21000KVA工业硅炉技术分解

新疆泰格硅业有限公司21000KVA工业硅炉项目技术资料陕西合元冶金机电有限责任公司二O一五年十月陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第2页HYHeyuanyejin一、基本资料1、工业硅的牌号根据目前市场要求，冶炼产品为化学级工业硅，化学成份性能要执行GB2881-91的规定，工业硅质量应符合下表要求。牌号化学成分Si含量(%)杂质含量(%)FeAlCaP1515级99.6%≤0.15—≤0.015≤0.004%2202级99.5%≤0.2≤0.2≤0.02≤0.004%2203级99.5%≤0.2≤0.2≤0.03≤0.004%2503级99.5%≤0.2—≤0.03≤0.004%3103级99.4%≤0.3≤0.1≤0.03≤0.005%3303级99.3%≤0.3≤0.3≤0.03≤0.005%411级99.2%≤0.40.04—0.08≤0.1—421级99.2%≤0.40.1—0.15≤0.1—441级99.0%≤0.4≤0.4≤0.1—553级98.5%≤0.5≤0.5≤0.3—2、主要原材料要求根据目前工业硅冶炼工艺发展，结合当地还原剂储备等情况，本方案还原剂以煤、石油焦为主。2.1主要原材料硅石、碳质还原剂是冶炼工业硅的主要原料。（1）硅石SiO2Fe2O3Al2O3CaO99.00%0.15%0.3%0.2%硅石粒度要求20~80mm，其中小于20mm不大于20%，粒度合格率要求在90%以上。陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第3页HYHeyuanyejin对硅石原料的处理，大数量的机械破碎应放在矿山，因为进行机械破碎，存在损耗大（8～28%）的问题，筛出的细粒，可以统一处理生产石英沙。而入厂的硅石应基本符合块度要求，个别大块的需挑出来进行人工破碎，只需要1～2人即可。采用机械设备清洗硅石，可以用六角筛或圆筒筛，从入口处浇水。除了配备六角筛或圆筒筛外，还需配进矿皮带机和出料皮带机。（2）工业硅冶炼所需的还原剂很多，但以木炭冶炼为基本方式；根据目前工业硅冶炼工艺发展，结合当地还原剂储备等情况，本方案选用石油焦、精洗煤、木片等几种还原剂混合使用。各种还原剂的物理化学要求如下：（2.1）石油焦石油焦的物理状态，粒度0～30mm，其中小于3mm的含量应小于入炉总量的20%，过筛30mm以上的破碎。（2.2）精洗煤固定碳灰分挥发分水分70%≤8%20%8.5%采用经过水选的粒度均匀的小块煤。煤的物理状态，粒度5～30mm，其中小于1mm的含量应小于入炉总量的20%，煤高温比电阻大，化学反应性好，气孔率高，粒度合格率在90%以上。（2.3）木片木片应不含泥沙、铁钉等杂质。木片的物理状态：10～150mm，小于30mm的含量不大于20%。2.2辅助材料：生产所需高品质碳素电极，氧气等辅助材料均由市固定碳灰分挥发分水分86%0.4%12%0.74%陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第4页HYHeyuanyejin场购进。3、生产工艺流程简述3.1生产工艺流程图硅石石油焦煤木片破碎筛分破碎水洗筛分合格料合格料合格料合格料称量称量称量称量冷却塔电炉冷却水配料烟气处理循环水池电炉变压器空气冷却器电电炉熔炼变压器冷却水旋风除尘精炼空压机空气、氧气液体硅除尘箱体取样分析定级粉尘收集铸锭清整台包渣加密固体硅破碎包装精整入库筛粉合格粒度硅块称量包装入库陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第5页HYHeyuanyejin3.2工艺流程简述工业硅是以还原剂（煤、石油焦、木片等）和硅石为原料在电炉内通过电热法冶炼的。