一種迷宮式多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩的製作方法

2023-05-19 13:15:21

一種迷宮式多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩的製作方法
【專利摘要】一種迷宮式高純石墨尾氣罩，用於釋放多晶矽還原爐尾氣並沉降大顆粒的游離矽。所述迷宮式尾氣罩包括外罩和內罩兩部分；所述尾氣罩具有迷宮式氣流通道；所述外罩呈頂端封閉、自底端面起到頂端面一定深度上銑空的倒圓筒形，且外罩下部開有多個周向均布的進氣孔；所述內罩呈圓形管道，其下部帶有同心定位外罩和內罩的凸臺結構，其底端帶有尾氣管插入接口；外罩與內罩裝配後在凸臺處形成矽顆粒儲料環；外罩內壁與內罩外壁之間形成一定升程的氣流上升環道；內罩頂端面與外罩頂壁之間形成氣流折轉環道將氣流引入尾氣管道。所述尾氣罩具有結構簡單，顆粒沉降效果好、清掃維護方便，顯著降低進入尾氣管道中顆粒物的含量，減少游離矽顆粒對尾氣管路、管路附件、尾氣處理的冷凝器、壓縮機設備的磨損等特點。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種尾氣出口保護罩，更確切地說，是一種涉及多晶矽還原生產 過程中的尾氣出口保護裝置，屬於多晶矽生產設備【技術領域】。 一種迷宮式多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩

【背景技術】
[0002] 多晶矽是半導體工業、太陽能光伏產業、電子信息技術等行業的重要基礎材料，並 在相關高新技術不斷發展的大背景下，呈現巨大的市場需求。當前，多晶矽的生產主要採用 的是改良西門子法，該法採用矽、氯化氫、三氯氫矽等原材料，採用氫氣作為還原劑，在專用 的還原爐內進行生產。
[0003] 在改良西門子法的生產過程中，由於材料配比、溫度場不均等原因，還原爐內會產 生大量的粒徑分布為0. f460 μ m的矽粉，其中粒徑10 μ m以上的矽粉達到了 80%以上；如 果這些矽粉隨著尾氣進入排出管道，將嚴重損壞設備、阻塞氣流管道。因此，需要在尾氣出 口處安置尾氣罩，以儘可能地分離尾氣流中的矽粉。
[0004] 目前，多晶矽還原爐內尾氣攔截主要使用的是一種鉻鑰合金尾氣罩。其特徵是：總 體呈圓柱體；所述圓柱體頂部封閉，底部開有氣流孔至軸向中部位置；在圓柱軸向的中部 位置有多個周向分布的圓孔，並與圓柱中心的通道聯通，形成周向進氣、軸向排氣通道。然 而，這種鉻鑰合金罩價格昂貴，且其結構及氣流通道這種尾氣罩不具備對氣流中矽粉的攔 截作用，管路設施和設備磨損依然嚴重。
[0005] 另外，專利《多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩》是一種採用高純石墨材料的尾氣 罩。其總體特徵是：所述尾氣罩包括封閉頂端、進氣孔和支腿；尾氣罩頂部封閉，下部開有 罩體側面到底部的氣體通道；所述尾氣罩能夠顯著降低生產成本，攔截爐內矽塊等大粒徑 異物進入尾氣管道。然而，這種尾氣罩的氣流通道依然很難實現對矽粉的沉降作用。
[0006] 本實用新型基於對還原爐內游離矽顆粒粒徑分布的分析，提供一種具有迷宮式氣 流通道的尾氣罩，以除去尾氣中佔80%以上的大粒徑矽顆粒。


