關(guān)于卸灰閥可靠運(yùn)行的改造實(shí)踐

劉瑞明

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

關(guān)于卸灰閥可靠運(yùn)行的改造實(shí)踐

劉瑞明

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

為避免因卸灰閥運(yùn)轉(zhuǎn)故障導(dǎo)致高溫煤粉在收集器內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間堆積而引發(fā)自燃、粉塵爆炸等設(shè)備事故，在卸灰閥裝置電氣故障報(bào)警的基礎(chǔ)上增加了接收脫落、聯(lián)動(dòng)軸斷裂等機(jī)械故障報(bào)警。實(shí)踐證明，該方法可有效提升收集器運(yùn)行的安全可靠性，確保制噴煤系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

接近開關(guān) 卸灰閥 旋轉(zhuǎn)設(shè)備

為了提高大型高爐煤比，降低噸鐵成本，制噴煤技術(shù)成為至關(guān)重要的一部分。通過(guò)一系列工藝步驟將原煤研磨至粒度小于200目的干燥超細(xì)煤粉，用煤粉替代焦炭以達(dá)到提供熱量和還原劑的目的[1]。然而，超細(xì)煤粉屬于易燃易爆物品，在一定條件下極易發(fā)生自燃或者粉塵爆炸，所以必須嚴(yán)格控制煤粉周圍環(huán)境的含氧量和煤粉堆積時(shí)間。為了避免因卸灰閥運(yùn)行故障引起高溫煤粉長(zhǎng)時(shí)間在收集器內(nèi)堆積，故增加卸灰閥故障報(bào)警功能，以確保制噴煤系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)高爐低耗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)長(zhǎng)壽、環(huán)?？沙掷m(xù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 制煤系統(tǒng)的工作概況及存在的缺陷

1.1 制煤系統(tǒng)工作概況

山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠4350高爐共有兩個(gè)制煤系統(tǒng)，分別為4350制煤A系和B系，制煤系統(tǒng)由高溫風(fēng)機(jī)、干燥爐、磨機(jī)、原煤倉(cāng)、給煤機(jī)、煤粉風(fēng)機(jī)、煤粉收集器、細(xì)粉倉(cāng)等部分組成[2]。其中，煤粉收集器包括收集器箱體、布袋、灰斗、卸灰閥，其工藝流程如圖1所示。

圖1 制煤系統(tǒng)工作流程

原煤倉(cāng)內(nèi)的原煤通過(guò)給煤機(jī)到達(dá)磨機(jī)中，在磨機(jī)中將原煤磨碎，同時(shí)，利用干燥爐和高溫風(fēng)機(jī)抽取高爐熱風(fēng)爐廢氣產(chǎn)生的高溫氣體（氣體溫度約為200℃，φ（O2）＜8%）在磨機(jī)內(nèi)烘干煤粉。然后，通過(guò)煤粉風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓將粒度小于200目的煤粉和高溫氣體混合物抽到煤粉收集器內(nèi)。收集器內(nèi)部含有1 560條布袋，每一條布袋將煤粉混合物的煤粉和氣體分離開來(lái)，氣體經(jīng)過(guò)布袋排放到大氣中，煤粉掉落到收集器下方的兩個(gè)灰斗內(nèi)。每個(gè)灰斗的下端安裝1臺(tái)卸灰閥，通過(guò)卸灰閥內(nèi)葉片旋轉(zhuǎn)將煤粉絞動(dòng)到細(xì)粉倉(cāng)內(nèi)，最后通過(guò)噴吹系統(tǒng)把煤粉從風(fēng)口噴吹至高爐中。

收集器灰斗下端的卸灰裝置由電機(jī)、減速機(jī)、卸灰閥等部件組成，電機(jī)通過(guò)減速機(jī)降速帶動(dòng)卸灰閥內(nèi)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，把掉落至葉面上的煤粉轉(zhuǎn)動(dòng)到細(xì)粉倉(cāng)內(nèi)。卸灰裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物如圖2所示。

圖2 卸灰裝置實(shí)物圖

1.2 改造前設(shè)備缺陷

2009年，4350制煤A系卸灰閥發(fā)生故障，導(dǎo)致收集器內(nèi)的煤粉不能正常下送至細(xì)粉倉(cāng)，高溫煤粉在收集器內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間堆積發(fā)熱，最終自燃燒毀全部布袋，造成煤粉大量泄漏。事故搶修耗時(shí)5天，直接經(jīng)濟(jì)損失366.6萬(wàn)元。此外，泄露煤粉懸浮在空氣中給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，搶修過(guò)程中采用焦炭替代煤粉，造成爐溫大幅波動(dòng)，鐵水質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響高爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

