2×12500kva工业硅矿热炉生产线可行性策划书

×12500KVA工业硅矿热炉生产线可行性研究报告1、概述1.1、项目概述1.1.1、项目单位：硅业有限公司工业硅矿热炉生产线；1.1.2、项目内容：建设2×12500KVA工业硅矿热炉生产线及相关辅助生产设施；1.1.3、拟建规模：工程项目：年产1.65万吨化学级工业硅；1.1.4、建设地点：1.2、承建单位概况1.2.1、单位名称：硅业有限公司1.2.2、单位地址：1.2.3、承建单位概况：硅业有限公司是一家是具有独立法人资格的民营企业公司。。成立于年，投资万元建成投产KVA工业硅生产线，公司的发展战略是走“电冶”之路，公司的地理位置优越，公路、铁路运输十分方便。硅业有限公司地处工业园，占地亩，2×12500KVA化学工业硅矿热电炉工程于年月投产，公司实行现代化的企业管理制度，在生产上拥有一批技术人员和一支技术过硬的职工队伍，公司本着“以人为本、和谐发展”的宗旨，坚持以市场为导向，以服务为根本，效益为核心的企业方针，坚持为客户提供最好的产品和优质的服务。1.3、建设地点概况园区是在国家实施西部大开发战略中，落实政府“十五”期间建立硅工业基地决策，于年月经政府批准设立的。年月日正式成立，随即又被列为省重点开发区。1.4、编制依据1.4.1、高耗能工业园区管理委员会关于硅业科技有限公司建设化学硅工程项目的批复；1.4.2、中亚硅业科技有限公司提交的有关设计基础资料。1.5、工程建设的必要性1.5.1必要性1.5.1.1、中央实施西部大开发战略，加快中西部地区的发展，是我国现代化战略的重要组成部分，是逐步缩小地区差距，达到共同富裕的必然要求。该项目的实施对本地区的经济发展具有一定的促进作用。1.5.1.2、地处我国西北部腹地，具有丰富的矿产资源和炼焦用煤资源，丰富的水、电资源和便捷的交通运输条件。1.5.1.3、目标就是要把公司发展成为煤电冶结合、1.5.2、公司领导锐意进取，有一定的市场竞争意识和经济价值观念;企业在长期的生产实践中培养了一批优秀的工程技术人员和管理人员，并有一支素质较高的熟练生产工人队伍，这对工程顺利建设提供了可靠的技术保证。1.5.3、高耗能工业园区在基础建设、税收政策上为本工程的实施提供了良好的条件，也为公司的发展提供了良好的机遇。1.6、厂址及建设条件1.6.1、厂址位置扩建工程地址将在一期工程紧邻，目前已做好场平。1.6.2、建设条件1.6.2.1、原料供应化学硅生产的主要原料有：硅石、石油焦、木炭、木块、木屑、低灰分烟煤等；由于化学级工业硅产品中Al、Ca、Fe的含量限制严格，特别是Fe的含量，故对各种原料质量要求很高。硅石：本地等地有丰富的优质硅石资源，可长期满足生产需要；也可从等地区购入。其理化指标完全满足化学硅生产需要。石油焦：是冶炼化学硅的主要还原剂，主要在湖南、湖北、新疆、江苏等地购买。低灰分烟煤：采用低灰分烟煤和当地丰富的苞谷芯取代木炭，，不足部分从省外购买。碳素电极：Ø1050㎜的碳素电极国内技术相当成熟，而且生产厂家较多。木块、木屑：可以从本地的林场、木材加工厂购木材的边角余料。木炭由于资源短缺、价格较贵可以采用高油焦无炭生产工艺。但是，工业硅炉的一次、二次启动和处理异常炉况时还是要准备一些库存备用。1.6.2.2、供电条件新建2×12500KVA化学级工业硅矿热炉工程电能由35KV变电站引架空线路至厂区35KV配电室内，供矿热炉及厂内动力用电。1.6.2.3、供水条件本工程新建的闭路软化冷却循环水系统能够满足生产用水、生活用水和消防用水需求。1.6.2.4、交通运输条件硅业有限公司位于工业园区，规划建设面积m2。园区距中心Km，距火车站Km，距飞机场Km，已经开的高速公路将贯穿园区，交通十分方便。1.6.2.5气象条件及地震烈度地区属于半干燥气候，干热少雨，干湿季节分明，蒸发强烈，日照充足，冬无严寒，夏无酷暑。年平均气温18.5～20.4℃极端最高气温39.8℃极端最低气温-2.2℃年平均降雨量800㎜年日照时数2745h主导风向南风、北风地震烈度：1.7、工业硅的用途工业硅又称金属硅、结晶硅，被广泛应用于冶金、化工、电子等行业，是现代工业尤其是高科技产业必不可少的原材料。其主要作用有以下几个方面：1.7.1、工业硅在制取铝合金方面的用量，约占总用量的50%以上。铝合金的耐热、耐腐蚀性能好，热膨胀系数小，广泛用于汽车制造业，航空工业、电气工业和船舶制造等方面。1.7.2、化学级工业硅还是国家鼓励发展的现代高技术多晶硅、单晶硅、有机硅的原料。化学级金属硅经多道工序加工处理提纯为高纯工业硅—多晶硅—单晶硅，最后制成太阳能电池组件，太阳能电池片和单晶硅硅片，单晶硅片是集成电路、电子元件必避可少的材料。日本把钢铁、铝和半导体硅统称为三大金属材料。当今世界正进入信息时代，电子信息技术已成为经济增长的强大动力，信息化程度的高低，已成为衡量一个国家现代化水平的标志。1.7.3、工业硅在化学工业中，用于生产有机化合物如硅油、硅橡胶、建筑物防水剂和防腐剂等。它具有耐高温、电绝缘、耐腐蚀、防水等独特性能，被广泛用于科学研究以及电气、航空、机械、化工、医药、国防等部门。1.7.4、工业硅在冶金工业中用于脱氧或作为合金元素，可生产硅钢片和工具钢。硅钢是最大的一种软磁材料，在发电机、电动机和变压器制造等方面大量应用。工具钢含鉻、硅时，能提高钢的淬透性，适用于制造要求变形小的工器具和材料。1.7.5工业硅还用作某些金属的还原剂，用于制造新型陶瓷合金等。目前金属硅的应用，还在不断开发新领域，制造太阳能电池组件进行光伏发电，制造氮化硅和合成光纤等。1.8、工业硅的国内外市场目前，世界上有近20个国家生产工业硅硅，总生产能力约120～140万吨/年，我国已有工业硅生产厂家400多家，工业硅生产能力达90万吨，实际年生产量约为70万吨以上，我国已成为世界上最大的工业硅生产国家，出口的工业硅占总产量的60～70以上，截止2006年底我国的工业硅出口量在50万吨以上。目前、工业硅生产大国美国等国家在逐步关停工业硅和炭素生产线，今年，国内市场和国际市场工业硅供不应求，价格上涨（化学级工业硅15000元/吨，平均价格14500元/吨）还有国内铝合金和有机硅不断扩大规模，工业硅提纯为高纯工业硅和多晶硅的迅速发展，使国内对工业硅的需求量增加。从世界范围看，美国、日本、韩国和西方和欧共体国家对化学级工业硅、高纯工业硅、太阳能级的需求量在持续增长，信息产业和光伏发电将成为最可靠的新能源。目前，工业硅的价格：化学级工业硅的销售价格为14500～16000元/吨。2、设计原则和设计方案2.1、主要设计原则根据国家有关经济建设的方针政策，结合工程的实际情况，确定了下列建设原则：2.1.1、设计符合国家现行的技术法规和产业政策的要求；2.1.2、各专业设计符合国家有关设计规范的要求；2.1.3、采用成熟、可靠、先进的工艺技术；2.1.4、工程设计精打细算，力求在满足工艺要求的前提下，尽量节省投资；2.1.5、环保贯彻“三同时”的原则，各种污染须经治理达标后排放。2.2、主要设计内容对项目的建设内容进行了详细的分析研究，并结合建设地区的特点和条件，综合论证后，确定项目的建设内容为2×12500工业硅矿热炉及其相关设施，其主要内容包括：两台工业硅矿热炉钢结构厂房、原料场地、原料机械化制备、机械化配料、、电炉设备制作、高低压供电、配电、闭路软化冷却供水、电炉冷却循环水、厂区排水、成品精整、厂区道路、绿化、环保除尘及相关的配套设施。。2.3、设计方案2.3.1、方案的可行性论证本可行性研究对产品方案、化学级工业硅市场、工艺技术、设备选型和总图布置都进行了研究，电炉容量及数量确定为2×12500KVA工业硅矿热炉，产品方案以生产化学级工业硅为主。