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工业硅、硅铁项目节能评估报告

内蒙磴口县工业硅、硅铁项目
节能评估报告

内蒙古自治区磴口县呼日德图硅石矿工业硅冶炼厂
二○一一 年 六 月

目 录
第一章 概述 3
1.1 项目概况 3
1.2 评估依据 3
1.3 城市概述 5
1.4 企业简介 7
第二章 项目情况分析 8
2.1拟建项目 8
2.2 项目必要性和可行性分析 8
第三章 能耗指标及分析 14
3.1能源消费种类和环节 14
3.2 基础数据 14
3.3 能耗指标 15
第四章 项目工艺、技术、设备能效指标 19
4.1项目主要生产工艺 19
4.2 主要生产工艺简图 29
4.3 设备能效分析 30
第五章 节能措施分析 43
5.1 节能措施 43
5.2节能效果分析 49
第六章 节能评估结论 50
6.1评估结论 50

28

第一章 概述
1.1 项目概况
项目名称：《内蒙磴口县工业硅、硅铁项目》
建设性质：新建
项目申报及建设单位：
建设地点：内蒙古磴口县工业园
建设内容：新建年产4万吨左右工业硅、5万吨左右硅铁
1.2 评估依据
（一）相关法律法规和规划
1.中华人民共和国节约能源法
2.中华人民共和国可再生能源法
3.中华人民共和国电力法
4.中华人民共和国建筑法
5.中华人民共和国清洁生产促进法
6.中华人民共和国循环经济促进法
7.清洁生产审核暂行办法（国家发展改革委、国家环保总局令第16号）
8.重点用能单位节能管理办法（原国家经贸委令第7号）
9.节能中长期专项规划（发改环资[2004]2505号）
10.关于切实做好固定资产投资项目节能评估审查工作的通知（蒙政办发[2009]42号）
11.固定资产投资项目节能评估和审查办法
（二）产业政策和准入条件等
1.国务院关于发布促进产业结构调整暂行规定的通知（国发[2005]40号）
2.产业结构调整指导目录（2005年本）(国家发改委令第40号 )
3.国务院关于加强节能工作的决定（国发[2006]28号）
4.国家当前鼓励发展的产品、产业和技术目录（2005年本）。
5.中国节能技术政策大纲（计交能[1996]905号）
10.《内蒙古节能减排综合性工作实施方案》
（三）管理及设计方面的标准和规范
1.工业企业能源管理导则GB/T 15587-2008
2.聚氨酯泡沫塑料预制保温管CJ/T 3002-1992
3.工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264－1997
4.用能单位能源计量器具配备和管理通则GB 17167-2006
（四）产品能耗定（限）额方面的标准
1.九种高耗电产品电耗最高限额 （国经贸资源[2000]1256号）
（五）合理用能方面的标准
1.评价企业合理用电技术导则GB/T 3485-1998
2.评价企业合理用热技术导则GB/T 3486-1993
3.蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求GB/T 12712-1991
4.设备及管道保温绝热技术通则GB/T 4272-2008
5．设备及管道绝热效果的测试与评价GB/T 8174-2008
6. 设备及管道绝热设计导则GB/T 8175-2008
7.节电措施经济效益计算与评价GB/T 13471-2008
8.工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法GB/T 1028-2000
（六）工业设备能效方面的标准
1.清水离心泵能效限定值及节能评价值GB 19762-2005
2.中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值GB 18613-2006
3.三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB 20052-2006
4.通风机能效限定值及节能评价值GB 19761-2005
5.冷水机组能效限定值及能源效率等级GB 19577-2004
