典型工况下碳净化设备腐蚀行为与结构优化研究

摘要

能源是人们赖以生存的重要资源，但随着科技的进步和社会的发展，石油、煤炭等不可再生资源日益减少，这使得一些可再生能源慢慢进入了人们的视野。其中受到广泛关注的一种便是太阳能，而多晶硅做为太阳能光伏行业的基本原料在国内却主要依靠进口。随着经济的发展，国内多晶硅行业目前正面临着产业升级的关键时期，企业对高纯多晶硅的需求更加强烈，同时对于所用到的石墨部件的纯度也要求的更加苛刻。虽在国外已拥有较成熟的完整制备工艺和生产设备，但国内还是起步阶段，并且受到了国外相关技术的封锁，所以到目前为止对于生产超高纯度石墨的碳净化设备还没有可行、有效解决的办法。
　　碳净化炉设备就是消除石墨部件杂质，净化石墨的设备，对于原有的碳净化炉设备针对其发生的问题，进一步的研究、优化、设计，制造出符合工艺生产需要的设备。
　　本文对原有的碳净化炉设备的腐蚀成分进行分析（利用 SEM、EDS、XRD技术），最终得出设备内的附着物包括：六水氯化铬（CrCl2·6H2O）、六水氯化铁（FeCl3·6H2O）、四水氯化亚铁（FeCl2·4H2O）、四水氯化镍（NiCl2·4H2O）、镁铁矿（铁酸镁尖晶石构造复合氧化物，MgFe2O4）和二水氯化镍（NiCl2·2H2O）等晶体。根据所得的附着物，确定设备发生腐蚀的机理，高温环境下氯气会与设备发生化学反应，在不同的温度环境下产生的生成物不同，并且它们的物性粘稠，造成原设计中管路被堵，影响设备的正常运行。
　　结合其他行业的方法措施进行设备的选材确定，而由于设备传热会直接影响到设备的选型、选材以及结构设计，所以把设备在工艺过程中可能的理论计算值以及利用 Fluent有限元软件的模拟计算、实测值，进行对比研究分析，为设备的选型、选材以及结构设计提供理论基础。完成设备结构的优化，使得新设备能够进一步提高产品的质量，满足生产需要。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究意义及背景

1.2 高温氯气腐蚀机理概述

1.3 本文主要研究内容以及研究路线

第2章 原碳净化设备工艺路线

2.1 石墨中杂质元素的存在形式

2.2 原碳净化设备提纯工艺选择

2.3 本章小结

第3章 碳净化设备的腐蚀行为分析

3.1 原设备的主要结构参数

3.2 设备典型部位SEM、EDS观察

3.3 附着物XRD分析

3.4 原碳净化设备腐蚀机理分析

3.5 碳净化设备防腐措施

3.6 本章小结

第4章 碳净化设备的理论传热计算

4.1 条件参数

4.2 理论计算

4.3本章小结

第5章 碳净化设备传热模拟分析及结构优化设计

5.1 理论基础

5.2 传热数值模拟计算

5.3 理论计算结果与模拟结果对比

5.4 碳净化设备优化改造

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历