煤矿井水处理系统设计方案

煤矿井水处理系统设计方案

贵州同成沁溢环境水务有限公司

目 录

一．项目意义............................................................................................................................. 3 二．矿井水回用介绍................................................................................................................. 4 2.1矿井水回用形势................................................................................................................ 4 2.2矿井水生产回用................................................................................................................ 4 2.3矿井水生活回用................................................................................................................ 5 2.4本项目矿井水回用............................................................................................................ 6 三．设计原则............................................................................................................................. 9 3.1可行性原则........................................................................................................................ 9 3.2可靠性原则........................................................................................................................ 9 3.3先进性原则........................................................................................................................ 9 3.4可操作性原则.................................................................................................................... 9 3.5经济性原则........................................................................................................................ 9 四．系统工艺概述................................................................................................................... 10 4.1 工艺简介 ........................................................................................................................ 10 4.2 工艺流程 ........................................................................................................................ 10 4.3 系统说明 ........................................................................................................................ 10 4.4 设计依据 ........................................................................................................................ 11 五．工艺设备选型与设计....................................................................................................... 12 5.1 取水泵 ............................................................................................................................ 12 5.2中间水池.......................................................................................................................... 12 5.3 提升泵 ............................................................................................................................ 12 5.4 离子吸收器 .................................................................................................................... 12 5.5 反冲洗水泵 .................................................................................................................... 12 5.6 清水池 ............................................................................................................................ 13 5.7 清水泵 ............................................................................................................................ 13 六．电气设备设计................................................................................................................... 14 6.1控制方式.......................................................................................................................... 14 6.2控制系统配置.................................................................................................................. 14 6.3控制对象.......................................................................................................................... 15 6.4显示的工艺参数.............................................................................................................. 15

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6.5用电负荷计算.................................................................................................................. 15 七．成本分析........................................................................................................................... 16 7.1 动力费(电费按0.5元/度电计)： ................................................................................... 16 7.2 水费： ............................................................................................................................ 16 7.3滤料更换费...................................................................................................................... 16 7.4 人工费 ............................................................................................................................ 16 7.5 运行成本 ........................................................................................................................ 16 八．供货范围........................................................................................................................... 17 8.1供货说明.......................................................................................................................... 17 8.2供货范围清单.................................................................................................................. 17

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一．项目意义

水是社会文明、经济建设和人类赖以生存必不可少的自然资源。我国国土面积占世界第三位,但人均占有的淡水资源却仅占世界的第八十四位,而且水资源分布极不均衡,西北地区及相当一部分地区水资源十分贫乏。我国的煤炭绝大部分蕴藏在北方缺水地区,尤其是西北干旱地区。

煤炭开采作为一种地下活动，不可避免地对地下含水系统造成局部破坏和污染，据统计，我国矿井年总排水量在22亿吨以上，其中中性水约占70～80%，硬度符合饮用水要求的占40～50%，这是一个相当可观的水资源，然而其再利用率目前还不到20%，水资源浪费惊人。而在煤炭开采大量破坏和排放水资源的同时，为了维持矿区的正常生产和生活，又必须打深井大量抽取地下水。过去很多煤矿对矿井排水没有充分加以利用，通常未经任何处理就直接排入江河、山沟、洼地中，造成严重的环境污染；有的矿区一方面用电力把矿井水排到地面污染地表水系，另一方面又在缺乏水源的情况下耗资打井找水或远距离输水，这是对能源的极大浪费。随着矿区生产的发展和人口的增加，用水量越来越大，井越打越深，抽取地下水越来越困难，费用也越来越高，矿区工农业用水日益紧张，且饮用含有大量致癌、致畸、致突变物质的矿井水。主要产煤区北方和西北地区有70%的矿区缺水，40%属严重缺水，直接影响了煤矿的生产和人们的正常生活；更为严重的是，由于部份煤矿长期超量抽排地下水，已造成其邻近城市地下水位的急剧下降，对城市正常供水构成了威胁。这种一方面水资源大量浪费，另一方面却又用水紧张的矛盾如果长期持续下去，必然将严重制约矿区及煤矿城市经济的良性发展，因此，加速矿井水资源的开发和利用，寻求先进而又经济可行的工艺和技术处理矿井水作为生产和生活用水，已成为保证煤矿正常生产经营，提高企业综合效益，实现可持续发展的必由之路。