1.3 城市概述
本项目厂址定于内蒙古磴口县工业园。该工业园区紧邻于鑫牛发电厂，国家铁路、公路穿厂西边而过，运输条件好，除此之外，工业园区内的购地、供电、供水、供气、排水等辅助生产系统已基本完备，能够满足生产需求，而且大量减少了本项目辅助设施、工程的投资。为减少本项目的初次投资，加快建设速度，提供了良好的条件。
磴口县辖4个镇、2个乡、2个苏木：巴彦高勒镇、补隆淖尔镇、协城镇、隆盛合镇、渡口乡、行政划分公地乡、沙金套海苏木、哈腾套海苏木；乌兰布和农场、巴彦套海农场、哈腾套海农场、纳林套海农场、沙漠林业实验中心。2009年，磴口县辖4个镇、4个乡、3个苏木。　根据第五次人口普查数据：全县总人口119561人。
农业主要分布在沿黄河的平原地带上，土地肥沃，水利资源丰富。粮食作物主要有小麦、玉米、糜黍等。1990年粮食产量49950吨。经济作物主要有甜菜、葵花籽、酒花等。闻名中外的河套蜜瓜(华来士)，该县所产质量最佳。牲畜有羊、牛、马、骆驼等。1990年农业总产值11625．1万元。1998年全县农业总产值达到47025万元。在植树造林、治理沙漠方面取得显著成效。工业上有电力、化工、建材、农机、塑料制品、皮毛加工、地毯等门类。1998年工业总产植4337万元。
磴口县境内蕴藏着丰富的矿产资源，目前已发现的有20多种，其中金属矿有金、银、白瓷石饰品铜和铁，非金属矿有红柱石、白瓷石、大理石、花岗岩、硅石、毒砂、云母、石榴子石、钾长石、建筑用砂石、粘土及矿泉水等。已探明储量的铜矿、红柱石矿、白瓷石矿和纯天然矿泉水四种矿产资源，储量可观、品位高、埋藏浅、易开采利用的有铜矿、粘土、红柱石、硅石及矿泉水。
1.4 企业简介
第二章 项目情况分析
2.1拟建项目
本项目拟在内蒙古磴口县工业园，主要产品是工业硅和硅铁。
2.2 项目必要性和可行性分析
2.2.1 项目建设的必要性
中国的工业硅生产始于1957年。上世纪50年代末到70年代末，工业硅生产主要是国内自产自用。1980年，工业硅开始出口，90年代末年出口量达到20万吨以上，2009年出口量增加到近70万吨。现在我国工业硅的产能产量和出口量已均居世界首位，出口的国家和地区数近60个，年出口量已相当于发达国家总消费量的一半以上。
虽然我国是世界工业硅生产大国和出口大国，却不是工业硅出口强国。多年来，工业硅生产和出口的效益一直欠佳，其核心问题是产品质量不高，化学用硅比例小，出口价格低。上世纪90年初以来，工业硅出口的价格经常比国际市场正常价低20％～30％。2007年下半年以来，特别是2008年初以来，我国工业硅出口价格有相当幅度的提高。2007年我国工业硅出口全年的平均离岸价是1381美元／吨，今年1月至5月的平均离岸价上涨到2001美元／吨。但与此同时，国际市场工业硅价格也在迅速上涨，同期美国和欧盟的工业硅现货价也从2200美元／吨左右上涨到3500美元／吨左右。
中国的工业硅价格最低，比最高价低了近一半，严重制约着我国工业硅的发展，所以，进一步提高产品质量，扩大产品品种，是必须重视的一个重要方面。扩大和提高化学用硅生产比例，大力发展化学用硅生产是提高工业硅市场竞争力的途径。化学用硅是指用于有机硅和多晶硅生产的工业硅。从世界范围来看，现在冶金用硅的消费量多于化学用硅的消费量，但随着科学技术的不断发展，化学用硅在有机硅和半导体生产等领域的应用不断拓宽，它广泛用于生产有机硅单体和聚合物硅油、硅橡胶、硅树脂建筑物防腐、防水剂等，具有耐高温、电绝缘、耐辐射、防水等独特性能，主要应用于电气、航空、机械、化工、医药、国防、建筑等行业。作为集成电路核心的电子元器件，以上是半导体硅制品，光纤也是以工业硅为原料生产的。现在美国和欧盟化学用硅的消费量已占工业硅总消费量的一半以上，其消费量趋于稳定增长。所以，提高产品质量大力发展工业硅生产是必要的。
近年来，我国钢铁行业硅铁消费约占国内硅铁总产量的50%，钢铁行业发展的速度直接影响硅铁行业的市场运行和价格走势。2007年，我国正处于工业化过程的前期，而且我国将实施区域协调战略，进一步推进城镇化和新农村建设，保持外贸进出口稳步增长，这都为钢铁消费和产量增长提供了新的增长点和发展空间，钢产量和消费量必将增长。2006年1～6月，我国钢产量1.995亿吨，同比增长18.3%；2006年全年，钢产量将达3.99亿吨，比2005年净增5000万吨。
