多晶硅还原炉是改良西门子法多晶硅生产工艺中最重要的设备,也是耗能最大的设备,在其中进行的还原工艺直接影响总的生产成本与生产质量。目前多晶硅产业的竞争越来越激烈,要在市场中求得生存,不仅需要提高产品质量,而且要提高生产过程中能源利用的效率,降低生产成本。但是国内外已有的研究大多是偏重改善能耗或提高产品质量中的单一方面,而实际生产中主要依靠工人的经验来调整工艺参数,而且以保证质量为主。为提高多晶硅企业的行业竞争力,本文综合能耗与质量两个方面进行了还原炉的能耗优化研究。针对上述问题,本文以多晶硅还原炉为研究对象,通过对其工艺及能耗进行全面的分析,确定了影响能耗与质量的四个工艺参数,建立了工艺参数关于单位产品能耗与沉积质量的多目标优化模型,求解得出了最佳的工艺参数组合。具体研究内容有以下几点:1、结合还原沉积过程的工艺原理及还原炉的具体结构,对其能源消耗的途径进行详细分析。分析了影响沉积速率及沉积质量的四个工艺参数,分别为硅棒温度,反应压力,进口流速以及H₂摩尔比。最后提出通过提高硅沉积速率来提高能源利用效率的思路,用单位产品能耗作为还原过程的能源利用效率评估指标,并给出了计算公式。2、根据生产工艺的分析及企业调研数据,对还原炉结构及生产条件进行了适当简化,基于数值模拟的方法建立了多晶硅沉积过程的有限元仿真模型,选取多组工艺参数通过Fluent进行了仿真分析,研究了硅棒温度,反应压力,进口流速以及H₂摩尔比对沉积均匀性与单位产品能耗的影响,也为后续的多目标优化模型提供了数据来源。3、提出了评估多晶硅沉积质量的质量评估指标,得出还原过程工艺参数与单位产品能耗及沉积质量的ELM（极限学习机）模型。根据多目标优化的理论,建立了单位产品能耗及沉积质量的多目标优化模型,结合NICA（新型免疫克隆）算法得到了Pareto最优解集。最后,设计了多晶硅还原炉能耗优化系统运用于生产实际。