为促进我国煤炭工业的发展，解决水资源短缺问题，把矿井水作为一种水资源加以开发利用，已引起煤炭行业的广泛重视。在20 世纪70 年代末～80 年代初，有一批矿井建立了矿井水处理站，把矿井水处理后供矿井生产、生活使用。另外，1990 年原煤炭部就矿井提高水的重复使用率，已明确要求利用井下水净化处理后供矿井使用。《煤炭工业给水排水设计规范》MT/ T5014296 中也明确规定应积极采取措施，将矿井水作为水资源用于生产、生活和农业灌溉。

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二．矿井水回用介绍

2.1矿井水回用形势

目前,煤矿井下排水在净化工艺及方式上一般都能做到因地制宜。例如：当矿井排水时间不均衡时，设置调节水池当原水悬浮物含量高时，增设预沉池；当水中粗颗粒悬浮物多时，增设沉砂池；当水中的pH值低时，增加中和设备。有的煤矿采用澄清池代替混合、反应、沉淀池；有的煤矿还将井下水仓加隔板改成反应、沉淀池，在水仓的入口处投加混凝剂使药剂与进水混合，这样可节省地面净化站的用地、水泵用电及基建投资。在混凝剂的选用上，多采用当地生产、进货容易、净化效果好、温度适应性强、pH值适应范围广的产品(如碱式氯化铝等) ，有时还与助凝剂、稳定剂、中和剂配用。

矿井水净化处理应从实际出发，根据水质特点和使用要求，并考虑企业管理水平，力求处理流程简单，便于操作管理。目前矿井水利用途径主要有：工业用水、生活用水、生活饮用水、工业用水比较广泛，包括井下防尘、地面洗煤、冷却及其它工业生产和建筑、绿化等。有的未经处理直接利用，还有些将矿井水供临近单位或农村使用，另外还有大量的矿井水供农村灌溉和发展养殖，一般利用如下：

外排洗煤补充水井下防尘、防火、煤层注水煤井水调节池净水设备深度处理消毒生活用水净水设备净水设备其它生产用水地面绿化、防尘养殖、农灌 2.2矿井水生产回用

矿井水排水污染物成分及性质不同于其它工业废水，矿井水排水水量、水质变化较大，悬浮物含量较高，其污染物中不但含有大量的煤渣、砂砾及其它胶结物，而且含有油类等物质。

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矿井水经混凝沉淀、过滤等合理、经济的处理后出水水质满足井下消防和防尘洒水水质要求。煤矿井下消防洒水和防尘洒水,用水水质标准见表2-1-2。

防尘洒水用水水质标准 表2-1-2

项目 悬浮物含量 pH值 大肠菌群 通过处理不仅实现了煤矿矿井水资源的合理利用，而且保护了周围环境不受污染，同时为煤矿的正常生产用水提供了可靠的水源，为煤矿产业的发展打下了良好的基础，其经济、环境和社会效益是十分显著的。

标准 不超过20mg/ l 6.5～9 不超过3 个/ l 2.3矿井水生活回用

经监测，矿井水主要水质指标如表2-2-1所示。

矿井水原水水质 表2-2-1

结果 mg/l 45 182 8.5 108 0.71 0.92 0.02 0.36 0.002 0.24 结果 mg/l 52.6 211.13 846.40 0.12 0.05 0.79 0.81 32.0μg/l 1300个/ml 〉230个/ml 0.031 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 项目 色度 浑浊度 pH值 总硬度 铁 锰 铜 锌 挥发酚类 ABS 序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 项目 硫酸盐 氯化钠 溶解性总固体 氟化物 汞 铅 硝酸盐 四氯化碳 细菌总数 总大肠菌群 镉 由以上监测结果可以看出，该矿井水具有色度高，胶体悬浮物含量大，矿物质含量多，重金属指标偏高等特点，水质较复杂，尤其是铁、锰、镉、铅等金属物质在水中呈