执行GB2881-2008规定的工业硅技术条件。（见表一）表一、工业硅技术条件GB2881-2008名称牌号化学成分%应用范围Si,不小于杂质,不大于FeAlCaSPCTiA级硅Si-A99.600.200.100.020.0150.0030.030.013化学用硅B级硅Si-B99.200.300.200.050.020.0040.030.013C级硅Si-C99.000.400.200.100.050.050.1-D级硅Si-D98.700.500.300.200.050.050.1-一级硅Si-199.600.300.05———————冶金用硅二级硅Si-299.300.40——0.10———————三级硅Si-299.300.50——0.20———————注：1.化学用硅指经化学处理后用于制取有机硅等所的工业硅，冶金用硅是指冶金方面用语配制铝硅等各种合金所用的工业硅。2.硅含量以100%减去杂质含量总和来确定，仅作参考。3.分析结果的判定采用修约比较法，数值修约按GB/T8170的规定进行，修约数位与表中所列极限值数位一致。4.表中“——”是表示该杂质不受限制，但必须分析，并在质量证明书中报出结果。5.如有特殊要求，供需双方另行协议。2.3.2、主要工艺技术的选择根据国内的生产实践，结合业主的实际情况，设计选用成熟可靠的半封闭矮烟罩矿热炉、Φ1050mm碳素电极、全液压电极升降、抱紧电极、压放电极、全钢结构主厂房。该方案可缩短建设周期，减少建设投资，降低设备运行成本，提高电炉功率因数和电炉生产能力。3、半密闭式12500KVA工业硅矿热炉的设计3.1、设计依据本项工作采用如下设计规范：《中国节能技术政策大纲》（2005）；《冶金企业安全卫生设计暂行规定》（1988）；《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）；《工业炉窑大气污染排放标准》（GB9078-1996）；《工业炉砌筑工程施工及验收规范》（GB50211-2004）。3.2、设计内容3.2.1、电炉变压器选型大容量矿热炉具有单炉产量大、能量供应均衡性好、便于实现机械化、便于余热综合利用、热稳定性好、便于操作等一系列优点，是业界一致认可的矿热炉发展的方向。为了促进国内工业硅行业冶炼水平的提高和设备装备的现代化，因此设计采用12500KVA容量的矿热炉变压器。12500KVA工业硅矿热炉变压器具体技术参数如下：型号：HKSSPZ20-12500/35壳式强油水冷矿热炉变压器；额定容量：12500KVA，可长期超载30%；冷却方式：OFWF；一次电压（KV）：35；二次额定电压（V）：151；二次电压（V）：175,172,169,166,163,160,157，154，151，148，145，142，139，136，133共15档；阻抗电压（短路电压）：ex%=4-6%。3..2.2、矿热炉电气参数的确定在工业硅冶炼过程中矿热炉的状态与电气参数的变化密切相关，控制最佳的供电制度对保证取得好的经济技术指标十分重要。一般而言，提高矿热炉的二次电压在功率一定情况下电流就可以降下来，这有利于提高线路功率因数和减少电损失，但是过分提高矿热炉电压，电极就不能深插，炉膛料面就会过热，热损失增加，硅回收率降低，因此每台电炉都有其适宜的二次电压值。在设计电炉时往往利用米古林斯基公式[68、83]来确定矿热炉正常工作时的二次电压：V2=KP1/3式中：K为电压系数，取6.0-7.5；P是变压器额定功率，KVA。因此这次设计时取二次电压V2=6.5×125001/3=150.85≈151V，二次电流I2==47795.2A。3.2.3、矿热炉结构设计正确设计矿热炉的结构是保障矿热炉工作性能的先决条件，是设计工作者面临的最大困难。好的矿热炉结构设计不仅有利于炉子保障高产、优质、低能耗、少故障的生产，而且有利于节约筑炉成本、方便其它设备布置、保证操作顺畅。3.3、电极直径的选取在确定矿热炉其它结构尺寸之前，必须先确定电极直径，它决定着矿热炉其它结构尺寸的大小。电极直径有许多计算方法，一般根据电极电流和电极电流密度确定：d==102.4cm=Φ1024mm，式中I2为电极电流，A，△I为电极电流密度5.5-6.1A/cm2，取5.8计算。根据国内厂家生产碳素电极的标准，取电极直径为Φ1050mm。3.4、极心圆直径计算极心圆直径是一个对冶炼过程有很大影响的设备结构参数，电极极心圆直径选得适当（图5-1），三根电极电弧作用区域部分刚好相交于炉心，各电极反应区既相互相连又重叠部分最小，在这种情况下，炉内热量分配合理，坩埚熔池最大，吃料均匀，炉况稳定，炉况也易于调节。另外的极心圆设计就不适当，热量不是过分集中（图5-2）就是热量分散（图5-3），这都会造成炉况调节频繁或根本无法调节的严重错误。设计中极心圆直径可按下式计算：Dg=ad=2.3×Φ1050=Φ2415mm式中a为极心圆倍数，a=2.2-2.3，这里取2.3计算。结合矿热炉容量、可调极心圆范围（±100）、留有实际电气参数调节空间，这里取极心圆直径为Φ2500mm。图5-1极心圆适当图5-2极心圆过小图5-3极心圆过大3.5、炉膛内径计算在选择炉膛内径时，要保证电流流过电极—炉料—炉壁时所受的阻力大于经过电极—炉料—电极或炉底时所受的阻力。否则，炉膛内径选择尺寸过大，矿热炉表面散热面积大，还原剂烧损严重，出硅口温度低，出硅困难，炉况会恶化。炉膛内径选择过小，电极—炉料—炉壁回路上通过的电流增加，反应区偏向炉壁，将使炉内热量分散，炉心反应区温度低，炉壁腐蚀严重，炉况也会恶化。炉膛内径可按下面经验公式计算：Dn=rd=5.8×1050=Φ6090mm式中r为炉膛内径倍数，r=5.8-6.0，这里取5.8。炉膛内径设计中取为Φ6200mm。3.6、炉膛深度计算在选择炉膛深度时，要保证电极端部与炉底之间有一定的距离、电极有效插入的深度和料层有一定的厚度。炉膛深度若过深，电极与炉底距离远，电极不能深插，高温区上移，炉底温度低，炉底SiC会沉积，炉底上抬，堵塞出硅口，炉况变差。炉膛深度若太浅，料层厚度将很薄，炉口温度升高，硅挥发损失增加，容易露弧操作，能耗增大。合适的炉膛深度可按下面经验公式计算：h=βd=2.5×1050=2625mm式中β为炉膛深度倍数，β=2.5-2.8，这里取2.5。炉膛深度这次设计中取为2700mm。3.7、炉体与炉底的结构、尺寸及材料选择一般而言，炉衬、炉底结构包含了工作层、保温层、隔热层、绝热层、钢板层5个主要层次，但是每个层次的具体尺寸却是很有技术含量的，因为这涉及到筑炉成本、炉子性能、炉子寿命等许多经济因素。炉衬厚度过厚，引起筑炉成本上升，占地面积扩大，炉衬表面积增加，散热面积也增大；炉衬厚度过薄，抑或炉衬强度不够，抑或无法保温。炉底厚度亦是如此。国内外对炉衬、炉底散热强度计算表明，保持炉衬与炉底热损失为2-4%是合理的范围内[84]，或者保持炉衬表面温度在70-120℃是允许的。因此按照这个条件以及结合所选择材料的使用温度,根据传热学知识可确定炉衬与炉底工作层、保温层、隔热层、绝热层的厚度，钢板层的厚度根据强度需要而定。我们在设计中，工作层都使用自焙碳砖、保温层选用新型隔热耐火粘土砖（热导率<0.44W/m•k）、隔热层使用纳米隔热材料、绝热层使用复合硅酸铝纤维毯、钢板选用：炉壳14mm厚的锅炉钢板、炉底钢板18mm厚的锅炉钢板，如图一。1电极孔2烟罩上盖板3烟囱孔4冷却水道5观测孔6捣料炉门7红砖8隔热耐火砖9纳米绝热材料10复合硅酸铝纤维毯11钢板12出硅口13高铝砖14自焙炭砖图一、12500KVA工业硅矿热炉结构图3.8、出硅口位置、结构与材料选择出硅口是矿热炉上非常重要的一个部位，它的位置、结构形状、尺寸、材料选择都是需要仔细斟酌的。