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中國PVC產(chǎn)能已經(jīng)躍居世界第一,中國已經(jīng)成為名副其實(shí)的氯堿大國。PVC行業(yè)的飛速發(fā)展帶動了原料電石行業(yè)的發(fā)展。中國電石工業(yè)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)工業(yè)有著悠久的歷史,近年來中國已成為世界電石最大的生產(chǎn)國,據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,1990年中國電石產(chǎn)量為228萬t,到2008年國內(nèi)電石產(chǎn)量1361.21萬t,是1990年的5.9倍。主要是由于國際石油價格持續(xù)上漲,石油法PVC生產(chǎn)急度萎縮形成的。電石法PVC是電石的主要下游消費(fèi)行業(yè),占總消費(fèi)量的70%以上。

電石生產(chǎn)的主要原材料為焦炭(或藍(lán)炭)、石灰、電、電極糊。國家發(fā)改委下發(fā)電石爐能耗準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,項(xiàng)目綜合能耗標(biāo)準(zhǔn)每噸電石電耗3250度(以前準(zhǔn)入企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)為3400kw.h/t)。而原料的準(zhǔn)確計(jì)量配比是改善爐況、降底能耗的關(guān)鍵手段。傳統(tǒng)電石原料配比工藝中主要依靠工人在惡劣的工作環(huán)境中憑工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié),存在以下幾方面的問題:

①拌料不均勻,不能適時進(jìn)行調(diào)節(jié)配比,生產(chǎn)效率較低。②由于缺少計(jì)量設(shè)備,人為影響因素較多,物料不能很好控制,浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重,生產(chǎn)成本大大提高,不合格品多。③由于物料的粉塵污染較嚴(yán)重,勞動環(huán)境差,嚴(yán)重影響工人的身體健康。2010年,國家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及節(jié)能減排促發(fā)展實(shí)踐活動,工業(yè)過程自動化程度越來越高,人們對環(huán)保意識的增強(qiáng)及國家實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略,成熟的技術(shù)應(yīng)用是高耗能產(chǎn)業(yè)面臨的重要課題。神東電力公司參股的億利化學(xué)公司年產(chǎn)40萬t電石廠在設(shè)計(jì)優(yōu)化的九項(xiàng)工藝技術(shù)推廣應(yīng)用中,變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能和在關(guān)鍵工藝成熟的技術(shù)性能起到了重要作用。

1變頻調(diào)速技術(shù)在大型密閉電石爐(30000kVA)配料系統(tǒng)中的作用。

大型密閉電石爐的誕生是我國化工工業(yè)發(fā)展國產(chǎn)化研究的成就,是國家工業(yè)科學(xué)發(fā)展的實(shí)踐研究成果。通過近30年的技術(shù)引進(jìn)、吸收、應(yīng)用爐型已由開放型轉(zhuǎn)為密閉型,容量的準(zhǔn)入條件要求大于27000kVA.新型密閉爐的多項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)成為項(xiàng)目審批準(zhǔn)入條件指標(biāo)。

大型密閉電石爐設(shè)計(jì)中由于加料量大,爐蓋人工操作門孔封閉。爐內(nèi)微負(fù)壓操作,遠(yuǎn)端集中溫度調(diào)節(jié),上料改為頂部下料管加料。加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)由圓盤給料機(jī)、9根以上下料管、皮帶輸送機(jī)、變頻調(diào)速混料加料裝置等組成。變頻調(diào)速的主要功能:①實(shí)現(xiàn)按設(shè)置比例混料;②根據(jù)爐溫和生產(chǎn)量及時加料,保持爐內(nèi)和下料管滿料。

大型密閉電石爐對原料的要求較高,焦炭的水分<1%,含粉末(5mm以下)<3%,石灰石煅燒后要求不氧化;焦炭水分烘干后,保持焦炭不吸入大氣水分。都要求在短時間內(nèi)使用,從焦炭水分烘干窯、氣燒石灰窯到電石爐頂加料要實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè),焦炭和石灰加料時溫度較高,必須實(shí)現(xiàn)機(jī)械加料。變頻調(diào)速系統(tǒng)要求與石灰和焦炭上料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連鎖。

大型密閉電石爐的設(shè)計(jì)審查中,按照行業(yè)準(zhǔn)入條件要求每噸成品電石綜合電耗3250°,電石爐中的電極陪燒要實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊陪燒,以消除干燒能耗,所以,要求變頻加料系統(tǒng)在出爐和陪燒電極時有較強(qiáng)的可靠性。

2　上料、混料系統(tǒng)工藝流程及主要參數(shù)

薩拉齊電廠設(shè)計(jì)建設(shè)8臺30000kVA密閉爐,配料系統(tǒng)為單臺控制。30000kVA大型密閉電石配料系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)、二次儀表(內(nèi)含計(jì)量儀表和專家調(diào)節(jié)器)、變頻器、現(xiàn)場操作盤、調(diào)速皮帶秤和圓盤給料機(jī)等組成。生產(chǎn)電石的原料主要是由石灰、焦炭2種物料進(jìn)行配比而成,2種物料各有1個料倉,料倉中物料分別通過各自的圓盤給料機(jī)、并由電子配料皮帶秤計(jì)量后輸入總輸送帶,再由總輸送帶將混合料分別送入11根下料管。

2.1　主要參數(shù)

