工业硅项目可行性研究报告.docx
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工业硅项目可行性研究报告
工业硅项目可行性研究报告
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1.1工业硅名称
1.2工业硅用途
1.3市场情况分析
1.4项目的主要内容
1.5建厂条件
1.6投资公司概况
2冶炼工艺
2.1设计方案及生产规模
2.2产品方案
2.3主要原料用量及技术条件
2.4生产工艺
2.5生产主体厂房
2.6生产能力计算及主要设备选择
2.7工艺技术特点及装备水平
2.8硅炉运行主要综合技术经济指标
2.9机修
2.10检化验
2.11原料系统及仓库设施
3供电
3.1供电部分概述
3.2电炉生产负荷性质
3.3供电系统及用电负荷
3.4主要电气设备选型
3.5电控、保护、计量
3.6短网
3.7无功补偿
3.8防雷及接地保护
4给排水与通风
4.1给水
4.2排水
4.3通风
5土建
5.1设计依据
5.2设计方案
6消防
6.1设计依据
6.2消防给水
6.3通风
7环境保护
7.1设计依据及环境保护标准
7.2硅生产工艺简介
7.3主要污染和污染物
7.4净化设计原则
7.5除尘系统设计范围
7.6除尘系统工艺流程
7.7烟气净化除尘系统设计及设备选型
7.8除尘器电器自动控制要求
7.9项目环境评价
8总图运输
8.1交通运输现状及发展
8.2总图布置
8.3原材料货物运输量
9节能
9.1设计依据
9.2能耗特点
9.3节能原则
9.4能耗
10劳动安全与职业卫生
10.1设计依据
10.2主要危害因素
10.3工业卫生设施
10.4劳动安全措施
11投资估算
12技术经济
1总论
1.1工业硅的名称
硅化学符号Si,具有灰色金属光泽,比重2.4g/cm3,熔点1414°C。
在自然界硅资源十分丰富,约占地壳的四分之一,是地壳中第二大元素。
在自然界硅极少以单质形式存在,多以二氧化硅(SiO2)为主要成分在于石英矿石。
在工业上,是以硅矿石和碳质还原剂为原料,经硅炉(又称矿热电弧炉、硅电炉)高温冶炼得到含硅(Si)达97﹪以上的产品。
这种产品又称工业硅、纯硅、结晶硅,在本技术报告中统称为工业硅。
1.2工业硅的应用非常广泛,可用于电子、炼钢、光学、机械、汽车制造、化工、冶金、医药、国防等领域。
硅的应用主要见于下列工业:
1)制取铝硅合金,其用量约占用量的50%。
铝硅合金的耐热耐磨性性能良好,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。
2)作为非跌基合金的添加剂,也用作要求严格的硅钢的合金剂,是炼钢、非铁基合金冶炼必不可少的脱氧剂。
在炼钢工业中,每生产一吨钢大约消耗5kg工业硅。
3)是多晶硅、单晶硅的基础原料。
工业硅经相应工序提纯可制的多晶硅,经加工处理拉制生产成单晶硅。
将其切片制成集成电路、电子元件、太阳能电池等,是现代工业、新能源和科学技术发展不可缺少的基础材料。
4)在化学工业中,用于生产有机化合物如硅油、建筑物防腐剂、白炭黑;包装用于薄膜添料和高档家具涂料的添加剂、装饰漆添加剂、一般工业涂料添加剂等。
5)工业硅还用作膜某些金属的还原剂,用于制造新型陶瓷合金、高级耐火材料等。
目前,工业硅的应用还在不断开发新领域,如制造太阳能硅、制造氧化硅,合成光纤、微电子用的纳米硅材料等。
工业硅的种类和分级可参见GB/T2881-91《工业硅技术条件》。
1.3市场情况分析
作为高新技术领域和重要基础产业广泛应用的结构和功能材料,工业硅消费量一直在快速增长,2004年世界工业硅的年消费量已突破100万吨。
随着技术不断的进步、世界经济发展的发展,硅的应用范围将越来越也广泛,需求量也越来越大。
世界一些工业硅业主要产地由于受经济和环保条件的影响,基本停止了工业硅的生产。
目前日本、韩国、加拿大、美国、印度等世界许多国家,工业硅炉产品主要是靠进口。