位置布置不当，出硅口部位温度低，出硅不畅或者是操作不方便；结构形状尺寸不当，也会导致出硅不畅或者封堵困难或者出硅时间延长；材料选择不当，容易氧化腐蚀，维修频繁。出硅口设计二个，每个出硅口水平位置与炉底齐平并比炉底水平线下倾斜30，角度位置它处于炉心与电极中心两点的延长线与炉壁的焦点上。出硅口应当设计成圆形，便于烧穿与封堵，尺寸根据出硅时间要求计算并结合实际操作需要来决定大小为直径100-120mm，出炉口材料选择碳化硅刚玉砖，改变原组合式炉门碳砖。3.9、炉门结构与材料选择大容量炉最大的问题是炉缘距离炉心远，上料困难，特别是国内强调以人工精细加料来取得好质量与低能耗产品的观点下，普遍认为在大容量炉子在国内不如6300KVA炉子的性能，因此一次又一次的阻碍了投资方建造大容量炉子的热情。我们设计了3个捣料炉门，上料操作机械化上料系统来完成，克服了大容量炉存在的最大恼人的问题。机械化上料系统将炉料分别配送在大小炉门料位，人工加料。捣炉功能通过窥视孔根据需要打开捣料炉门进行捣炉操作，捣炉机要求设绝缘。捣炉炉门门槛下部与炉沿等高，门槛长1200mm，高1500mm，使用单独水冷结构。不需要捣炉时，炉门关上，密闭冶炼。3.10、烟罩结构、与材料选择大容量矿热炉炉膛尺寸、跨度大，烟罩设计较困难，同时从烟罩通过的电流大，处理不好涡流损失大。为了解决烟罩结构强度与防止涡流损失，我们采取用水冷钢管（隔磁）做骨架并起吊固定在三楼楼板（梁）底部，上下盖板采用水冷盖板。电极中心盖板采用不锈钢材料（1cr18ni9Ti）制作，通水冷却。烟罩高度离炉沿2400--2500mm，直径与炉壳直径等同，水冷盖板厚度90mm。设水冷立柱、上下两道绝缘，尽量扩大出烟口，设两个出烟口，设置通水冷却集烟罩。每台炉两根钢烟囱，烟囱直径不小于Φ1800mm,烟囱下段4000mm为水冷循环设计，每根烟囱上部直段设气动翻板阀一个，开闭烟道。设置三个大炉门（双扇两节对开）用于捣炉、投料作业，设置三个小炉门用于投料和拨料作业，炉门按烟罩的弧线制作，炉门背面焊接锚栓，用耐火浇注料捣打。炉壁剩余部位用耐火砖砌筑，外围再覆盖钢板，矮烟罩要求封闭好，排烟气顺畅，隔离热辐射，降低炉台的操作温度。3.11、电极把持器系统参数及制作电极把持器的结构由压力环（单向油缸）、导电铜瓦（每相8块）、导电铜管、水冷保护大套、下把持筒、电极密封圈、导向轮、上把持筒、摩擦环式上下抱闸、座式液压升降油缸、压放油缸组成。压力环采用Q345R钢板隔磁制作（厚度18mm），高度450m，三层水冷设计，压力环内置单相液压缸、碟簧顶紧导电铜瓦，能保证足够的压力将铜瓦与电极压紧，铜瓦采用锻造铜瓦，每相压力环构成1个循环水路，做到有效冷却，延长铜瓦的使用周期。水冷保护大套为节约投资可以采用Q345R钢板隔磁制作，钢板厚度外部10mm内部8mm,大套厚度80mm,安装在压力环上部，分为两个半圆制作，安装时组合，便于铜瓦事故抢修的拆装。锻造导电铜瓦材料T2号，厚度80mm,导电铜管（Φ60×10）与铜瓦连接采用锥形压接方式，压接的接触导流面积大，便于铜瓦的拆装，不渗漏水。压接选择不锈钢压板和螺栓。下把持筒采用Q345R钢板厚度12mm隔磁制作，法兰厚度18mm采用不锈钢制作，上把持筒采用钢板制作。电极密封圈12mmQ235A钢板隔磁分为两体制作，通水冷却，底部与水冷盖板绝缘处理可靠，上部设4个导向轮顶紧保护大套，密封圈连接不锈钢螺丝，设调节极心圆长孔。密封采用定做的轻质保温耐火砖，电极的密封在水冷保护大套上部采用硅酸铝纤维毡。座式升降液压缸（每相2个）固定在三楼钢制的调整框架平台上，向上提升、下降电极把持筒，工作行程1200mm,最大行程1600mm油缸直径200mm;设计上下2个摩擦环式抱闸，抱闸内置6个单相液压油缸、碟簧，一对一顶紧方式，摩擦片采用耐热硫化橡胶板（厚度15mm）德国进口的钢与橡胶的胶水粘接牢固，压放电极采用液压升降油缸。技术指标参数：设计完成以后有关该炉的技术参数与性能如下：电极直径：Φ1050mm；极心圆直径：Φ2500mm；炉膛直径：Φ6200mm；炉膛深度：2700mm；炉壳直径：Φ8000mm；炉壳高度：4618mm；烟罩高度：2500mm；理论日产量：25吨；理论电单耗量：12800KVAh/吨（不含动力电消耗）；3.12、电炉短网、烧穿短网电炉短网由温度补偿器、水冷电缆、短网铜管、导电铜管等组成。铜管规格Φ60×10，温度补偿器规格2000mm2长度800mm；水冷电缆规格2000mm2长度2600mm；吊挂绝缘夹板采用不锈钢制作，螺栓为不锈钢、绝缘采用“3240”。烧穿短网由铜排、吊挂夹板、大电流开关、软铜绞线电缆组成。烧穿短网自电炉短网的其中一相接出。3.13、钢平台、接电极平台3.13.1、钢平台是固定液压升降油缸，调节电极极心圆的钢结构框架，采用400槽钢和工字钢制作。3.13.2、接电极平台是接长电极和压放电极的操作平台，材料选择300槽钢、工字钢、花纹钢板等制作。3.13.4、电炉使用碳素电极Φ1050mm，吊装电极选择LDA型单梁电动葫芦吊车，接长电极的附属装置有铝合金电极接头、液压电极卡具等。3.14、其他附属设备其他附属设备如下：（1）液压工作站2个；（2）QDY16/5t桥式双梁双制动吊车2台；（3）LD-A型10t单梁电动葫芦吊车2台；（4）LD-A型5t单梁电动葫芦吊车2台；（5）空气压缩机站；（含空气储罐）2台1开1备；（6）液态氧气储罐；1套；（7）全液压增速捣炉机；6台；（8）底部吹氧精炼硅水抬包10个；（9）分体组合式硅水地模（3000×2000六套）；（10）出炉口引风机2台；（11）水冷烧穿器4套；（12）电动硅水抬包车4台；（13）备用抬包车4台；（14）硅块运输平台车；（15）硅块半自动夹具1个；（16）电极临时卡具6个；（17）水洗硅石电动滚筒筛1台；（18）皮带输送机4台；（19）锤式破碎机1台；（20）电动直线振动筛3台；（21）电磁铁3套；（22）移动轮式水洗木炭槽1个；（23）圆盘锯、手提电锯各1台；（24）门形吊钩1个；（25）2吨地上衡2台（不采用机械化配料原料检斤用）（26）自动电子吊钩秤2台）；（27）30型装载机1台；（28）叉车1台；3.15、高低压电气设备（1）12500KVA电炉变压器2台；（2）3500KVA电力变压器1台；（3）35KV高压进线柜2台；（4）35KV电炉变压器柜2台；（5）35KVPT柜2台；（6）直流电源屏2台；（7）配电操作台2台；（8）低压进线开关总柜1台；（9）低压配电柜9-13台；（10）机旁控制箱18个；（11）检修电源箱6个；（12）照明配电箱6个；（13）电缆线、控制电缆、安装耗材（根据需要）；4、供水、冷却循环水系统根据对水质进行检验的结果，供水系统应采用闭路软水冷却循环水设计，此设计可以缓解水源不足又可以解决水质存在的问题，对水质进行软化处理可以解决电炉通水部位的严重结垢问题，延长设备的使用寿命，水经过净化提供生活用水，通过冷却塔对电炉循环后的热水进行冷却处理，可以保证电炉变压器、电炉设备安全运行。供水系统设计方案选择四川省成都市恒通源水处理公司的设计。4.1、设计简介本系统是用于需方每小时700立方米软化水闭路循环水系统（含冷却塔系统）项目。由于未知具体的水质报告，系统所需要求未具体说明，根据需要先做一个初步方案，具体根据水质情况设计达到系统要求。4.2．设计基础本系统初步设计为的一套20m3/h软化水补充水系统及700m3/h冷却塔系统。原水水源水质：未知。