高剛，何學(xué)玲(陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司，陜西 神木 719319)

0 引言

技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)產(chǎn)能的提升，行業(yè)獲得新技術(shù)也為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了良好支持，而PVC作為目前發(fā)展最快的化工行業(yè)，因此在電石加工領(lǐng)域帶動(dòng)了產(chǎn)能的提升，推動(dòng)電石工業(yè)跨越式發(fā)展。電石工業(yè)作為歷史悠久的化工生產(chǎn)行業(yè)之一，其加工產(chǎn)品在海內(nèi)外皆有相當(dāng)?shù)恼加新?，產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)，尤其在電石PVC技術(shù)的推動(dòng)之下，電石工業(yè)愈加得到重視，電石冶煉配料系統(tǒng)也成為了關(guān)乎生產(chǎn)效率的重要調(diào)控環(huán)節(jié)[1]。因此本文針對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在電石冶煉配料系統(tǒng)中的研究，具有填補(bǔ)理論空白，促進(jìn)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的理論意義，同時(shí)也為實(shí)際的電石工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)效率的提升。

1 變頻技術(shù)在配料系統(tǒng)中的作用

隨著電石冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，基于電石冶煉技術(shù)的大型密閉式電石爐由此誕生，成為化工工業(yè)發(fā)展的重大成就。隨著時(shí)間的發(fā)展，大型密閉式電石爐的技術(shù)不斷完善，密閉性更加出色，在容積方面得到了前所未有的提升。伴隨著多項(xiàng)工藝的改良，大型密閉電石爐不僅從設(shè)計(jì)上能夠更加符合電石加工的需要，在實(shí)際操作時(shí)也能夠滿足冶煉需求。大型密閉式電石爐在具體工作中，內(nèi)部環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間處于負(fù)壓狀態(tài)，而加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷就是為了供給大型密閉式電石爐內(nèi)部加料，以達(dá)到遠(yuǎn)程調(diào)控溫度的效果[2]。加料系統(tǒng)的另外一個(gè)功能可以借助圓盤機(jī)通過(guò)上下輸料管為大型密閉式電石爐供給變頻調(diào)速的混料等。而在此其中變頻調(diào)速的作用主要呈現(xiàn)在電石冶煉配料的比例調(diào)配，如此得出能夠最佳用于生產(chǎn)的混料。除此之外變頻調(diào)速技術(shù)還能夠?yàn)榇笮兔荛]式電石爐確保加料標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)上下熟料管同時(shí)工作，時(shí)刻處于滿料狀態(tài)，為工藝持續(xù)提供保障，充分地原料混合確保了大型密閉式電石爐的正常工作，也提升了生產(chǎn)效率。

2 上料、混料系統(tǒng)工藝流程及主要參數(shù)

以陜煤北元集團(tuán)錦源化工有限公司為例。該公司設(shè)計(jì)建設(shè)4臺(tái)40 500 kVA與2臺(tái)63 000 kVA密閉電石爐，配料系統(tǒng)為單臺(tái)控制。這其中的大型密閉式電石爐配料系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)給料，經(jīng)過(guò)料斗秤→變頻器調(diào)速器→儀表調(diào)節(jié)→圓盤給料機(jī)，組成一套完整的上料混料系統(tǒng)加工工藝流程。電石原料的生產(chǎn)主要由焦炭和石灰混合而來(lái)，通過(guò)不同比例的配比，在經(jīng)過(guò)稱量、振動(dòng)，最后由皮帶通道輸送至圓盤給料機(jī)中，將其混合最終送入大型密閉式電石爐。

2.1 主要參數(shù)

圓盤給料機(jī)：加料盤直徑：φ9 200 mm；刮板數(shù)量：12組；環(huán)形軌道直徑：φ6 800 mm；環(huán)形加料機(jī)高度：φ1 200 mm；傳動(dòng)裝置數(shù)量：3組，電動(dòng)機(jī)功率：7.5 kW，電機(jī)型號(hào)：YB3-132M4；圓盤轉(zhuǎn)速：17 r/min。