据预测,到2010年,世界的钢产量的增长、汽车和建筑材料的快速增长,将使工业硅在冶金行业的需求增长仍将保持在7%左右;近年来,工业硅在化学、新能源和电子方面的用量增长最为迅速。
过去5年的相关资料统计结果表明,需求年增长率超过9%,随着半导体材料、化工领域、太阳能电池、高级耐磨需求仍保持高速增长的势头。
进入21世纪以来,由于能源短缺和环保压力增大,利用太阳能的光伏产业发展十分迅速。
世界光伏产品产量,1991年只有55MW,到2005年增长到1656MW年平均增长率到达约30%。
我国的太阳能电池产量增长更为迅猛,2006年中国太阳能电池产量为490MW,2008年猛增到2000MW,一举超过占据世界首位的日本,跃居世界首位。
世界太阳能光伏产业的高速发展,导致太阳能级多晶硅原料供应紧张,很多太阳电池企业不能满负荷生产,多晶硅价格不断上扬。
我国的多晶硅生产到2008年供需的缺口仍在1万t以上。
由此,更加引起人们对太阳能极多晶硅低成本生产方法的关注。
现在世界各国普偏采用的是改良西门子法生产多晶硅。
这种方法生产的多晶体占世界多晶硅总产量的70~80%,其优点是:
产品纯度高,可达到9N~11N,而且工艺成熟,无爆炸危险。
其弱点是:
投资大、建设周期长,生产过程能耗高,产品成本高,要掌握全套技术的难度大。
于是冶金法成了人们最期望的一种方法,冶金法的突出优点是:
工艺过程简单、投资少、能耗低。
对这种方法寄予厚望的另一个原因是,太阳能级多晶硅的纯度要求不高,达到6N或6N以上就可以,而电子级多晶硅,要求纯度必须达到9N~11N。
为工业硅行业的发展提供了千载难逢的机遇。
太阳能级多晶硅材料发展现状及趋势线下表
表1-1世界多晶硅产量及预算
年
2005
2006
2007
2008
2010
2011
2013
2015
GB
1.8
1.9
2
2.15
2.4
2.56
2.87
3.23
SG
1.4
2.2
3
4.35
9.6
12.44
22.13
36.77
合计
3.2
4.1
5.0
6.5
12
15
25
40
表1-22005-2008年我国的多晶硅产量及需求
年
2005
2006
2007
2008
多晶硅产量(吨)
80
290
1130
4500
多晶硅需求量(吨)
1652
4686
10597
20200
多晶硅缺额(吨)
1572
4396
9467
15700
有机硅工业是工业硅消费的另一个领域,世界有机硅生产对化学级硅材料的需求见下表
表1-3世界有机硅生产对化学级硅材料的需求
项目
2000年
2003年
2005年
2007年
世界有机硅生产能力/(kt/a)
1800
2200
2800
3500
世界有机硅产量/(kt/a)
1600
1940
2460
3080
有机硅消耗的化学级硅数量/(kt/a)
448
543
689
868
化学级硅材料需求年增长率
2
8.8
10
12.32
因此,工业硅具有广阔的市场前景。
从近几年我国的工业硅出口情况看,增幅逐年上升。
2007年与2001年相比,增长了1.16倍。
图1示出2001-2007年我国工业硅出口量的变化趋势。
进入21世纪以来,我国的工业硅产业发展迅速,目前产量已跃居世界首位,产品出口到近60个国家和地区。
2007年我国出口工业硅万吨以上的国建和地区就有14个,主要是:
日本(22.48万吨)、韩国(6.04万吨)等。
图2示出了2007年中国工业硅出口世界各个国家和地区的分布图。
1.4项目的主要内容
永丰县硅业有限公司拟建设50000t/a工业硅项目,总投资1.2亿元人民币,分为二期建设,其中:
一期:
2×12500KVA2012年2月建成投产
二期:
2×12500KVA2013年建成投产
三期:
2×12500KVA2014年建成投产
本技术报告主要针对一期工程展开论述。
一期建设2台12500KVA硅炉及环保除尘等配套设施。
项目完成后,可达到工业硅年生产能力16000t/a,回收微硅粉5000t/a。
其产品符合GB/T2881-91工业技术条件;硅炉环保除尘系统除尘效率达99%以上,净化后烟气含尘浓度低于50mg/Nm3。
项目年用电量约定:
2×108KWh/a.