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离子状态。总大肠杆菌超过饮用水标准77个。

由于生活用水和生产用水的水质标准不同，因此，矿井水的净化利用可按先生产用水的生活用水，先井下用水后井上用水的原则进行选择处理工艺。矿井水经过混凝、沉淀后，水中90%左右的悬浮物已被沉淀分离，浊度可达10度以下，通过多层过滤、吸附等工艺，水质完全澄清，浊度达到1度以下，再经过消毒处理，细菌、大肠杆菌几乎全部被去除掉。根据矿井水涌出量80m3/h，如果将矿井水全部净化，每天可节约新鲜水1920m3。

2.4矿井水回用

2.4.1 原水水质

本系统的处理原水水质成份非常复杂，必须对原水进行系统的检测分析，按《生活饮用水标准检验法》GB5750-85对原水水质进行分析，其数据见表2-4-1。

原水水质分析结果 表2-4-1

检测项目 COD PH值 浑浊度 总硬度（以CaCO2计） 溶解性总固体 硫酸盐 总铁 氯化物 氟化物 氰化物 硝酸盐（以氮计） 阴离子合成洗涤剂 挥发酚类 铜 锌

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单位 mg/L 度 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 含量 150 7.2 18 50 350 35 0.05 16 0.3 〈 0.002 1.0 〈 0.1 〈 0.002 0.001 0.001

检测项目 镉 铅 银 铬（六价） 砷 硒 汞 氯仿 四氯化碳 苯并（a）芘 滴滴涕 六六六 细菌总数 总大肠菌群 单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L ug/L ug/L ug/L ug/L mg/L 个/mL 个/mL 含量 0.001 〈 0.001 0.00014 0.004 0.001 0.005 0.003 15 1.0 0.001 0.02 0.2 200 20 由以上监测结果可以看出，该矿井水属于高矿化度水质，具有浑浊度高，成灰褐色，胶体悬浮物含量大，矿物质成份复杂且含量多，重金属和有毒有害有机化合物指标偏高，细菌总数和总大肠杆菌群严重超标等特点。尤其是重金属汞的含量超过《生活饮用水水质标准GB5749-85》的2倍，六六六是生活饮用水标准的4倍，总大肠杆菌超过饮用水标准100个，总大肠杆菌超过饮用水标准20个。 2.4.2净化后水质要求

本项目中的矿井水回用于生活饮用水必须经过严格的净化处理，使出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。 2.4.3社会经济效益

本项目的实施，有很重要的积极作用，社会、经济、环境效益十分显著： （1）社会效益

本项目实施后，每天可以处理3500 m3的矿坑废水，可以很好的解决周边村民和煤矿工人的饮用水问题，并且每年可节约地下水资源126万m3，有助于保证煤矿的正

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常生产，又能促进非煤产业的发展，增加就业机会，社会效益显著。 （2）经济效益

本项目实施后，每年可利用净化和资源化矿井水126万m3。不仅可以使矿矿井水资源得到充分、合理的利用，为矿区经济的持续稳定发展提供充足的水源，并可大幅度降低现有供水成本；同时也可以启动和加速矿区环保产业的建设，为矿区经济发展提供一个具有高科技含量的新的增长点。据初步测算，项目实施后每年将给矿带来直接经济效益120万元以上（废水排水及清水减量）。 （3）环境效益

该矿井水处理利用工程的实施，除了上述的社会效益和经济效益外，其环境效益也十分明显，主要体现在：每年将减少污染物的排放量：悬浮物、COD以及一些具有重要污染的物质。

