閾值相比較；當(dāng)所述混合氣的溫度大于第一閾值和/或所述尾氣的溫度大于第二閾值時(shí)，判斷尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前是否處于開(kāi)啟狀態(tài)，若是，則控制尾氣調(diào)節(jié)閥增大閥門開(kāi)度，否則，控制尾氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟；當(dāng)所述混合氣的溫度小于或等于第一閾值，且所述尾氣的溫度小于或等于第二閾值時(shí)，控制尾氣調(diào)節(jié)閥保持當(dāng)前的閥門開(kāi)度。
[0018]優(yōu)選的，所述控制器內(nèi)還預(yù)設(shè)有尾氣調(diào)節(jié)閥的各個(gè)檔位；
[0019]所述控制器具體用于，當(dāng)所述混合氣的溫度大于第一閾值和/或所述尾氣的溫度大于第二閾值，且尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，控制尾氣調(diào)節(jié)閥以最小檔位開(kāi)啟；當(dāng)所述混合氣的溫度大于第一閾值和/或所述尾氣的溫度大于第二閾值，且尾氣調(diào)節(jié)閥當(dāng)前處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，控制尾氣調(diào)節(jié)閥在當(dāng)前的檔位上提升1個(gè)檔位；當(dāng)所述混合氣的溫度小于或等于第一閾值，且所述尾氣的溫度小于或等于第二閾值時(shí)，控制尾氣調(diào)節(jié)閥保持當(dāng)前的檔位。
[0020]進(jìn)一步的，用于向第二尾氣管線提供高溫冷卻水的分流尾氣冷卻水上水管線。
[0021]優(yōu)選的，分流尾氣冷卻水上水管線的一端與冷卻水上水管線相連，另一端與第二尾氣管線和第一尾氣管線相連的一端相連，用以將冷卻水上水管線中的高溫冷卻水輸送至第二尾氣管線的夾套內(nèi)。
[0022]進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)第二尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度的第三溫度檢測(cè)裝置和設(shè)置于分流尾氣冷卻水上水管線上的分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥；當(dāng)尾氣調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)和開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥均處于開(kāi)啟狀態(tài)；
[0023]控制器分別與第三溫度檢測(cè)裝置和分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥相連，還用于，當(dāng)控制周期到達(dá)時(shí)，根據(jù)第三溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的第二尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度，調(diào)節(jié)分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥的閥門開(kāi)度。
[0024]優(yōu)選的，控制器內(nèi)還預(yù)設(shè)有第三閾值，第三閾值小于第二閾值；
[0025]控制器具體用于，當(dāng)控制周期到達(dá)時(shí)，將第三溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到的第二尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度與第三閾值相比較，若第二尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度大于第三閾值，則控制分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥增大閥門開(kāi)度；若第二尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度小于或等于第三閾值，則控制分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥保持當(dāng)前的閥門開(kāi)度。
[0026]優(yōu)選的，控制器內(nèi)還預(yù)設(shè)有分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥的各個(gè)檔位；
[0027]控制器具體用于，當(dāng)?shù)诙矚夤芫€內(nèi)尾氣的溫度大于第三閾值時(shí)，控制分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥在當(dāng)前的檔位提升1個(gè)檔位；當(dāng)?shù)诙矚夤芫€內(nèi)尾氣的溫度小于或等于第三閾值時(shí)，控制分流尾氣冷卻水調(diào)節(jié)閥保持當(dāng)前的檔位。
[0028]本發(fā)明還提供一種多晶硅生產(chǎn)方法，在進(jìn)行多晶硅還原反應(yīng)過(guò)程中，包括以下步驟:
[0029]利用第二尾氣管線，對(duì)從還原爐輸送出的第一尾氣管線內(nèi)的尾氣進(jìn)行分流，且使第二尾氣管線內(nèi)的尾氣不與物料進(jìn)行換熱。
[0030]進(jìn)一步的，所述方法還包括:檢測(cè)物料輸送管線內(nèi)三氯氫硅和氫氣的混合氣的溫度，以及檢測(cè)第一尾氣管線內(nèi)的尾氣的溫度；
[0031]所述利用第二尾氣管線，對(duì)從還原爐輸送出的第一尾氣管線內(nèi)的尾氣進(jìn)行分流，具體包括:
[0032]當(dāng)控制周期到達(dá)時(shí)，獲取第二尾氣管線當(dāng)前的狀態(tài)，并根據(jù)檢測(cè)到的物料輸送管線內(nèi)三氯氫硅和氫氣的混合氣的溫度、第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度和第二尾氣管線當(dāng)前的狀態(tài)，調(diào)節(jié)第二尾氣管線內(nèi)尾氣的流量。
[0033]優(yōu)選的，所述根據(jù)檢測(cè)到的物料輸送管線內(nèi)三氯氫硅和氫氣的混合氣的溫度、第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度和第二尾氣管線當(dāng)前的狀態(tài)，調(diào)節(jié)第二尾氣管線內(nèi)的尾氣的流量，具體包括:
[0034]將檢測(cè)到的物料輸送管線內(nèi)所述混合氣的溫度與預(yù)設(shè)的第一閾值相比較，并將檢測(cè)到的第一尾氣管線內(nèi)尾氣的溫度與預(yù)設(shè)的第二閾值相比較；
[0035]若所述混合氣的溫度大于第一閾值和/或所述尾氣的溫度大于第二閾值，則判斷第二