一种多晶硅还原炉的评价方法及装置与流程

本发明涉及多晶硅生产领域，尤其涉及一种多晶硅还原炉的评价方法及装置。

背景技术：

1、目前主要采用改良西门子法生产多晶硅。多晶硅还原炉是生产多晶硅的核心设备，通过将来自罐区的三氯氢硅和氢气经过预热和计量控制后混合进入多晶硅还原炉内进行气相沉积反应生产多晶硅。

2、多晶硅还原炉的设计是否合理，是否存在缺陷，对后期产品质量、生产成本的影响至关重要。生产实践表明，不合理的设计方案会导致产能不达标、产品质量差、成本居高不下，以及倒棒、异常等频发，生产不平稳等问题。

3、然而，目前缺乏有效的多晶硅还原炉评价手段，导致设计出的多晶硅还原炉存在运行不稳定、生产成本高和产品质量不佳等不足。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种多晶硅还原炉的评价方法及装置，能够对多晶硅还原炉进行合理有效的评价，达到提高产能和运行稳定性，降低成本，提高产品质量的目的。

2、根据本发明的第一方面，提供一种多晶硅还原炉的评价方法，包括：根据多晶硅还原炉的几何模型，进行流场试验仿真模拟，得到待评价的流场数据；

3、将所述待评价的流场数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到流场评价结果；

4、若流场评价结果为合格，则在所述几何模型的基础上耦合电热模型，并进行能耗试验仿真模拟，得到待评价的能耗数据，若流场评价结果为不合格，则结束流程；

5、将所述待评价的能耗数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到能耗评价结果；

6、若能耗评价结果为合格，则根据控电方式进行控电试验仿真模拟，得到待评价的控电方式数据，若能耗评价结果为不合格，则结束流程；

7、将所述待评价的控电方式数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到控电方式评价结果；

8、根据所述流场评价结果、所述能耗评价结果以及所述控电方式评价结果，确定多晶硅还原炉是否设计合理。

9、可选的是，在将所述待评价的流场数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较之前，所述方法还包括：

10、以反映多晶硅还原炉内热负荷、浓度场分布和流动特性为基础，构建多晶硅还原炉的评价指标体系，以得到预设的多晶硅还原炉评价指标体系。

11、可选的是，所述预设的多晶硅还原炉评价指标体系，包括以下指标：

12、最大最小边界层厚度比为2-7，边界层偏差为20-70％，平均气速为1.5-15m/s，最大最小气相主体温差为50-500k，最大硅棒剪切速度≤100m/s，cl/si元素比≤150，平均硅棒温度与平均气相温度差≤500k，电单耗≤47kwh/kg，沉积速度≥70kg/h，转化率≥10.5％，最大最小硅棒温度差≤500k，总功率/硅棒温度≤1.5kw/℃，同组内硅棒的最大最小温度差≤400k。

13、可选的是，所述根据多晶硅还原炉的几何模型，进行流场试验仿真模拟，得到待评价的流场数据，具体包括：

14、获取多晶硅还原炉的几何模型；

15、在所述cfd仿真软件中对所述几何模型划分网格，并加载湍流能量方程，设置进料的性质，温度、流量的初始条件和边界条件；

16、利用所述cfd仿真软件对加载了湍流能量方程、进料的性质以及温度、流量的初始条件和边界条件的几何模型进行流场试验仿真模拟分析，经迭代计算，得到所述待评价的流场数据。

17、可选的是，所述待评价的流场数据，具体包括：最大最小边界层厚度比，边界层偏差，平均气速，最大最小气相主体温差，最大硅棒剪切速度，cl/si元素比，平均硅棒温度与平均气相温度差。