1.5建厂条件
永丰县硅业有限公司年产50000t/a工业硅项目,项目初步选址在永丰县工业园南区。
(1)永丰县概况
永丰县位于江西省中部、吉安市东北面,东连乐安、宁都县,西接吉水县、青原区,南邻兴国县,北靠峡江、新干县。
县境东西窄、南北长,略呈哑铃状。
境内地处吉泰盆地东缘地带,地貌以山地、丘陵为主,地势由东南倾向西北。
山地和丘陵面积占总面积的75%,平原占25%。
全县国土面积2695平方公里(403.6万亩),其中山地304万亩、耕地45.74万亩。
辖21个乡镇、2个场、217个村委会、17个居委会,总人口41.61万人,其中城镇人口7.73万人、农业人口33.88万人。
县城恩江镇北距省会南昌189公里,西距吉安市中心城区61公里(经吉水县乌江)、78公里(经吉水县八都),距105国道和京九铁路八都站22公里,距井冈山飞机场100公里。
吉安至福建高速公路也即将建设,高速出口离工业园区2公里。
交通极为便利。
永丰资源丰富。
全县有林地面积293.8万亩,森林覆盖率70.6%,有农业用地53万余亩,牧业用地80多万亩。
有大小河流500多条,流域总面积1527平方公里,可供开发利用的水能资源12.5万千瓦。
已探明的矿种38种,87处,其中石灰储量110亿吨以上,菊花水石储量2500万吨,萤石储量1000万吨。
(2)硅原料供应。
永丰县硅石主要分布在中村、北坑等地,硅石质量较好,SiO2大于98%,但永丰县各石英矿点均未做详细的地质勘探工作,所以储量不清。
由于江西省优质硅石矿产资源丰富,同时永丰县距离有丰富矿产的峡江县、兴国县等矿点距离都在100公里以内。
客观分析,按年提供20万吨硅石计算,企业100年所需要的原料都不是问题。
但考虑到企业长远发展,企业可积极参与优质硅石矿探矿权的拍卖,以取得硅石资源的自给甚至垄断。
(3)工业园区现状。
工业园南区坐落在桥南贯岭。
按照“高标准、高起点、高效益”的要求进行规划,分为高科技工业区、建材和建筑机械区、食品及轻工日用品区、冶金化工业区、物业管理区、娱乐休闲中心及生态公园。
经过多年的滚动发展,园区内路面硬化、美化、绿化、亮化、通水、通电、通讯、有线电视、排水、排污等基础设施已全部完成,基本达到了设施配套、功能完善、环境优美的标准。
园区内已开发平整土地面积5000多亩,累计投入基础设施建设资金2亿多元,“七通一平”工程已基本完成。
现有110千伏变电站一座,日供水1.5万吨自来水厂一座,同时恩江由东向西流经工业园南区,为企业用水提供了丰富的水源。
(4)相关政策及环境。
一是招商引资政策。
永丰县成立了招商局,制定了招商引资相关政策,1998年,县委、县政府制定《永丰县鼓励县外客商投资优惠办法》。
2001年,县政府制定《关于企业改制、招商引资、发展个私经济税费征收及用地优惠办法》。
2003年,县政府制定《永丰县招商引资暨民营经济优惠办法》。
税收优惠:
所得税“二免三减半”,固定资产投资额在500万元以上的生产性企业,再延长3年减半优惠。
增值税:
从事纸业、制药、棉麻、金属等加工企业,按原材料收购价10%抵扣进项税;生产经营的产品属省级以上新产品的,返还已纳增值税25%;实纳增值税10万元以上的,按实纳增值税额的10%予以奖励。
规费优惠:
工业园区实行“无费区”管理,工商企业办证收取工本费。
用地优惠:
投资者可以依法通过出让、转让、租赁和政府划拨等方式取得国有土地使用权,进入工业园区内的生产项目,固定资产投资在200万元以上的,免收土地出让金,有关规费全免;对进入工业园区企业固定资产投资在500万元以上的,用地实行先付款后返还的优惠政策。