4.2.1、设计规模4.2.1.1、最终补充水处理系统产水量：20m3/h，冷却塔量为700m3/h。4.2.1.2、运行方式：24小时运行。4.2.2、原水水质未提供的水质报告，设计原水悬浮物≤50mg/l，进水硬度≤8mgN/L。4.2.3、生产水水质系统水质要求见下表补充水系统处理出水水质。如下:硬度＜0.06mgN/L悬浮物＜5mg/lPH值6.8-84.2.4、设计原则：4.2.4.1、根据项目系统要求，结合已有的工程实例，在确保出水达标的前提下，采用成熟、可靠、技术先进的处理工艺。4.2.4.2、系统运行要求低能耗、低费用。4.2.4.3、系统设备全面采用实现标准化、模块化和系统化的设计方式，以便快速安装和以后系统维护。4.2.4.4、设备选型以技术先进、经济合理、安全可靠、高效节能，最大可能地减少维修费用为原则。4.2.4.5、自动化控制设备以及主要检测仪器、仪表选用国外先进产品或国内知名品牌。4.2.4.6、设备、仪表、阀门及控制系统选型经过实际检验为运行可靠、稳定的产品且关键设备元件都采用进口；整个系统设计简捷合理、易于操作。4.2.4.7、方案设计合理、运行稳定、产水的品质满足设计要求，并已在多项类似工程中得到应用及检验。4.2.5、设备性能指标：A.多介质过滤器1#（单台）：序号参数名称单位设计值保证值备注1出力m3/h20202浊度NTU113SDI≤5≤54承压MPa0.60.6B.软化器（单台）：序号参数名称单位设计值保证值备注1出力m3/h20202硬度mgN/L≤0.6≤0.625℃4.2.6、规定和标准4.2.6.1、国产设备制造及设计标准:JB/T2932-1999《水处理设备制造技术条件》GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范管道法兰执行化工部（HGJ45――91）标准GB18241.1-2001橡胶衬里第1部分设备防腐衬里HG-T20678-2000衬里钢壳设计技术规定HG/T20677-1990橡胶衬里化工设备GB50231-98《机械设备安装工程、施工及验收通用规范》《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）《室外排水设计规范》（GBJ14-87）《给排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）4.2.6.2、当上述规范或标准对某些专用材料不适时，则可采用材料生产厂的标准。4.2.7、界区条件：4.2.7.1、进水要求：有充足的原水流量，补充水原水进水压力大于0.2MPa；4.2.7.2、进水管：由用户送至提升水泵进口法兰前；4.2.7.3、出水管：用户按我方要求接至精密过滤器出口法兰处；4.2.7.4、供电要求：根据我方设计选型所需的容量要求，由用户提供动力电源送至我方的电气开关设备上。380V／3ph／50Hz220V／1ph／50Hz4.2.7.5、消耗品：调试过程所消耗的药品、水、电由用户提供；4.2.7.6、废水处理：排入厂区排水管网；4.2.7.7、其它涉及的设计基础条件将在技术讨论中确定。4.3、工艺系统描述4.3.1、工艺流程系统工艺流程图，主要工艺路线如下：有压原水→多介质过滤器→软化器→精密过滤器原水池循环水泵冷却塔絮凝剂除藻剂4.3.2、工艺系统简述原水输送至Φ1500mm的机械过滤器，流速控制在10－14m/h左右，通过在其进水前投加高效絮凝剂，采用微絮凝过滤方式，使水中悬浮物和胶体变成微絮体在滤层中截留而去除，正常情况下，当进出口压差达到一定值时或SDI大于4时,说明滤料受污染，须停止设备运行并对其进行反冲洗。本设备在设计上反冲洗时采用水擦洗的方法进行反冲洗。反冲洗可有效的排除滤层中的沉渣、悬浮物等，并防止滤料板结，使其充分恢复截污能力。在送入Φ1200mm的软化器（两台），流速控制在18－20m/h左右，单台设备正常出力：20.0m3/h，可以去除水中的钙镁离子，防止在系统内部结垢。具体如下：4.3.3、钠离子交换器软化水系统钠离子交换器软化水系统包括：软化床及再生装置等设备组成。系统配置两台直径为Ф1200㎜软化床（一用一备），软化床材质为碳钢衬胶，软化床树脂装填高度为1200mm。离子交换水处理是指采用离子交换剂，使交换剂中和水溶液中可交换离子产生符合等物质的量规则的可逆性交换，导致水质改善而交换剂的结构并不发生实质性（化学的）变化的水处理方式。在这种水处理方式中，只有阳离子参与交换反应的，称阳离子交换水处理；只有阴离子参与交换反应的，称阴离子交换水处理；既有阳离子又有阴离子参与交换反应的，称阳、阴离子交换水处理。由于原水的水质千差万别，而对出水水质的要求又多种多样，所以有许多种类型的离子交换及某组合的水处理方法，采用这些水处理方法而使原水软化、除碱和除盐。离子交换剂中参与交换反应的离子是钠离子Na+时，此方法称为钠（Na）型离子交换法，此交换剂称为钠（Na）型阳离子交换剂。钠型离子交换法是工业锅炉给水最通用的一种水处理方法。当原水经过钠型离子交换剂时，水中的Ca2+、Mg2+等阳离子与交换剂中的Na+进行交换，降低了水的硬度，使水质得到软化，故这种方法又称为钠离子交换软化法。4,3.3.1、交换过程碳酸盐硬度（暂硬）软化过程：Ca(HCO3)2+2NaR——CaR2+2NaHCO3Mg(HCO3)2+2NaR——MgR2+2NaHCO3非碳酸盐硬度（永硬）软化过程：CaSO4+2NaR——CaR2+Na2SO4CaCl2+2NaR——CaR2+2NaClMgSO4+2NaR——MgR2+Na2SO4MgCl2+2NaR——MgR2+2NaCl也可以用综合上述反应式的离子式表示：Ca2++2NaR——CaR2+2Na+Mg2++2NaR——MgR2+2Na+4.3.3.2再生过程在钠离子交换过程中，当软水出现了硬度，且残留硬度超过水质标准规定时，则认为钠离子交换剂已经失效。为了恢复其交换能力，就需要对交换剂进行再生（或还原）。再生过程是使含有大量钠离子的氯化钠（NaCl）溶液通过失效的交换剂层恢复其交换能力的过程。此时，钠离子又被离子交换剂所吸着，而交换剂中的钙、镁离子被置换到溶液中去。钠型离子交换剂的再生过程可用如下反应式表示：CaR2+2NaCl——2NaR+CaCl2MgR2+2NaCl——2NaR+MgCl2生产中多采用食盐（NaCl）溶液作为再生剂。因为食盐比较容易得到，而且再生过程中所形成的产物（CaCl2、MgCl2）是可溶性盐类，很容易随再生液排出去。再生用食盐，大都采用工业用盐，其中杂质含量不宜过多，食盐溶液需澄清过滤后使用。通常认为，10%食盐溶液的硬度不应超过40mmol/L，悬浮物不应大于2%。离子交换剂再生时，一般要用经过澄清的8～10%的盐溶液。总的再生接触时间随离子交换树脂交联度的不同而变化，对于一般交联度7%左右的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，再生剂和树脂总的接触时间最低应保证45min以上。4.3.4、精密过滤器：为了保证系统出水悬浮物＜5mg/l要求，系统终端配置精密过滤器，过滤精度为5.0μm，内装聚丙烯滤芯，外壳为不锈钢结构。当滤器进出口压差达到0.8kg/cm2时需要更换滤器内滤芯。在正常工作条件下，滤芯可维持3-6个月以上的使用寿命。4.4.、系统设计技术要求：4.4.1、工艺系统4.4.1.1、多介质过滤器1)每台设备的接管装有国产优质手动阀门。2)进出管设压力表。3)设备制作要求:设备采用玻璃钢罐体。设备内部进水和集水装置的布水均匀。