　　从金属镁行业来看，受国家对“三高一资”产品出口实施宏观调控政策的影响，2005年，我国原镁产量增幅首次低于20%，全年镁产量与2004年基本持平，保持在47万吨。考虑金属镁产量的增长和大量出口是以消耗不可再生的能源和严重污染环境为代价的，国家对金属镁出口的宏观调控政策力度将更大。
炼钢中，硅铁用于沉淀脱氧和扩散脱氧。硅铁还可作为合金剂用于炼钢中。钢中添加一定数量的硅，能显著提高钢的强度、硬度和弹性，提高钢的磁导率，降低变压器钢的磁滞损耗。一般钢种含硅0.15%～0.35%，钢结构中含硅0.40%～1.75%，工具钢中含硅0.30%～0.18%，弹簧钢中含硅0.40%～2.80%，不锈耐酸钢中含硅3.40%～4.0%，耐热钢中含硅1.00%～3.00%，硅钢中含硅2%～3%或者更高。
高硅硅铁或硅质合金在铁合金工业中用作生产低碳合金的还原剂。硅铁加入铸铁中可作为球墨铸铁的孕育剂，且能阻止碳化物形成，促进石墨和析出和球化，改善铸铁性能。
此外，硅铁粉在选矿工业中可作悬浮相使用，在焊条制造业中作焊条的涂料；高硅硅铁在电气工业中也用于制造半导体纯硅，在化学工业中可制造硅醇等。随着钢铁市场的不断发展与完善国内对硅铁的需求也将不断加大，因此新建硅铁冶炼项目是必要的。
2008年发改办高技【2008】301号《国家发革委办公厅关于组织实施2008年度重大产业技术开发专项的通知》第三条中明确指出：“资源综合利用关键技术方面：开发复杂多金属共伴生矿高效开发利用技术、冶炼过程中稀有稀散元素提取技术、”。将高金属矿山二次资源中有价元素高效捕收技术列为国家重大产业技术开发专项内容之一。
从市场角度看，有机硅工业是消费工业硅的另一个大领域。经过近二十年的开拓创新，我国的有机硅工业已步入高速发展期。我国的甲级氯硅烷生产装置的规模和生产技术已接近国外先进水平。我国有机硅工业的巨大进步，打破了国外公司对我国的技术封锁和市场垄断。近几年我国星火化工厂、新安化工集团公司、吉林石化公司等骨干企业都加快了发展步伐。在这种新形势下，国外的道康宁公司等有机硅生产企业，也开始在中国落户。有机硅工业的这些变化，都为工业硅国内用量的快速增长创造了条件。
近一年多以来，新光硅业、中硅高科等高新企业经过艰苦努力和顽强拼搏，已掌握了千吨级的多品硅生产技术，打破了美、德、日等国在这方面的垄断。新光硅业1000多吨的多晶硅项目投入运行后，其产品可用于8 -12英寸的电子级多品硅，太阳能电池用多品硅，可控硅用多品硅三大系列。我国多品硅和太阳能级硅生产领域的开拓和不断扩大，都将推动国内工业硅应用的快速增长。
1985年世界共消耗工业硅约50万吨；1999年世界生产能力70万吨，需求量为90万吨，国内生产能力24万吨，需求量30万吨； 2000年世界120万吨，我国40万吨以上，约占三分之一，年出口量超过了30万吨；2003年世界生产能力150万吨，总需求量为168万吨，短缺18万吨；2007年我国生产能力在100万吨/年。西方对工业硅需求量将以每年15%的速度递增，预计到2011年，世界的工业硅产量将达到200多万吨，中国将成为世界最大的工业硅销售国之一。可以看出，工业硅的市场前景十分看好。
2.2.2 项目建设的可行性
1.符合国家产业政策。
《铁合金行业准入条件》（2008年修订版）及《关于推进铁合金行业加快结构调整的通知》中规定铁合金矿热电炉采用矮烟罩半封闭型或全封闭型，容量为25000KVA及以上（中西部具有独立运行的小水电及矿产资源优势的国家和省定扶贫开发工作重点县，单台矿热电炉容量≥12500KVA），变压器选用有载电动多级调压的三相或三个单相节能型设备，生产工艺操作机械化和控制自动化。本项目矿热电炉采用25000kVA低频矮罩全封闭矿热电炉，配套三相S11系列节能变压器及机械化自控工艺设备完全符合国家产业政策的要求。
2、技术上可行
本项目拟采取热料入炉方法，通过烟气余热将炉料温度从室温加热至100摄氏度左右在加入炉膛进行冶炼，如此一来电耗大幅度下降，并能降低生产成本。
矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。广泛应用于生产工业硅，硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，是冶金工业中重要设备。因此，项目选用技术国内使用厂家众多，成熟可靠，技术上具有可行性。
3. 原材料来源充足可靠
建设工业硅、硅铁项目需要有稳定的适合自身冶炼的矿源，并且能够持续供应，可以有效地减少成本风险。本项目建设地工业园距离磴口县矿区近，交通十分便利，对于大量运输硅石矿十分有利，能保证原材料稳定可靠供应。项目建设地紧邻于鑫牛发电厂，电力供应非常方便。
4、经济效益显著
工业硅、硅铁项目投产后，将实现年新增销售收入8亿多元，新增生产税收5000多万元。同时还会带动当地一大批辅助产业的发展，提供更多的就业机会，带来更大的经济效益和社会效益。
综上所述，项目建设是必要的，技术、资源供应及经济上是可行的。
第三章 能耗指标及分析
3.1能源消费种类和环节
该项目消耗的能源主要为：电力、烟煤、焦末等。
电力：主要用于原材料粉碎电炉冶炼等工序用电，以及辅助、附属生产系统（如；供水等）的电力拖动设备。本项目的外部电源由电厂引入，供电能力可满足本项目年耗电量的要求。
煤炭、和焦末：煤炭，焦末主要用于冶炼工业硅和硅铁使用。
水：主要用于生产系统的除渣、冷却和生活等。工业区附近具有充足的地下水源，排水管网已经形成，水量可完全满足项目日供水需要。
3.2 基础数据
3.2.1原材料
工业硅的主要原材料是硅石矿，辅助原材料有焦油、木炭和石墨电极。对原材料的要求：硅石，SiO2 ≥99%,粒度20-80MM，铁、铝、钙等要求尽量低。焦油、木炭灰份＜3%，净含碳量要高，粒度适中。
硅石矿：本单位自备有硅石矿山，矿山有两个矿区，即一采区和二采区，采矿正编号C150800-201007130066415，两采区内的保有储量5003万吨。目前已投入正常生产，年产量30万吨。
焦油：当地无法解决，只能从陕北、新疆外调，入场现行价800-1000元/吨。
木炭：供应时冷时热，很不稳定，主要是烧木炭的环保问题，但要长期供应还是要立足于技改，利用当地丰富的玉米芯、稻壳来满足生产要求。
项目投产后，硅矿石由巴音乌拉采矿区的破料场汽运到开发区，运距90公里，石油焦木炭等由汽运外购入厂。
3.3 能耗指标
3.3.1 电力消耗
本项目用电量大，工序主要包括矿热炉冶炼用电，公用系统等
3.3.1.1冶炼工序用电
冶炼工序用电主要包括矿热炉加热、还原用电和排烟除尘等用电，矿热炉炉料加热还原用电是本项目最大的用能环节。
冶炼用电功率4×25500KVA，冶炼工业硅吨电耗为13000kw·h，硅铁电耗为7500kw·h此电耗与原料入炉情况和操作有关。
3.3.1.2公用设备用电
公用设备用电主要包括压缩机、环保等设备和工序电耗。各工序及设备电力装机容量见下表3-1。
表3-10 项目各工序电力装机容量汇总表
序号
耗电系统名称
数量，台
装机容量，kW
1
循环冷却水泵
3
250
2
除尘风机
2
280
3
除渣破碎设备
2
200
4
办公照明
1
100
合计
13
1810

公用设备总装机容量合计1810kW，按设备同时率80%，设备负荷率80%，设备工作时间5000小时计算，烧结工序年耗电579×104kW·h。
3.3.1.3项目年总耗电量
该项目年总耗电量包括冶炼工序耗电和公用系统耗电。另外，由于本项目拟上额定功率3000kW余热发电机组，年发电量按5000小时计算为1500×104kW·h，对此电量应从项目耗电中予以扣减，各工序耗电量及余热发电量见下表3-2。
表3-2 项目各工序耗电量汇总表
序号
工序名称
年耗电量，×104kW·h
1
冶炼
89500
2
公用系统
579
3
余热发电
-1500
合计
88579

本项目年耗电量合计为88579×104kW·h。
3.3.2煤炭消耗
每生产1吨工业硅要消耗含SiO2的矿物2.5-3.0t，单是还原二氧化硅，每吨硅就需要消耗固定碳近1吨，这些固定碳是由石油焦、煤和木炭等来提供，生产每吨硅工艺过程要消耗石油焦，煤等碳质物在1.5-2.0t。