其他优惠:
凡兴办工业企业并形成固定资产100万元以上的,免费办理城镇户口;外(客)商人身权益受特殊保护等。
二是立项争资环境。
1990年8月24日,江西省政府核定永丰县为苏区县,全县各乡镇均属苏区,同时,永丰县列为全省重点扶助老区县之一。
这为工业硅项目的建设立项以及今后向国家争取项目资金提供了有利条件。
2冶炼工艺
2.1设计方案及生产规模
一期主体厂房内设12500KVA三相硅炉2台,主要3完成工业硅冶炼、硅液浇铸、产品精整等工作。
同时采取世界先进的硅炉烟气治理技术和设施,使除尘效率达到99%以上,净化后烟气含尘量≤50mg/Nm3。
长期占地面积为75亩(月50000m2),厂区规划时予留扩建余地,满足二期继续扩大规模的要求。
生产规模:
一期拟建设2台12500KVA硅炉,年产工业硅16000t/a年回收微硅粉5000t/a.
2.2产品方案
工业硅产品技术要求表2-1
表2-1工业硅技术条件GB/T2881-91
名称
牌号
化学成分,%
Si,≥
杂质,≤
应用范围
Fe
Al
Ca
A级硅
Si-A
99.3
0.4
0.2
0.1
B级硅
Si-B
99.0
0.5
0.3
0.2
化学用硅
一级硅
Si-1
98.5
0.6
-
0.3
二级硅
Si-2
98.0
0.7
-
0.5
冶金用硅
三级硅
Si-3
97.0
1.0
-
1.0
Si含量为100%减去Fe、Al、Ca杂质含量和;
物理状态
工业硅产品粒度6~200mm,其中粒度≤6mm和≥200mm的数量不超过10%。
如需方有特殊要求,可经供需双方协商,组织生产相关规格的产品;
·外观质量
产品的表面和断面应清洁,不允许有夹渣、泥土、粉状粘结及其它非冶炼过程所带异物。
2.3主要原料用量及技术条件
生产工业硅的主要原料有硅石、碳质还原剂(木炭、石油焦、半焦、玉米芯、棉花杆等)、石墨电极。
由于对工业硅产品中的杂质含量有严格的要求,所以为保证最终的产品质量,对入炉的原料也有相应技术条件。
表2-2硅石技术条件
成分
SiO2
Fe2O2
Al2O3
CaO
P2O5
粒度,mm
含量,%
≮99.30
<0.08
0.10
0.10
0.003
10~80
硅石要求热稳定性能好,即急剧升温至900℃时不得大爆裂和粉化。
在硅石中不得混入杂石、废石,配料前应进行水洗,冲洗硅石表面的杂质和黏着泥土。
2)碳质还原剂
工业硅冶炼过程对碳质还原剂性能的要求很高,不同性能的碳质还原剂在硅冶炼过程中的情况有很大区别。
一般情况碳质还原剂应满足以下原则:
固定碳质含量高、灰分含量低、比电阻高、反应比表面积大、在高温条件下反应活性高。
同时在选择碳质还原剂时还应考虑资源要充足、产地与生产地距离较近、价格低等因素。
目前,常用的碳质还原剂有:
木炭、半焦、延迟石油焦(简称石油焦或油焦)、烟煤等,在工艺方案中可根据选用还原剂不同而加入起疏松炉料和透气性能的物料,如甘蔗渣、玉米芯、稻壳、松果i、棉花杆等。
设计方案中的碳质还原剂种类及要求见表2-3
表2-3碳质还原剂年用量及技术要求
名称
年用量万t
挥发分,%
灰分,%
固定碳,%
水分,%
粒度,mm
备注
木炭
0.2
25~30
<2
60~75
<12
6~100
启用时用
烟煤
0.52
12~25
<4
75~85
<5
6~30
油焦
2
12~16
<1.2
82~86
<3
3~15
3)石墨电极
表2-4石墨电极技术指标YB4088-92