硅石经过水洗去泥土等杂质，煤、石油焦破碎到一定粒度。合格原料通过装载机将原料装入相应配料料仓，配料料仓共6个，其中硅石、煤各2个，木片、石油焦各1个。各料仓下部装震动给料机、称量装置等设备，通过PLC自动控制，将各种原料按工艺配比进行称量后落在下部的混料皮带上，再通过运输机将配好的原料输送至冶炼跨的暂存料仓。加料车从暂存料仓中接到原料，视炉口料面情况不断加到炉内，炉心料消耗快要及时补加，使炉心料保持饱满呈馒头状。装入炉膛的原料通过拨料车将原料按工艺要求分布均匀。工业硅是在半封闭式电炉内连续进行生产的，由变压器导入的电流，通过电极进入装满炉料的炉膛内部。冶炼过程中电流通过电极及炉料电阻产生的热量和电极端的电弧热将炉料加热到2000℃以上，在这一温度下二氧化硅被碳还原生成了工业硅液体和一氧化碳（CO）气体，CO气体通过料层逸出，并将炉料预热。冶炼过程连续进行，电极在炉内有适当的工作深度，稳定地插在炉料中，埋弧操作，随料面的下降塌料时，用三台捣炉机捣炉后立即加料，使料面保持一定高度的馒头形状时开始闷烧。定时用烧穿器打开炉口放出工业硅，工业硅液体从炉口流入硅水包内，在开始烧炉眼时，由硅水包底部通入氧气、空气混合气体，以便除去硅水里面的钙、铝等、杂质。在硅水流接近终断时及时用电极糊和焦粉制成的泥球堵塞炉口，由电动包车将硅水包运到浇铸间浇铸到锭模内，迅速冷却后成硅锭。本设计每3小时出一炉，每班出3～4炉。硅锭冷却后，由起重机吊出，按出炉编号堆放在浇铸间。由小车运陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第6页HYHeyuanyejin到成品库内，人工进行破碎、分级、称量、包装、入库、储存。包装按GB/T-5956-1995中规定的技术条件要求包装。每袋净含量1000±5kg标准定袋。冶炼中产生的烟气经烟罩上的两根烟囱进入除尘烟道，每一根烟囱分别接一个除尘烟道，经过冷却器、选粉分离器、风机进入除尘器，经处理后的烟气排放浓度达到相关规定排放标准。除尘器收集到的微颗粒（微硅粉）经加密设备进行密度增加后定时排出。4、生产规模4.1理论产量计算Q=H·Cosφ·Ps·k·k1·k2·k3÷W=24×0.92×21000×1.25×0.98×1×0.95÷12500≈43.11t/d年产量约12800t(按年生产330天)式中：Q——电炉的日产量（t/d）H——每天生产时间（24h/d）Cosφ—电炉功率因数，取0.92（补偿后）PS----电炉的额定功率（21000KVA）K——电炉使用功率系数，取K=1.25，即长期超载25%运行K1——电源波动系数（一次电压），取K1=0.98K2——变压器功率利用系数，取K2=1K3——时间利用系数（作业率），取K3=0.95W——工业硅冶炼电耗，约取W=12500KWh/t4.2生产规模：根据业主介绍，已为该项目准备的场地为570×930米的空旷场地，拟建24台21000KVA工业硅炉，达到年产34万吨工业硅生产能力。陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第7页HYHeyuanyejin4.3工业硅炉规格及炉型选择：根据业主要求：该项目工业硅炉选三台单相变压器，每台变压器的功率为7000KVA。由业主考虑增加补偿装置，补偿后的功率因数达到0.9～0.92，其有功功率将达到19320KVA。本方案将按此进行设计。考虑到工业硅的冶炼工艺，结合国内工业硅炉生产和建设情况，业主决定炉型选择半封闭中烟罩集烟箱旋转式矿热炉。根据业主提供的场地情况，我们做了《工厂工艺平面布置图》、《21000KVA工业硅炉立面图》，随附在后。说明：随附图是以业主提供厂区尺寸为基础，设计的24×21000KVA工业硅炉平面布局示意图及立面图，仅供参考。