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三．设计原则

为确保设计系统的安全性、可靠性、合理性、完整性，以及做到系统操作容易、便于维护，现遵循以下相关设计准则：

3.1可行性原则

崇尚工程设计科学、合理，所选择的技术路线均为国内外较成熟的，在确保工艺可行的同时，考虑工艺与经济可行性的协调统一。

3.2可靠性原则

所选用的设备质量可靠，自动化程度高，工作时参数异常可及时报警或自动关机，24小时连续运转。每年停车大修不超过一次，所选用国内外产品均有在本工艺中常年使用的骄人业绩。

3.3先进性原则

净化工艺均参照国内外先进技术设计，总体设计具有当前水处理技术的先进性，所采用的控制仪表均为同类产品的优秀代表。

3.4可操作性原则

在确保安全可靠的同时，力争高自动化程度，简化操作程序，减轻操作管理强度和难度。

3.5经济性原则

在保证工程质量、安全生产可靠的前提下，降低系统造价和产水成本，达到性能价格比的最优化。

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四．系统工艺概述

4.1 工艺简介

该系统矿井水净化处理能力为3500m3/d，即150m3/h，矿井水水质成份复杂且水质比较恶劣，为了保证出水水质能够达到国家生活饮用水水质标准的要求，本工程生活饮用水处理系统采用在原有沉淀+水力澄清+重力无阀过滤的基础上增加离子吸收的处理工艺。即在现有净化装置进入中间水池后增加：泵→离子吸收器→清水池→清水泵→生活用水点。

4.2 工艺流程

矿井水

外排

清水泵 清水箱 离子吸收器 泵 原有处理系统 中间水池 生活用水点

4.3 系统说明

这是以矿井水为水源的生活饮用水的特殊处理工艺。处理对象主要是水中的悬浮物、胶体杂质、重金属物质和有毒有害的有机物质。

原水经现有系统处理后，一些大颗粒絮凝体及砷、铅、汞等重金属离子得以去除，且可以降低水的浊度，对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也是效果极佳的。出水已达生产回用水要求。

离子吸收器是利用经过热解作用处理过的高级粉末状吸附填料的构筑物，能够

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有效地去除水中的氯、酚、汞、铅、砷、氰化物，对六六六、滴滴涕等有毒有害有机物质的去除有极好的效果。

消毒是消灭水中致癌、致畸、致突变的微生物，消毒剂投加点可设在提升泵出口。这种设计方法有利于提高催化氧化耦合絮凝反应的效果，防止后续水净化构筑物内的微生物繁殖和藻类生长。

4.4 设计依据

①《生活饮用水卫生标准》GB5749-85 ②《室外给水设计规范》GBJ13-86 ③《建筑给水排水设计规范》GBJ15-88 ④《水处理设备制造技术条件》JB2932-86 ⑤《室外排水设计规范》（GBJ14-87） ⑥《建筑设计防火规范》（GBJ16-82） ⑦《建筑电气设计技术规范》（JBJ16-83） ⑧《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84） ⑨《动力机器基础设计规范》（GBJ40-79）

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五．工艺设备选型与设计

5.1 取水泵

①将矿井水从矿坑中提升至地面。 ②使用用户原有设备。

5.2中间水池

①原水池为钢砼结构，作为调节贮存水量之用；

②系统设计流量按120m3/h计，为保证工艺处理水量稳定，设计原水调节池有效容积设计为200m3；

③中间池主要构造尺寸为：L×B×H=9m×9m×3m。

5.3 提升泵

①取水泵设计数量为二台，一用一备；

②提升泵用于提供后续水质净化器、离子吸收器进水；

③提升泵选型。设计选用2台DFG125-200A/2/30型离心泵，其性能参数为Q=120m3/h，H=30m，n=2900rpm，N=18.5KW,η=75%。