18、可选的是，所述待评价的能耗数据，具体包括：电单耗，沉积速度，转化率，最大最小硅棒温度差，总功率/硅棒温度。

19、可选的是，所述待评价的控电方式数据，具体包括：同组内硅棒的最大最小温度差。

20、可选的是，所述根据所述流场评价结果、能耗评价结果以及控电方式评价结果，确定多晶硅还原炉是否设计合理，具体包括：

21、若所述流场评价结果、所述能耗评价结果以及所述控电方式评价结果均为合格，则确定多晶硅还原炉设计合理，否则设计不合理。

22、根据本发明的第二方面，提供一种多晶硅还原炉的评价装置，包括：

23、第一仿真模拟模块，用于根据多晶硅还原炉的几何模型，进行流场试验仿真模拟，得到待评价的流场数据；

24、第一比较评价模块，与第一仿真模拟模块连接，用于将所述待评价的流场数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到流场评价结果；

25、第二仿真模拟模块，与第一比较评价模块连接，用于在流场评价结果为合格时在所述几何模型的基础上耦合电热模型，并进行能耗试验仿真模拟，得到待评价的能耗数据，若流场评价结果为不合格，则结束流程；

26、第二比较评价模块，与第二仿真模拟模块连接，用于将所述待评价的能耗数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到能耗评价结果；

27、第三仿真模拟模块，与第二比较评价模块连接，用于在能耗评价结果为合格时则根据控电方式进行控电试验仿真模拟，得到待评价的控电方式数据，若能耗评价结果为不合格，则结束流程；

28、第三比较评价模块，与第三仿真模拟模块连接，用于将所述待评价的控电方式数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较，得到控电方式评价结果；

29、综合评价模块，与第一比较评价模块、第二比较评价价模块以及第三比较评价模块连接，用于根据所述流场评价结果、所述能耗评价结果以及所述控电方式评价结果，确定多晶硅还原炉是否设计合理。

30、可选的是，所述装置还包括：

31、评价指标获取模块，用于以反映多晶硅还原炉内热负荷、浓度场分布和流动特性为基础，构建多晶硅还原炉的评价指标体系，以得到预设的多晶硅还原炉评价指标体系。

32、第三方面，本发明提供一种多晶硅还原炉的评价装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现上述第一方面所述的多晶硅还原炉的评价方法。

33、本发明的多晶硅还原炉的评价方法和装置，通过开展流场评价、能耗评价和控电方式评价，考察多晶硅还原炉内热负荷、浓度场分布和流动特性等指标及其范围，能够对多晶硅还原炉进行合理有效的评价，以优化设计方案，减少设计缺陷，合理设计设备和流场，降低能耗和提高质量，促进多晶硅行业技术水平的提升，减少由于设计方案不合理导致的产能不达标、产品质量差、成本居高不下，以及倒棒、异常等频发，生产不平稳等问题，从而使其满足多晶硅还原炉产能、成本和质量等要求，达到提高产能和运行稳定性，降低成本，提高产品质量的目的。

1.一种多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，在将所述待评价的流场数据与预设的多晶硅还原炉评价指标体系进行比较之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述预设的多晶硅还原炉评价指标体系，包括以下指标：

4.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述根据多晶硅还原炉的几何模型，进行流场试验仿真模拟，得到待评价的流场数据，具体包括：

5.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述待评价的流场数据，具体包括：最大最小边界层厚度比，边界层偏差，平均气速，最大最小气相主体温差，最大硅棒剪切速度，cl/si元素比，平均硅棒温度与平均气相温度差。

6.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述待评价的能耗数据，具体包括：电单耗，沉积速度，转化率，最大最小硅棒温度差，总功率/硅棒温度。

7.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述待评价的控电方式数据，具体包括：同组内硅棒的最大最小温度差。

8.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的评价方法，其特征在于，所述根据所述流场评价结果、能耗评价结果以及控电方式评价结果，确定多晶硅还原炉是否设计合理，具体包括：

9.一种多晶硅还原炉的评价装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的多晶硅还原炉的评价装置，其特征在于，所述装置还包括：

11.一种多晶硅还原炉的评价装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现如权利要求1-8中任一项所述的多晶硅还原炉的评价方法。