具体布局经业主确认后再做相应调整。陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第8页HYHeyuanyejin二、设计方案1、技术工艺参数序号项目单位参数备注1变压器视在功率KVA3×70002一次侧电压KV353二次侧电压V148-169-2084二次侧电压级数21级，级差：3V5二次侧最大电流A717436常用二次电压V1787常用二次电流A681168炉型旋转圆柱体、平烟罩矿热电炉9生产品种工业硅10电极直径mm1272高级碳素电极11电极电流密度A/cm26.0312极心园直径mm3000±100可调13炉壳直径mm9000内径14炉壳高度mm535015炉膛直径mm690016炉膛深度mm300017出炉口个5个18烟罩高度mm320019电极工作行程mm120020电极升降速度m/min0.521功率因数cosφ0.92补偿后2、变压器基本参数序号项目单位参数、型号备注1电炉变压器HKDSPZ7000KVA/35KV3台单相2额定容量KVA3×7000KVA长期超载25%运行3一次电压KV35陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第9页HYHeyuanyejin4二次侧电压V148-169-2085二次电压级数216抽头间电压差V21级，级差3V7二次侧最大电流A45000相电流8常用二次电压KV1879常用二次电流A42799相电流10短路阻抗ex%≤6%11调压方式有载电动调压12冷却方式强迫油循环水冷却13相数三相14频率Hz5015出线方式侧出线16出线端子数个2017出线端子规格mmφ78×10.5，长度200mm端部加工18绝缘水平L1200AC8519工作环境户内式(-30～+40℃)20变压器轨距mm1505国家标准3、方案概述根据项目要求，我们的设计本着规划合理、使用方便、经济实用为原则进行设计。贵公司6台规模21000KVA工业硅炉，可布置在一个车间，。设备的选型为：旋转式中烟罩集烟罩式电炉。配料、加料：采用自动配料、加料车加料、捣炉机捣炉的方式。烟罩系统：由于工业硅冶炼温度比较高，烟气量较大，设计的烟罩采用中烟罩形式烟罩炉门采用液压提升，中烟罩中心部分全部采用不锈钢材质，减少涡流。短网系统：采用三台单相变压器，每根电极选用10块锻造铜瓦，导电铜管选用φ70×10，其电流密度为2.08A/mm2，水冷电缆截面积陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第10页HYHeyuanyejin2000mm2，其电流密度为1.96A/mm2。把持器系统：升降采用油缸升降，电极的压放全部采用液压控制。其中电极系统压力环选用波纹压力环，环体材质选用不锈钢；水冷保护套分上保护套及下保护屏两节，上保护套由四片组成，下保护屏由10片组成，材质选用不锈钢；压放系统抱闸选用液压抱闸，机械抱紧液压放松。出炉系统：采用烧穿器烧开炉眼，卷扬机将硅水包从炉前运至浇注间，行车起吊浇注，冷却后从锭模夹出，人工精整破碎。配套水冷系统、液压系统、吹氧精炼系统等。为了保证除尘效果，建议除尘设备每一台矿热炉配套一套除尘环保系统，采用较高标准配置的除尘系统。陕西合元冶金机电有限责任公司TEL：029-86289031FAX：[phone]E-mail：[e-mail]第11页HYHeyuanyejin三、电炉主体结构1、炉壳部分1.1炉壳形式：圆柱体形；1.2炉壳材质：Q235A；1.3、材料厚度：炉壳圈、竖加强筋、水平加强筋δ=16mm；出炉流槽、炉壳底板δ=25mm；1.4、加强筋宽度、块数、分布：竖筋46条、水平箍8道，筋宽150，圴匀分布；1.5、在炉壳120°方向设置三条不