5.4 离子吸收器

①离子吸收器的作用是去除水中的剩余有机物、重金属离子、以及“三致”物质，使得出水最终符合生活饮用水规范要求；

②单台离子吸收器水净化能力为50m3/h，采用2台同济大学专利产品TJC-7300立式离子吸收器，直径为Φ3000，设计滤速为7m/h，符合设计规范；

③离子吸收器反冲洗采用清水池水反冲。根据反冲洗强度取为10 l/s·m2，则反冲洗流量为255m3/h；

④离子吸收器设计主要内容：填料高度为1200mm。过滤器配备相应进水管、产水管、反冲洗水管、反冲洗排水管等。过滤器本体材质为钢衬胶。

5.5 反冲洗水泵

①水质净化器经过设定工作周期后，填料上会积累一定悬浮杂质和胶体，需用水进行反冲洗，以重新获得良好的净化性能。同样，离子吸收器也需要用水进行反冲洗；

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②反冲洗水泵扬程是根据水处理设备反冲洗阻力和管路水头损失进行综合计算确定，设计扬程取为20m，而泵设计流量是根据反冲洗流量确定，则流量为380m3/h； ③反冲洗水泵选型。设计选用2台DFG200-250/4/30型离心泵，其性能参数为Q=400m3/h，H=200Kpa，n=1450rpm，N=30KW，η=82.5%。

5.6 清水池

①清水池为钢砼结构，是作为工艺系统制水量与供水量平衡调节之用，同时该池也作为反冲洗用水的调节之用；

②系统设计流量按150m3/h计，为保证生产用水，设计贮存时间为2h，即清水池有效容积设计为300m3；

③清水池主要构造尺寸为：L×B×H=9m×12m×3m。

5.7 清水泵

①清水泵将处理后的出水送至用水点使用，并实现自动调节流量，采用变频控制的方式；

②清水泵数量设计为2台，1用1备，切换运行，由于无法预计日用水过程中的瞬时最大供水量，因此，设计规定备用泵可在瞬时投入运行，按建筑给水使用性质，这种瞬时时间控制在5～10min。

③清水泵性能参数设计。水泵基本流量按工艺系统水处理能力Q=150m3/h计；瞬时最大时供水量按2×Q=300m3/h计。水泵扬程应是根据用水点要求和管路水头损失并考虑一定的安全系数综合计算确定。水泵转速设计采用低转速，其目的主要为降低振动和噪声，水泵运转平稳以及长期使用。

④清水泵选型。设计选用2台DFG200-315(II)/4/45型离心泵，其性能参数为Q=300m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=45KW。

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六．电气设备设计

6.1控制方式

针对矿的实际情况，该饮用水处理系统的控制方式采用就地控制的方式，即在就地控制柜上进行手动操作，通过就地控制柜上的各类按钮进行工艺系统设备的控制操作。

另外，用水加压系统即清水泵采用变频控制的方式，根据实际的生活用水量，通过变频器的调节来满足终端用水的需要——即用水量的随时间变化。

6.2控制系统配置

6.2.1低压配电柜

①低压配电柜用于对系统内电气设备提供电源的作用； ②低压配电柜选用GGD型低压开关柜；

③电源由厂区附近的低压变电所引入本系统内配电屏，低压侧设置隔离开关，以便于检修；

④对各主要用电设备如提升泵、反冲洗水泵、清水泵、以及加药控制柜等所有馈电回路，在低压配电柜上装设分合指示灯及按钮；

⑤电机主回路的断路器、接触器、热继电器等关键电气元器件均选用法国施耐德矿的产品，以提高系统的可靠性及安全性，减少维护工作量，降低运行成本； ⑥对终端供水泵采用变频控制的方式，变频器选用法国施耐德矿的产品，设置在GGD柜内，2台水泵共用1台变频器。

6.2.2就地控制柜

①就地控制柜能实现系统内水泵就地起停的功能；

②能在就地起停电气设备，并设置有现就地/远程控制的切换，以实现在低压配电柜上直接控制水泵的起停。

6.2.3加药控制柜

①加药控制柜用于对系统内的加药泵以及搅拌电机进行配电； ②加药控制柜并能进行加药泵及搅拌机的起停功能。 6.2.4就地仪表柜

①就地仪表柜用于显示原水调节箱及清水箱的液位；

②液位显示采用液晶数字显示仪，并设置有高、低液位报警的功能。

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6.3控制对象

6.3.1 提升泵，2台（1用1备），N=30KW/台 6.3.2 反冲洗水泵，2台（1用1备），N=30KW/台 6.3.6 清水泵，2台（1用1备），N=45KW/台

