一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构
技术领域
本实用新型涉及一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构。
背景技术
21世纪伴随着能源危机和人类环保意识的增强，世界各国对新能源的发展备受关注。近年来全球太阳能行业迅猛发展，作为太阳能行业基础原料的多晶硅产业也蓬勃发展，规模有100吨，300吨，1000吨等大小不同的生产线。多晶硅生产还原炉是生产线的核心设备，现有的多晶硅生产还原炉单条生产线生产规模为1.5WT/a，多晶硅的生产成本为10美元/千克，其生产效率较低，能耗高。
因此，设计一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构，以提高多晶硅生产效率，降低生产能耗，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构，以达到低电耗、低菜花料比例和高产量的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构，包括呈圆盘形并内空的还原炉底盘主体，以及分布于所述还原炉底盘主体上的72对还原棒；所有所述还原棒分成六圈分布在所述还原炉底盘主体上，六圈还原棒从内之外依次为第一还原棒组、第二还原棒组、第三还原棒组、第四还原棒组、第五还原棒组和第六还原棒组，所述第一还原棒组、所述第二还原棒组、所述第三还原棒组、所述第四还原棒组、所述第五还原棒组和所述第六还原棒组以所述还原炉底盘主体的顶面圆心同心分布，所述第一还原棒组包括有周向等距分布的3对还原棒，所述第二还原棒组包括有周向等距分布的6对还原棒，所述第三还原棒组包括有周向等距分布的9对还原棒，所述第四还原棒组包括有周向等距分布的15对还原棒，所述第五还原棒组包括有周向等距分布的18对还原棒，所述第六还原棒组包括有周向等距分布的21对还原棒。
进一步地，所述第一还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为225mm。
进一步地，第二还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为247.05mm。
进一步地，所述第三还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为254.93mm。
进一步地，所述第四还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为225mm。
进一步地，所述第五还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为230.82mm。
进一步地，所述第六还原棒组内相邻两对还原棒之间的间距为234.89mm。
进一步地，每对所述还原棒均包括两根成对的硅芯。
进一步地，所述硅芯的高度为3000mm，直径为15×15mm。
进一步地，同一对所述硅芯之间的间距为225mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型结构简单、设计科学合理，使用方便，其能有效控制还原炉进气流速、炉内气场和炉内温度场，达到低电耗、低菜花料比例和高产量的目的。
本实用新型可实现单线产能最大达到3WT/a，相比于现有最大产能的1.5WT/a，产能提高两倍，相应设备、厂房基建投资可下降50％，生产成本可下降20％。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-还原炉底盘主体、2-还原棒、3-第一还原棒组、4-第二还原棒组、5-第三还原棒组、6-第四还原棒组、7-第五还原棒组、8-第六还原棒组、9-硅芯。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1所示，本实用新型提供的一种72对还原棒多晶硅生产还原炉底盘结构，结构简单、设计科学合理，使用方便，其能有效控制还原炉进气流速、炉内气场和炉内温度场，达到低电耗、低菜花料比例和高产量的目的。本实用新型包括呈圆盘形并内空的还原炉底盘主体1，以及分布于所述还原炉底盘主体1上的72对还原棒2；所有所述还原棒2分成六圈分布在所述还原炉底盘主体1上，六圈还原棒从内之外依次为第一还原棒组3、第二还原棒组4、第三还原棒组5、第四还原棒组6、第五还原棒组7和第六还原棒组8，所述第一还原棒组3、所述第二还原棒组4、所述第三还原棒组5、所述第四还原棒组6、所述第五还原棒组7和所述第六还原棒组8以所述还原炉底盘主体1的顶面圆心同心分布，所述第一还原棒组3包括有周向等距分布的3对还原棒，所述第二还原棒组4包括有周向等距分布的6对还原棒，所述第三还原棒组5包括有周向等距分布的9对还原棒，所述第四还原棒组6包括有周向等距分布的15对还原棒，所述第五还原棒组7包括有周向等距分布的18对还原棒，所述第六还原棒组8包括有周向等距分布的21对还原棒。每对所述还原棒均包括两根成对的硅芯9。所述硅芯9的高度为3000mm，直径为15×15mm。同一对所述硅芯9之间的间距为225mm。
本实用新型所述第一还原棒组3内相邻两对还原棒之间的间距为225mm。第二还原棒组4内相邻两对还原棒之间的间距为247.05mm。所述第三还原棒组5内相邻两对还原棒之间的间距为254.93mm。所述第四还原棒组6内相邻两对还原棒之间的间距为225mm。所述第五还原棒组7内相邻两对还原棒之间的间距为230.82mm。所述第六还原棒组8内相邻两对还原棒之间的间距为234.89mm。
本实用新型可实现单线产能最大达到3WT/a，相比于现有最大产能的1.5WT/a，产能提高两倍，相应设备、厂房基建投资可下降50％，生产成本可下降20％。
