中国PVC产能已经跃居世界第一,中国已经成为名副其实的氯碱大国。PVC行业的飞速发展带动了原料电石行业的发展。中国电石工业作为一项基础工业有着悠久的历史,近年来中国已成为世界电石最大的生产国,据国家统计局数据显示,1990年中国电石产量为228万t,到2008年国内电石产量1361.21万t,是1990年的5.9倍。主要是由于国际石油价格持续上涨,石油法PVC生产急度萎缩形成的。电石法PVC是电石的主要下游消费行业,占总消费量的70%以上。

电石生产的主要原材料为焦炭(或蓝炭)、石灰、电、电极糊。国家发改委下发电石炉能耗准入标准规定,项目综合能耗标准每吨电石电耗3250度(以前准入企业的标准为3400kw.h/t)。而原料的准确计量配比是改善炉况、降底能耗的关键手段。传统电石原料配比工艺中主要依靠工人在恶劣的工作环境中凭工作经验进行调节,存在以下几方面的问题:

①拌料不均匀,不能适时进行调节配比,生产效率较低。②由于缺少计量设备,人为影响因素较多,物料不能很好控制,浪费现象严重,生产成本大大提高,不合格品多。③由于物料的粉尘污染较严重,劳动环境差,严重影响工人的身体健康。2010年,国家实施可持续发展战略及节能减排促发展实践活动,工业过程自动化程度越来越高,人们对环保意识的增强及国家实施低碳经济战略,成熟的技术应用是高耗能产业面临的重要课题。神东电力公司参股的亿利化学公司年产40万t电石厂在设计优化的九项工艺技术推广应用中,变频技术以其优异的性能和在关键工艺成熟的技术性能起到了重要作用。

1变频调速技术在大型密闭电石炉(30000kVA)配料系统中的作用。

大型密闭电石炉的诞生是我国化工工业发展国产化研究的成就,是国家工业科学发展的实践研究成果。通过近30年的技术引进、吸收、应用炉型已由开放型转为密闭型,容量的准入条件要求大于27000kVA.新型密闭炉的多项工艺技术指标成为项目审批准入条件指标。

大型密闭电石炉设计中由于加料量大,炉盖人工操作门孔封闭。炉内微负压操作,远端集中温度调节,上料改为顶部下料管加料。加料系统设计由圆盘给料机、9根以上下料管、皮带输送机、变频调速混料加料装置等组成。变频调速的主要功能:①实现按设置比例混料;②根据炉温和生产量及时加料,保持炉内和下料管满料。

大型密闭电石炉对原料的要求较高,焦炭的水分<1%,含粉末(5mm以下)<3%,石灰石煅烧后要求不氧化;焦炭水分烘干后,保持焦炭不吸入大气水分。都要求在短时间内使用,从焦炭水分烘干窑、气烧石灰窑到电石炉顶加料要实现连续作业,焦炭和石灰加料时温度较高,必须实现机械加料。变频调速系统要求与石灰和焦炭上料系统实现连锁。

大型密闭电石炉的设计审查中,按照行业准入条件要求每吨成品电石综合电耗3250°,电石炉中的电极陪烧要实现边生产边陪烧,以消除干烧能耗,所以,要求变频加料系统在出炉和陪烧电极时有较强的可靠性。

2　上料、混料系统工艺流程及主要参数

萨拉齐电厂设计建设8台30000kVA密闭炉,配料系统为单台控制。30000kVA大型密闭电石配料系统主要由工业控制计算机、控制系统、二次仪表(内含计量仪表和专家调节器)、变频器、现场操作盘、调速皮带秤和圆盘给料机等组成。生产电石的原料主要是由石灰、焦炭2种物料进行配比而成,2种物料各有1个料仓,料仓中物料分别通过各自的圆盘给料机、并由电子配料皮带秤计量后输入总输送带,再由总输送带将混合料分别送入11根下料管。

