一種多晶硅還原爐的原料氣進料量的控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于多晶硅生產領域，具體涉及一種多晶硅還原爐的
[0002]原料氣進料量的控制裝置。
【背景技術】
[0003]多晶硅是太陽能光伏行業的基礎材料，其主要生產工藝是改良西門子法(即三氯氫硅還原法，SiHCl3+H2 — Si+3HC1)。該工藝在我國的大規模化應用已有近10年歷史，由于核心技術仍未突破，導致每生產一噸多晶娃，作為原料氣的精制三氯氫娃(TCS)的循環量達到55?60噸，同時產生16噸左右的四氯化硅(45%的SiCl4來自TCS熱分解，4SiHCl3 — Si+3SiCl4+2H2，熱分解的原因是氫氣量偏少所致)；另外硅棒長到135?150mm時，娃棒的直徑需要100小時左右的沉積時間；從而，造成多晶娃生廣的聞能耗現狀。究其原因主要是由于多晶硅棒生長過程中，炙熱的硅棒表面存在過厚的氣體界面層(theBoundary Layer),造成TCS和H2擴散(而非對流)到炎熱娃棒表面的速度大大降低(界面層內的質量轉移系數正比于原料氣平均線速度的平方根)，同時炙熱的硅棒表面產生的HCl也不能通過界面層迅速擴散開而使硅棒受到腐蝕，從而導致多晶硅的沉積速度很慢，TCS—次轉化率(Single-Pass Convers1n Eff iciency)很低,大量未通過擴散層的和在尾氣出口短路的TCS和H2隨尾氣進入回收單元，造成尾氣中大量未轉化的TCS進入回收系統，造成精制三氯氫硅循環量大大增加，回收單元負荷加重的現狀。
[0004]通過行業同仁的不懈努力，雖然比10年前有了一定的技術進步，但還未有實質性突破，生產過程中的多晶硅還原爐的尾氣組分不可控，導致進入回收系統中的TCS含量(55?60mole%)遠高于標準值31mole%，從而使得整個生產過程中的精制TCS循環量加大，加之進入多晶硅還原爐內的三氯氫硅一次轉化率僅為8?11%，導致多晶硅的生產能耗居高不下，生產成本降幅不大。
[0005]我國目前所有多晶硅生產企業采用的多晶硅沉積反應器屬于質量傳輸受限或者說是擴散受限型化學氣相沉積反應器，對于各種對棒(12、18、24、36、48)沉積反應器的沉積速率都很低，雖然都是給予提高沉積面積和低沉積速率這一個設計理念而設計的化學氣相沉積反應器(多晶硅還原爐)，但是化學氣相沉積反應器卻沒從根本上有效解決多晶硅還原爐內的氣場、溫度場的均布問題，也沒消除硅棒表面的層流層問題，多晶硅的沉積速度仍舊很慢，大量未反應的三氯氫硅隨尾氣進入回收單元，造成了三氯氫硅的大量浪費。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種多晶硅還原爐的原料氣進料量的控制裝置，該裝置實現了向多晶硅還原爐中通入尾氣的摩爾量的在線自動控制，無需人員監控，且可以隨時改變通入的尾氣的量保持多晶硅還原爐生產時，爐內的三氯氫硅和氯化氫的比值在正常高效生產的合理范圍，從而對于尾氣進行了最大程度的合理的利用。
[0007]解決本發明技術問題所采用的技術方案是提供一種通入多晶硅還原爐的原料氣進料量的控制裝置，所述多晶硅還原爐包括進氣口和排氣口，通入的原料氣包括:多晶硅還原爐中排出的尾氣、新通入的三氯氫硅和新通入的氫氣，其中，所述尾氣中包括尾氣中的三氯氫硅、尾氣中的氯化氫和尾氣中的氫氣，所述控制裝置包括:所述尾氣中的氯化氫的摩爾含量檢測機構、原料氣進料機構和總控制器，所述尾氣中的氯化氫的摩爾含量檢測機構與所述總控制器電連接，所述原料氣進料機構與所述總控制器電連接。
[0008]優選的是，通過所述尾氣中的氯化氫的摩爾含量檢測機構檢測尾氣中的氯化氫的摩爾含量，并將檢測結果發送給所述總控制器；
[0009]所述總控制器內預存有多晶硅還原爐內的生產中的三氯氫硅的摩爾含量和氯化氫的摩爾含量對應的映射關系圖，并預設三氯氫硅和氯化氫的摩爾含量比值的上限和下限；
