鞍鋼7 m頂裝焦?fàn)t斗嘴控制系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化

趙鋒，王瀚萱，劉振猛，肖立，甘秀石

（鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山 114021）

裝煤車是頂裝煤焦?fàn)t重要移動(dòng)設(shè)備之一，其作用是沿爐頂軌道往返行駛，將原料煤從煤塔受煤運(yùn)送至各炭化室煉制焦炭，完成頂裝煤過程。在受煤過程中，裝煤車自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)受煤斗嘴，裝煤車發(fā)出打開信號(hào)，煤塔斗嘴打開。裝煤結(jié)束后，裝煤車發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，煤塔斗嘴關(guān)閉。但當(dāng)煤塔斗嘴未完全關(guān)閉或因信號(hào)干擾誤打開，且裝煤車未在斗嘴下方時(shí)，即會(huì)發(fā)生煤塔淌煤事故，影響焦?fàn)t生產(chǎn)。因此，如何控制煤塔斗嘴使其精準(zhǔn)打開、關(guān)閉及故障時(shí)快速關(guān)閉，是避免煤塔淌煤的關(guān)鍵。鞍鋼股份有限公司煉焦總廠（以下簡稱煉焦總廠）現(xiàn)有7 m頂裝煤焦?fàn)t4座，為了解決煤塔淌煤問題，分析了頂裝焦?fàn)t斗嘴控制系統(tǒng)存在的問題，并進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化。

1 頂裝煤焦?fàn)t斗嘴控制系統(tǒng)概況

焦?fàn)t裝煤設(shè)備主要由安裝于煤塔底部的斗嘴電液動(dòng)閘門和焦?fàn)t頂部的裝煤車[1]組成。入爐煤取自焦?fàn)t頂部煤塔，由焦?fàn)t頂部裝煤車將煤裝入各炭化室完成頂裝煤過程。頂裝煤焦?fàn)t結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝煤車的主要作用是從煤塔取煤，并經(jīng)計(jì)量后按推焦計(jì)劃表將煤裝入焦?fàn)t炭化室內(nèi)。煤塔下部共有 A、B、C 3列斗嘴，每列4個(gè)，分別對(duì)應(yīng)裝煤車4個(gè)儲(chǔ)煤斗。受煤斗嘴電液動(dòng)閘門配有開限位和關(guān)限位。裝煤車在受煤過程中自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)受煤斗嘴的一列，由安裝在裝煤車頂部的對(duì)位盤開電磁鐵發(fā)出打開信號(hào)，磁控開關(guān)安裝在煤塔斗嘴相應(yīng)位置，電磁鐵得電，發(fā)出漏嘴斗門開指令，斗嘴推桿電機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電液閘門開動(dòng)作，漏嘴斗門打開，儲(chǔ)存在煤塔里的煤由于重力作用從斗嘴落下。各煤斗滿料位后，由裝煤車對(duì)位盤關(guān)電磁鐵發(fā)出對(duì)應(yīng)斗嘴關(guān)閉信號(hào)，斗嘴推桿電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電液閘門關(guān)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)漏嘴斗門關(guān)閉。受煤列4個(gè)斗嘴全關(guān)閉后，通過磁開關(guān)向裝煤車發(fā)出受煤結(jié)束連鎖信號(hào)，完成受煤過程。裝煤車頂部對(duì)位盤磁接近開關(guān)分布如圖2所示。

圖1 頂裝煤焦?fàn)t結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 裝煤車頂部對(duì)位盤磁接近開關(guān)分布

裝煤車受煤流程[3]如圖3所示。

圖3 裝煤車受煤流程

原裝煤車到煤塔受煤有兩個(gè)操作模式，分別為裝煤車控制室上位機(jī)操作模式和地面機(jī)旁操作箱手動(dòng)操作模式。正常時(shí)，裝煤車在作業(yè)過程中由司機(jī)在操作室操作觸摸屏WinCC 7.0組態(tài)畫面來控制車載西門子PLC發(fā)出動(dòng)作指令，完成某一個(gè)或某一列斗嘴打開關(guān)閉動(dòng)作[2]。機(jī)旁手動(dòng)操作模式是在上位機(jī)操作無法正常使用時(shí)使用。受煤過程由裝煤車選定取煤位置（A～C列），裝煤車自動(dòng)開到煤塔選定列對(duì)準(zhǔn)停好，PLC檢測到對(duì)中信號(hào)后，司機(jī)操作組態(tài)畫面經(jīng)由PLC將信號(hào)發(fā)送到對(duì)應(yīng)對(duì)位盤電磁鐵上，信號(hào)通過磁接近開關(guān)發(fā)送到煤塔斗嘴控制盤控制回路，相對(duì)應(yīng)煤塔斗嘴打開開始受煤，當(dāng)裝煤車儲(chǔ)煤斗料位計(jì)發(fā)出滿料信號(hào)時(shí)，裝煤車PLC將受煤停止信號(hào)發(fā)送到對(duì)位盤傳給煤塔斗嘴控制回路，斗嘴關(guān)閉，停止受煤過程。

