电石生产用原料上料、出料系统自动化措施

电石生产用原料上料、出料系统自动化
措施
[摘要]:近年来中国已成为世界最大的电石生产国，但电石生产所用原料的
输送系统自动化程度却一直处于落后水平，绝大多数的输送还是靠人们在现场手
动进行操作，通过电气控制来实现原料输送系统的启停。

这种传统的操作方式不
但消耗了大量的劳动力，而且人员还存在一定的安全隐患。

因此，提升电石原料
输送系统的自动化水平对降低员工的安全风险和劳动强度，提高设备的使用寿命
和利用率具有重要意义。

本文主要是根据神木市电石集团能源发展有限责任公司
电石炉所用原料上料、出料系统进行自动化改造，电石炉生产用原料上料、出料
过程自动化的实现涉及计算机技术、通信技术、控制技术和网络技术等综合集成
技术。

[关键词]:雷达料位计；接近开关；卸料小车；自动化
1.国内电石生产现状
生产过程自动化是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部门以连续性物
流为主要特征的生产过程的自动控制，主要解决各种生产过程中的温度、压力、
流量、液位（或物位）、以及成分（或物性）等参数的自动监测和控制问题[1]。

十二五期间，中国电石行业就提出“提高自动化水平和机械化、改善工人劳动环境、降低能耗与物耗”的目标，至今在电石生产的自动化生产方面已经有了一定
的提高，而且很多国内企业都在积极探索中，但总体而言，离最终的目标还有一
定的距离。

目前由于电石生产所用原料上料、出料输送系统自动化水平落后，所
占用的劳动力还是较为明显的，人员的安全得不到有效的保障，所处环境对员工
的身心健康造成一定的伤害，再者，设备的利用率和使用寿命得不到有效的发挥。

同时，在生产增值增效，节能降耗以及稳定运行方面也得不到较大的成效，现就
针对此现状研究改进的成果进行详细的剖析。

2.原料上料、出料系统自动化
2.1.电石生产工艺流程
碳化钙(CaC2)俗称电石。

工业品呈灰色、黄褐色或黑色，含碳化钙较高的呈紫色。

其新创断面有光泽，在空气中吸收水分呈灰色或灰白色，能导电，
纯度愈高，导电性愈好。

在空气中能吸收水分，加水分解成乙炔和氢氧化钙，与
氮气作用生成氰氨化钙。

电石是有机合成化学工业的基本原料之一，是乙炔化工的重要原料。

由电石
制取的乙炔广泛应用于金属焊接和切割。

生产方法有氧热法和电热法，一般多采
用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦)在电石炉内，
依靠电弧高温熔化反应而生成电石。

主要生产过程是：外购40-70mm石灰石由1#、2#、3#下料口经原料1#、2#皮带进入滚筛，将不合格的石灰石筛入碎料仓，合格
的石灰石通过原料3#、4#皮带分别输送到1#、2#原料仓，经振动筛二次筛分后
振入称量斗，由称量斗放入上料小车，小车由卷扬机提升至窑顶料仓装料，石灰
石进入窑顶料仓通过分料阀、进料阀进入窑内，经过预热带、煅烧带、冷却带到
达13米卸料平台，卸料平台卸下的石灰进入窑底料仓，由成品1#、2#、3#、4#
皮带输送到8个成品料仓，供电石炉用。

外购30-80mm的合格块煤经过受煤坑底
部的振动给料机送至M1-1皮带，再通过M1-2、M2皮带、送至原煤振动筛，经过
筛分后，10mm以下面煤进入面煤仓送电厂发电(或装车外卖)，10mm以上块煤进
入块煤仓，再通过M3皮带卸料小车进入3个块煤料仓，通过料仓底部的给料机
送至M4-1、M4-2、M4-3皮带，对应送至M5-1、M5-2、M5-3皮带，经5楼卸料小
车进入炉顶储煤仓，再进入辅助煤仓，煤块至上而下移动，与逆流而上的高温气
体接触干馏后，通过推焦机落至刮板机箱内经清水喷淋熄焦后进入出焦小料仓，
经过小刮板机送至出焦大料仓，输送至L1皮带、L2皮带、L3皮带后进入振动筛，经筛分后将兰炭大料通过L4皮带，经破碎后通过斗提机重新筛分（也可将大料
装车外卖），将兰炭中料通过溜槽送至L6-1、L6-2皮带送至料场，将小料通过
L5-3、L5-4皮带进入料场，将焦沫通过L5-1、L5-2送入料场，将兰炭工段送来
的兰炭，通过装载机运输至上料进料口，通过1#上料皮带，在滚筛的作用下，经
2#上料皮带和卸料小车，分别送至1#、2#、3#烘干炉兰炭原料仓，再经1#、2#、
3#上料斗提机，送至烘干炉顶部料仓，供烘干炉使用，兰炭经沸腾炉所产生的高
温烟气，在烘干炉内进行辐射、对流、换热、传导后成为合格的兰炭，在烘干炉
出料口振动给料机的作用下，输送至出料皮带，通过出料皮带将合格的兰炭储存
在成品料仓，供电石炉用。