[0010]所述總控制器根據收到的所述尾氣中的氯化氫的摩爾含量而計算出所述尾氣中的三氯氫硅和氯化氫的摩爾含量比值，當所述尾氣中的三氯氫硅和氯化氫的摩爾比值大于所述預設的三氯氫硅和氯化氫摩爾比值的上限，則所述總控制器控制所述原料氣進料機構增加通入的原料氣中的多晶硅還原爐中排出的尾氣的摩爾量；當所述尾氣中的三氯氫硅和氯化氫的摩爾比值小于所述預設的三氯氫硅和氯化氫摩爾比值的下限，則所述總控制器控制所述原料氣進料機構減少通入的原料氣中的多晶硅還原爐中排出的尾氣的摩爾量。
[0011]優選的是，所述多晶硅還原爐內的生產條件為多晶硅還原爐內在1080?1100°C，0.55?0.60MPa的條件下，氯化氫的摩爾含量為0.1?5.0moIe%, TCS的摩爾含量為25?3ImoIe%ο
[0012]優選的是，所述原料氣進料機構包括:運送尾氣的尾氣運輸管道、運送新通入的三氯氫娃的三氯氫娃運輸管道、運送新通入的氫氣的氫氣運輸管道、第一文丘里引射器、第二文丘里引射器、靜態混合器，
[0013]所述三氯氫娃運輸管道的一端用于輸入原料氣三氯氫娃，該三氯氫娃運輸管道的另外一端與所述第一文丘里引射器的吸入口連接；
[0014]所述尾氣運輸管道的一端與所述排氣口連接，該尾氣運輸管道的另外一端在其主管道上分為兩個支路管道，這兩個支路管道分別為第一尾氣運輸支路管道和第二尾氣運輸支路管道，所述第一尾氣運輸支路管道與所述第二文丘里引射器的吸入口連接，所述第二尾氣運輸支路管道用于排放尾氣；
[0015]所述氫氣運輸管道的一端用于輸入氫氣，所述氫氣運輸管道的另外一端在其主管道上分為兩個支路管道，這兩個支路管道分別為第一氫氣運輸支路管道和第二氫氣運輸支路管道，所述第一氫氣運輸支路管道與所述第一文丘里引射器的吸入口連接，所述第二氫氣運輸支路管道與所述第二文丘里引射器的吸入口連接；
[0016]所述第一文丘里引射器的出口和所述第二文丘里引射器的出口分別與所述靜態混合器的一端連接，該靜態混合器的另外一端與所述多晶硅還原爐體的進氣口連接；
[0017]所述第二氫氣運輸支路管道上設置有控制其內部的氫氣流量大小的閥門，所述第二氫氣運輸支路管道上設置有閥門，所述總控制器與所述閥門電連接，控制第二氫氣運輸支路管道內部的氫氣流量大小。
[0018]優選的是，所述三氯氫硅運輸管道呈螺旋狀設置于所述尾氣運輸管道的外部，形成第一熱交換器；所述氫氣運輸管道呈螺旋狀設置于所述尾氣運輸管道的外部，形成第二熱交換器。
[0019]優選的是，所述尾氣中的氯化氫的摩爾含量檢測機構包括引入尾氣的進氣引管、冷凝器、第一收集器、第二收集器、排氣引管、第一流量計、第二流量計、第三流量計、檢測控制器，所述進氣引管與多晶硅還原爐的排氣口連通，所述進氣引管上設置有所述第一流量計，用于得到總流量Q，所述進氣引管與所述冷凝器的一端連接，所述冷凝器的另外一端與用于收集冷凝液的所述第一收集器連接，所述第一收集器再通過導管與用于盛放堿液的所述第二收集器連接，所述導管上設置有所述第二流量計，用于得到流量Q1,所述第二收集器與所述排氣引管連接，所述排氣引管上設置有所述第三流量計，用于得到流量Q2,
[0020]所述檢測控制器分別與所述第一流量計、所述第二流量計、所述第三流量計電連接，所述第一流量計的讀數為Q，所述第二流量計的讀數為Q1，所述第三流量計的讀數為Q2,所述檢測控制器得到所述第二流量計和所述第三流量計的差值信號為(Q1-Q2),計算出氯化氫的摩爾含量為(Q1-Q2) /Q，并發送給所述總控制器。
[0021]優選的是，所述冷凝器的冷凝溫度為:-20?28°C。
[0022]優選的是，所述第二收集器中盛放的堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、碳酸鈉溶液、碳酸鉀溶液中的一種或幾種，所述堿液的濃度為0.5?2M。
[0023]優選的是，所述多晶硅還原爐的原料氣進料量的控制裝置還包括報警單元，所述