【案例】密闭式电石炉智能冶炼技术研究应用

乐活 2024-11-04 07:50 吉林

陕西某化工有限公司电石分厂有6台密闭式电石炉，在电石生产过程中，电极的长度通过停电期间由人工测量取得数据，往往在发现电极数据异常时才停炉测量，数据滞后性强，不能及时指导生产。虽然在2019年对4#电石炉的电极压放及测量实现了自动控制，但是无法与净化系统控制有效衔接，电石炉炉压控制及电石炉节能方面也没有考虑，且配料系统为DCS岗位人员远程手动配料。电石炉整体运行方式以人员手动操作为主，不仅影响电石炉经济运行，还对电石炉的安全稳定造成影响。

技术可行性研究论证

1.1 主要研究目的

本文主要研究目的为实现自动化配料、电石炉本体控制与净化控制自动衔接调整，炉门自动开关，达到自动配料、自动提升及压放电极、自动控制炉压、炉温、电极长度实时显示等电石炉智能化控制，减少人为干预，降低处理料面时人工开关炉门作业风险，并实现电石炉增产、节电。并且，当智能化控制系统出现故障或异常情况时可切至原手动操控系统。

1.2 研究与开发内容

1.2.1自动化配料方面

目前，电石炉从配料站的输送配比至电炉圆盘料仓的配料过程基本为人员手动配料，未实现根据料仓料位而自动配料、输送，人员工作量较大，且电炉圆盘配料不及时还会发生安全事件。根据电石炉圆盘料仓料位情况实现自动配料及输送，当圆盘料位处于低料位时，可自动进行配料称重及输送，当圆盘料位达到高料位时自送停止配料及输送。

1.2.2电石炉自控方面

通过电流、电压的重新采集，使得电石炉各项参数更加准确、科学，为电石炉智能冶炼提供依据，同时对电石炉负荷、电极自动提升、压放等参数进行自动采集和自动运算操作。

1.2.3净化系统与电石炉自动衔接控制

实现煤气风机与炉压的自动控制、当炉压过高或过低时，通过风机变频器实现自动调整，保证电石炉炉压稳定。

1.2.4电石炉炉门自动开闭

为消除人员开关炉门作业的风险，提高人员的操作效率和安全性。基于目前1#~6#电石炉运行工况，在电石炉炉盖上安装气动装置实现炉门的开关。编制程序满足DCS和PLC系统的自动控制，实现DCS和PLC远程控制的无缝对接。

技术现状与前景

目前在行业内只有对电炉电极自动测量及压放的控制案例，但是没有将配料系统及电炉冶炼与净化系统有机统一结合起来的智能化控制案例。电石炉智能全自动控制技术目前在电石行业处于研究探索阶段，没有实际应用案例，因此本项研究的潜力及价值较大，应用前景非常广阔。

技术改造方案

3.1上料系统自动化改造

3.1.1电石炉料仓

企业40500kV·A和63000kV·A电石炉各有炉顶料仓12个，6台电石炉合计料仓72个，炉顶料仓规格略有不同，4台40500kV·A电石炉的料仓规格均为Φ1520mm×3800mmx10mm,每个料仓容积约为7.0m³,2台63000kV·A电石炉料仓有两种，分别是Φ1650mm×4200mm×10mm和Φ1720mm×4200mm×10mm,每个料仓容积分别为9m³及9.75m³。经计算与测量得知，每加一批料以1t生石灰为例，配以0.55t兰炭，合计约1.5m³,则加入1520mm料仓时，其高度约800mm,加入1650mm料仓时，其高度约750mm,加入1720料仓时，其高度约660mm。

3.1.2电石炉自动上料及料仓联锁

6台电石炉上料系统目前已经实现一键启动及配料站自动按照配比配料，当料到达圆盘处人为通过观察料仓料位干预加入相应料仓。因此只需要对圆盘料仓料位联锁控制刮板即可，主要思路是在电石炉料仓1500mm和2000mm处(从料仓底部向上测量)各增加一台阻旋式料位仪，料位仪旋转板上方增加防撞挡板，6台电石炉72个料仓合计需加装料位仪144台，给每个料仓设定3个不同的料位区段，用于求料信号、报警信号和跳闸信号。料仓料位联锁报警如图1所示。

图1 料仓料位联锁报警

3.2 电石炉智能控制

3.2.1电极自动压放优化

企业6台电石炉电极压放目前人为计时，在手动远程画面干预压放的基础上进行升级，实现输入该台电石炉A、B、C三相电极压放间隔时间，投入自动电极压放联锁后，实现电极自动计时压放，自动反馈压放行程量。一台电石炉三相电极不出现同时压放工作，采用时间优先级完成各相电极(每相电极压放前进行自检确保其他两相电极未进行压放工作),电极压放过程中第8组夹紧缸完成松开、上升、夹紧工作后，该相电极大力缸上升20mm,再进行电极压放中的下压。

