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电石炉节能技术改造方案

发布时间: 2019-03-20 来源: 本站原创 分享到:

1 电极升降控制现状及其难点
 
        电石炉电极升降控制涉及到电极电压、电极电流变化、功率因数、炉料比电阻变化、电极操作电阻变化、电极做功点位置高低等变量,电极升降运行会直接改变这些变量及其相互之间的关系。同时,这些变量中任意一个发生改变,也会直接影响到其他变量及其关系。此外,配料对于矿热炉的操作影响巨大,而国内恰恰在原料成分的控制、分析以及配料控制方面存在较大的盲目性。炉前配比控制往往是依据出炉电石发气量的高低和电极位置是否偏高来调整配比数据,调整时间严重滞后,经常出现调整方向错误。石灰和碳材的成分波动、粒度波动,都会影响加重炉况波动,直接影响电极做功点位置的高低和相互偏差。为了能够将三相电极做功点控制在同一平面,并将此平面控制在最佳位置,计算机自动控制系统必须要同时对电极电流、电流电压、电极做功点数据、电极长度、炉内熔池电阻、半成品厚度大小、粒度大小、碳材固定碳高低、粒度大小分布、电极焙烧速度、电极端部区域石墨化程度高低等变量进行计算,方能较好的解决电石炉自动控制的难题。如此多的变量关系计算,非功能强大的计算机直接控制模式不能满足。这也是国内众多电石生产企业生产运行难以达到设计水平的原因。
 
2 电石炉生产过程控制现状
 
        当前电石炉的电极升降控制系统大多采用的是电弧炉的控制理论,而电石炉实际上属于电弧-电阻炉,因为在控制理论上存在误区,因此大多数系统无法真正、长周期地实现自动控制运行。即使能自动运行也是在炉况很稳定的情况,而当炉况稍微发生些异常情况便只能切换到人工手动操作方式。另外,电石炉的电极工作端长度没有实时、准确的测量方法,操作者无法获知电极工作点位置,三相电极工作点位置的高低和偏差,更是无从控制。由于上述因素,设备运行率偏低,炉子运行状况波动较大,产量偏低、电单耗偏高,生产成本偏高。
 
3 自焙电极压放控制现状
 
        密闭电石炉电极结构选用艾肯密闭电石炉的组合把持器,该电极结构的优点是:结构精密,电极截面电流分布均匀;但致命的缺点是电极工作端长度偏长,遇到电极过烧或卷铁皮,必须停炉拆开护屏,将过烧的电极压出底环,再进行单独的焙烧程序,待电极焙烧完成后,才能重新投入正常的生产。由于电极的焙烧情况无法像半密闭电石炉那样可以实时观察到,密闭电石炉电极的焙烧情况只能定时(一般8 小时一次)停炉打开观察盖板进行观察,然后,根据操作者的经验确定电极压放周期长短。由于影响电极焙烧速度的因素很多,如电极电流、功率、功率因数、料面温度、支路电流和电极糊成分等因素的变化都会影响电极的焙烧速度,而且有些因素的变化没有规律可以因循,所以,各个电石冶炼企业经常会频繁出现因为电极焙烧控制偏差而导致电极出现软断或硬断的生产事故。
 
4 GV-FCS-IV 型矿热炉节电专家系统的优势
 
       我公司根据多年的市场经验和现场数据采集成功研发出了电石炉节能技术方案,解决了上述存在的各种难题,为各大厂家带来了福音,下面为我公司节能方案的优势及其运用:
 
  1 系统配备六条大电流检测罗茨线圈实时检测电极电流的真值,有效减少电极事故,解决了困扰业内多年的电极电流难以检测的难题。
 
   2 系统成功解决了长期困扰矿热炉自动控制的难题,即电极升降动作频繁和三相功率平衡之间的矛盾,既能将三相功率平衡控制在1%以内,又能够满足矿热炉对电极升降频度的要求,同时还解决了矿热炉功率不平衡对企业电网安全的不良影响。
 
   3 系统引入最新智能化控制研究成果,即电极做功点自动跟踪熔池液面升降轨迹智能控制理论。以控制电极做功点(电极电弧端部)和电弧功率平衡为核心控制理论,从而可以将三相电极的工作点控制在同一平面,提高炉内高温区集中度,可以将炉内高温区控制在最佳位置,电极插入深,坩埚区面积大,连通状况好。
 
    4 电极升降位移检测:配有位移传感器,用于实时检测电极升降变化数据,并据此计算炉内熔池和反应过程增长数据,从而控制电极升降速度,维持电极电弧功率平衡和状态,达到控制反应区温度恒定,并节约电能的目的。
 
    5 冶炼全过程自动控制:系统配有冶炼全过程7阶段智能控制功能,从出炉电极跟踪、炉况恢复、最大功率、次高功率、出炉前冶炼,分为七个阶段自动控制,每个冶炼阶段设计不同的控制模式,操作者实现一键操作启动,即可完成下一炉的全部操作。
 
