多晶硅生产中节能降耗探讨

摘要：研究了不同供料与功率比值对多晶硅还原电耗和一次转化率的影响，对指导实际生产具有重要意义。

关键词：多晶硅；还原；供料与功率比值

进入21世纪以来，随着太阳能光伏发电技术的快速发展和广泛应用，多晶硅产业以惊人的速度迅猛发展和壮大。面对当前世界性传统能源日益枯竭和气候变暖的严峻形势，太阳能作为可再生洁净能源受到了各国的高度重视，许多国家都已将太阳能发电的原材料高纯多晶硅列为战略性材料。当前，在国内外市场的双重压力下，多晶硅价格一路降低，加上国内多晶硅生产成本远高于国际先进水平，使得国内各多晶硅企业面临极大的生存压力，因此如何降低生产成本已成为各企业的首要任务。本文主要围绕改良西门子法生产多晶硅的还原工序，对还原炉供料和硅棒功率等参数进行研究，为还原炉运行优化提供参考依据。

1多晶硅还原工序简介

多晶硅还原工序是生产多晶硅成品的环节，其核心设备是气相沉积反应器，也就是通常所说的还原炉，它的控制水平直接关系到多晶硅的产量、成本和质量。还原工序生产过程如下：一定摩尔比的氢气和三氯氢硅混合气在一定压力下通入到还原炉内，在直径8~15mm、长2.2~2.8m的导电硅芯上进行气相沉积反应生成多晶硅，硅棒表面温度控制在1050~1100℃，经过一定时间后长成规定直径的硅棒，反应同时生成四氯化硅、二氯二氢硅及氯化氢等副产物。

2研究方法

本文结合生产实际，在其他因素不变的情况下，将混合气流量与硅棒功率的比值作为研究对象，选取不同供料与功率比值的炉次进行对比，并对运行结果进行分析和总结。

3结果及讨论

3.1不同比值对电耗的影响

通过将还原炉供料与硅棒功率进行关联，得出了两者不同比值时的还原电耗情况，如图1所示。从上述趋势线可以看出，在还原炉供料与功率比值从0.5提至0.9的过程中，还原电耗变化呈抛物线趋势，即先快速下降，达到最低点后又逐步上升，这说明不同的进料比值对还原电耗的影响较大，当比值较小时，还原炉的进料量小，硅棒生长速度较慢导致电耗偏高；而比值较大时，还原炉的进料量增大，硅棒生长速度虽然加快，但同时混合气所带走热量也相应增加，同样也使得还原炉的电耗增加，因此，只有选择合适的供料与功率比值才能保证还原炉的电耗处于最佳水平。

3.2不同比值对一次转化率的影响

同样按照上述方法得出了不同供料与功率比值时还原炉的一次转化率情况。从上述曲线可以看出，在还原炉供料与功率比值从0.5提至0.9的过程中，一次转化率一直呈下降趋势，这是因为比值较小时，还原炉内供料较少，可供反应的物料相对不多，通入到还原炉内物料能够有效的参与反应，因此一次转化率较高；而当比值较大时，还原炉内供料较多，通入到还原炉内的物料有相当一部分还未参与反应就已被带出去，因此一次转化率较低。从上述数据分析可以看出，多晶硅还原电耗和一次转化率这两个指标在实际生产中存在一定矛盾，因此不同的企业需根据自身特点选取合适的供料与功率比值，已保证生产能够达到最佳的平衡点。

4结语

在实际的多晶硅还原生产过程中，根据自身还原炉的特点，研究并选取合适的供料与功率比值，对优化还原炉生产，降低还原电耗，提高一次转化率具有重要的指导意义。

作者:张超 尚保卫 单位:中国恩菲工程技术有限公司 洛阳中硅高科技有限公司

参考文献：

[1]苗军舰等.西门子法生产多晶硅的热力学[J].无机化学学报,2007,(5):796.