所有容器内部装置、管件、部件等在发货前在容器内安装固定好,防止遗漏零件以及在运输过程中的损坏或丢失。4.4.1.2、软化器1)每台设备的接管装有国产优质多路控制阀。2)进出管设压力表。3)设备制作要求:设备玻璃钢罐体。设备内部进水和集水装置的布水均匀。所有容器内部装置、管件、部件等在发货前在容器内安装固定好,防止遗漏零件以及在运输过程中的损坏或丢失。4.4.1.3、精密过滤器1)精密过滤器的结构满足快速更换滤元的要求。2)进入精密过滤器的水管上设排放阀。3)精密过滤器运行流速不大于10m3/m2.h(以滤芯表面积计)。4)精密过滤器的滤元过滤精度为5um。5)精密过滤器设备本体为SUS304不锈钢。6)精密过滤器顶部设有排气阀。4.1.4、水处理部分系统管道1)整个系统的管道设计避免死角，以防止生长细菌。2)过滤器出水的给水管道防腐，管道采用UPVC。4.1.5、水泵所有水泵、计量泵的防腐性能满足其所用水质的要求。4.1.6、冷却塔风冷+喷淋喷淋水经过喷淋泵成雾状喷洒到换热管表面，致使一层极薄水膜包裹在换热管四周，被换热管内部的高温介质加热，促使水膜蒸发，水由液态蒸发成气态，吸收汽化潜热，较相同状态介质的温升，多吸收数十倍热能。同时由于风机的强劲抽力，迅速将蒸发的水汽带走，低湿度空气由进风格栅被充进来，如此循环不断；水汽带走的部分水滴，由收水器回收滴落，与未蒸发的喷淋水，均回落到底部集水槽中，由喷淋泵抽出，泵入上部的喷淋管路中，重复利用。

冷却介质，由循环泵驱动，在换热管内封闭循环，通过换热管释放的热能被流动的空气和热蒸汽吸收，起到降温的作用。4.4.2、系统仪表的设置4.4.2.1、流量表1)多介质过滤器进水管装设管式流量计。4.4.2.2、压力表1)保安过滤器、机械过滤器、软化器进出口管道上装设压力表。2)各水泵出口设置压力表。4.4.2.3、液位计各类水池设置液位开关。4.4.2.4、化学仪表5．主要工艺设备5.1、循环水池原水自流进入循环水池，保证系统进水量稳定，池有效容积为400m3。5.2、杀菌除藻剂加药装置加药装置由一只溶液箱及一台进口计量泵，一套SS304不锈钢材质的搅拌装置以及辅助设备、管路、阀门（ABS）等组成；整套设备的电控柜、管道、阀门等全部都固定在一个碳钢底盘上。整套加药装置全部设计有整套完整的控制箱，需供给380V/220V、50Hz电源，整套控制箱设有一台搅拌机和两台进口加药计量泵的控制操作开关（加药计量泵的自动控制全部设计在继电器控制箱内），设有低位自动停机的功能。5.3、循环水泵原水自流进入循环水泵，保证系统进水量稳定及稳定水压。提升水量：400m3/h/台，提升压力：32m，数量：4台（三用一备）5.4、冷却塔主要技术参数处理量：250m3/h/台数量：3台运行压力：0.28MPa冷却温差：5℃外形尺寸：5000×2400×2800重量：4.38吨/台风机功率：3.8KW×25.5、混凝剂加药装置（补充水处理）加药装置由一只溶液箱及一台进口计量泵，一套SS304不锈钢材质的搅拌装置整套加药装置全部设计有整套完整的控制箱，需供给380V/220V、50Hz电源，整套控制箱设有一台搅拌机和一台进口加药计量泵的控制操作开关（加药计量泵的自动控制全部设计在继电器控制箱内），设有低位自动停机的功能。5.6、多介质过滤器（补充水处理）多介质过滤器主要去除水中的悬浮物和胶体。通过在其进水管道投加PAC絮凝剂，采用微絮凝过滤方式，使水中大部分悬浮物和胶体变成微絮体在介质滤层中截留而去除。多介质过滤器的反洗可根据运行时间或流量来决定反洗。本系统中设置多介质过滤器1台。（1）主要技术参数规格：DN1500处理量：20m3/h/台设计压力：0.6MPa设计温度：50℃（2）每台过滤器配有手动球阀。（3）过滤器配管采用UPVC管。5.7、软化器（补充水处理）软化器主要去除水中的钙镁离子。通过离子交换树脂交换水中钙镁离子，降低水硬度。软化器的再生可根据运行时间或流量或硬度检测仪来决定再生。本系统中设置软化器2台（一用一备）。（1）主要技术参数规格：DN1200处理量：20m3/h/台设计压力：0.6MPa设计温度：50℃（2）每台过滤器配有多功能控制阀。（3）软化器配管采用UPVC管。5.8、精密过滤器（补充水处理）5μm精密过滤器，采用蜂房式聚丙烯滤芯作滤元，进一步去除水中的固体颗粒，不让破碎的树脂泄漏出去，提高出水水质。本系统中设置精密过滤器2台（一用一备）。（1）主要技术参数规格：DN400处理量：20m3/h/台设计压力：0.6MPa设计温度：50℃（2）每台过滤器进出口配有手动球阀。（3）过滤器配管采用UPVC管。（4）设备本体采用不锈钢SUS304。（5）设备本体设有排气阀一个。6.、电气6.1、电气供货范围包括低压配电、机旁操作箱等全部电控、电器设备。6.2、供配电软化水站用电设备电压等级为380/220VAC。6.3、电气设备控制所有电动机旁均设有就地操作按钮。6.4、接地接地：根据有关规程、规范、所有需要保护接地的电气设备均可靠接入相应的接地系统。主要包括配电装置、机电设备、控制盘柜等的接地。6.5、系统控制本项目采用继电器对水处理系统进行自动控制。现场就地控制，可进行自动与手动运行方式的切换。在各水池水箱设有液位控制。用液位开关控制泵，当各水池的液位低于一设定值时，则相应的自动停止各提升泵，以确保动力设备的安全。6.6、主要控制6.6.1、水泵控制原水泵等均根据相应的水池液位自动控制启停，同时联锁整个系统设备的启停。6.6.2、过滤器的控制过滤器的启动、运行、反洗、正洗、停机等过程均由人工手动操作实现。6.6.3、软化系统的控制软化器的启动、运行、反洗、再生、正洗、停机备用等过程均由多功能控制阀操作。7．公用工程7.1、给水系统生产用水采用本装置生产的净化水，水量20m3/h。7.2、排水系统生产污水主要是用于反洗过滤器、软化器再生后外排。化学品及投加量序号名称型号外观形态有效成分包装形式投加量用途1絮凝剂PAC固体30%25kg袋装根据试验确定混凝投加2再生剂NaCl固体50kg袋装20%软化再生3除藻剂液体25kg桶装根据试验确定冷却塔杀菌除藻8．技术规范8.1、循环水池：数量：冷、热各1座容积：合计500m3材质：钢筋混凝土厂商：用户自建附件液位开关：1台8.2、循环水泵：数量：4台（3用1备）型式：卧式离心泵转速：1450r/min型号：IS200-150-315流量：400m3/h扬程：32m功率：55kw过流材质：铸铁8.3、杀菌除藻加药装置搅拌箱溶液箱数量：1台容积：1000L工作压力：常压材质：PE产地：成都附件搅拌器：1台浮球开关：1台计量泵形式：机械隔膜泵数量：1台出力：0-44L/h扬程：1.0MPa过流件材质：PVC制造商：LMI就地控制盘：1台底盘、配管：1套8.4、冷却塔处理量：250m3/h/台数量：3台运行压力：0.28MPa冷却温差：5℃外形尺寸：5000×2400×2800重量：4.38吨/台风机功率：3.8KW×28.5、机械过滤器型式：立式圆筒型号：HTYG-020数量：1台设备出力：20.0m3/h/台运行流速：10-14m/h设备直径：Ф1500mm罐体材质：玻璃钢滤料：精白石英砂筒体高度：2400mmA水反洗强度：8-10L/m2.S运行压差(设备进出口)：0.02-0.05Mpa内部装置进水配水装置：布水器材料：ABS出水集水装置：布水器材料：ABS附件控制方式：手动本体控制阀门：球阀进水阀：1台DN65UPVC球阀排气阀：1台DN25UPVC球阀反洗阀：1台DN65UPVC球阀反排阀：1台DN65UPVC球阀正排阀：1台DN65UPVC球阀管道：DN65压力表：2只流量计：1只制造商：成都恒通源8.6、软化器数量：2台(1用1备)筒体规格：12002400材质：玻璃钢流量：20m3/h本体控制阀门：多功能控制阀F78再生盐箱：1.5m3001*7树脂：1.35m38.7、絮凝剂加药装置搅拌箱溶液箱数量：1台容积：500L工作压力：常压材质：PE产地：成都附件搅拌器：1台浮球开关：1台计量泵形式：电磁计量泵数量：1台出力：0-15L/h扬程：0.76MPa过流件材质：PVC制造商：LMI8.8、精密过滤器型式：立式圆筒型号：HTYG－20A数量：2台设备出力：20.0m3/h/台设备直径：Ф400mm筒体高度：1000mm罐体材质：SUS304滤芯：40”滤芯材料：pp过滤公称精度：5μm数量：16支/台长度：1000mm附件取样阀：1只/台压力表：1台/台制造商：成都恒通源9.