電子配料秤：型號(hào)：PA8110A型稱重顯示器、傳感器：CZL_YB_2型電阻應(yīng)變式稱重傳感器。

2.2 系統(tǒng)的過(guò)程控制

變頻調(diào)速配料系統(tǒng)主要通過(guò)電子信號(hào)傳輸改變?cè)现g的摻雜配比，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)結(jié)果，由變頻調(diào)速技術(shù)控制全局，為電子配料料斗秤輸送標(biāo)準(zhǔn)各原料的不同重量，進(jìn)而傳送至圓盤給料機(jī)進(jìn)行混合，材料配比、計(jì)量、稱重都通過(guò)變頻調(diào)速系統(tǒng)接口完成。而接受料倉(cāng)有極其敏感的重量傳感器，能夠?qū)⒃现亓啃畔鬏斨劣?jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，如此便可以配比出最佳質(zhì)量的焦炭與石灰。而稱重機(jī)的傳感信號(hào)將原料參數(shù)能夠轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)輸送至系統(tǒng)中，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)，這其中的模擬信號(hào)傳輸由低頻段的電流信號(hào)生成。模擬信號(hào)通過(guò)調(diào)解器控制，將信號(hào)內(nèi)部運(yùn)算后在傳輸至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器根據(jù)所下達(dá)的指令進(jìn)行規(guī)范地頻率轉(zhuǎn)速，如此給料機(jī)能夠精準(zhǔn)地輸送所需要加工的原料質(zhì)量[3]。變頻調(diào)速器在工作中可以通過(guò)稱重信號(hào)靈活掌握原料當(dāng)前所需的振動(dòng)頻率，如此便可以使得不同原料的重量配比和給料機(jī)的輸送達(dá)到均衡標(biāo)準(zhǔn)。變頻調(diào)速器系統(tǒng)參數(shù)的運(yùn)行過(guò)程能夠經(jīng)由工控機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，也能夠由人工操作控制變量，可靠的系統(tǒng)與操作性實(shí)現(xiàn)了電石冶煉配料生產(chǎn)的自動(dòng)化。

2.3 變頻器型號(hào)的選用設(shè)計(jì)

采用圓盤給料機(jī)的型號(hào)為YB3-132M4，功率7.5 kW，其額定電流為25 A，圓盤給料機(jī)在工作中長(zhǎng)時(shí)間處于滿載運(yùn)行狀態(tài)，因此變頻調(diào)速器的額定輸出電流功率需要超過(guò)1.0～1.4倍，在變頻器生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中，圓盤給料機(jī)中的原料均勻性為最佳，保持正常的作業(yè)環(huán)境，電機(jī)加速度與降頻控制低，均勻的給料與輸出扭矩是由變頻器的功率決定的，因此變頻調(diào)速技術(shù)的控制系統(tǒng)極為關(guān)鍵，在此本文選擇創(chuàng)杰公司的變頻器，型號(hào)規(guī)格為：ACT。

2.4 電機(jī)電源供電

電機(jī)由變頻器供給電力，變頻器電源通過(guò)雙路供電為其提供保障，在遇到意外發(fā)生或斷電時(shí)能夠由電源自動(dòng)切換至輔路電機(jī)，保證工程作業(yè)效率不怠慢的同時(shí)也保護(hù)了變頻器的電機(jī)不會(huì)發(fā)生報(bào)廢。輔路電源提供電力同樣經(jīng)過(guò)電流的控制調(diào)節(jié)給料機(jī)的大小，達(dá)到均衡勻速的工作目的，保證系統(tǒng)不斷地輸送穩(wěn)定電流，變頻器的精度與圓盤給料機(jī)的給料質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)限度內(nèi)，電機(jī)電源為其提供穩(wěn)定保障。

3 變頻器在大型電石爐中使用的注意事項(xiàng)

因40 500 kVA與63 000 kVA電石爐技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟，所以配料系統(tǒng)在電石工業(yè)生產(chǎn)的大環(huán)境當(dāng)中有了顯著改善。但仍然存在產(chǎn)量龐大、運(yùn)料系統(tǒng)維護(hù)維修時(shí)間較長(zhǎng)耽誤工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度的情況，選型易發(fā)生誤差與不合理設(shè)置，在運(yùn)轉(zhuǎn)中為變頻器帶來(lái)故障影響，頻繁地發(fā)生故障致使變頻器達(dá)不到預(yù)期的工作效果[4]。

3.1 變頻器外部的電磁干擾

大型密閉式電石爐需要依靠電力電壓系統(tǒng)加熱，其過(guò)程中 為大型密閉式電石爐輸送大量電壓，達(dá)到電弧放電以產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾源，進(jìn)而通過(guò)輻射網(wǎng)絡(luò)侵入變頻器使電回路發(fā)生損壞，變頻器故障多由此而來(lái)。另外，變頻器還易受到電磁干擾的影響，工廠生產(chǎn)噪聲都可以對(duì)變頻器產(chǎn)生故障干擾，因此周圍具有防護(hù)措施，過(guò)濾電磁干擾波與噪聲，最大限度降低了電源線引起的干擾，變頻器的接地端子也單獨(dú)接地，控制線圈加裝防沖擊吸收裝置[5]。