3.2.2自动控制优化

(1)在4台40500kV·A电石炉中选择一台进行研究应用，新增1套DCS系统，新系统与用户原有DCS操作控制系统并列运行。

(2)电石炉全数字智能冶炼所涉及到的用户原有检测数据，通过信号分支器完成采集，并确保不对用户原有DCS系统造成影响。

(3)在新系统上完成电石炉全数字智能冶炼控制所需的全部数据采集及处理、专家冶炼数据库建立、智能控制、电石炉安全预警及事故应急处理等功能。

(4)电石炉电极压放、电极升降、挡位调节、液压站测控、电炉变远程停送电、紧急停车、相关辅助设备测控等，通过转换开关实现新、老DCS系统无扰动切换控制。

(5)构建电石炉智能操作控制界面，并设计智能控制所需各类数据的显示、趋势记录、历史查询、报警设置及报警。

(6)基于准精准的电极电流、电压、功率因数在线实时检测数据和耦合逻辑数学，可选择通过计算机软件完成电石炉电极自动巡航同步自动控制，弥补和克服电石炉人工操作的固有缺陷，为持续保持良好炉况提供有效的手段。

(7)增加电极软断、硬断工艺联锁。

3.3 炉压自动控制粗气、净气风机频率

根据目前电石生产过程中电石炉的操作现状，结合对各种干扰因素对炉压的影响的分析，将1#~6#炉压与净化系统风机变频进行联锁，使用智能化的模糊控制器来实现根据炉压自动调节风机频率，并且将炉压稳定的控制在-10~10Pa的理想范围内。

模糊控制器的压力设定值由原来的压力设定值Pset变为压力下限P1和压力上限PH,即期望的工作压力范围，由此计算出压力设定值Pset，同时设置了2个压力极限Pmax和Pmin。压力反馈信号经过信号滤波(根据现场干扰情况自动选择滤波算法)。将偏差值e的变化率也作为一个变量引入到控制器进行计算。对于控制器的输出值，可以设置输出上限和输出下限，同时具有限制变化率的功能，以防止给定风机频率变化过大导致风机变频过电流跳闸。炉压自动控制逻辑具体如图2所示。

图2 炉压自动控制逻辑

3.4 气缸式翻板自动开启电石炉炉门

每台电石炉各加装一套炉门自动开闭装置(每台电石炉有6个炉门，只对其中的一个炉门加装自动开闭装置，合计共加装6套),从电石炉一楼引接气源管线至二楼，二楼安装气源控制箱，并将气源钢管引接至炉门位置;将原有手动拉开式炉门的左、右侧把手切除，连接轴切除，对切除表面进行打磨，将炉门与炉盖分离;在炉门内边处安装密封条，对炉门关闭后进行密封;将炉门抬起放置于炉盖炉门口处，调节四周间隙后，在面对炉门、炉体上焊接各机械部件;炉门炉体上焊接气动马达驱动机构底座，安装气动旋转机构;炉门炉体上焊接气缸底座，炉门上焊接插销盒，将气缸安装于炉体气缸座上，气缸端头安装机械部件;配置钢质绝缘气源管线，连接于气缸上;配置操作控制箱，利用遥控器远程操作气缸开关，对炉门进行开启与关闭。

3.5 自动生成报表

报表数据主要由电石炉画面上自动读取存储，含人工输入，例如：发气量、产量、电极糊等，根据工艺要求制作。

经济及社会效益

4.1经济效益

以改造前电石炉连续90d的运行时间为基准，比对改造后30d的平稳运行时间，改造后的产量(折标后)比改造前(折标后)增产约3%,即每月约增产195t,按照市场电石平均价格再减去成本，约产生效益40万元/月;电石单位产品工艺耗电(折标后)比改造前(折标后)节约约3%,即每月节约32度/吨电石，按照每度电0.45元计算，约产生效益28万元/月，合计68万元/月，累计每年创效约816万元。

4.2安全效益

本次技术研究，实现电石炉安全预警及事故应急处理(ESD),电极硬、软断预警及紧急停车，炉内烟气成分突变预警及紧急停车，炉内负压突变预警及紧急停车，热区关键设备、其他设备漏水预警及紧急停车。基于紧急停车、报警、联锁控制功能，系统发生紧急情况，第一时间安全报警联锁停车，保障设备及人员安全，提高系统的安全可靠性。

4.3社会效益

以实现强弧、电极深埋、做功平衡、持续稳定运行4大主要功能，同时可全面提升电石炉数字化、人工智能控制水平，实现工艺操作指标量化，统一指挥，实现安全预警及事故应急处理的逻辑判断等辅助功能。

转载自：矿热炉

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwODU4Nzc5Mw==&mid=2247550808&idx=5&sn=97e63463e201259819da89c614dfdf7c

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