、供货范围及要求：9.1、供货范围包括系统内所有设备及所有管道、阀门、材料、填料、控制设备及必需的其他附件。与卖方所供的设备相联系的管道全部由卖方提供。与买方联系的连接管道供到设备中心线距设备中心线外两米处。9.2、设备清单序号工艺设备名称型号及规格单位数量材质制造商1冷热循环水池V=500m3座1钢筋混凝土用户自建液位开关只1深圳2循环水泵IS200-150-315台4铸铁扬子江泵业压力表0-1.0MPa只4上海3除藻剂加药装置溶液箱V=1000L个1PE成都搅拌器台1不锈钢本公司液位开关个1浙江计量泵0-44L/h,P=1.0Mpa台1LMI四功能阀台1LMI或同等脉冲缓冲器台1LMI或同等就地控制箱台1碳钢喷塑本公司配管阀门套1ABS本公司4冷却塔套3河北尺寸：5000×2400×2800风机功率：3.8KW×25絮凝剂加药加药装置溶液箱V=500L个1PE成都搅拌器台1不锈钢本公司液位开关个1浙江计量泵0-15L/h,P=0.76Mpa台1LMI四功能阀台1LMI或同等6多介质过滤器套1本公司罐体，Ф1500台1玻璃钢深圳压力表测量范围：0-1.0MPa个2上海管道流量计0-30m3/h个1天津天然石英砂滤料m31.3本公司本体手动球阀UPVC进水阀DN65台1川路产水阀DN65台1川路反洗阀DN65台1川路上排阀DN65台1川路下排阀DN65台1川路排气阀DN25台1川路管道套1UPVC本公司7软化器台2一用一备本公司罐体，Ф1200台2玻璃钢本公司压力表测量范围：0-1.0MPa个4上海多功能控制阀台2国产管道及取样装置套2UPVC本公司配：软化专用阳树脂001×7m31.35国产盐箱1500升台1PE成都8精密过滤器Ф400台2SUS304本公司配：40”，5μm滤芯支32PP国产压力表0-0.6MPa只2上海9电气控制本公司就地控制箱批1本公司控制电缆批1动力电缆批110安装材料套1本公司工艺管道批1碳钢、UPVC管线等蝶阀、止回阀、球阀等批19.3、设备材料供应要求序号项目条件备注1管道原材料3-5%富裕2管道支吊架原材料3-5%富裕3软化器、过滤器和溶液箱组装件液位计等现场组装4仪表和阀门成套5仪表控制安装所需原材料3-5%富裕5、通风除尘5.1除尘工业硅炉在冶炼生产过程中将产生大量有害11粉尘，为了保护大气环境，维护工人身体健康，本项目根据金属硅大石油焦生产工艺的特点（炉内温度高，烟气量大）对冶炼生产过程中产生的含尘烟气采取有效治理措施，经过除尘净化设备处理后的空气排放浓度符合国家≪大气污染综合排放标准≫（GB16297-1996）及≪工业窑炉大气污染物排放标准≫（GB9078-1996）规定。工业硅采用大石油焦生产工艺时，在冶炼生产过程中，半封闭矮烟罩内排出的烟气温度特别高，最高时可以达到450～650℃，烟气量最大时可以达到150000～220000㎥/h。结合上述存在的问题，采取以下措施加以解决。（1）在矿热炉的设计时克服传统设计的弊病：①提高矮烟罩的高度和形状，合理设置排烟气钢烟囱的位置和加大钢烟囱的直径；②扩大出炉口小烟罩的覆盖面积，增大小烟囱的直径，在二楼增设一台引风机，出炉口烟气量大时启动引风机辅助排烟，保证出炉口不外排散烟气。③改变矮烟罩的大小炉门的设计，做到既使用方便和耐高温不变形，又要做到封闭严密，保证二楼没有散烟气溢出。（2）除尘系统的设计特点：①采用把电炉的两根烟囱分别独立使用一套除尘系统的方案，除尘器合成一体，除尘器设计有备用除尘仓，更换布袋的平台与除尘室用钢板隔开，即便有布袋破损，可以在不停机的情况下，开启备用仓使用，进行布袋的更换作业。既保证了不停机又可以保证烟气不在除尘室外溢。②可根据大石油焦冶炼的工艺特点，在配电室内设置调节引风机调节门的按钮，配电工可根据冶炼过程的烟气量的大小进行调节，这样做，不但节约了电力又保证了矮烟罩内的烟气不外溢，也解决了风量过大影响炉内冶炼的问题。③根据北方的气候特点，把传统的气动蝶阀改为电动蝶阀。④因为烟气温度高的原因，增加空气冷却器的冷却面积，采用多列大间隙小管径的M形薄壁冷却管，提高冷却效果。⑤预处理器采用独特的渐开线设计，对粉尘进行二次分离，有效除掉了大颗粒碳粉和杂质，提高微硅粉的纯度。⑥除尘器采用正压反吹风三态清灰的设计，大大提高清灰效果。除尘室上下都设有百叶窗，可以降低除尘室内的温度，为更换布袋提供了良好的工作环境。⑦除尘系统增加了微硅粉加密系统，使微硅粉的密度由200㎏/㎥提高到500～600㎏/㎥，这样可以降低运输成本。加密系统还单独设置小型除尘器，可以使收集的微硅粉不散落，不造成二次环境污染。⑻除尘系统采用计算机PLC编程软件，实现全过程在线监测及控制。系统启动后，风机采用低压电机，变频启动，有效降低了启动电流。如果建设方要求可以设计余热锅炉回收余热发电及取暖，节约能源。（3）除尘系统工艺流程图（见图5—1）图5—1除尘系统工艺流程图烟囱空冷器预处理器风机除尘器净烟气矮烟罩野风阀反吸风阀微硅粉金属硅炉加密罐装袋5.2、通风在设计钢结构生产厂房时，已经考虑在冶炼跨和浇注跨厂房设置通风装置，采取自然通风的方式，电炉二楼冶炼操作平台和出炉部位采取机械通风的方式。配电操作室、化验室、机电维修间、卫生间、淋浴室等处可以也采用机械通风改善工作环境。二次补偿系统矿热炉无功功率补偿设计6.1、概述矿热炉是一种输入功率较大,而功率因数较低的电气设备，Cosφ值普遍低于0.9,大型矿热炉更低得多，仅为0.7左右，因此矿热炉的无功功率容量极大。如果不采取补偿措施的话，无功功率必须由电网来提供。这样，发电、输电、配电设备的能力有相当大的一部分被无功所占据。同时，由于无功电流流过上述设备，造成发热损耗，浪费了宝贵的电能，又使设备增加了发热。目前，节能减排已列为国策，矿热炉无功补偿势在必行。由于矿热炉的无功呈感性，因此通常补偿采用电容器。根据补偿点选择在高压侧或低压侧，分为高压补偿（一次侧补偿）和低压补偿（二次侧补偿），并且根据补偿点的电压等级选配电容的电压等级；根据炉子的容量和自然功率因数以及补偿后的目标功率因数确定电容的容量。但是，由于电容补偿在电气原理方面和电容本身构造方面的原因，补偿存在一系列问题。高压补偿和低压补偿也存在不小的差异。自20世纪80 年代起，源于电力电子器件和计算机技术的迅猛发展，出现了全新的无功功率补偿方式和相应的装置，这就是“静止式无功发生器”，代号为SVG。为了说明SVG在矿热炉补偿方面具有的优势，本《简介》将首先对SVG的原理作简要说明，然后对SVG补偿与电容补偿进行比较，并对高压补偿和低压补偿作出比较。6.2、静止型无功发生器SVG原理简介6.2．1矿热炉低压补偿单线图及SVG主回路拓扑描述：在低压侧，一般为短网固定部分的尾端作为补偿器的接入点。矿热炉低压线电压约为130V～200V，通过有载或无载分接开关调压。