2.1　主要参数

2.1.1　圆盘给料机。电机型号为YSP160Mz-4,功率11kW,转速1140rpm,AC380V,50Hz。

2.1.2　电子配料皮带秤。皮带宽度:1000mm;速度:0.5m/s;生产能力:60t/h(1台)。

2.2　系统的过程控制

变频调速配料控制过程主要是通过电子配料皮带秤对圆盘给料机输送的焦炭和石灰进行计量,由控制仪表接收称重信号和速度信号,经处理后转化为累计值和瞬时流量,并将累计值、瞬时流量信号由RS-485口传送给工业控制机(上位机)、以4mA～20mA模拟电流信号传送给PID调节器,调节器将该信号与内部设定值进行比较运算后,4mA～20mA的模拟信号送给变频器,再由变频器去调节圆盘给料机的转速,当流量增大时,降低圆盘给料机的转速,反之提高圆盘给料机的转速,从而使得两种物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内,进而得到可靠的产品质量。

系统的参数及运行过程可通过工控机进行设定和监控,也可通过手动修改PID调节器的值,操作方便,控制可靠,整个系统实现了高度自动化,形成8个既相对独立又相互联系的闭环控制系统。

2种物料量的改变情况主要是由圆盘给料机的转速决定的,即系统最终控制对象是圆盘给料机。圆盘给料机的转速是通过变频器来控制的,其容量的大小直接涉及到变频器的选用规格。

2.3　变频器型号的选用

设计选用的圆盘给料机的电机型号为YSP160Mz-4,功率11kW,其额定电流为25A,由于工作中系统一直处于连续运行状态,变频器的额定输出电流应大于电机额定电流的1.05～1.1倍。正常工作中,现场物料的均匀性较好,电机加减速的频率相对来说较低,而且加减速的时间相对较短,尽管变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的,但根据计算结果及大连重工设计推荐,我们选用创杰公司的变频器,其型号规格为:ACT产品。

2.4　电机电源供电

电机电源采用双重供电:即变频器供电和旁路供电,当变频器故障时或人为将其切除时,电机自动切换到旁路方式,并根据实际需要,参考电流大小来调节圆盘给料机,以恒速运行,确保系统不间断运行,并能保证控制精度在一定的范围内。

3　变频器在大型电石炉中使用的注意事项

因30000kVA电石炉技术目前在国内技术成熟,配料系统现场工作环境大有改善。但由于产量大、运料系统检修维护频繁,一旦选型不正确或设置不合理,将很容易造成变频器误动作及故障,不能达到预期的运行效果。

3.1　变频器外部的电磁干扰

大型密闭式电石炉的加热主要靠3根低电压、大电流电极完成,电极陪烧及正常生产时经常产生电弧放电现象,形成强烈的干扰源,通过辐射或电源线侵入变频器内部使回路经常发生误动作。于是在变频器的外部采用了电磁、噪声抑制措施,其主要措施是:①在变频器输入端安装噪声滤波器,避免了由电源线引起的干扰;②将变频器接地端子以前通过动力接地改为单独接地;③在控制柜内接触器的控制线圈上加上RC防冲击吸收装置。

3.2　变频器的安装环境要求

因电石炉系统所配的物料种类主要有热焦炭、石灰2种。从焦炭烘干窑出的热焦炭和气烧石灰窑出的热石灰在上料混合过程中会产生大量粉末,除尘不好时使变频器积尘较多,变频器柜内温升较快,变频器内半导体器件容易损坏,实施时,我们采用2台变频器柜,柜内变频器分成上下两层布置,并在上下变频器之间加1块隔板,同时在控制柜后门上部安装轴流风扇外接通风筒,前门下部安装出口过滤器,避免粉尘污染。

3.3　变频器对外界的干扰

目前,变频器几乎均采用PWM控制方式,这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流,并导致电压波形畸变,对电源系统产生严重影响,特别是对称重信号和速度信号干扰特别严重,影响计量精度,为此,我们对此信号进行隔离处理,并对控制仪表电源进行处理,从而保证系统高精度运行。

4　结束语

总之,通过在大型密闭电石炉几年的使用情况来看:①系统的可靠性好,解决了以前用户现场由于棚料导致物流不畅及由于卡料使给料机不能正常工作,导致堆料现象等;②系统的精度高,单机运行时,精度优于±0.5%,控制精度优于±1%;③节能效果显著,极大地改善炉况,降低电耗150kwH/t(电石);④环境污染程度低。该系统自投产以来不但保证了产品的质量和产量,同时又克服了环境污染问题,为企业创造良好的经济效益。

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