2013年，4350制煤B系2號(hào)卸灰閥因減速機(jī)接手脫落，現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，監(jiān)控?zé)o電氣故障報(bào)警，設(shè)備外表無(wú)明顯變化。崗位人員在更換布袋時(shí)發(fā)現(xiàn)收集器內(nèi)部堆積大量煤粉，仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)末端軸處于靜止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)與減速機(jī)脫開，及時(shí)清理內(nèi)部煤粉，避免了再次發(fā)生煤粉泄漏事故。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初只考慮了卸灰閥傳動(dòng)電機(jī)的過(guò)電流、高溫、停機(jī)等電氣故障，沒有考慮到接手脫落、傳動(dòng)軸斷裂等機(jī)械故障，使得操作人員不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)該故障，給高爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)埋下安全隱患。

2 卸灰閥系統(tǒng)改造方案

2.1 硬件部分

硬件部分安裝如圖3和圖4所示，將接近開關(guān)通過(guò)角鋼固定在卸灰閥端部外殼上，感應(yīng)面正對(duì)末端軸，感應(yīng)片焊接在末端軸上，確保聯(lián)動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)開關(guān)能夠產(chǎn)生一個(gè)完整的脈沖信號(hào)，并將信號(hào)采集至安川PLC系統(tǒng)數(shù)字模板。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用型號(hào)為Ni15-M30T-AZ3X、感應(yīng)距離15 mm的接近開關(guān)。傳感元件的安裝位置非常重要，將直接影響元件作用的發(fā)揮。由于收集器附近粉塵較大，接近開關(guān)應(yīng)采取由上至下的固定方式，防止粉塵堆積在感應(yīng)面上造成假信號(hào)。

圖3 改造后側(cè)面安裝示意圖

2.2 軟件部分

卸灰閥裝置傳動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，減速箱減速比為30∶1，末端軸轉(zhuǎn)速為50 r/min，即1.2 s/r，基于原有程序上增加卸灰閥故障報(bào)警檢測(cè)程序，報(bào)警流程如圖5所示。

定時(shí)器接收到卸灰閥運(yùn)行信號(hào)（即電機(jī)運(yùn)行信號(hào)）開始計(jì)時(shí)，在額定條件下每1.2 s應(yīng)接受到末端軸接近開關(guān)檢測(cè)信號(hào)。設(shè)置檢測(cè)周期為10 s，若10 s內(nèi)接收到現(xiàn)場(chǎng)卸灰閥接近開關(guān)信號(hào)，定時(shí)器清零；如果規(guī)定時(shí)間內(nèi)定時(shí)器沒有清零，說(shuō)明卸灰閥葉輪聯(lián)動(dòng)軸沒有跟隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障，系統(tǒng)報(bào)警輸出。此外，如果長(zhǎng)時(shí)間收到接近開關(guān)信號(hào)，超過(guò)檢測(cè)周期10 s，說(shuō)明末端軸上的感應(yīng)片正好停在接近開關(guān)正下方，也輸出報(bào)警。部分程序如圖6所示。

圖4 改造后安裝實(shí)物圖

圖5 軟件部分控制流程圖

圖6 卸灰閥故障檢測(cè)部分程序

其中，MB092372為卸灰閥電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，IB040CE為現(xiàn)場(chǎng)接近開關(guān)檢測(cè)信號(hào)，DW00013為檢測(cè)周期定時(shí)器、DW00012為接近開關(guān)常有定時(shí)器，定時(shí)10 s，MB092070為卸灰閥故障報(bào)警輸出。

2.3 抗干擾措施

PLC作為一種應(yīng)用于工業(yè)控制的自動(dòng)裝置，其本身具有一定抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境[3]。盡管如此，由于煉鐵廠制煤系統(tǒng)運(yùn)行條件惡劣，溫度高、粉塵大，增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障率，此外各類干擾信號(hào)較多，所以提升控制系統(tǒng)的抗干擾能力十分重要。