本项目年产工业硅近4万吨，需耗焦炭6吨，年产硅铁5万吨，需耗焦炭6万吨，合计耗费焦炭12万吨，折合标准煤123534吨。
3.3.3 水耗
本项目水耗主要有生产用水、消防用水及生活用水，均由自备井供给，其水质、水量、水压能够满足本项目用水要求。
生产用水主要用于制浆、煤气站、抛光机等，生产水复用率可达96%。根据核算，项目新水平均用量为140m3/h，年运行按5000小时核算，年用水量为70×104m3。
3.3.4 综合能耗
通过以上能耗核算，项目年消耗煤炭、焦末和天然气等折标煤123534吨。
项目年用电量为88579×104kW·h，折标准煤为108862吨（当量值）。
项目年耗新水量为70×104m3。
项目综合能耗核算见表3-3。
表3-3 项目综合能耗核算表
耗能品种
单位
年耗量
折标准煤，tce（当量值）
电
kW·h
88597×104kW·h
108862
煤炭等
t
120000
123534
水
m3
700000
——
合计
——
——
232396

由上计算可知，项目年耗电量为88579×104kW·h，年综合能耗折标准煤232396吨（当量值）。
第四章 项目工艺、技术、设备能效指标
4.1项目主要生产工艺
工艺流程图5-1

硅石
金属硅
入库
出 厂
木 炭
石 油 焦
其 他
配料
25500KVA矿热炉熔炼
出炉
浇包

通氧
二次精炼炼
浇铸
精整
化验

从上面的工艺流程图可以看出，使用不同的炉衬和不同的电极，只要辅助原材料的白边，就可以生产硅多种多样的合金，很好的适应市场的需求。原材料在配料场经检查清洗后按一定的比例配成混合料。由推车送到提升机，再到车间第三层，由加料轨道卸入第二层的矿热炉操作平台前，由人工加入炉内。混合好的料在矿热炉内部高温下继续进行电热炭还原，连续熔炼。定时放出金属贵。出炉时用烧穿器打开出水口，将金属硅注入浇包。然后浇包由轨道运至浇铸槽，由行车吊起浇包注入模内，凝固后脱模。运至精整库精整。生产金属硅则必须在浇包内增加通氧精炼工序。

4.2 矿热炉冶炼
本热法冶炼铁合金工艺的主要设备是矿热炉，共有3种类型，即敞口电炉(亦名高烟罩电炉)、半封闭电炉(亦称矮烟罩电炉)和封闭电炉。大型电炉均配有烟气除尘设备或余热回收设备、炉气回收设备。铁合金厂专业化有利于矿石资源和生产产生的废物的合理利用与生产管理。
本项目采用热料入炉，利用烟气可以将常温下的炉料加热至100摄氏度左右，再将炉料置入熔池进行冶炼。
4.3 设备能效分析
4.3.1 供电系统
本项目的外部电源由河东区总体规划统一考虑，由距本工程距离近的110kV变电站供给，供电能力可满足本项目年耗电量的要求。
该项目设10kV配电站一座。电气主接线为单母线、断路器分段接线，10kV配电装置选用KYN28-10Z（F）型手车式高压开关柜，室内布置。厂区配电电压10kV。厂区线路为电缆线路，敷设方式为电缆沟和直埋。
车间变压器选用S11型节能变压器，低压配电装置选用GCK型低压配电柜。主要生产设备电气传动的控制系统与工艺设备的装备水平相适应。
在无功补偿方面，为提高功率因数，减少无功损耗，各车间低压配电室设有自动功率因数补偿装置，使无功功率就地补偿，功率因数达0.95以上；在10千伏母线上采用集中进行高压补偿，使功率因数达0.90以上。符合国家节能要求。
在变压器选型方面符合节能要求。
4.3.2 电力传动及动力配电
电动机一般采用直接起动，为减少大型电动机起动时对系统电压的波动影响，或生产机械不允许有大的起动冲击要求时采用软起动器起动。根据生产工艺要求需变速运行的设备，选择变频调速方式。
在电机选型以及动力配线方案上符合节能要求。
4.3.3 电气照明
根据车间的工作性质及环境特征，生产车间以自然采光为主，设天窗、侧窗，采用混合采光方式。对局部光线不足或照度要求较高的地方铺以灯光照明。
选择相应的照明光源和灯具。露天工作场所及厂房内主要采用高效节能型气体放电灯照明；配电室、控制室、值班室、办公室主要采用荧光灯照明；在工艺操作有要求的场所设置必要的局部照明。中央控制室及重要场所设置应急照明。
车间照明采用具有寿命长、高效节能型光源和灯具，室外露天场所、潮湿的场所和有腐蚀性气体和蒸汽的场所采用防腐型防水防尘灯具，在有爆炸和火灾危险场所采用防爆型灯具。