2.1.1　圓盤給料機(jī)。電機(jī)型號為YSP160Mz-4,功率11kW,轉(zhuǎn)速1140rpm,AC380V,50Hz。

2.1.2　電子配料皮帶秤。皮帶寬度:1000mm;速度:0.5m/s;生產(chǎn)能力:60t/h(1臺)。

2.2　系統(tǒng)的過程控制

變頻調(diào)速配料控制過程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機(jī)輸送的焦炭和石灰進(jìn)行計(jì)量,由控制儀表接收稱重信號和速度信號,經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時流量,并將累計(jì)值、瞬時流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機(jī)(上位機(jī))、以4mA～20mA模擬電流信號傳送給PID調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器將該信號與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后,4mA～20mA的模擬信號送給變頻器,再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)流量增大時,降低圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,反之提高圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使得兩種物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi),進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。

系統(tǒng)的參數(shù)及運(yùn)行過程可通過工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控,也可通過手動修改PID調(diào)節(jié)器的值,操作方便,控制可靠,整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動化,形成8個既相對獨(dú)立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2種物料量的改變情況主要是由圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速決定的,即系統(tǒng)最終控制對象是圓盤給料機(jī)。圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過變頻器來控制的,其容量的大小直接涉及到變頻器的選用規(guī)格。

2.3　變頻器型號的選用

設(shè)計(jì)選用的圓盤給料機(jī)的電機(jī)型號為YSP160Mz-4,功率11kW,其額定電流為25A,由于工作中系統(tǒng)一直處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài),變頻器的額定輸出電流應(yīng)大于電機(jī)額定電流的1.05～1.1倍。正常工作中,現(xiàn)場物料的均勻性較好,電機(jī)加減速的頻率相對來說較低,而且加減速的時間相對較短,盡管變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的,但根據(jù)計(jì)算結(jié)果及大連重工設(shè)計(jì)推薦,我們選用創(chuàng)杰公司的變頻器,其型號規(guī)格為:ACT產(chǎn)品。

2.4　電機(jī)電源供電

電機(jī)電源采用雙重供電:即變頻器供電和旁路供電,當(dāng)變頻器故障時或人為將其切除時,電機(jī)自動切換到旁路方式,并根據(jù)實(shí)際需要,參考電流大小來調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī),以恒速運(yùn)行,確保系統(tǒng)不間斷運(yùn)行,并能保證控制精度在一定的范圍內(nèi)。

3　變頻器在大型電石爐中使用的注意事項(xiàng)

因30000kVA電石爐技術(shù)目前在國內(nèi)技術(shù)成熟,配料系統(tǒng)現(xiàn)場工作環(huán)境大有改善。但由于產(chǎn)量大、運(yùn)料系統(tǒng)檢修維護(hù)頻繁,一旦選型不正確或設(shè)置不合理,將很容易造成變頻器誤動作及故障,不能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行效果。

3.1　變頻器外部的電磁干擾

大型密閉式電石爐的加熱主要靠3根低電壓、大電流電極完成,電極陪燒及正常生產(chǎn)時經(jīng)常產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象,形成強(qiáng)烈的干擾源,通過輻射或電源線侵入變頻器內(nèi)部使回路經(jīng)常發(fā)生誤動作。于是在變頻器的外部采用了電磁、噪聲抑制措施,其主要措施是:①在變頻器輸入端安裝噪聲濾波器,避免了由電源線引起的干擾;②將變頻器接地端子以前通過動力接地改為單獨(dú)接地;③在控制柜內(nèi)接觸器的控制線圈上加上RC防沖擊吸收裝置。

3.2　變頻器的安裝環(huán)境要求

因電石爐系統(tǒng)所配的物料種類主要有熱焦炭、石灰2種。從焦炭烘干窯出的熱焦炭和氣燒石灰窯出的熱石灰在上料混合過程中會產(chǎn)生大量粉末,除塵不好時使變頻器積塵較多,變頻器柜內(nèi)溫升較快,變頻器內(nèi)半導(dǎo)體器件容易損壞,實(shí)施時,我們采用2臺變頻器柜,柜內(nèi)變頻器分成上下兩層布置,并在上下變頻器之間加1塊隔板,同時在控制柜后門上部安裝軸流風(fēng)扇外接通風(fēng)筒,前門下部安裝出口過濾器,避免粉塵污染。

3.3　變頻器對外界的干擾

目前,變頻器幾乎均采用PWM控制方式,這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流,并導(dǎo)致電壓波形畸變,對電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,特別是對稱重信號和速度信號干擾特別嚴(yán)重,影響計(jì)量精度,為此,我們對此信號進(jìn)行隔離處理,并對控制儀表電源進(jìn)行處理,從而保證系統(tǒng)高精度運(yùn)行。

4　結(jié)束語

總之,通過在大型密閉電石爐幾年的使用情況來看:①系統(tǒng)的可靠性好,解決了以前用戶現(xiàn)場由于棚料導(dǎo)致物流不暢及由于卡料使給料機(jī)不能正常工作,導(dǎo)致堆料現(xiàn)象等;②系統(tǒng)的精度高,單機(jī)運(yùn)行時,精度優(yōu)于±0.5%,控制精度優(yōu)于±1%;③節(jié)能效果顯著,極大地改善爐況,降低電耗150kwH/t(電石);④環(huán)境污染程度低。該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,同時又克服了環(huán)境污染問題,為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

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