【導讀】、項目內(nèi)容：建設2×12500KVA工業(yè)硅礦熱爐生產(chǎn)線及相關輔助生產(chǎn)設施；硅業(yè)有限公司是一家是具有獨立法人資格的民營企業(yè)公司。?！半娨薄敝?，公司的地理位臵優(yōu)越，公路、鐵路運輸十分方便。學工業(yè)硅礦熱電爐工程于年月投產(chǎn)，業(yè)基地決策，于年月經(jīng)政府批準設立的。年月日正式成立，隨即。又被列為省重點開發(fā)區(qū)。、中亞硅業(yè)科技有限公司提交的有關設計基礎資料。的重要組成部分，是逐步縮小地區(qū)差距，達到共同富裕的必然要求。本地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展具有一定的促進作用。、工業(yè)硅在制取鋁合金方面的用量，約占總用量的50%以上。70以上，截止2021年底我國的工業(yè)硅出口量在50萬噸以上。目前，工業(yè)硅的價格：化學級工業(yè)硅的銷售價格為14500～16000元/噸。、各專業(yè)設計符合國家有關設計規(guī)范的要求；、環(huán)保貫徹“三同時”的原則，各種污染須經(jīng)治理達標后排放。

　　

【正文】 礦熱爐的無功呈感性，因此通常補償采用電容器。根據(jù)補償點選擇在高壓側或低壓側，分為高壓補償（一次側補償）和低壓補償（二次側補償），并且根據(jù)補償點 的電壓等級選配電容的電壓等級；根據(jù)爐子的容量和自然功率因數(shù)以及補償后的目標功率因數(shù)確定電容的容量。 但是，由于電容補償在電氣原理方面和電容本身構造方面的原因，補償存在一系列問題。高壓補償和低壓補償也存在不小的差異。 自 20 世紀 80 年代起，源于電力電子器件和計算機技術的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了全新的無功功率補償方式和相應的裝臵，這就是“靜止式無功發(fā)生器”，代號為 SVG。 為了說明 SVG 在礦熱爐補償方面具有的優(yōu)勢，本《簡介》將首先對 SVG 的原理作簡要說明，然后對 SVG 補償與電容補償進行比較，并對高壓補償和低壓補償作出比較。 26 、 靜止型無功發(fā)生器 SVG 原理簡介 ． 1 礦熱爐低壓補償單線圖及 SVG 主回路拓撲 描述 ： 在低壓側，一般為短網(wǎng)固定部分的尾端作為補償器的接入點。 礦熱爐低壓線電壓約為 130V～ 200V，通過有載或無載分接開關調壓。 SVG 補償主回路由大功率電力電子器件 IGBT 構成三相逆變橋。元件都有反并聯(lián)的功率二極管續(xù)流，并向逆變器電容充電。 逆變器電容不起提供無功功率的作用，工作于直流狀態(tài)，僅起為逆變器提供開通電平的作 用，因此其容量遠遠小于無功補償量。 逆變器通過濾波系統(tǒng)的接入電感接入短網(wǎng)，濾波器的電感和電容濾除逆變器開關頻率附近的諧波。 補償器是功率模塊，模塊容量 680KVAR，根據(jù)補償總容量的要求，配臵不同數(shù)量的模塊并聯(lián)接入。各模塊在中央控核指令指揮下按主動方式補償。因此，不存在均流問題。發(fā)生故障的模塊可方便退出工作，不影27 響其它模塊正常工作。 2． 2 SVG 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)原理描述 ?通過一次側電流互感器對三相輸入電流實時檢測，并經(jīng) A/D 變換送入運算環(huán)節(jié)。 ?經(jīng)矢量變換，應用瞬時功率原理 取得模塊補償電流指令。根據(jù)系統(tǒng)軟件，此電流指令可以包含靜態(tài)、動態(tài)無功； 51 次及以下諧波；三相平衡化補償電流。 ?運算空間矢量調制相關數(shù)據(jù)，作出各橋臂開關邏輯決策。 ?向模塊驅動電路發(fā)出開 /關信號。 ?按照設定的開關周期重復上列過程，實現(xiàn)高精度補償。 控制系統(tǒng)結構描述 補償控制系統(tǒng)分為二個層面：指令控制層和開關控制層。層間由高速通信聯(lián)系。 指令控制層指令層的控制器（ CCC）是一個高性能的嵌入式計算機，它的任務都是涉及全局的。 ?任務 1 ：對系統(tǒng)輸入電流 i1采樣并作變換。 ?任務 2 ：補償電流指令運算。 這個指令是指系統(tǒng)在已補償?shù)臈l件下，對基波正序無功電流的缺口值的需求量。 ?任務 3 ：向模塊廣播此電流指令。 ?任務 4 ：執(zhí)行人機界面一應任務。 ?任務 5 ：綜合故障，并處理。 28 ?任務 6 ：直接或指揮 PLC 控制電極調整操作電阻。 開關控制層 開關控制層的控制器（ DLC）同樣是高性能的嵌入式計算機，只不過芯片組成與CCC不同，每一個模塊都有 DLC，其任務只涉及本模塊。 ?任務 1 ：接收 CCC 發(fā)來的電流指令。 ?任務 2 ：對本模塊輸出電流 ic采樣并作變換。 ?任務 3 ：根據(jù)任務 1 和任務 2 所得數(shù)據(jù)運算各橋 臂開關邏輯，并發(fā)出開關信號。 ?任務 4 ：對本模塊電容電壓 Uc 采樣。根據(jù)正式運行前調試設定的電壓值（亦即逆變器電 平值）執(zhí)行電壓閉環(huán)，以控制 Uc。 ?任務 5 ：檢測本模塊故障。故障時切斷輸出，并向 CCC 發(fā)出故障信號。 比 較 項 SVG 補償 電容投切補償 固定電容 FC 或開關、接觸器等機械投切 MSC 晶閘管投切 核心器件 GTO 或 IGBT 等 電容器、高低壓電器元件 電容器、晶閘管、電感器等 補償?shù)臒o級特性 無級連續(xù)補償，補償精確。 有級補償，欠補及過補頻繁 有級 補償，欠補及過補頻繁，采用編碼方式可改善。 補償?shù)膶崟r性與動態(tài)性能 開關頻率高達 8～ 10KHZ，補償實時性與動態(tài)特性極好。響應時間約 。 機械動作緩慢，補償實時性與動態(tài)特性不好。 優(yōu)于 MSC，響應時間約 10mS。 對諧波的反應 補償電流指令只根據(jù)檢測出來的無功需求運算取得 ,任何自身負載的諧波或供電網(wǎng)路諧波電流都不會流入補償器，是主動型補償。 由于電容器是并聯(lián)接入網(wǎng)路的 ,一旦接入就是被動型的補償，不能阻擋交流電流流入。尤其嚴重的是當電容器的參數(shù)與變壓器等感性設備的參數(shù)諧 振于某頻率時，內(nèi)外諧波電流都會被極度放大，導致電容支路上的器件燒毀或提前老化。 對接入點電壓的 反應 接入點電壓變化對 SVG 無影響。這一特點對礦熱爐低壓補償尤為重要和有利。 電容器的補償容量大小與電壓的平方成正比，因此，當?shù)V熱爐等設備因工藝需要通過分接開關調整二次電壓時，補償容量會發(fā)生極大的變化?；蚍催^來根據(jù)可能的最低電壓決定容量，根據(jù)可能的最高電壓決定電容耐壓，就需要大量增加投資。 對諧波和三相不平衡處理能力 可在補償動態(tài)無功同時濾除諧波和糾正三相不平衡?？蔀V除任何次數(shù)的諧波。 完全無 這方面的能力。 無此能力，除非增加諧振電抗器構成無源濾波器，方能濾除選定次數(shù)的諧波。 接下頁 三相分補能力 極強的三相分別運算和補 不能分補 可分補，但需使用單相29 1． SVG 補償與電容補償?shù)谋容^表 2． 