规格,mm
电阻率,Ωμ·m≤
体积密度g/cm3≥
灰分,%≤
Φ960
电极:
10.0
接头:
8.5
电极:
1.52,接头:
1.68
0.50
年需用量1600t
1)生产工艺
2)工业硅生产是将硅石及碳质还原剂等各种原料按一定配比、混合成料加入硅炉中,在硅炉电弧热的高温条件下冶炼发生物化反应而得到的。
还原反应是一个比较复杂的过程,一般情况可用以下主反应方程式表示:
Si2(s)+2C(s)=Si
(1)+2CO(g)-----
(1)
进厂原料经过挑选、破碎、筛分达到技术要求后,按一定的配比(又称料比)送入冶炼操作平台,由冶炼工根据况适时、适量加入硅炉中。
为改善炉料透气性及强制性沉料,采用捣炉机对硅炉中料面进行适时捣炉。
产品出炉为间断性,一般每8小时出炉2~4次。
出炉是用烧穿器烧穿炉口,将高温硅液放入特定台包中,并对台包中硅液进行吹氧精炼。
我国工业硅生产,从上世纪90年代后期以来,为了提高产品质量、扩大产品品种,从国外引进了台包底部吹氧法,有的厂家还采用了向硅液中加入以SiO2、Na2O等为主要成分的溶剂精炼和定向凝固、酸洗等方法。
上述方法对除掉硅中各种杂质具有良好效果,可生产出421、331、311、2503、2202、1101等多个等级的产品,产品中硅含量达到99.00~99.9%(2N~4N)。
使化学级硅在工业硅产品中的比例增大,应用和出口范围纯度,增多产品品种,是增加企业效益的重要手段,是工业硅企业长期追求的目标。
精炼后的硅液浇入铸模中进行冷却成硅砣,硅砣脱模后通过破碎精整、检验,然后包装检斤。
冶炼过程中,石墨电极不断消耗,需定期下移电极和接长电极。
3)工艺流程
工艺流程图2-1
2.5生产主体厂房
生产主体厂房由主跨(硅炉跨)、付跨(浇铸跨)、变压器跨及公用辅助设施组成。
主体厂房参数见表2-5。
为满足生产要求,还设有原料系统、厂内供电系统、循环水泵房、硅炉烟气净化系统、机修、检验和化验等公用辅助设施。
图2-1工艺流程图
表2-5主体厂房参数(2台炉厂房)
序号
跨间名称
厂房参数,m
起重机配置
跨度
长度
轨面标高
1
主跨
16
62
19.5
10t悬挂起重机2台
2
付跨(浇铸)
18
104
10.0
10t桥式起重机2台
3
变压器跨
8
2.6生产能力计算及主要设备选择
1)生产能力计算
单炉生产能力计算公式如下:
Q=(24×T×P×K1×K2×K3×COSø)/W---------
(2)
式中:
Q-——1台硅炉年生产量,t/a;
24——硅炉每天运行时间为24小时;
T——硅炉年运行时间,取300天;
P——硅炉变压器额定容量,取12500KVA;
K1——硅炉电压波动系数;取0.98;
K2硅炉变压器功率负荷系数,1.00~1.30
K3——硅炉作业的运行效率,取0.95;
W——单位产品的工艺电耗,取12000KVh/t;
COSø——补偿功率因数,取0.92
Q1=(24×T×P×K1×K2×K3×COSø)/W
=(24×310×12500×0.98×1.2×0.95×0.92)/12000
≈7965.64t/a
2台12500KVA硅炉设计年产量为16000t/a
硅炉具备长期在1.3倍额定值下运行的能力,在市场需求旺盛时可使其超负荷生产,以提高产量。
2)主要设备选择及主要技术参数
目前,硅炉已逐步向中型以上炉型发展,同时在核心结构上也存在着多种方式。
本设计方案中选用的是石墨电极结构方式。