2 存在的問題

煤塔斗嘴比裝煤車軌道高7 m以上，如果發(fā)生單一斗嘴淌煤，下煤量約為10～20 t/min，由于原料煤下落至煤車走行軌道處，裝煤車無法回到煤塔下方，因此，無法人工手動(dòng)關(guān)閉開著的煤塔斗嘴。若等到控制系統(tǒng)修好，淌煤總量將達(dá)到數(shù)百噸，且爐頂無法應(yīng)用大型設(shè)備清運(yùn)下落至爐頂?shù)脑厦海枞斯で暹\(yùn)，難度大、時(shí)間長，清運(yùn)過程中會(huì)造成裝煤車無法裝煤而停產(chǎn)。為了避免淌煤事故的發(fā)生，對(duì)西部煉焦頂裝焦?fàn)t斗嘴控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面問題：

（1）煤塔斗嘴供裝煤車受煤，每間隔10 min就需開合一次，由于磁控開關(guān)頻繁動(dòng)作及周圍大功率電磁設(shè)備的干擾，極易出現(xiàn)誤信號(hào)，造成煤車不在斗嘴下時(shí)，斗嘴打開，發(fā)生淌煤事故。

（2）由于北方冬季寒冷，原料煤含水量大，在斗嘴處易結(jié)凍，需煤氣明火加熱保溫，而煤氣高溫火焰隨風(fēng)向氣流擺動(dòng)不定，對(duì)斗嘴周圍電氣控制線路傷害較大，易造成控制線粘連短路等情況，出現(xiàn)誤信號(hào)，使煤車不在斗嘴下時(shí)，斗嘴突然打開，發(fā)生淌煤事故。

（3）當(dāng)裝煤車受煤結(jié)束，煤塔斗嘴進(jìn)行關(guān)閉時(shí),由于在操作室不能直接觀察到煤塔斗嘴的實(shí)際開關(guān)狀態(tài)，操作規(guī)程要求裝煤車司機(jī)必須到裝煤車頂去觀察，確認(rèn)關(guān)閉后，才可以開走裝煤車進(jìn)行裝煤作業(yè)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，裝煤車司機(jī)在取完煤進(jìn)行關(guān)閉煤塔斗嘴操作后，多以操作畫面關(guān)嚴(yán)信號(hào)的顯示作為判斷煤塔斗嘴開關(guān)狀態(tài)的依據(jù)，省略了到裝煤車頂觀察確認(rèn)的環(huán)節(jié)。如果煤塔斗嘴關(guān)嚴(yán)限位發(fā)出誤信號(hào)，實(shí)際沒有關(guān)或沒有關(guān)嚴(yán)，就會(huì)造成煤塔淌煤事故。

（4）原有爐頂機(jī)旁操作箱需要在不同的位置選擇操作方式及要操作的列，操作麻煩；且開、關(guān)按鈕距離較近，在緊急情況下，操作者想要緊急關(guān)閉斗嘴時(shí)容易操作錯(cuò)誤，誤開其他正常斗嘴，造成淌煤事故擴(kuò)大。

3 改進(jìn)與優(yōu)化

3.1 增加控制聯(lián)鎖點(diǎn)

將煤塔斗嘴關(guān)嚴(yán)信號(hào)與裝煤車走行增加聯(lián)鎖點(diǎn)[4]，保證煤車走行時(shí)，煤塔斗嘴必須處于關(guān)閉狀態(tài)；煤塔斗嘴未關(guān)嚴(yán)情況下，裝煤車無法走行。同時(shí)，增加故障自查及報(bào)警功能，當(dāng)電氣原件及線路出現(xiàn)粘連、回路竄電等非正常工作狀態(tài)時(shí)，與故障位置相對(duì)應(yīng)回路報(bào)警指示燈亮起，提示操作人員系統(tǒng)在故障下不可正常使用；且通過觀察故障指示燈，檢修人員可及時(shí)、快速發(fā)現(xiàn)故障所在回路，并排除故障。