6.4显示的工艺参数

6.4.1中间池液位显示，并设置高、低液位报警。 6.4.1清水池液位显示，并设置高、低液位报警。

6.5用电负荷计算

表5-1 除盐水站用电负荷计算表

序号 1 2 3 4 设备名称 原水泵 反洗水泵 清水泵 总 计 单位 数量 功率 装机容量 使用台数 功率因子 使用功率 备 注 台 台 台 2 2 2 18．5 30 45 60 60 90 211.55 1 1 1 1 0.1 0.8 30 3 36 69.6

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七．成本分析

7.1 动力费(电费按0.5元/度电计)：

E71=0.5×69.6/125=0.26元/m(水)电耗

3

7.2 水费：

由于为矿井水，水费不计。

7.3滤料更换费

滤料更换费(吸收器滤料10.5吨，按10000元/吨计)为： E73=(0.5×10000)/(125×24×360)=0.09元/m(水)水耗

3

7.4 人工费

——根据整个水处理系统工程的自动化程度，该系统工程每班设置1名值班人员（4班3运转）即可，总计4名职工。则该工程的人工费(职工平均年工资按24000元/人)为：

E76=24000×4/(125×24×365)=0.075元/m(除盐水)

3

7.5 运行成本

该水处理系统工程的运行成本为：

E7=E71＋E72＋E73＋E74 =0.26＋0.090＋0.075 =0.43元/m(除盐水)

3

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八．供货范围

8.1供货说明

①卖方为买方提供全新的、先进的、成熟的、完整的和安全可靠的设备，并保证所提供设备的技术经济性能满足工艺系统的要求。

②卖方为买方提供了详细供货清单，清单中依次说明了型号、数量、产地、生产厂家等内容。对于属于整套设备运行和施工所必需的部件，即使本合同附件未列出和/或数量不足，卖方同意在执行的同时补足。（详见供货范围清单） ③卖方为买方提供了完整的技术资料清单。

8.2供货范围清单

序号 名 称 规格型号 DFG125-200A/2/30 3Q=150m/h，H=44m， n=2900rpm，N=30KW TJC-7300 DFG200-250/4/30 3Q=400m/h，H=200Kpa，n=1450rpm，N=30KW DFG200-315(II)/4/45 3Q=300m/h，H=32m，n=1450rpm，N=45KW DN150 DN80 DN50 单位 台 台 吨 组/台 套/台 台 数量 2 3 2 产地 上海 上海 进口 上海 生产厂家 东方泵业 同济大学 自动阀体 东方泵业 备注 1 提升泵 2 离子吸收器本体 填料 配管 阀体组 3 反洗水泵 4 清水泵 变频器 9 防腐管道 台 台 批 批 批 批 批 2 1 1 1 1 1 1 上海 法国 上海 上海 上海 上海 上海 东方泵业 施耐德 同济大学 同济大学 同济大学 上阀五厂 上阀五厂 10 对夹涡轮衬胶蝶阀 D371X-10P-DN150 对夹涡轮衬胶蝶阀 D371X-10P-DN80

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序号 名 称 规格型号 单位 批 套 套 套 台 台 台 数量 1 8 12 2 2 1 1 产地 上海 上海 上海 生产厂家 上阀五厂 上海仪表四厂 同济大学 备注 对夹涡轮衬胶蝶阀 D371X-10P-DN50 11 机械式压力表 12 浮子流量计 13 液位仪 14 低压配电柜 15 就地控制柜 16 就地仪表柜 Y-100 800×600×2000 600×400×300 600×400×300 北京 北京鑫诺金 上海 上海 上海 同济大学 同济大学 同济大学

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