多晶硅還原爐尾氣系統(tǒng)磨損研究.pdf

1、多晶硅生產是光伏能源和微電子工業(yè)的基礎產業(yè)，占據(jù)化學工業(yè)重要位置，主流多晶硅生產技術—改良西門子法是涉及有毒、易燃、易爆介質的化工聯(lián)產過程，生產安全性倍受行業(yè)關注。實際多晶硅生產中還原尾氣攜帶大量硬質硅顆粒排出還原爐，造成尾氣系統(tǒng)過流部件持續(xù)沖蝕，成為多晶硅生產的重大安全隱患。然而，還原尾氣系統(tǒng)管路冗長，結構復雜，生產現(xiàn)場又缺乏尾氣系統(tǒng)過流部件磨損認識，因此尾氣系統(tǒng)抗磨防護工作的開展困難重重。
　　本文基于氣固兩相流動理論和沖蝕理

2、論，從化工安全角度出發(fā)，利用數(shù)值模擬方法，對過流部件的磨損狀況進行預測，并探究工況對局部磨損的影響規(guī)律。在此基礎之上，結合還原爐尾氣系統(tǒng)生產特點，從主動防護與被動防護的角度，對系統(tǒng)過流部件進行磨損治理，指導生產實踐，消除多晶硅還原爐尾氣系統(tǒng)中的磨損安全隱患。
　　硅顆粒和尾氣理化性質分析表明：硅顆粒成分幾乎全部為無定型硅，微量參雜晶體硅；為硅氣相外延體反應、SiHCl3和SiH2Cl2熱解反應、溫度波動以及生產系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等客觀

3、原因導致產生。
　　研究以尾氣出口管道為對象，確定了8個與支管對應的環(huán)管底部區(qū)域，2個位于環(huán)管出口兩側上方位外側22.5°區(qū)域，4個位于單爐主管上下方位壁面區(qū)為嚴重磨損區(qū)域；發(fā)現(xiàn)前8個局部磨損區(qū)域為硅顆粒高沖角碰撞所致，后6個區(qū)域為低沖角、高速磨蝕引起，單爐主管上方位壁面磨損最為嚴重。探究工況影響規(guī)律發(fā)現(xiàn)：尾氣速度增加，局部磨損率最大值以指數(shù)規(guī)律增長；硅顆粒直徑增加，磨損區(qū)域變化并出現(xiàn)“粒度效應”，局部磨損率最大值增加幅度越來越小

4、。硅顆粒濃度增加，局部磨損率最大值增加幅度越來越大，但兩個局部出現(xiàn)“屏蔽效應”，增加幅度越來越小。
　　以尾氣匯流管道為對象深入，確定了匯流管道磨損由低沖角磨蝕造成，局部磨損區(qū)域位于有支管接入的三通下游壁面，其中下方位壁面磨損比上方位嚴重，外側壁面磨損比內側壁面嚴重；支管和上游壁面幾乎不發(fā)生磨損。探究工況影響規(guī)律發(fā)現(xiàn)：尾氣速度增加，磨損局部向兩側移動，局部磨損率最大值以指數(shù)規(guī)律增長；硅顆粒直徑增加，磨損區(qū)域跨方位變化，整個三通單元

5、磨損率最大值線性增長；硅顆粒濃度增加，局部磨損率最大值近乎線性規(guī)律發(fā)展。主、支管流量比例增加，磨損局部由支管正對壁面向下游發(fā)展，整個三通單元磨損率最大值增加幅度越來越大。
　　此外，提出減少硅顆粒產生的生產過程優(yōu)化，采取爐內大顆粒尾氣工裝攔截與爐外小顆粒金屬過濾除塵的硅顆粒凈化，以及單爐主管的氣動肋條抗磨措施進行主動防護；選擇以高錳鋼焊條堆焊的涂層抗磨，與匯管局部外加耐磨襯塊的厚度補償方式進行被動防護。同時，制定局部磨損區(qū)域厚度監(jiān)