本实用新型72对还原棒还原炉使用硅芯数量为144根/台，硅棒高度为3000m，硅芯横截面规格为15×15mm；在实际运行过程中硅芯表面温度950℃-1250℃，操作时炉壁金属温度300℃，还原炉内筒体设计金属壁温330℃。
本实用新型还原炉腔内的压力：工作压力-0.1—0.8MPa/设计压力-0.1—1.0MPa(表压)；还原炉内筒外压计算条件：(a)-0.95Ma，200℃(开车抽真空置换时，满足内筒与夹套之间最大0.75MPa压差)。(b)-0.75a，330℃(硅芯击穿通入工艺气体后)。
本实用新型硅棒布置：72对还原棒还原炉硅棒采用同心圆形布棒方式，并辅以相应数量的喷嘴，即能有效节约能源、平衡温场，又能提供良好的气场，保证硅棒的高质量生产，实现还原炉具备高生产能力、高转化率、低能耗的性能。
本实用新型采用双路脱盐水降温，夹套冷却脱盐上水(双路进)，上水压力:0.76MPa(G)，夹套冷却脱盐回水(双路出)，回水压力:0.55MPa(G)。
本实用新型72对棒还原炉每生产1公斤多晶硅还原电耗40度左右,相比于现有的36和40对棒还原炉单电耗预计可以下降10-20％；每个生产周期内多晶硅产量可以达到18-25吨，成品硅棒直径160-200mm左右。
本实用新型硅芯高度达到3000mm，相比于现有技术，单根硅芯沉积多晶硅增产约7-10％；72对棒还原炉在有限空间内采用同心圆布置144根电极，可确保还原炉更节能，更高产，更经济；如图1所示，72对棒还原炉采用双回路炉筒水保护设备，充分结合72对棒还原炉的温度梯度设计炉筒水的进出口位置，确保还原炉内硅棒生长更均匀，更致密。
采用本实用新型底盘结构组装成的原炉炉体由一个圆柱形的钟罩(椭圆封头)和一个底盘(本底盘结构)组成，圆柱形钟罩由冷却夹套围绕，底盘为中空结构，冷却介质为脱盐水，和工艺物料介质直接接触的所有表面都为不锈钢材料或复合板材料，钟罩内壁和底盘上表面须经电解抛光处理，抛光粗糙度应小于Ra0.2。还原炉参数详见还原炉参数表1-1。
还原炉参数表1-1
还原炉所用所有材料均满足生产太阳能一级多晶硅产品，设备上所有接触工艺物料的材质为S31603。夹套、底盘冷却水系统的材质采用碳钢材质，电极冷却水系统的材质采用S30408材质。还原炉上安装有视镜，用于测温和观察，视镜采用冷却水冷却或氢气吹扫冷却。
每台72对棒还原炉组装I44个脱盐水冷却的电极。电极的主要材质：主体为紫铜(采用TU1无氧铜)，头部为铜镀银(厚度不小于100um)。每一台还原炉至少设有1个红外测温仪的观察口。还原炉启动方式为高压启动，启动电压I2kV。72对棒还原炉的电极数量为144根，硅芯长度为3000mm，硅芯横截面≤15mm X 15mm，最大沉积直径为150-180mm，一个周期时间(沉积时间)～120hours，每个工作周期的多晶硅产量≥18ton，单炉年产量(最小)≥1000ton，菜花料比例不大于30％。每kgSi的耗电量≤42kWH/kg。
72对棒还原炉冷却条件如下：
夹套冷却脱盐上水(双路进)为133℃，压力为0.75MPa(G)；夹套冷却脱盐回水(双路出)为153℃，压力为0.55MPa(G)；底盘冷却脱盐上水为60-90℃，压力为0.6MPa(G)；底盘冷却脱盐回水为90-110℃，压力为0.3MPa(G)；电极冷却脱盐上水为30-50℃，压力为0.4MPa(G)；电极冷却脱盐回水为40-70℃，压力为0.3MPa(G)。
72对棒还原炉气象资料参数如下：
年平均大气压力为93.4kPa，年平均温度为7.5℃，极端最高气温为43.6℃，极端最低气温为-36.6℃，平均相对湿度为52％，年主导风向为NW，10m高度最大风速为21.3m/s，年平均风速为2.8m/s。
72对棒还原炉厂区按地震烈度Ⅶ度设防，电源和件10000v/380v/220v/50HZ/3ph，压缩空气条件(无油)：压力为0.4～0.6MPa(G)，露点为-60℃。氮气条件：压力为0.6MPa(G)/0.8MPa(G)，露点为-60℃。
72对棒还原炉技术数据如下：
设备的组成：整套还原炉反应器；设备内介质：H2，SiHCl3，SiCl4，SiH2C12，HCl等，介质具腐蚀性、易燃。易爆、中度毒性(介质种类和类别按照SiHCl3)防爆等级Exd II CT4o。
72对棒还原炉硅芯数量为144根/台，硅棒高度3000mm，硅芯横截面规格15mm X15mm。
72对棒还原炉硅芯温度为950℃～1250℃，操作时炉壁金属温度为300℃，内筒体设计金属壁温为330℃。72对棒还原炉还原炉膛内的压力为工作压-0.1～0.8MPa，设计压力-0.1～1MPa(表压)。内筒外压计算条件：(1)-0.95Mpa,200℃(开车抽真空置换时，满足内筒与夹套之间最大0.75MPa压差)。(2)-0.75Mpa,330℃(硅芯击穿通入工艺气体后)。
72对棒还原炉的冷却系统(夹套、底盘)。夹套：冷却介质为脱盐水，入口温度为133℃，出口温度≤153℃，夹套设计温度为200℃，夹套工作压力为0.75MPa(表压)，夹套设计压力为0.85MPa(表压)。底盘：冷却介质为脱盐水，入口温度为60～90℃，出口温度为90～110℃，底盘设计温度为200℃，底盘工作压力为0.6MPa(表压)，设计压力为0.75MPa(表压)。
72对棒还原炉的硅芯电极冷却：冷却介质为冷却水(水质：电导率≤10us/cm，PH值6.5-8.0)，入口温度为30～50℃，出口温度为40～70℃，设计温度为90℃，工作压力为0.4MPa(表压)，设计压力为0.6MPa(表压)。
72对棒还原炉的厂房室内温度>0℃，设备放置在洁净度为10万级的封闭车间内，房间的防爆等级为ExdⅡCT4。
上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。
