中國PVC產能已經躍居世界第一,中國已經成為名副其實的氯堿大國。PVC行業的飛速發展帶動了原料電石行業的發展。中國電石工業作為一項基礎工業有著悠久的曆史,近年來中國已成為世界電石最大的生產國,據國家統計局數據顯示,1990年中國電石產量為228萬t,到2008年國內電石產量1361.21萬t,是1990年的5.9倍。主要是由於國際石油價格持續上漲,石油法PVC生產急度萎縮形成的。電石法PVC是電石的主要下遊消費行業,占總消費量的70%以上。

電石生產的主要原材料為焦炭(或藍炭)、石灰、電、電極糊。國家發改委下發電石爐能耗準入標準規定,項目綜合能耗標準每噸電石電耗3250度(以前準入企業的標準為3400kw.h/t)。而原料的準確計量配比是改善爐況、降底能耗的關鍵手段。傳統電石原料配比工藝中主要依靠工人在惡劣的工作環境中憑工作經驗進行調節,存在以下幾方麵的問題:

①拌料不均勻,不能適時進行調節配比,生產效率較低。②由於缺少計量設備,人為影響因素較多,物料不能很好控製,浪費現象嚴重,生產成本大大提高,不合格品多。③由於物料的粉塵汙染較嚴重,勞動環境差,嚴重影響工人的身體健康。2010年,國家實施可持續發展戰略及節能減排促發展實踐活動,工業過程自動化程度越來越高,人們對環保意識的增強及國家實施低碳經濟戰略,成熟的技術應用是高耗能產業麵臨的重要課題。神東電力公司參股的億利化學公司年產40萬t電石廠在設計優化的九項工藝技術推廣應用中,變頻技術以其優異的性能和在關鍵工藝成熟的技術性能起到了重要作用。

1變頻調速技術在大型密閉電石爐(30000kVA)配料係統中的作用。

大型密閉電石爐的誕生是我國化工工業發展國產化研究的成就,是國家工業科學發展的實踐研究成果。通過近30年的技術引進、吸收、應用爐型已由開放型轉為密閉型,容量的準入條件要求大於27000kVA.新型密閉爐的多項工藝技術指標成為項目審批準入條件指標。

大型密閉電石爐設計中由於加料量大,爐蓋人工操作門孔封閉。爐內微負壓操作,遠端集中溫度調節,上料改為頂部下料管加料。加料係統設計由圓盤給料機、9根以上下料管、皮帶輸送機、變頻調速混料加料裝置等組成。變頻調速的主要功能:①實現按設置比例混料;②根據爐溫和生產量及時加料,保持爐內和下料管滿料。

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%,石灰石煆燒後要求不氧化;焦炭水分烘幹後,保持焦炭不吸入大氣水分。都要求在短時間內使用,從焦炭水分烘幹窯、氣燒石灰窯到電石爐頂加料要實現連續作業,焦炭和石灰加料時溫度較高,必須實現機械加料。變頻調速係統要求與石灰和焦炭上料係統實現連鎖。

大型密閉電石爐的設計審查中,按照行業準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現邊生產邊陪燒,以消除幹燒能耗,所以,要求變頻加料係統在出爐和陪燒電極時有較強的可靠性。

2　上料、混料係統工藝流程及主要參數

薩拉齊電廠設計建設8台30000kVA密閉爐,配料係統為單台控製。30000kVA大型密閉電石配料係統主要由工業控製計算機、控製係統、二次儀表(內含計量儀表和專家調節器)、變頻器、現場操作盤、調速皮帶秤和圓盤給料機等組成。生產電石的原料主要是由石灰、焦炭2種物料進行配比而成,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、並由電子配料皮帶秤計量後輸入總輸送帶,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