2.3.1 硬件措施

抗干擾采取的硬件措施包括信號(hào)隔離、接地屏蔽、合理的電纜型號(hào)和敷設(shè)路徑等。雖然PLC硬件I/O模塊內(nèi)的光電隔離器使信號(hào)在其內(nèi)部、外部電路上完全隔離，加之阻容濾波電路的作用，可以一定程度上防止干擾侵入。但通過(guò)實(shí)踐證明采用繼電器做信號(hào)隔離能夠有效增加抗干擾能力。良好的接地可消除各電路電流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場(chǎng)及電位差的影響[4]。做好控制電源與動(dòng)力電源的有效隔離，消除設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊干擾。選用金屬鎧裝屏蔽型的控制信號(hào)電纜，在減少噪聲干擾的同時(shí)增強(qiáng)了電纜的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)把模擬量信號(hào)線與數(shù)字量信號(hào)線、直流信號(hào)線與交流信號(hào)線分開布線，以減少不同類型信號(hào)間的干擾。

2.3.2 軟件措施

利用PLC控制系統(tǒng)計(jì)算速度快，可充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢(shì)，采用數(shù)字濾波和軟件容錯(cuò)等方式以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效的抗干擾。制煤系統(tǒng)信號(hào)傳送距離也較長(zhǎng)，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生假信號(hào)。在系統(tǒng)硬件配置己經(jīng)確定的情況下，通過(guò)編制軟件容錯(cuò)程序，根據(jù)具體情況采用不同的容錯(cuò)技術(shù)作為硬件容錯(cuò)的補(bǔ)充，進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力[5]。

3 卸灰閥裝置改造后效果

1）運(yùn)行更穩(wěn)定，檢測(cè)更精確。由于接近開關(guān)本身運(yùn)行可靠，檢測(cè)精度高，能夠有效避免錯(cuò)報(bào)誤報(bào)現(xiàn)象，確保了皮帶系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況在程序中調(diào)節(jié)檢測(cè)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)皮帶打滑檢測(cè)精度的自由調(diào)節(jié)。

2）無(wú)機(jī)械磨損，使用壽命更長(zhǎng)。機(jī)械式打滑檢測(cè)裝置在運(yùn)行時(shí)始終跟隨皮帶旋轉(zhuǎn)，無(wú)法避免內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械磨損，而接近開關(guān)在靜止?fàn)顟B(tài)下，可在有效距離內(nèi)檢測(cè)皮帶打滑感應(yīng)片，不需要直接接觸，完全避免了機(jī)械磨損，相對(duì)于機(jī)械式打滑開關(guān)使用壽命更長(zhǎng)。

3）日常維護(hù)簡(jiǎn)便。機(jī)械式打滑開關(guān)一般為4線制，而接近開關(guān)統(tǒng)稱為2線制，增加了點(diǎn)檢識(shí)別度，簡(jiǎn)單易操作。

4）有效降低備件成本。接近開關(guān)成本約100元，更換周期4年，機(jī)械式打滑檢測(cè)裝置成本約400元，更換周期8個(gè)月。以煉鐵廠供煤作業(yè)區(qū)33條皮帶為例，一年僅皮帶打滑裝置可節(jié)約備件費(fèi)用約14 850元。

4 結(jié)語(yǔ)

由此可見，接近開關(guān)檢測(cè)精度高、使用壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)讓其在旋轉(zhuǎn)設(shè)備檢測(cè)方面有著良好的應(yīng)用前景，值得后期在生產(chǎn)工作中繼續(xù)對(duì)其開發(fā)探討。

[1] 唐順兵，鄭偉.太鋼4 350 m3高爐生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步[J].山西冶金，2009（5）：45-48.

[2] 張濤，常海鋒，鄭明，等.煙灰卸料裝置的改造實(shí)踐[J].湖南有色金屬，2016（6）：37-39.

[3] 陳雨，閆明啟，秦富兵.PLC技術(shù)在帶式輸送機(jī)除塵裝置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2014（7）：57-59.

[4] 趙清.PLC控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[5] 周寧.PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)及抗干擾研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2010（10）：198-199.

（編輯：王瑾）

Reform Practice on Reliable Operation of Ash Unloading Valve

Liu Ruiming
（Iron-making Plant of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003）

Operation failure of ash valve gives rise to the accumulation of high temperature coal dust in the collector for a long time，which leads to a higher probability of spontaneous combustion，dust explosion and other equipment accidents.In order to prevent such production accident,this paper provides a introduction of mechanical breakdown alarm for receiver abscission and linkage shaft fracture based on the electrical failure alarm of ash unloading valve.Practice proves that this method effectively increases the safety and reliability of collector operation,ensuring the safe and stable operation of coal dust production and injection system.

proximity switch,ash unloading valve,rotating equipment

X756

A

1672-1152（2017）04-0102-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.38

2017-07-11

劉瑞明（1987—），男，本科，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，助理工程師，從事電氣點(diǎn)檢及維護(hù)工作。