【發明內容】

[0007] 本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、顆粒沉降效果好、清掃維護方便，並能 顯著降低進入尾氣管道中顆粒物含量的尾氣罩，以減少設備的磨損破壞。
[0008] 技術方案：一種迷宮式多晶娃還原爐用高純石墨尾氣罩，包括外罩和內罩。所述外 罩和內罩均採用高純石墨材料；所述外罩呈頂端封閉、自底端面起到頂端面一定深度上銑 空的倒圓筒形，且其下部周向開有水平進氣孔；所述進氣孔為4飛個，均勻布置；所述內罩 呈下部帶凸臺的圓形管道，底端設有尾氣管插入接口；所述外罩的內徑與內罩的凸臺直徑 相契合，使外罩與內罩同軸定位；外罩與內罩裝配後在凸臺處形成儲料環；外罩內壁與內 罩外壁之間形成氣流上升環道，該環道具有足夠的升程；所述內罩頂端面與外罩頂壁之間 形成氣流折轉環道，引導氣流至尾氣管口；所述水平進氣孔的最低點與凸臺上表面之間有 一定的高度差，以保證儲料環具有足夠的存儲量。
[0009] 有益效果：所述尾氣罩具有迷宮式氣流通道，引導尾氣流經過兩次壁面撞擊並改 變氣流方向，加劇尾氣中顆粒物的分離沉降；所述迷宮氣流通道引導氣流進入水平進氣孔 後，撞擊於內罩外壁，使部分粒徑較大的矽粉沉降至儲料環，且氣流迅速改變流向進入上升 環道；所述上升環道具有一定的升程，且該升程根據實際使用效果來調節；氣流結束升程 後撞擊於外罩頂壁，使一定粒徑的矽粉彈回儲料環；最終氣流經過折轉環道進入尾氣出口。 所述儲料環用於收集尾氣中沉降下來的矽粉，能夠有效避免已沉降矽粉遭受主氣流直接衝 擊引起的二次揚起；且每一爐生產結束後，可方便地直接取下外罩清理沉灰，然後套上外罩 繼續使用；所述儲料環的有關尺寸可根據具體使用效果進行調節。所述氣流上升環道是水 平進氣孔最高點到內罩頂端面之間一定升程的氣流通道，對被主氣流所攜帶進入上升環道 的大粒徑矽粉提供足夠的高度以沉降至儲料環而不至於被氣流帶走。所述水平進氣孔的過 流總面積小於氣流上升環道的過流面積，且氣流上升環道的過流面積小於氣流折轉環道的 過流面積，這種過流面積尺寸設計可使尾氣在迷宮內的流速逐漸降低，促進矽粉的分離沉 降。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解的，它只是構成本說明書的一部分以 進一步解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。
[0011] 附圖1為迷宮式多晶娃還原爐用商純石墨尾氣罩的主視圖。
[0012] 附圖2為內罩的主視圖。
[0013] 附圖3為外罩的主視圖。
[0014] 圖中：1_外罩；2-內罩；3-水平進氣孔；4-儲料環；5-尾氣管插入接□ ;6_凸臺。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本實用新型作進一步描述：
[0016] 一種迷宮式多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩，包括外罩1、內罩2、水平進氣孔3、 儲料環4、尾氣管插入接口 5、凸臺6。所述外罩1和內罩2均採用高純石墨材料；外罩呈頂 端封閉、自底端面起到頂端面一定深度上銑空的倒圓筒形，且其下部周向開有水平進氣孔 3 ;所述水平進氣孔3為4飛個，均勻布置。所述內罩2呈下端帶凸臺6的圓形管道，且內 罩底端設有尾氣管插入接口 5 ;所述尾氣管插入接口 5的外徑與還原爐尾氣出口管道的內 徑相契合。所述外罩1的內徑與凸臺6的直徑相契合，使外罩1緊密同心定位在內罩2外 面。所述外罩1與內罩2除在凸臺6外圓柱面處相接觸外，無其他接觸面。所述外罩內壁 與內罩外壁之間形成氣流上升環道。所述內罩頂端面與外罩頂壁之間形成氣流折轉環道。 所述進氣孔3的最低點與凸臺6的上表面之間有一定的高度差，以形成具有足夠儲料量的 儲料環4 ;儲料環4用於收集尾氣中沉降下來的矽粉，其大小尺寸可根據實際使用效果進行 調節。所述進氣孔3的最高點與內罩頂端面之間具有一定的高度差，以保證足夠的氣流升 程，在所述的升程中部分粒徑較大的顆粒具有足夠的沉降高度。所述水平進氣孔的過流總 面積〈氣流上升環道的過流面積〈氣流折轉環道的過流面積，這種過流面積尺寸設計可使 尾氣在迷宮內的流速逐漸降低。
[0017] 工作原理：尾氣首先通過水平方向進入進氣孔3撞擊於內罩外壁，使部分粒徑較 大的顆粒物沉降至儲料環4 ;然後氣流迅速改變流向進入氣流上升環道；氣流上流環道升 程的高度根據具體生產環境下的尾氣顆粒物成分和實際使用效果進行確定；氣流結束升程 後撞擊於外罩頂壁，使一定粒徑的顆粒物彈回儲料環4 ;最終氣流經過氣流折轉環道進入 尾氣出口管道。這種迷宮式的氣流通道，通過引導尾氣流經過多次壁面撞擊和改變流向，促 進尾氣中矽粉的分離沉降，對於攔截尾氣中的矽粉有很好的效果。
【權利要求】
1. 一種迷宮式多晶矽還原爐用高純石墨尾氣罩，包括外罩和內罩，其特徵在於：所述 外罩呈頂端封閉、自底端面起到頂端面一定深度上銑空的倒圓筒形，且其下部開有多個周 向均布的水平進氣孔；所述內罩整體呈圓形管道，其下部帶有定位外罩和內罩的凸臺，其底 端帶有尾氣管插入接口；所述外罩的內徑與內罩的凸臺直徑相契合，使外罩緊密同心定位 在內罩外面；外罩與內罩裝配後在凸臺處形成矽顆粒儲料環；外罩內壁與內罩外壁之間形 成一定升程的氣流上升環道；所述內罩頂端面與外罩頂壁之間形成氣流折轉環道，以將氣 流引入尾氣管道。
2. 根據權利要求1所述的迷宮式高純石墨尾氣罩，其特徵在於：所述水平進氣孔的最 低點與凸臺上表面之間有一定的高度差，以保證儲料環具有足夠的容量來收集尾氣中沉降 下來的矽顆粒物；所述儲料環的尺寸可根據實際使用效果進行調節。
3. 根據權利要求1所述的迷宮式高純石墨尾氣罩，其特徵在於：所述氣流上升環道的 升程是水平進氣孔的最高點到內罩頂端面之間的高度差，在該升程內氣流可以充分改變流 向，並促使氣流所攜帶的大粒徑矽粉沉降；所述升程的尺寸可根據實際使用效果進行調節。
4. 根據權利要求1所述的迷宮式高純石墨尾氣罩，其特徵在於：所述尾氣罩具有迷宮 式氣流通道；氣流經進氣孔水平進入迷宮，主氣流撞擊於內罩外壁並發生90°偏轉進入升 程，升程結束即為氣流折轉環道，在折轉環道作用下氣流偏轉180°進入尾氣出口管道；所 述迷宮結構使得進入尾氣罩的氣流經過壁面撞擊並改變氣流方向，加劇尾氣中顆粒物在重 力作用下的分離沉降。
5. 根據權利要求4所述的迷宮式高純石墨尾氣罩，其特徵在於：所述各水平進氣孔的 過流總面積小於氣流上升環道的過流面積，且氣流上升環道的過流面積小於氣流折轉環道 的過流面積。
【文檔編號】F27D17/00GK203890069SQ201420213709
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】楊豪, 胡亞非, 羅會清 申請人:中國礦業大學