礦熱爐高壓補償與低壓補償比較表 比 較 項 低壓側補償 高壓側補償 有功功率傳輸 爐變和短網(wǎng)是全系統(tǒng)功率因數(shù)最低的部件，低壓側補償使爐子所需的無功功率改由補償器提供，無功電流不再流過爐變和短網(wǎng)（補償點前的部分），除避免了這部分無功電流在爐變和短網(wǎng)上的損耗外，在等同容量的情況下，爐變和短網(wǎng)傳輸?shù)哪芰ο鄳岣吡?，在一次電流不變的情況下，電爐輸入有功功率大大增加，生產(chǎn)能力和效率得以提升。 由于補償點在爐變之前，故從爐變起的后面部分未有改變，僅能改善供電方面的功率 因數(shù)，降低線損。對冶煉作用較小。 補償?shù)膶崟r性與動態(tài)性能 采用 SVG 可獲得極好的性能。 參見上表 由于使用機械式開關器件，故補償?shù)膶崟r性與動態(tài)性能不好（參見上表）。 償?shù)哪芰Α? 電容器 Y 接法。礦熱爐低壓補償系統(tǒng)中，電壓又難以適配，故分補難度較大。 投入時電流沖擊性 無電流沖擊 隨機投入，因此在某些 投入角 ,電容回路具有極大的沖擊電流 ,需串接限流電抗器。接觸器或開關觸頭熔焊頻繁。 可通過測量與運算選擇投入角，無大的沖擊電流，但仍有振蕩型電流需串接電抗器。 切斷時特性 電流降零后安全切除 隨機切斷，因 此在某些 切斷角，接觸器觸頭拉 弧嚴重，接觸器電壽命 嚴重受損，更換頻繁。 可通過測量與運算選擇切除角。 工作狀態(tài) 完全靜止，無動作，無機械磨損，無聲無光。 接觸器頻繁動作，有動 作聲響，有機械磨損， 有弧光。 完全靜止，無動作，無機械磨損，無聲無光。 維護量 免維護 維護量大，接觸器損壞量大。 電容老化需更換外免維護 壽命 半永久壽命 十年左右。 除電容老化外屬半永久壽命。 裝臵體積 30～ 50% 100% 80% 損耗 因體積較小，連排短，少損耗較小。 30 無級補償，諧波補償，三相分補及補償精度，維護，壽命等方面 操作電阻可控性 在與電極升降自動控制系統(tǒng)聯(lián)控時，操作電阻可通過補償量改變控制 參見上表 因補償量不能連續(xù)可控而不可控，僅能手動調整電極位臵。 冶煉工藝 、本設計工段設臵為 : (01)原料工段 (02)冶煉工段 (03)冷碎包裝工段 (04)冷卻水供給工段 (05 機 電 工段 、工藝流程 、原料工段 (01)外購合格的硅石 (SiO2≥%) 送原料工段水洗篩分制備； (02)外購合格的石油焦 (C≥%) 送原料工段 ,烘干 (H2O≤3%) 破碎篩分處理； 。 (03)外購合格的木炭、煙煤、木塊或甘蔗渣送原料工段 ,制備 。 (04)原材料按工藝配方要求比例和質量 經(jīng)過制備 送至冶煉車間 .； 、冶煉工段 (01)合格混合原料 ,按爐況適量投送至電爐冶煉區(qū) 。 (02)根據(jù)料面塌落情況及時機械化送 料 至爐門爐料區(qū) 填補過塌料區(qū) 爐料， 搗爐 作業(yè) ,嚴防明弧 (刺火 )問 題的發(fā)生 。 (03)根據(jù)料面下降情況和冶煉時間隔 ,按要求的操作程序產(chǎn)出液態(tài)化學硅，同時進行精煉 。 (04)根據(jù)冶煉情況適時調節(jié)電極插入料層深度 ,平穩(wěn)電爐負載 。 (05)正常生產(chǎn)情況下 ,化學 級工業(yè)硅 出 爐 時間隔約 150min。 (06)產(chǎn)出液態(tài)硅通入硅水包吹氧精煉，電動抬包車運出，澆注到分體硅水鑄摸，冷卻后送精整 車間 .； 、包裝工段 (01)將硅水包內(nèi)液態(tài)硅轉臵入錠模 ,自然冷硬 。 (02)將冷硬的化學硅從錠模中取出 ,臵于冷卻架，分散放臵自然冷卻至室溫 。 (03)將冷卻至室溫的化學硅破碎至供貨合同要求的 粒度 ,按供貨的包裝要求分包 。 (04)將包裝并計量后的成品化學 級工業(yè) 硅送至成品庫存放 。 (05)清除硅水包殘存附著物 ,臵于出爐小車 ,轉入冶煉車間 . 、 操作工藝要求 、 配料 爐料配比根據(jù)爐料化學成分、含水量及爐況等因素確定。料批通常以 200 公斤硅石為基準，石油焦、木炭、木塊、煙煤等部分或全部按規(guī)定比例進行配備。常規(guī)配31 備原則：石油焦 60%、木炭和木塊 35%，煙煤 5%左右?；蛘呤徒?40%，木炭和木塊50%，煤煙 10%左右 ,也可配加少量碳素電極塊。爐料必須按規(guī)定配比準確稱量，批料的稱量誤差 不應超過 1Kg； 一般取 200 或 300Kg 硅石為一批料，每次只允許稱量一批料；變動料批應通過兩班次，各班次可根據(jù)爐況的變化適量附加某種爐料，并在生產(chǎn)記錄卡上如實記錄。 爐料水分波動不應超過 1%，以免影響爐料配備比例。原材料粒度配合比例應合適，粉料多，燒損大，下部料層易缺炭，透氣性差；粒度大，比電阻小，電極易上抬。 、冶煉操作 、高溫冶煉 冶煉工業(yè)硅需要更高的溫度，工業(yè) 硅的液相線溫度在 1410186。C 以上，因此需要在17501850186。C 高溫進行冶煉。為了提高爐溫，減少熱損失， 使 SiC 的形成和分解保持相對平衡，在具體操作中必須千方百計減少熱損失，擴大“坩渦”區(qū)。 、加料 石油焦、木炭、煙煤和硅石等爐料均應在爐前均勻混合，爐料拌和不勻，會在爐內(nèi)出現(xiàn)還原劑過多或過少的區(qū)域，不僅會影響還原的順利進行，而且影響爐內(nèi)電流分布，影響電極下插。木塊在加料平臺上單獨堆放，視爐況加入爐內(nèi)或鋪加在爐料面上保溫。 采用出爐或沉料后集中加料的方法，其余少量的采用勤加薄蓋的方法，在調正火焰時加入。爐料拌合完畢以后，先加入木塊，再將混合好的爐料迅速集中加于電極周圍及爐心區(qū)域，使爐料在爐內(nèi)形成一 個平頂錐體，錐體高度為 200400mm 。一般一次加入新料的數(shù)量相當于一小時 以上 的用料量。 應根據(jù)爐內(nèi)還原下料情況加料，平衡供 給負荷、還原速度和加料速度，保持正常料面高度并控制爐溫。加料速度超過熔化和還原速度，料面抬升，爐溫下降；加料不足或電極上抬，強制控制料面，爐面溫度升高，熱損失和硅的揮發(fā)損失加大。 新料加完后進行燜燒，同時根 據(jù)爐內(nèi)下料快慢控制加料量，以保持正常的爐面高度。燜燒時間控制在 小時左右。 、沉料搗爐 當爐內(nèi)爐料燜燒到規(guī)定時間時，爐面料殼下面的爐料基本熔燒空，爐面也開始發(fā)白 發(fā)亮，火焰短而黃，料面在較大面積下塌時，應進行強制沉料操作。沉料時，先用搗爐機從錐體外緣開始將料殼向下壓，使料層下榻，而后用搗爐機搗松錐體下腳。 如果不到沉料時間而出現(xiàn)嚴重“刺火”時，可局部沉料、沉料間隔一般 小時左右。沉料時，爐料就地搗松就地下沉，盡可能不影響爐料層結構順序，大塊粘料和死料應碎成小塊或推向爐心，同時鏟凈電極上的粘料。然后加入新料到規(guī)定的錐體高度。沉料時，高溫區(qū)外露，熱量損失大，因此沉料應迅速，短時。使用鐵質工具沉料要以搗頭發(fā)紅為度，避免搗頭融化而影響產(chǎn)品含鐵量。搗爐時應防止圓鋼同電極相碰 。 一般負荷正常、配料正確、爐料消耗均衡，電爐沉料時間間隔基本一致。負荷不足、前次投料過多、還原劑不足等問題會造成沉料時間間隔加長。如果前次投料過多，應適當延長爐料升溫時間；如果還原劑不足，應在料面沉料區(qū)撒入少量還原劑，然后強制沉料。 、扎眼透氣 32 集中加料時，爐溫降低，反應緩慢，氣體生成量不足。在燜燒一段時間后，爐溫迅速上升，反應趨于激烈，氣體生成量急劇增加，應在錐體下腳“扎眼”，均