2×12500kva工业硅矿热炉生产线项目的可行性研究报告.doc

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1、212500KVA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212500KVA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

2、处 工业园，占地 亩，212500KVA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

3、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

4、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、

5、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。1.6.2.2、 供电条件新建212500KVA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.

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 18.520.4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

7、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、

8、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12

9、0140万吨/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6070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

10、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1450016000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

11、的特点和条件，综合论证后，确定项目的建设内容为212500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212500KVA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GB2881-2

12、008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-199.600.30-0.05冶金用硅二级硅Si-299.300.400.10三级硅Si-299.300.500.20注：1. 化学用硅指经化学处理后用于制取有机硅等所的工

13、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/T 8170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、1050mm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

14、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

15、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

16、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=6.5125001/3=150.85151V， 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

17、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=1024mm，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1050mm。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

18、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=2.31050=2415mm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2500mm。 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

19、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=5.81050=6090mm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6200mm。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

20、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=d=2.51050=2625mm式中为炉膛深度倍数，=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，

21、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/mk）、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

22、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

23、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

24、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

25、通水冷却集烟罩。每台炉两根钢烟囱，烟囱直径不小于1800mm,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

26、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（6010）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12

27、mm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12mm Q235A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

28、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：1050mm；极心圆直径：2500mm；炉膛直径：6200mm；炉膛深度：2700mm；炉壳直径：8000mm；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6010，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

29、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1050mm，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

30、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（30002000六套）；（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

31、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

32、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

33、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8 mgN/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

34、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

35、NTU113SDI554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/L0.60.6254.2.6、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GB 50050-2007 工业循环冷却水处理设计规范管道法兰执行化工部（HGJ4591）标准GB 18241.1-2001 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（GB57

36、49-85）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。380V3ph50Hz 220V1ph50Hz4.2.7.5、消耗品：调试过程所消耗的药品、水、电由用户提供

37、；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1500mm的机械过滤器，流速控制在1014m/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

38、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1200mm的软化器（两台），流速控制在1820m/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1200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

39、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

40、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 + 2NaRCaR2 + 2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2NaRMgR2 + 2NaHCO3 非碳酸盐硬度（永硬）软化过程： CaSO4 + 2NaRCaR2 + Na2SO4 CaCl2 + 2NaRCaR2 + 2NaCl MgSO4 + 2NaRMgR2 + Na2SO4 MgCl2 + 2NaRMgR2 + 2NaCl 也可以用综合上述反应式的离子式表示： Ca2+ + 2NaRCaR2 + 2Na+ Mg2+ + 2NaRMgR2 + 2Na+ 4.3.3.

41、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 + 2NaCl2NaR + CaCl2 MgR2 + 2NaCl2NaR + 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

42、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810%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5.0m，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

43、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:a) 设备采用玻璃钢罐体。b) 设备内部进水和集水装置的布水均匀。c) 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:a) 设备玻璃钢罐体。b) 设备内部进水和集水装置的布水均匀。c) 所有容器内部装置、管件、部件等在发货前

44、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