212500kva工业硅矿热炉生产线项目可行性研究报告可编辑.docx
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212500kva工业硅矿热炉生产线项目可行性研究报告可编辑
2×12500kva工业硅矿热炉生产线项目可行性研究报告
2×12500KVA工业硅矿热炉生产线
可行性研究报告
1概述
11项目概述
com项目单位硅业有限公司工业硅矿热炉生产线
com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
com拟建规模工程项目年产165万吨化学级工业硅
com建设地点
12承建单位概况
com单位名称硅业有限公司
com单位地址
com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
13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
14编制依据
com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
com中亚硅业科技有限公司提交的有关设计基础资料
15工程建设的必要性
com必要性
com1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
com2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
com3目标就是要把公司发展成为煤电冶结合
com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
com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
16厂址及建设条件
com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
com建设条件
com1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AlCaFe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1050㎜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
com2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
com3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
com4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
com5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185~204℃
极端最高气温398℃
极端最低气温-22℃
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
17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
com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
com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
com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
com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铬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
com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
18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
21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
com设计符合国家现行的技术法规和产业政策的要求
com各专业设计符合国家有关设计规范的要求
com采用成熟可靠先进的工艺技术
com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
com环保贯彻三同时的原则各种污染须经治理达标后排放
22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
23设计方案
com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-A9960020010002001500030030013化学用硅B级硅Si-B992003002000500200040030013C级硅Si-C990004002001000500501-D级硅Si-D987005003002000500501-一级硅Si-19960030----005冶金用硅二级硅Si-29930040010三级硅Si-29930050020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GBT8170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
com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
31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
32设计内容
com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HKSSPZ20-1250035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KV35
二次额定电压V151
二次电压V175********6163160157154151148145142139136133共15档
阻抗电压短路电压ex4-6
322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[6883]来确定矿热炉正常工作时的二次电压
V2KP13
式中K为电压系数取60-75P是变压器额定功率KVA
因此这次设计时取二次电压V265×125001315085≈151V
二次电流I2477952A
com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
33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
d1024cmΦ1024mm
式中I2为电极电流A△I为电极电流密度55-61Acm2取58计算
根据国内厂家生产碳素电极的标准取电极直径为Φ1050mm
34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
Dgad23×Φ1050Φ2415mm
式中a为极心圆倍数a22-23这里取23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
35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
Dnrd58×1050Φ6090mm
式中r为炉膛内径倍数r58-60这里取58
炉膛内径设计中取为Φ6200mm
36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
hβd25×10502625mm
式中β为炉膛深度倍数β25-28这里取25
炉膛深度这次设计中取为2700mm
37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044Wmk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
38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
39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
310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
311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
312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
313钢平台接电极平台
com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
com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
com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
314其他附属设备
其他附属设备如下
1液压工作站2个
2QDY165t桥式双梁双制动吊车2台
3LD-A型10t单梁电动葫芦吊车2台
4LD-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
252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
2730型装载机1台
28叉车1台
315高低压电气设备
112500KVA电炉变压器2台
23500KVA电力变压器1台
335KV高压进线柜2台
435KV电炉变压器柜2台
535KVPT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
41设计简介
本系统是用于需方每小时00立方米软化水闭路循环水系统含冷却塔系统m3h软化水系统m3h冷却塔系统
原水水源水质未知
com设计规模
com1最终补充水处理系统产水量20m3h冷却塔量为700m3h
com2运行方式24小时运行
com原水水质
未提供的水质报告设计原水悬浮物≤50mgl进水硬度≤8mgNL
com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<006mgNL悬浮物PH值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
com7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
com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m3h20202浊度NTU113SDI≤5≤54承压MPa0606B软化器单台
序号参数名称单位设计值保证值备注1出力m3h20202硬度mgNL≤06≤0625℃com规定和标准
com1 国产设备制造及设计标准
JBT2932-1999《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
GB182411-2001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HGT20677-1990橡胶衬里化工设备ph/50Hz
220V/1ph/50Hz
com5消耗品调试过程所消耗的药品水电由用户提供
com6废水处理排入厂区排水管网
com7其它涉及的设计基础条件将在技术讨论中确定
43工艺系统描述
com工艺流程
系统m3h可以去除水中的钙镁离子防止在系统内部结垢具体如下
com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
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