多晶硅還原爐尾氣系統(tǒng)磨損研究.pdf

1、多晶硅生產(chǎn)是光伏能源和微電子工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，占據(jù)化學(xué)工業(yè)重要位置，主流多晶硅生產(chǎn)技術(shù)—改良西門子法是涉及有毒、易燃、易爆介質(zhì)的化工聯(lián)產(chǎn)過程，生產(chǎn)安全性倍受行業(yè)關(guān)注。實(shí)際多晶硅生產(chǎn)中還原尾氣攜帶大量硬質(zhì)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(chǎn)的重大安全隱患。然而，還原尾氣系統(tǒng)管路冗長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)現(xiàn)場又缺乏尾氣系統(tǒng)過流部件磨損認(rèn)識，因此尾氣系統(tǒng)抗磨防護(hù)工作的開展困難重重。
　　本文基于氣固兩相流動(dòng)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(jìn)行預(yù)測，并探究工況對局部磨損的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合還原爐尾氣系統(tǒng)生產(chǎn)特點(diǎn)，從主動(dòng)防護(hù)與被動(dòng)防護(hù)的角度，對系統(tǒng)過流部件進(jìn)行磨損治理，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)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(zhì)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(yīng)、SiHCl3和SiH2Cl2熱解反應(yīng)、溫度波動(dòng)以及生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等客觀

3、原因?qū)е庐a(chǎn)生。
　　研究以尾氣出口管道為對象，確定了8個(gè)與支管對應(yīng)的環(huán)管底部區(qū)域，2個(gè)位于環(huán)管出口兩側(cè)上方位外側(cè)22.5°區(qū)域，4個(gè)位于單爐主管上下方位壁面區(qū)為嚴(yán)重磨損區(qū)域；發(fā)現(xiàn)前8個(gè)局部磨損區(qū)域?yàn)楣桀w粒高沖角碰撞所致，后6個(gè)區(qū)域?yàn)榈蜎_角、高速磨蝕引起，單爐主管上方位壁面磨損最為嚴(yán)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(yīng)”，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(gè)局部出現(xiàn)“屏蔽效應(yīng)”，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(yán)重，外側(cè)壁面磨損比內(nèi)側(cè)壁面嚴(yán)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(cè)移動(dòng)，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(gè)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(gè)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(chǎn)生的生產(chǎn)過程優(yōu)化，采取爐內(nèi)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(dòng)肋條抗磨措施進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)；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(bǔ)償方式進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)。同時(shí)，制定局部磨損區(qū)域厚度監(jiān)