     6 系统配有冶炼数据采集、记录、分析、优化和改进功能,将矿热炉的运行操作由依靠经验升级到依靠运行数据操作的崭新阶段,将炉况的判断由依靠人为的经验提升到依据运行数据判断的水平。
 
     7 系统提高了炉前管理水平,将矿热炉的技术管理由传统的一人负责一座炉(或两座炉)升级为一人负责一个厂,甚至负责一个集团的水平,大幅度降低了密闭矿热炉生产对高级经验型技术人才的需求。
 
      8 系统安全、可靠,能够将矿热炉的运行长期(数月或数年)稳定在最佳状态,大幅度延长大修周期3 倍以上。
 
      9 系统安装调试、维护简便。
 
5 GV-FCS-IV(FCS)矿热炉节电之间系统功能模块介绍
 
5.1、电极升降、做功点平衡智能自动控制模块
 
5.1.1电极升降控制现状:大型密闭电石炉电极升降自动控制,仍然停留在上世纪八十年代的水平,即PLC 和上位机的控制模式,虽然控制画面形象丽,但控制原理简单落后,升降动作过于频繁,仅能适用于原料非常理想、稳定的炉况,如遇原料成分、粒度波动或汇合不匀导致操作电阻波动的情况,电极位置就会偏高或导致炉底温度降低、电耗过高、产量过低等问题。因此,众多企业在无奈之余,只能选择人工在电脑上手动操作升降电极的操作方式。
 
5.1.2  电极升降、做功点平衡自动控制解决方案:
 
       大型密闭电石炉电极升降自动控制的难点1,三相功率平衡和电极动作频度之间的矛盾难以统一;如果控制系统追求三相功率平衡度高,则电极升降动作必然频繁,对炉内反应坩埚区造成破坏;反之,如果追求电极升降动作能够满足电石炉冶炼要求,则一定无法兼顾三相功率平衡的要求。
 
       大型密闭电石炉电极升降自动控制的难点2,无法准确检测电极电弧电流大小,三相电极做功点电弧功率平衡度低,则电极做功点位置偏差较大,炉内功率因数偏低,炉况波动会较大。结果造成产量低、电耗高的不良结果。
 
       大型密闭电石炉电极升降自动控制的难点3,坩埚区半成品总量控制,即厚度控制。此厚度直接影响产量和电耗高低。
 
       GV-FCS-IV 型矿热炉节电专家系统成功解决了密闭电石炉电极升降自动控制的两大难题,发明专利《矿热炉电极升降自动控制的方法》解决了电极升降动作频繁的难题;发明专利《矿热炉电极做功点自动跟踪熔池液面轨迹的方法》成功解决了三相电极做功点电弧功率偏差难以控制难题。
 
           因为矿热炉内存在两个等效电回路,即料层支路电流回路和电极做功点电弧回路。料层支路电流仅能够提供最高温度不超过原料熔点的热能,电极做功点电弧电流可以提供高达3500°C 的高温,是维持还原反应能够持续进行的主要热源。理论研究和现场实践表明,电极做功点电弧功率所占总功率的比例越高,三相电极做功点电弧的平衡度越高,则冶炼效果越好。因此,控制电极做功点电弧功率平衡与否,决定了炉子运行经济效益的好坏。但是,因为矿热炉的电极是埋弧冶炼,无法实时检测料层支路电流和电极做功点电弧电流值大小,即影响矿热炉冶炼效果好坏的关键点电极做功点电弧电流无法直接实时检测到运行数据。现场能够检测到的只有电极总电流数据,而总电流平衡不等于电极电弧电流平衡,因此,简单用电极总电流平衡控制冶炼过程,难以取得理想的运行效果。
 
       矿热炉的冶炼过程,是一个周期性的冶炼过程。熔池液面随冶炼过程的不同阶段升降运行,出炉完毕,熔池液面位于左侧最低位置,冶炼过程延图中右上升曲线逐步上升,出炉前达到右侧最高点;出炉完毕,又返回到最侧最低点。依据熔池液面的这一运行规律,GV-FCS 系统成功实现了“电极做功点自动跟踪熔池液面轨迹升降运行”的智能化控制。
 
        GV-FCS 系统根据矿热炉冶炼过程的特点,将冶炼分为多个阶段,每个阶段运用不同的智能化控制模型,实现了出炉过程三相电极快速同步跟踪下行,出炉完毕出炉前出炉结束恢复阶段三相电极做功点自动找平;主冶炼阶段三相电极同步跟踪熔池液面上行。已经投入运行的多套系统实践效果表明,电极做功点平衡运行,坩埚区显著扩大,产量增加10%,工艺电耗降低10%左右。