项目各类场所的照度按国家现行照明设计规范设计，在灯具的选取方面符合节能要求。
4.3.4 主要耗能设备
本项目引进国内先进成熟生产线，主要耗能设备有矿热炉。
本项目选用25500KVA矮烟罩全封闭固定式矿热炉，主要设备如下：
（1）炉体。炉体是由炉壳、炉衬、炉底支撑等构成，炉壳采用14~18mm厚钢板焊接而成的圆筒体，外部焊接有加强筋，以保证炉体具有足够的强度。炉底采用18～20㎜厚钢板，炉体采用25～30#工字钢支撑，自然通风冷却炉底，炉壳设有1～2个出料口，炉衬采用高铝耐火砖和自焙碳砖无缝砌筑新工艺，炉墙厚度为460～690㎜，外敷20㎜厚硅酸铝纤维板。炉底碳砖厚度为800～1200㎜。炉口采用碳化硅刚玉砖，流料槽采用水冷结构。根据需要也可增加水冷炉门。
（2）矮烟罩。采用全水冷结构或水冷骨架和耐热混凝土的复合结构。其高度以满足设备维修的需要，全水冷结构采用水冷骨架、水冷盖板和水冷壁及水冷围板。水冷骨架采用16～20#槽钢制成，三相电极周围内盖板采用无磁不锈钢板制成，外盖板及围板采用Q-235钢板制作，并设有极心圆调整装置和三相电极水冷保护套和绝缘密封装置。水冷骨架和耐热混凝土复合结构采用烟罩侧壁由金属构件立柱支撑并通水冷却，四周用耐火砖砌筑而成，侧壁上设有三个操作门，在炉内大面上，开启方向是横向旋转式，上部有二个排烟口，与其相联的是二个立冷弯管烟道，直通烟囱或除尘装置。
（3）短网。短网包括变压器端的水冷补偿器、水冷铜管、水冷电缆、导电铜管、铜瓦及其吊挂、固定联接等装置。其布置型式可分为正三角或倒三角。不论那种布置，均要求在满足操作空间的前提下，尽可能地缩短短网的距离降低短网阻抗，以保正获得最大的有功功率。
水冷铜管、导电铜管均采用厚壁铜管，各相均采用同向逆并联，使短网往返电流双线制布置，互感补偿磁感抵消。中间铜管用水冷电缆相连，冷却水直接从水冷铜管经水冷电缆、导电铜管流入铜瓦，冷却铜瓦后经返回的导电铜管、水冷电缆、水冷铜管流出炉外。运行温度低，减少短网导电时产生的热量损失，能有效提高短网的有功功率，同时铜管重量轻，易加工安装，大大减少短网的投资。
（4）电极系统。电极系统由把持器筒体、铜瓦吊挂、压力环、水冷大套、电极升降装置、电极压放装置等。在电极系统上我们采用了国际先进的德马克，南非PYROMET等技术，如采用悬挂油缸式的电极升降装置，能灵活、可靠、准确地调节电极的上、下位置。上下抱闸和压放油缸组成电极带电自动压放装置。
电极系统共三套，每套包括电极筒1个、把持筒1个、保护套1个、压力环1个、铜瓦6～8块。把持器的作用把持住自焙电极，保护大套、压力环、铜瓦依顺序都吊挂固定在其上面，每根电极上设6～8块铜瓦，是通过压力环上的油缸和顶紧装置，形成一对一顶紧铜瓦，压力均匀，可保证铜瓦对电极的抱紧力均衡，铜瓦与电极的接触导电良好。把持器上部由台架与二个升降油缸联接，油缸的支座是固定在三层平台的钢平台上，在钢平台上一定的范围内根据需要可调整极心圆。每根电极上设有单独电极自动压放装置，由气囊抱闸（或液压抱闸）抱紧电极，充气气囊抱紧电极，放气气囊松开电极；上、下气囊抱闸由导向柱和压放油缸相联接，下气囊抱闸与把持筒相联接，冶炼时下气囊始终抱紧电极，只在压放时才与上气囊配合交替松开夹紧电极，完成压放动作。
（5）冷却水系统。冷却水冷系统是对处于高温条件下工作的构件（包括短网、压力环、保护大套、炉壳、烟罩、烟囱）进行冷却的装置，它由分水器、集水箱、压力表、阀门、管道及胶管、接头等组成。短网（包括水冷铜管、水冷电缆、铜瓦）压力环的水路专门设有放水装置用于检修、抢修时可快速排水。水冷短网及压力环、保护套的冷却水要求：软水，进水温度≤30℃，出水温度≤50℃。
（6）主要电气设备包括：a矿热炉变压器。采用低损耗节能型壳式矿热变压器，有载电动调压，强循环，油水冷却器，阻抗电压4~6%，一次侧电压可为35～110KV，二次侧电压分为5~27级（不同容量变压器和不同冶炼品种采用不同的二次电压级），前几档为恒功率，后几档为恒电流，并要求超负载能力＞25%，采用侧出线管式联接方式。b高压供电系统。高压供电系统由35KV（或110KV）馈电经变压器隔离开关，真空断器送至电炉变压器，同时可以根据用户要求设计谐波吸收装置和一次补偿。c压供电系统。设动力变压器，动力电源送至主室动力柜，送至水泵、变压器、调压装置、控电电源、PLC电源、液压站及空压机室，低压可以增加二次补偿。