SVG补偿主回路由大功率电力电子器件IGBT构成三相逆变桥。元件都有反并联的功率二极管续流，并向逆变器电容充电。逆变器电容不起提供无功功率的作用，工作于直流状态，仅起为逆变器提供开通电平的作用，因此其容量远远小于无功补偿量。逆变器通过滤波系统的接入电感接入短网，滤波器的电感和电容滤除逆变器开关频率附近的谐波。补偿器是功率模块，模块容量680KVAR，根据补偿总容量的要求，配置不同数量的模块并联接入。各模块在中央控核指令指挥下按主动方式补偿。因此，不存在均流问题。发生故障的模块可方便退出工作，不影响其它模块正常工作。2．2SVG控制系统控制系统原理描述通过一次侧电流互感器对三相输入电流实时检测，并经A/D变换送入运算环节。经矢量变换，应用瞬时功率原理取得模块补偿电流指令。根据系统软件，此电流指令可以包含静态、动态无功；51次及以下谐波；三相平衡化补偿电流。运算空间矢量调制相关数据，作出各桥臂开关逻辑决策。向模块驱动电路发出开/关信号。按照设定的开关周期重复上列过程，实现高精度补偿。控制系统结构描述补偿控制系统分为二个层面：指令控制层和开关控制层。层间由高速通信联系。指令控制层指令层的控制器（CCC）是一个高性能的嵌入式计算机，它的任务都是涉及全局的。任务1：对系统输入电流i1采样并作变换。任务2：补偿电流指令运算。这个指令是指系统在已补偿的条件下，对基波正序无功电流的缺口值的需求量。任务3：向模块广播此电流指令。任务4：执行人机界面一应任务。任务5：综合故障，并处理。任务6：直接或指挥PLC控制电极调整操作电阻。开关控制层开关控制层的控制器（DLC）同样是高性能的嵌入式计算机，只不过芯片组成与CCC不同，每一个模块都有DLC，其任务只涉及本模块。任务1：接收CCC发来的电流指令。任务2：对本模块输出电流ic采样并作变换。任务3：根据任务1和任务2所得数据运算各桥臂开关逻辑，并发出开关信号。任务4：对本模块电容电压Uc采样。根据正式运行前调试设定的电压值（亦即逆变器电平值）执行电压闭环，以控制Uc。任务5：检测本模块故障。故障时切断输出，并向CCC发出故障信号。比较项SVG补偿电容投切补偿固定电容FC或开关、接触器等机械投切MSC晶闸管投切核心器件GTO或IGBT等电容器、高低压电器元件电容器、晶闸管、电感器等补偿的无级特性无级连续补偿，补偿精确。有级补偿，欠补及过补频繁有级补偿，欠补及过补频繁，采用编码方式可改善。补偿的实时性与动态性能开关频率高达8～10KHZ，补偿实时性与动态特性极好。响应时间约0.1mS。机械动作缓慢，补偿实时性与动态特性不好。优于MSC，响应时间约10mS。对谐波的反应补偿电流指令只根据检测出来的无功需求运算取得,任何自身负载的谐波或供电网路谐波电流都不会流入补偿器，是主动型补偿。由于电容器是并联接入网路的,一旦接入就是被动型的补偿，不能阻挡交流电流流入。尤其严重的是当电容器的参数与变压器等感性设备的参数谐振于某频率时，内外谐波电流都会被极度放大，导致电容支路上的器件烧毁或提前老化。对接入点电压的反应接入点电压变化对SVG无影响。这一特点对矿热炉低压补偿尤为重要和有利。电容器的补偿容量大小与电压的平方成正比，因此，当矿热炉等设备因工艺需要通过分接开关调整二次电压时，补偿容量会发生极大的变化。或反过来根据可能的最低电压决定容量，根据可能的最高电压决定电容耐压，就需要大量增加投资。对谐波和三相不平衡处理能力可在补偿动态无功同时滤除谐波和纠正三相不平衡。可滤除任何次数的谐波。完全无这方面的能力。无此能力，除非增加谐振电抗器构成无源滤波器，方能滤除选定次数的谐波。接下页三相分补能力极强的三相分别运算和补偿的能力。不能分补可分补，但需使用单相电容器Y接法。矿热炉低压补偿系统中，电压又难以适配，故分补难度较大。投入时电流冲击性无电流冲击随机投入，因此在某些投入角,电容回路具有极大的冲击电流,需串接限流电抗器。接触器或开关触头熔焊频繁。可通过测量与运算选择投入角，无大的冲击电流，但仍有振荡型电流需串接电抗器。切断时特性电流降零后安全切除随机切断，因此在某些切断角，接触器触头拉弧严重，接触器电寿命严重受损，更换频繁。可通过测量与运算选择切除角。工作状态完全静止，无动作，无机械磨损，无声无光。接触器频繁动作，有动作声响，有机械磨损，有弧光。完全静止，无动作，无机械磨损，无声无光。维护量免维护维护量大，接触器损坏量大。电容老化需更换外免维护寿命半永久寿命十年左右。除电容老化外属半永久寿命。装置体积30～50%100%80%损耗因体积较小，连排短，少损耗较小。SVG补偿与电容补偿的比较表矿热炉高压补偿与低压补偿比较表比较项低压侧补偿高压侧补偿有功功率传输炉变和短网是全系统功率因数最低的部件，低压侧补偿使炉子所需的无功功率改由补偿器提供，无功电流不再流过炉变和短网（补偿点前的部分），除避免了这部分无功电流在炉变和短网上的损耗外，在等同容量的情况下，炉变和短网传输的能力相应提高了，在一次电流不变的情况下，电炉输入有功功率大大增加，生产能力和效率得以提升。由于补偿点在炉变之前，故从炉变起的后面部分未有改变，仅能改善供电方面的功率因数，降低线损。对冶炼作用较小。补偿的实时性与动态性能采用SVG可获得极好的性能。参见上表由于使用机械式开关器件，故补偿的实时性与动态性能不好（参见上表）。无级补偿，谐波补偿，三相分补及补偿精度，维护，寿命等方面操作电阻可控性在与电极升降自动控制系统联控时，操作电阻可通过补偿量改变控制参见上表因补偿量不能连续可控而不可控，仅能手动调整电极位置。7、冶炼工艺7.1、本设计工段设置为:(01)原料工段(02)冶炼工段(03)冷碎包装工段(04)冷却水供给工段(05机电工段 7.2、工艺流程7.2.1、原料工段(01)外购合格的硅石(SiO2≥99.3%)送原料工段水洗筛分制备；(02)外购合格的石油焦(C≥85.0%)送原料工段,烘干(H2O≤3%)破碎筛分处理；;(03)外购合格的木炭、烟煤、木块或甘蔗渣送原料工段,制备;(04)原材料按工艺配方要求比例和质量经过制备送至冶炼车间.；7.2.2、冶炼工段(01)合格混合原料,按炉况适量投送至电炉冶炼区;(02)根据料面塌落情况及时机械化送料至炉门炉料区填补过塌料区炉料，捣炉作业,严防明弧(刺火)问题的发生;(03)根据料面下降情况和冶炼时间隔,按要求的操作程序产出液态化学硅，同时进行精炼;(04)根据冶炼情况适时调节电极插入料层深度,平稳电炉负载;(05)正常生产情况下,化学级工业硅出炉时间隔约150min;(06)产出液态硅通入硅水包吹氧精炼，电动抬包车运出，浇注到分体硅水铸摸，冷却后送精整车间.；7.2.3、包装工段(01)将硅水包内液态硅转置入锭模,自然冷硬;(02)将冷硬的化学硅从锭模中取出,置于冷却架，分散放置自然冷却至室温;(03)将冷却至室温的化学硅破碎至供货合同要求的粒度,按供货的包装要求分包;(04)将包装并计量后的成品化学级工业硅送至成品库存放;(05)清除硅水包残存附着物,置于出炉小车,转入冶炼车间.7.3、操作工艺要求7.3.1、配料炉料配比根据炉料化学成分、含水量及炉况等因素确定。料批通常以200公斤硅石为基准，石油焦、木炭、木块、烟煤等部分或全部按规定比例进行配备。常规配备原则：石油焦60%、木炭和木块35%，烟煤5%左右。或者石油焦40%，木炭和木块50%，煤烟10%左右,也可配加少量碳素电极块。炉料必须按规定配比准确称量，批料的称量误差不应超过1Kg；一般取200或300Kg硅石为一批料，每次只允许称量一批料；变动料批应通过两班次，各班次可根据炉况的变化适量附加某种炉料，并在生产记录卡上如实记录。