3.2 變頻器的安裝環(huán)境要求

電石爐系統(tǒng)所配比的物料種類包括焦炭和石灰為主的工業(yè)原料，焦炭由烘干窯氣燒制而成，熱石灰上料過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，除塵不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致變頻器內(nèi)部積攢較多，影響散熱引起故障[6]。在具體加工環(huán)境中實(shí)施變頻柜保護(hù)方案，將兩座變頻器分別置于柜的上下層，在中間安裝格擋，通過(guò)風(fēng)扇外流轉(zhuǎn)軸的風(fēng)筒和過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)除塵散熱的效果，避免了變頻器受到嚴(yán)重的熱石灰粉塵污染。

3.3 變頻器對(duì)外界的干擾

當(dāng)前變頻器基本采用PWM的控制模式，在該模式下控制脈沖的調(diào)整模式能夠使電源產(chǎn)生高次諧波電流，引起電壓的特別波形畸變，其產(chǎn)生的影響危及電源整個(gè)系統(tǒng)中[7]。變頻器對(duì)外界的干擾也較嚴(yán)重，于是稱重信號(hào)與速度信號(hào)的傳輸最終會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)有一定差別，因此需要將信號(hào)進(jìn)行隔離處置，通過(guò)儀表電源進(jìn)行總控制，保證系統(tǒng)高精度的工作模式。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在電石冶煉配料系統(tǒng)中應(yīng)用

4.1 電石爐選擇及參數(shù)配置

選擇4臺(tái)密閉式電石爐以滿足化工公司的需求，生產(chǎn)中配料系統(tǒng)由單臺(tái)單獨(dú)控制，在密閉式電石爐的系統(tǒng)配料中擁有完整的系統(tǒng)供應(yīng)，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算輸送最終的信號(hào)，傳輸至控制平臺(tái)為變頻器和圓盤給料機(jī)提供工作信息，在分發(fā)的基礎(chǔ)原料中由石灰與焦炭組成。圓盤給料機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，擁有12組刮盤和3組傳動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)速為17 r/min。

4.2 電石冶煉配料系統(tǒng)過(guò)程控制

按照科學(xué)規(guī)定的步驟完成電石冶煉配料系統(tǒng)的過(guò)程控制，首先經(jīng)由原料稱重后輸送至電石原料機(jī)，通過(guò)控制儀表將質(zhì)量數(shù)據(jù)量化，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸轉(zhuǎn)換，為具體參數(shù)進(jìn)行分析。其次將這些信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬電流控制器，融合內(nèi)部因素的詳細(xì)運(yùn)算值進(jìn)行規(guī)定運(yùn)算。最后計(jì)算得出的模擬信號(hào)加之內(nèi)定的運(yùn)算流量，增加到應(yīng)降低的給料機(jī)轉(zhuǎn)速，為其提供標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，保證產(chǎn)品質(zhì)量最佳。如此經(jīng)過(guò)以上操作提升電石生產(chǎn)配料系統(tǒng)的效率[8]。

4.3 變頻器型號(hào)選擇

圓盤給料機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)電流持續(xù)輸送，保證變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于輸送變頻器電流應(yīng)保證在1.0～1.4倍左右。常規(guī)的電石冶煉配料環(huán)節(jié)需要較高指標(biāo)的原料供給效果，均勻的原料配比提升產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)變頻器的頻率設(shè)置精準(zhǔn)度要求高，需要依據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選擇創(chuàng)杰公司變頻器，型號(hào)為ACT產(chǎn)品。

4.4 電機(jī)電源供電要求

電源需要具有輔路供電的穩(wěn)定保障，電機(jī)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，雙向供電穩(wěn)定了變頻器的工作與圓盤給料機(jī)的精確配比，也最大程度地降低了故障的產(chǎn)生。但因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)法避免人為損壞和故障的意外出現(xiàn)，因此雙路電機(jī)供電是對(duì)電機(jī)電源的基本要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況進(jìn)行靈活切換，保證正常運(yùn)行的基礎(chǔ)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在變頻器調(diào)速技術(shù)快速發(fā)展的今天，還需要進(jìn)行大量深入地研究，以提高電石冶煉配料系統(tǒng)中的工作效率。本文的研究成果，可以有效提升變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，緩解圓盤給料機(jī)原料供給均衡的問(wèn)題，進(jìn)而能夠提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。