（7）主要辅助设备包括：a上料、加料系统设备。上料设备可选用皮带上料，单斗提升机上料，斗式提升机、料斗、料罐和单梁电动葫芦上料。加料设备可选用布料小车，钢料仓→下料管→电磁振动给料机→自动插板阀→下料管。b出炉设备：铁水包、铁水包龙门吊钩、运包车、地卷扬机。c浇铸锭模。d捣炉机、加料机、烧穿器。e除尘设备。f高压补偿及二次低压补偿。
项目选用4×25000KVA矮烟罩全封闭低频矿热炉，能有效降低电能消耗，符合节能的要求。
第五章 节能措施分析
5.1 节能措施
5.1.1 矿热炉入炉料采用改进的热装技术
本项目采用了改进的热料入炉冶炼工艺，矿热炉入炉料采用了冷装料仓预热工艺，高温烟气将常温的炉料预热至100℃左右时对原料进行装炉冶炼。从而使矿热炉减少了炉料升温时间，提高了生产效率并降低了电耗，相比冷料入炉工艺，平均每吨镍铁产品节电约2000kW·h。按设计生产规模算，年均节电1亿千瓦时。
5.1.2 余热发电技术
本项目工业硅、硅铁生产过程中存在大量的余热资源可以回收利用。
5.1.2.1 冶炼
通常冶炼环节中，矿热炉排放大量的余热资源，包括炉渣和铁合金产品，以及900℃以上的烟气资源按GB/T 1028-2000《工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法》规定，此类余热资源属于一级余热资源，应优先加以回收利用。
矿热炉余热回收发电系统是将矿热炉产品显热回收、烟气余热回收、烟气中CO燃烧热能回收和低压低温发电技术综合在一起的矿热炉综合余热回收发电系统。该项目拟在项目投产后，经过检测，制定回收烟气余热、铁、渣显热方案，项目拟选择的余热发电技术具有如下特点：
5.1.2.2.1技术特点如下：
①将密闭热风隧道窑技术应用于矿热炉产品显热回收发电。该发电系统利用热风隧道窑，将出炉产品引入热风隧道窑内并密封，用干燥后的空气对其显热进行热交换，输入余热锅炉，生成工业蒸汽，使显热回收更加彻底。
②将热风炉应用于烟气中CO燃烧热能回收发电。该发电系统利用热风炉将烟气引入其中,充分燃烧掉烟气中的CO,通过二次配风使烟气温度从1400℃降低到800℃，热交换后输送至余热锅炉，生成工业蒸汽用于发电，使出炉烟气控制在200℃，再经袋除尘器排入大气，既解决了余热锅炉的安全问题，同时又延长了余热锅炉和袋除尘器的使用寿命。使整套发电系统运行更加安全。
③烟气余热回收发电首次采用三级除尘技术，彻底清除烟气中的粗颗粒、中细颗粒及细颗粒粉尘，使烟气排放达到国家排放标准。该发电系统采用三级除尘技术，将生产过程中产生的大量烟气经引风机输送至重力除尘器进行一级除尘，除去＞50um 粉尘粒子；经高温旋风除尘器进行二级除尘，除去 ＞10um,＜50um 粉尘粒子；二级除尘后的烟气输送至热风炉，经一次配风，充分燃烧掉烟气中的CO, 再经二次配风使烟气温度降低到600℃－800℃，送至余热锅炉进行热交换，烟气温度控制在200℃；出炉烟气（CO气体已充分回收）送至袋除尘器，进行三级除尘，除去＞0.2um, ＜10um粉尘粒子，使烟气排放达到国家排放标准。
矿热炉余热回收发电系统包括水处理系统、给水除氧系统、废热回收系统、汽轮发电机组、热工仪表及自动保护报警系统。
本技术的优点在于将企业丢弃的大量高品位热量进行回收利用，并转化为企业所必需的二次能源——电力供企业内部使用，实现了产销一体化。发电成本只有电网电价的8～15％，不仅提高了资源的综合利用率，同时降低了企业的生产成本，还避免了电网检修、限电及雷雨大风天气等因素停电给企业造成的经济损失。本装置自动化水平较高，操作简便，维护方便、运行可靠，无二次污染。
本项目拟建2000-3000KW余热发电机组，年发电约1500万千瓦时。
5.1.3 其他节能工艺、技术措施
该项目在节能工艺、技术方面采取了如下其他措施：
①科学选择矿热炉炉料的粒度和配比，既可高产，又可节能。
②主要耗能单元的能源消耗均设计量仪表，为企业的能源管理提供数据支持。