石墨结构方式经过多年的研究和生产实践证明,具有结构工艺参数合理准确、运行稳定、一次性投资低、产品质量稳定、生产技术指标领先的优势,特别是对于高耗能工业减低产品工艺电耗尤为重要,这种结构的硅炉具有启动易于掌握、电耗低的明显优势。
2.7工艺技术特点及装备水平
1)采用国内成熟、可靠、先进的生产工艺技术,硅冶炼、精炼设备的生产技术指标和工艺技术参数先进合理。
2)还原剂使用上采用无木炭生产先进工艺技术。
3)采用石墨电极大容量硅炉,半密闭中烟罩形式,具有节能减排的特点。
正常运行的产品工艺电耗达到12000KVh/t以下的先进水平。
4)该工艺配置原料准备系统,产品铸锭及破碎、包装系统,具有工艺流程布局科学、合理、设备运行稳定等特点。
5)产品冶炼过程实现机械化操作,降低了操作者的劳动强度,提高了企业的劳动生产率。
6)电极夹持系统采用液压装置,极心圆可调、机构合理,具有造价低、设备运行稳定、可靠之特点。
7)炉体砌筑及核心设备采用专有技术,可明显延长硅炉使用寿命,提高硅炉的作业率。
8)硅炉烟气治理采用国外最先进的收尘技术和设备,除尘效率达到99%,净化后烟气含尘浓度低于50mg/Nm3.
9)辅助设备及操作工具依据多年经验设计,具有合理性河实用性。
硅炉设计的主要技术参数件表2-6
表2-6硅炉主要技术参数
序号
项目
单位
参数
1
硅炉变压器额定容量
KVA
12500
可长期超负荷30%
2
变压器一次测电压
KV
110
3
变压器二次测电压
V
158
13级
4
功率因数
COSø
0.92
补偿后
5
石墨电极直径
mm
6
电极电流密度
A/cm2
7
极心圆直径
Mm
8
炉膛直径
Mm
9
炉膛深度
Mm
10
电极升降速度
m/min
0.5
11
电极工作行程
Mm
1100
12
硅炉平均负荷
kW
12000
补偿后
2.8硅炉运行主要综合技术经济指标
硅炉运行主要综合技术指标见表2-7
表2-7硅炉运行主要综合技术指标
序号
项目
单位
指标
备注
1
硅炉运行效率
%
2
硅炉年运行时间
D
3
硅炉日平均时间
t/d
4
硅石单位消耗
t/t
正常生产用合格料
5
木炭单位消耗
t/t
启动时用
6
烟煤单位消耗
t/t
7
石油焦单位消耗
t/t
正常生产
8
其它疏松剂单位消耗
t/t
(不用木炭时)
9
电极单位消耗
Kg/t
正常生产
10
产品工艺电耗
Kwh/t
正常生产
11
硅炉面生产能力
t/a
单炉
12
全员劳动生产率
t/a人
13
全员员工人数
人
2台炉
2.9机修
1)就休的任务
主要任务是负责硅炉及生产车间的小修与日常维护,并承担焊建的加工及修复工作。
而生产所需的各种备件的制作、生产消耗件的供应及设备的大修理,均由全厂统筹安排集中外委。
2)机修的组成
机修的设施主要设在机修厂房内,其面积为:
720m2,可设有机修工作间、备品和备件库、工器具库、员工休息室等。
4)机修主要设备
主要设备:
车床、铣床、刨床、要摇臂钻床、剪板机、卷板机、砂轮机电焊机等。
除上述主要设备外,还需配备相关的配套辅助设备和工器具。
2.10检化验
1)检化验的任务
●负责进厂原材料质量的检验、化验及验收工作,定时为生产部门提供详实的化学成分报告:
●负责出厂产品化学成分指标的签订,签发产品分析报告单,并及时将化验数据反馈到生产部门指导冶炼工艺生产。
●负责其他项目的化验分析工作。
2)化验室的组成
化验室由制样间、电加热间、称重件、化学分析间
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