在配料站中按照工艺规定的配比将石灰和焦炭分别进
行称量配料，用皮带输送机混合后将炉料送至圆盘内，通过圆盘给料机及料仓依
次向电炉内加料，炉料从料管进入炉膛，在电弧高温下熔融并发生电化学反应生
成电石，化学反应式为：GaO+3C→CaC2+CO，熔化了的碳化钙从炉底流出后，经冷却、破碎后作为成品包装。

反应中生成的一氧化碳通过煤气管道送往气柜，用于
煅烧石灰石。

2.2.自动化改造实施
（一）目的
落后的生产力导致结果是自动化程度低，人员素质低，工业生产中人是最不
安全的因素，人是最大危险源。

为了在保证安全环保的前提下使生产保持最佳状态，有效地提高产品质量和数量，节约原材料和能源，降低生产成本，提高设备
的利用率，延长设备的使用寿命，实现优质高产低耗，同时保证工作人员和设备
的安全，减轻劳动强度，改善工作环境。

我公司分别对原料上料系统中兰炭工段
M3、M5-1、M5-2、M5-3皮带所在的卸料小车、原料上料系统中烘干工段上料2#
带所在的卸料小车以及原料出料系统中白灰工段成品4#皮带所在的卸料小车进行
了自动化改造。

（二）方案
（1）原料兰炭工段上料系统M3及M5皮带卸料小车自动化改造方案
原煤M3煤仓（1#、2#、3#）增加雷达料位计，原煤M3皮带机尾增加雷达料
位计及原煤M3卸料小车上安装雷达料位计，DCS实时显示料位高度和卸料小车离
皮带机尾的距离。

原煤M3卸料小车设置有手动和自动两种方式，主控人员可以
根据生产现场需求，在手动和自动之间进行切换。

当切换到自动状态时，主控人
员通过在DCS画面监控、人为设定料仓高位停料、中位补料、低位补料来保证兰
炭炉上料，按照原煤M4-1、M4-2、M4-3给煤机名称对应名称为原煤M3下煤仓1#、
2#、3#。

停止位置显示要保证小车下料口与料仓料口相对应并反馈DCS，根据料仓料位先向低位料仓补料次向中位料仓补料高料位不进料，同时出现低位或中位时按照料仓顺序上料，当3个料仓都显示高位时移动小车保持原位置不动。

当切换到手动时，主控人员可以通过观察DCS料位显示，手动在DCS监控画面上控制卸料小车进行补料。

M5-1、M5-2、M5-3料仓的自动化补料方案与M3料仓自动化补料方案一致。

（2）原料烘干工段上料系统2#皮带卸料小车和原料白灰工段出料系统成品4#皮带卸料小车自动化改造方
案
在烘干工段原料2#皮带所对应的（1#、2#、3#）料仓增加雷达料位计，将雷达料位计信号引入DCS，在1#、2#、3#料仓每个料仓旁水平安装两个接近开关，将接近开关的信号引入DCS，再将卸料小车的控制信号引入DCS，在DCS组态软件中编写程序。

当主控人员发现1#、2#、3#料仓任意一料仓料位低时，可手动在DCS监控画面上选择料仓号，让小车自动去料位低的料仓，当小车到达低位料仓时，通过焊接在卸料小车上的铁板来感应接近开关，从而使卸料小车停在对应的位置进行补料。

为了保障卸料小车长周期稳定运行，在1#、2#、3#料仓每个料仓旁安装两个接近开关，进行二选一，当卸料小车到达料仓位置，只要有一个接近开关亮，卸料小车自动停止，进行补料。

白灰工段成品4#皮带所在卸料小车自动化改造方案与烘干工段原料2#皮带所在卸料小车自动化改造方案一致。

（三）改造过程中遇到的问题及解决办法
问题1：在刚开始实施时，在卸料小车移动过程中出现波动。

通过长时间的现场观察发现，由于卸料小车移动速度较快，雷达料位计设置的模式是正常测物料下降的速度，从而卸料小车在移动过程中雷达料位计反应不过来，导致卸料小车在移动时发生波动。

解决办法：对雷达料位计的监测方式进行更改，提升了雷达料位计的反应时间，从而使小车能够正常运行，实现了兰炭工段M3、M5-1、M5-2、M5-3料仓的自动化补料。

问题2：卸料小车雷达料位计的反射波用钢板监测，但是由于反射面比较光滑，导致雷达测距出现跳变。

解决办法：把反射用钢板表面加钢丝网格破坏光面，解决了跳变问题。

问题3：雷达料位计发射角与钢板尺寸对应的不合适，导致超出一定距离后，无法显示距离。

解决办法：根据雷达料位计发射角大小及小车移动最远距离，利用三角函数
确定反射板外形尺寸，确保雷达波的有效反射面积。

问题4：小车上的固定雷达及仓壁固定雷达安装角度及固定程度问题。

各仓
上固定雷达的安装角度尽量一致，避免个体偏差，同时注意雷达紧固，避免松动
导致测量失准。

结
论
以上两种自动化改造方式提高了自动化程度，优化岗位人员12人，每年节约人工成本96万元，避免了人为安全给企业带来的负面风险，提高了设备的利用率，实现了优质高产低耗。

同时减轻了劳动强度，改善了工作环境，更有意义的是，实现了生产过程自动化，从根本上改变了传统的劳动方式，解决了电石行业原料输送系统自动化的难题。

参考文献：
[1]侯志林．自动化仪表与过程控制．北京：机械工业出版社，2000.。