③生产车间以自然采光为主，设天窗、侧窗，采用混合采光方式。对局部光线不足或照度要求较高的地方铺以灯光照明。
④生产车间采用有组织的自然通风，即大门、侧窗进风，天窗排风，局部铺以机械通风。
⑤工程生产用水尽可能循环使用，循环水复用率达96%，满足钢铁行业对循环水复用率大于80%的要求，可节约大量新水。
5.1.4 设备节能
5.1.4.1 电气设备：
①车间变压器选用低耗节能变压器，并靠近使用负荷点配置，减少了线路损耗。
②为减少变压器无功电流引起的损耗，在低压侧采用集中补偿措施，通过补偿，功率因数达到0.95以上，提高功率因数，减少无功损耗。
③辊道窑、压力机等主要用电设备选用变频调速装置，减少了设备电耗。
④电动机选用Y型电动机，它具有高效节能、噪音低、振动小、运行安全可靠等优点。合理选配节能型电动机，提高电动机的拖动效率和使用效率。
⑤为节省照明用电，采用高效节能的金属卤素灯，单灯配有电容补偿器，并按生产需要合理分区控制，提高灯具和光源效率。
⑥循环水泵站靠近车间就近布置，减少沿途降压损失，节约用电和投资。
5.1.4.1矿热炉节能
5.1.4.1.1 矿热炉低频电源供电系统
Ⅰ低频电源矿热炉的特点。低频电源矿热炉既兼有直流和交流供电的诸多优点，又避免了交流供电端网阻抗大、直流供电电弧偏移的缺点。由于频率低(如0.05Hz)，近于直流，其电抗可忽略不计，因而具有直流的优点，而且还是交流、三相电极、无底电极，克服了直流的弱点，使运行中起弧容易，电弧稳定。
①提高了功率因数，增强电炉变压器的供电能力。由于短网感抗L及电抗X都大幅度降低，在运行中功率因数均大大提高。
②炉底温度提高，电极消耗下降。低频电源使电流的集肤效应减少，整个电极截面通过的电流均匀，电极表面密度减少，外层温度下降，氧化消耗速度减少，从而使电极消耗下降。由于频率低，近于直流，避免了交流供电强弱相间的功率转移，三相供电平衡，电弧稳定，炉底热量集中，有利于提高炉底温度，促进了炉内还原反应的进行，也有利于铁水温度的均匀和控制炉底的上涨，这对某些品种(如CaSi，BaSi等)的冶炼过程中控制炉底上涨更为重要。
③提高了有功功率，增加了电效率。阻抗减少了，短网有功功率的损失也随之下降，从而使输入炉内的有功功率增加，提高了有功功率的利用效率。
Ⅱ低频电源矿热炉的应用及效果。低频电源矿热炉产品结构合理，运行可靠，性能优良，其功率因数比原来提高10％～15％，达到0.92～0.94，电极消耗降低约25.7％，变压器输入的有功功率增加10％～15％，与同容量的交流工频矿热炉相比，可节电5.73％，噪声降低约15dB.
5.1.4.1.2矿热炉CO回收利用
本项目采用矿热炉为矮烟罩式全封闭，通过改善矿热炉操作，实现CO气体炉内燃烧，提高烟气温度。从而提高了余热利用的效果。
5.2节能效果分析
5.2.1 名义节能量核算
该项目通过采用矿热炉炉料热装技术工艺和余热发电技术后，项目名义节能量核算见表5-1。
表5-1 项目节能量核算表
序号
项目
单位节能量
产量
节能量，kW·h
1
炉料热装
2000kW·h/t
90000t
18000×104 kW·h
2
余热发电
3000 kW·h/h
5000h
1500×104kW·h
3
节能量
23965tce
通过上表计算，与冷料入炉工艺相比,按年生产工业硅、硅铁产品90000吨，设备年运行5000小时核算，年可节电19500 ×104kW·h，折合标煤23965吨。
通过采用一系列的节能工艺和节能措施后，本项目的综合能耗能有一定程度的降低，从而进一步降低生产成本，提高企业的经济效益。
第六章 节能评估结论
6.1评估结论
内蒙古自治区磴口县呼日德图硅石矿工业硅冶炼厂的发展基础和优势，以发展硅产品为出发点，新建年产5万吨硅铁、4万吨工业硅生产线项目，符合国家国家资源利用的产业政策。
本项目使用改进的热料入炉工艺，注重余热的回收利用，并对矿热炉等大型用电设备使用了低频电源、全封闭矮烟罩器煤气回收等成熟的节能技术，整体生产工艺具有环保和高效的优点，基本符合节能减排要求。
通过采用一系列的节能工艺和节能措施后，本项目的综合能耗能有一定程度的降低，从而进一步降低生产成本，提高企业的经济效益，可见项目实施有助于我区节能目标的完成。