48对棒大型还原炉设计开发与应用研究

还原炉结构、运行工艺参数密切影响着还原炉电耗和多晶硅质量,优化还原炉结构和气相沉积过程的运行工艺参数是降低多晶硅还原炉电耗的主要研究方向。研究表明,加大还原炉体积、提高单炉产量、更有效地利用炉内热辐射,能够大幅降低还原能耗。本文论述一种高效、节能的48对棒大型还原炉的设计开发,采用全数字化研发手段设计了与之配套的钟罩、底盘、喷嘴结构、进出气口排布等核心部件,通过计算机模拟验证所设计还原炉炉内流场、温场的合理性,结合现场试验针对大型还原炉制定参数运行曲线,其还原电耗稳定降至40kWh/kg-si左右,单炉产量达到12t,TCS单耗降低至41.92kg/kg-si以下,实现了48对棒多晶硅还原炉的产业化应用。

大型多晶硅还原炉的温度场模拟

为了提高多晶硅还原炉结构设计的安全性和指导运行过程中的冷却系统调节控制,需要全面了解在工作过程中各部件的温度分布。结合大型多晶硅还原炉研制要求,对多晶硅还原炉的辐射、导热和对流的传热过程进行传热耦合温度模拟方法研究。采用Unigraphics?建立多晶硅还原炉三维整体模型,在ANSYS CFX数值仿真平台上进行炉膛内的辐射换热、炉夹层的冷却流道冷却水系统的对流换热、炉壁各结构件的导热过程中的温度计算仿真。通过与产品设计物理模型进行比较,表明温度场数值模拟的可靠性和准确性,可以用于指导工艺参数控制。另外温度场数值模拟结果可以供还原炉设计过程中进行热结构耦合分析,以对高温高压下工作的还原炉进行安全性评估。