3.2 利用信號(hào)電道

裝煤車明電道分為4組，分別為ABC三相動(dòng)力電道和一根信號(hào)電道，信號(hào)電道在爐區(qū)炭化室范圍內(nèi)起傳送除塵風(fēng)機(jī)信號(hào)作用，在非爐區(qū)的煤塔及端臺(tái)起支撐信號(hào)滑觸器作用。利用煤塔段無作用的信號(hào)電道，將裝煤車對(duì)準(zhǔn)煤塔ABC三列所在位置定位好，在定位完成情況下，確定好信號(hào)滑觸器所在位置區(qū)間，將三個(gè)區(qū)間確認(rèn)好后，斷開三個(gè)區(qū)間信號(hào)電道并用絕緣連接板連接。改進(jìn)方式如圖4所示。

圖4 改進(jìn)方式示意圖

用導(dǎo)線分別將斷開后的信號(hào)電道連接至車輛變電所各自斗嘴控制盤內(nèi)。在各自斗嘴控制盤內(nèi)，煤塔斗嘴打開回路增加一個(gè)煤塔斗嘴允許打開接觸器，主回路連接到煤塔斗嘴打開主回路接觸器上方，與煤塔斗嘴打開主回路接觸器串聯(lián)，將增加的煤塔斗嘴允許打開接觸器控制線圈一端與對(duì)應(yīng)斷開后的信號(hào)電道引線相連，另一端與零排相連。

然后，改變PLC控制程序，使煤車在煤塔對(duì)位信號(hào)與煤塔斗嘴打開信號(hào)同時(shí)到來時(shí)，輸出除塵高速控制信號(hào)，作為煤塔斗嘴允許打開的條件，避免了煤車不在位時(shí)，煤塔斗嘴打開情況的發(fā)生。裝煤車進(jìn)入煤塔狀態(tài)和受煤狀態(tài)如圖5所示。

圖5 裝煤車進(jìn)入煤塔狀態(tài)和受煤狀態(tài)

改變煤塔斗嘴控制回路，取消煤塔斗嘴打開接觸器自鎖點(diǎn)，改變裝煤車控制煤塔斗嘴打開PLC程序，將原程序的脈沖信號(hào)改為時(shí)間長短可調(diào)的恒定信號(hào)，煤塔斗嘴打開幅度由時(shí)間控制[5]。避免煤塔斗嘴開限位不來，煤塔斗嘴打開接觸器常吸合時(shí)，煤塔斗嘴無法關(guān)閉情況的發(fā)生。

3.3 增加斗嘴監(jiān)控

由于裝煤車操作室在下部，司機(jī)無法觀察到斗嘴實(shí)際開關(guān)狀態(tài)，在裝煤車頂增加監(jiān)控斗嘴的攝像頭，方便司機(jī)在操作室直接觀察斗嘴開關(guān)狀態(tài)，避免因司機(jī)省略上裝煤車頂檢查的環(huán)節(jié)，錯(cuò)誤判斷斗嘴開關(guān)狀態(tài)時(shí)，淌煤現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 增設(shè)緊急操作箱

在煤塔側(cè)面操作人員方便到達(dá)位置增加操作箱，設(shè)置煤塔斗嘴緊急關(guān)閉按鈕以控制煤塔斗嘴關(guān)接觸器，保證在發(fā)生淌煤情況時(shí)，操作者能及時(shí)關(guān)閉煤塔斗嘴。

4 應(yīng)用效果

煉焦總廠于2017年10月進(jìn)行了首座7 m頂裝煤焦?fàn)t煤塔斗嘴系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化，并投入生產(chǎn)運(yùn)行。改進(jìn)后，模擬多種故障環(huán)境進(jìn)行測試，測試結(jié)果均達(dá)到了避免淌煤事故的目標(biāo)。此系統(tǒng)在線運(yùn)行以來，避免了10余起淌煤事故的發(fā)生，將煤塔因電器回路及元器件故障所引起的淌煤事故率降低為0，減少了事故處理時(shí)間約30 h，避免經(jīng)濟(jì)效益損失50余萬元，有效保證了焦?fàn)t生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了通過系統(tǒng)自檢功能避免事故發(fā)生的目標(biāo)，運(yùn)行效果良好。

5 結(jié)語

針對(duì)煉焦總廠7 m頂裝煤焦?fàn)t斗嘴控制系統(tǒng)存在的問題，采取了增加控制聯(lián)鎖點(diǎn)、利用信號(hào)電道、增加斗嘴監(jiān)控及增設(shè)緊急操作箱等改進(jìn)與優(yōu)化措施，應(yīng)用后，斗嘴控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，煤塔因電氣回路及元器件故障所引起的淌煤事故率降低為零，同時(shí)減輕了操作及檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠滿足焦?fàn)t生產(chǎn)需求，保證了焦?fàn)t生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、順行，值得推廣應(yīng)用于頂裝煤焦?fàn)t的故障監(jiān)控和預(yù)防，能夠有效避免煤塔淌煤事故的發(fā)生。