2.1.1　圓盤給料機。電機型號為YSP160Mz-4,功率11kW,轉速1140rpm,AC380V,50Hz。

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

2.2　係統的過程控製

變頻調速配料控製過程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機輸送的焦炭和石灰進行計量,由控製儀表接收稱重信號和速度信號,經處理後轉化為累計值和瞬時K8凯发登录入口,並將累計值、瞬時K8凯发登录入口信號由RS-485口傳送給工業控製機(上位機)、以4mA～20mA模擬電流信號傳送給PID調節器,調節器將該信號與內部設定值進行比較運算後,4mA～20mA的模擬信號送給變頻器,再由變頻器去調節圓盤給料機的轉速,當K8凯发登录入口增大時,降低圓盤給料機的轉速,反之提高圓盤給料機的轉速,從而使得兩種物料的K8凯发登录入口和階段累計量均保持在設定的範圍內,進而得到可靠的產品質量。

係統的參數及運行過程可通過工控機進行設定和監控,也可通過手動修改PID調節器的值,操作方便,控製可靠,整個係統實現了高度自動化,形成8個既相對獨立又相互聯係的閉環控製係統。

2種物料量的改變情況主要是由圓盤給料機的轉速決定的,即係統最終控製對象是圓盤給料機。圓盤給料機的轉速是通過變頻器來控製的,其容量的大小直接涉及到變頻器的選用規格。

2.3　變頻器型號的選用

設計選用的圓盤給料機的電機型號為YSP160Mz-4,功率11kW,其額定電流為25A,由於工作中係統一直處於連續運行狀態,變頻器的額定輸出電流應大於電機額定電流的1.05～1.1倍。正常工作中,現場物料的均勻性較好,電機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矩是由變頻器的最大輸出電流決定的,但根據計算結果及大連重工設計推薦,我們選用創傑公司的變頻器,其型號規格為:ACT產品。

2.4　電機電源供電

電機電源采用雙重供電:即變頻器供電和旁路供電,當變頻器故障時或人為將其切除時,電機自動切換到旁路方式,並根據實際需要,參考電流大小來調節圓盤給料機,以恒速運行,確保係統不間斷運行,並能保證控製精度在一定的範圍內。

3　變頻器在大型電石爐中使用的注意事項

因30000kVA電石爐技術目前在國內技術成熟,配料係統現場工作環境大有改善。但由於產量大、運料係統檢修維護頻繁,一旦選型不正確或設置不合理,將很容易造成變頻器誤動作及故障,不能達到預期的運行效果。

3.1　變頻器外部的電磁幹擾

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時經常產生電弧放電現象,形成強烈的幹擾源,通過輻射或電源線侵入變頻器內部使回路經常發生誤動作。於是在變頻器的外部采用了電磁、噪聲抑製措施,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幹擾;②將變頻器接地端子以前通過動力接地改為單獨接地;③在控製櫃內接觸器的控製線圈上加上RC防衝擊吸收裝置。

3.2　變頻器的安裝環境要求

因電石爐係統所配的物料種類主要有熱焦炭、石灰2種。從焦炭烘幹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生大量粉末,除塵不好時使變頻器積塵較多,變頻器櫃內溫升較快,變頻器內半導體器件容易損壞,實施時,我們采用2台變頻器櫃,櫃內變頻器分成上下兩層布置,並在上下變頻器之間加1塊隔板,同時在控製櫃後門上部安裝軸流風扇外接通風筒,前門下部安裝出口過濾器,避免粉塵汙染。

3.3　變頻器對外界的幹擾

目前,變頻器幾乎均采用PWM控製方式,這樣的脈衝調製形式使得變頻器運行時在電源側產生高次諧波電流,並導致電壓波形畸變,對電源係統產生嚴重影響,特別是對稱重信號和速度信號幹擾特別嚴重,影響計量精度,為此,我們對此信號進行隔離處理,並對控製儀表電源進行處理,從而保證係統高精度運行。

4　結束語

總之,通過在大型密閉電石爐幾年的使用情況來看:①係統的可靠性好,解決了以前用戶現場由於棚料導致物流不暢及由於卡料使給料機不能正常工作,導致堆料現象等;②係統的精度高,單機運行時,精度優於±0.5%,控製精度優於±1%;③節能效果顯著,極大地改善爐況,降低電耗150kwH/t(電石);④環境汙染程度低。該係統自投產以來不但保證了產品的質量和產量,同時又克服了環境汙染問題,為企業創造良好的經濟效益。

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