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中國(guó)PVC產(chǎn)能已經(jīng)躍居世界第一,中國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的氯堿大國(guó)。PVC行業(yè)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了原料電石行業(yè)的發(fā)展。中國(guó)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(lái)中國(guó)已成為世界電石最大的生產(chǎn)國(guó),據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,1990年中國(guó)電石產(chǎn)量為228萬(wàn)t,到2008年國(guó)內(nèi)電石產(chǎn)量1361.21萬(wàn)t,是1990年的5.9倍。主要是由于國(guó)際石油價(jià)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(guó)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(wèn)題:

①拌料不均勻,不能適時(shí)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(dòng)環(huán)境差,嚴(yán)重影響工人的身體健康。2010年,國(guó)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(dòng),工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化程度越來(lái)越高,人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及國(guó)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(wàn)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(guó)化工工業(yè)發(fā)展國(guó)產(chǎn)化研究的成就,是國(guó)家工業(yè)科學(xué)發(fā)展的實(shí)踐研究成果。通過(guò)近30年的技術(shù)引進(jìn)、吸收、應(yīng)用爐型已由開(kāi)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(mén)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(pán)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(shí)加料,保持爐內(nèi)和下料管滿(mǎn)料。

大型密閉電石爐對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(tái)30000kVA密閉爐,配料系統(tǒng)為單臺(tái)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?jī)x表和專(zhuān)家調(diào)節(jié)器)、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)操作盤(pán)、調(diào)速皮帶秤和圓盤(pán)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(gè)料倉(cāng),料倉(cāng)中物料分別通過(guò)各自的圓盤(pán)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(pán)給料機(jī)。電機(jī)型號(hào)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(tái))。

2.2　系統(tǒng)的過(guò)程控制

變頻調(diào)速配料控制過(guò)程主要是通過(guò)電子配料皮帶秤對(duì)圓盤(pán)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(chēng)重信號(hào)和速度信號(hào),經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量,并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)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(hào)傳送給PID調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器將該信號(hào)與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后,4mA～20mA的模擬信號(hào)送給變頻器,再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)流量增大時(shí),降低圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,反之提高圓盤(pán)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(guò)程可通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控,也可通過(guò)手動(dòng)修改PID調(diào)節(jié)器的值,操作方便,控制可靠,整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,形成8個(gè)既相對(duì)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(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的,即系統(tǒng)最終控制對(duì)象是圓盤(pán)給料機(jī)。圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)變頻器來(lái)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(hào)的選用

設(shè)計(jì)選用的圓盤(pán)給料機(jī)的電機(jī)型號(hào)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(chǎng)物料的均勻性較好,電機(jī)加減速的頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)較低,而且加減速的時(shí)間相對(duì)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(hào)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(shí)或人為將其切除時(shí),電機(jī)自動(dòng)切換到旁路方式,并根據(jù)實(shí)際需要,參考電流大小來(lái)調(diào)節(jié)圓盤(pán)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(guó)內(nèi)技術(shù)成熟,配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(shí)經(jīng)常產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象,形成強(qiáng)烈的干擾源,通過(guò)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(dòng)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(guò)動(dòng)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(lèi)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉末,除塵不好時(shí)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(shí),我們采用2臺(tái)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(shí)在控制柜后門(mén)上部安裝軸流風(fēng)扇外接通風(fēng)筒,前門(mén)下部安裝出口過(guò)濾器,避免粉塵污染。

3.3　變頻器對(duì)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(shí)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(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,特別是對(duì)稱(chēng)重信號(hào)和速度信號(hào)干擾特別嚴(yán)重,影響計(jì)量精度,為此,我們對(duì)此信號(hào)進(jìn)行隔離處理,并對(duì)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(yǔ)

總之,通過(guò)在大型密閉電石爐幾年的使用情況來(lái)看:①系統(tǒng)的可靠性好,解決了以前用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)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(shí),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(lái)不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,同時(shí)又克服了環(huán)境污染問(wèn)題,為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

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