炉料水分波动不应超过1%，以免影响炉料配备比例。原材料粒度配合比例应合适，粉料多，烧损大，下部料层易缺炭，透气性差；粒度大，比电阻小，电极易上抬。7.3.2、冶炼操作7.3.2.1、高温冶炼冶炼工业硅需要更高的温度，工业硅的液相线温度在1410ºC以上，因此需要在17501850ºC高温进行冶炼。为了提高炉温，减少热损失，使SiC的形成和分解保持相对平衡，在具体操作中必须千方百计减少热损失，扩大“坩涡”区。7.3.2.2、加料石油焦、木炭、烟煤和硅石等炉料均应在炉前均匀混合，炉料拌和不匀，会在炉内出现还原剂过多或过少的区域，不仅会影响还原的顺利进行，而且影响炉内电流分布，影响电极下插。木块在加料平台上单独堆放，视炉况加入炉内或铺加在炉料面上保温。采用出炉或沉料后集中加料的方法，其余少量的采用勤加薄盖的方法，在调正火焰时加入。炉料拌合完毕以后，先加入木块，再将混合好的炉料迅速集中加于电极周围及炉心区域，使炉料在炉内形成一个平顶锥体，锥体高度为200-400mm。一般一次加入新料的数量相当于一小时以上的用料量。应根据炉内还原下料情况加料，平衡供给负荷、还原速度和加料速度，保持正常料面高度并控制炉温。加料速度超过熔化和还原速度，料面抬升，炉温下降；加料不足或电极上抬，强制控制料面，炉面温度升高，热损失和硅的挥发损失加大。新料加完后进行焖烧，同时根据炉内下料快慢控制加料量，以保持正常的炉面高度。焖烧时间控制在1.5小时左右。7.3.2.3、沉料捣炉当炉内炉料焖烧到规定时间时，炉面料壳下面的炉料基本熔烧空，炉面也开始发白发亮，火焰短而黄，料面在较大面积下塌时，应进行强制沉料操作。沉料时，先用捣炉机从锥体外缘开始将料壳向下压，使料层下榻，而后用捣炉机捣松锥体下脚。如果不到沉料时间而出现严重“刺火”时，可局部沉料、沉料间隔一般1.5小时左右。沉料时，炉料就地捣松就地下沉，尽可能不影响炉料层结构顺序，大块粘料和死料应碎成小块或推向炉心，同时铲净电极上的粘料。然后加入新料到规定的锥体高度。沉料时，高温区外露，热量损失大，因此沉料应迅速，短时。使用铁质工具沉料要以捣头发红为度，避免捣头融化而影响产品含铁量。捣炉时应防止圆钢同电极相碰。一般负荷正常、配料正确、炉料消耗均衡，电炉沉料时间间隔基本一致。负荷不足、前次投料过多、还原剂不足等问题会造成沉料时间间隔加长。如果前次投料过多，应适当延长炉料升温时间；如果还原剂不足，应在料面沉料区撒入少量还原剂，然后强制沉料。7.3.2.4、扎眼透气集中加料时，炉温降低，反应缓慢，气体生成量不足。在焖烧一段时间后，炉温迅速上升，反应趋于激烈，气体生成量急剧增加，应在锥体下脚“扎眼”，均匀外逸炉气。为了改善炉料的透气性，调节炉内电流分布，扩大“坩涡区”，除扎眼透气外，还应用捣炉机或铁棒松动锥体下脚和炉内烧结严重的部位，但应防止塌料。彻底捣炉应在沉料时进行。7.3.2.5、出硅、精炼、浇注出硅前先将炉眼内壁和流槽清理干净。当炉内积存一定量硅液后，应及时打开炉眼出硅。每炉间隔1.5h左右，每次出硅时间40分钟，特殊情况可临时决定出炉时间。炉眼用Φ100mm石墨棒烧开，出炉时烧穿器必须由专人操作。硅直接出在硅水包内。出炉开始抬包的底部吹氧精炼同时进行，吹氧一直持续到浇注结束。为了顺利完成出炉任务，石墨棒烧穿器可一边烧一边出炉。出硅结束后，把炉眼外沿及内壁的硅渣扒净，然后堵眼。堵眼材料为夹渣硅和合格的碎硅。先用块状结晶硅和夹渣硅填入炉眼孔洞，然后用碎碎硅堆成斜坡将炉眼封住。最后用掺有碎电极糊的耐火泥封眼。按班次用量准备堵眼工具：铁钎、堵头、木杆、铁铲等。浇注采用抬包坐在抬包车上的方法，硅水温度高不能直接浇到硅水铸摸中，硅水先浇入设置好的浇注缓冲溜槽再进入做好保护的铸摸中，硅水凝固后用专用的硅块夹具将硅块运到指定摆放位置。7.3.2.6、取样与精整（a）出炉结束后，取固体样，试样不得夹渣。（b）成品须精整后，装桶（袋）入库，不得露天堆放。7.3.3、特殊炉况的处理3.3.1还原剂用量是否合适的判断还原剂过量：料面发松、烧结性差，刺火塌料多，电流波动大，电极易上抬，硅水温度低，出硅时硅水流出不畅。还原剂不足：料层粘，揭炉块料多，电极下插过深，下料慢，出炉时硅水过热，炉眼喷大火。3.3.2、当还原剂用量不当时，应立即采取措施，避免导致炉况恶化。当出炉不畅时，可适当延长出炉时间；当炉眼严重堵塞时，一方面要扒掉浮料，重投缺炭新料，另一方面用烧穿器，连续烧炉眼直到硅水流出，炉眼喷火。7.3.4、炉眼维护当炉眼经常有粘料塌落时，需要进行维修。修理炉眼一般在停电检修时进行。维修前先将炉眼内部的粘料扒净，铲掉外沿硬渣，然后把一个充满合格碎硅的金属圆管置入炉眼内，砌好炉墙后，炉眼内补灌入碎电极糊。7.3.5、电气工作制度工作电压可以在1～13级范围内调整，采用电压等级视炉况确定。电压等级调整在车间领导批准后执行。使用任一级工作电压，操作工作均应按规定的供电制度送足负荷，但不超负荷。操作应严格按照电炉供电制度供电。停电前应降低负荷50%。送电前应抬电极到埋入深度的1/3。三相电流应保持相对平衡，最大波动不宜超过25%。长时间停电或在检修之后，应由值班电工送电，电流从小到大逐级配送。如果动力临时停电，可在停电前降低负荷，继续生产。如果一根电极与炉料结死时，经车间同意后可以送电，但要设法尽快松动结死的电极，以恢复正常生产。7.3.6、新建电炉的第一次启动7.3.6.1、烘炉前的准备（1）大柴烘烤：由于炉衬采用自焙碳砖，电极采用碳素电极就必须采用大柴缓慢自然升温烤炉，大柴烘烤48小时；（2）焦炭烘烤：焦炭粒度40-80mm由出炉口用风机助燃，连续烘烤48小时（3）送电烘烤：烘烤前检查水冷循环系统、电炉变压器、配电控制系统、电极把持系统、电极、提升、压放系统，绝缘检查等并进行空载试车，运转正常后开始烘炉。烘炉操作：炉底平铺一层40-80mm粒度的焦碳，厚度为200mm，电极下面平铺石油焦，用电极小棒短路送电起弧，使用的电压较正常生产时低1—2级，工作电流从小到大逐渐升高，并间隙停电。12，500KVA的电炉一般烘炉时间为60小时以上，用电量90,000-120,000Kwh。7.3.6.1.2、烘炉结束后，将炉内残留焦碳和炉墙衬全部挖出。7.3.6.1.3、挖炉结束后，拔掉炉眼堵管，并用碎成品硅堵眼。7.3.6.2、开炉操作7.3.6.2.1、用低档电压开炉，4h后，恢复正常工作电压，12500KVA电炉用3级；7.3.6.3.3、新开炉料硅石比偏“重”，还原剂数量逐步配足。出炉时间根据现场情况决定；7.3.7、停炉操作停炉前应尽量出净炉内硅液，料液中适当增加块料配入量。若停炉超过8h，应在停炉前的一个班适当降低料面。停炉后先捣松料面，再加木块保温，加入量视停炉时间长短而定，一般加100Kg。为防止电极与炉料粘粘连，停电后应上抬电极，然后在电极周围的空隔加入木块，再下插到原来的深度。停电时间较长应每间隔10min或30min把电极上下活动一次。7.3.8、压放电极操作7.3.8.1、把持筒和接电极架子以上的电极长度不足200mm时，应接长电极。电极内螺纹孔里的垃圾要预先吹净，接长后连接处必须旋紧。7.3.8.2、铜瓦下沿与料面相距不足200mm时，要停电放电极。放电极之前应吹掉铜瓦、半环和电极上的积灰。7.3.8.3、液压压放电极、倒拔电极程序：压放：上抱闸松→压放油缸升→上抱闸紧→下抱闸松→压放油缸降→下抱闸紧倒拔：下抱闸松→压放油缸降→上抱闸紧→压放油缸升→下抱闸紧；电极下放后，要把铜瓦夹紧，确保铜瓦与电极接触良好，紧紧夹牢。8、原料系统8.1. 计算参数说明8.1.1、硅石制备损失率和排灰损失率分别按冶还原用量的10%和11%计;8.1.2、还原剂燃烧和排