關于燃料智能化管控中原煤樣傳輸模式的研究

凌君安， 陳 燕， 陳 康

（長沙君祥科技有限公司， 湖南 長沙 410100）

0 引言

在當前煤炭市場供大于求的情況下， 煤炭采購成本仍占企業(yè)成本的70%以上， 粗放型管理模式的弊端逐步顯現(xiàn)，傳統(tǒng)方式的煤樣管理大部分工作均由人工完成，人為因素風險極高，無法保證樣品的代表性和可靠性。隨著科技的進步，結(jié)合國家兩化融合政策，提出了一套燃料智能化管控系統(tǒng)[1-3]。該系統(tǒng)將煤樣管理業(yè)務中的采樣、制樣、封樣、存樣、取樣、化驗各環(huán)節(jié)看成一條自動化生產(chǎn)線，利用物聯(lián)網(wǎng)技術、傳感技術、光電技術、機電一體化技術，確保全過程無人干預，人樣分離，實現(xiàn)了樣品管理自動化、智能化。 燃料智能化管控系統(tǒng)中的硬核設備就包括原煤樣傳輸系統(tǒng)， 其主要作用是將采樣機所采的煤樣封裝后傳輸?shù)胶蠖酥茦釉O備處進行煤樣制樣的， 用以評估整批煤炭的品質(zhì)。通常采樣地點與制樣地點距離較遠，尤其是皮帶采樣和火車采樣，而且采得的煤樣封裝后有10～50kg/桶，對于較大的電廠每天需要轉(zhuǎn)運的煤樣有幾十上百桶。針對電廠對原煤樣傳輸?shù)男枨笕找婷黠@， 且傳統(tǒng)的人工送樣模式存在勞動強度大、工作效率低、煤樣保密性低等缺點，本文提供了多種傳輸模式的原煤樣轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，可以確保人樣分離，傳輸過程中無人為干預。

1 原煤樣傳輸模式介紹

1.1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)（如國電濮陽電廠）用于將采樣端封裝后的原煤樣桶進行全自動輸送、歸批、合樣、倒料。 該系統(tǒng)包括鏈板輸送機、浮動連接裝置、矩陣式合樣歸批系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)等，如圖1-5。

圖1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)結(jié)構組成圖

圖2 濮陽鏈板輸送系統(tǒng)項目實物圖

圖3 浮動連接裝置實物圖

圖4 矩陣式合樣歸批系統(tǒng)

圖5 旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)

浮動連接結(jié)構主要用于解決對接過程中高度、 角度及對接距離存在偏差的問題， 即采用高度與間距雙向浮動裝置與側(cè)面皮帶驅(qū)動結(jié)合的方式來進行輸送。

矩陣式合樣歸批系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)都具備存儲、歸批、合樣倒料等功能，只是實現(xiàn)形式不一樣，客戶可根據(jù)場地布置及總體方案自行選擇樣式。

1.2 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

該系統(tǒng)由原煤樣轉(zhuǎn)運車輛、樣桶裝車模塊、樣桶卸車模塊、讀卡支柱及倒車限位框組成。系統(tǒng)前端樣桶裝車模塊通過門禁鏈板輸送機與全自動封裝機對接， 后端樣桶卸車模塊與自動合樣歸批系統(tǒng)對接。

（1）原煤樣轉(zhuǎn)運車輛車廂內(nèi)放置車內(nèi)輸送機，用于自動樣桶裝車和卸車，車廂尾部為電動卷簾門，通過系統(tǒng)控制，防止人為開門換樣，如圖6。

圖6 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運小車結(jié)構組成圖

（2）樣桶裝車/卸車模塊具有與轉(zhuǎn)運車輛內(nèi)輸送機對接的功能，能夠容許一定的停車誤差，用于實現(xiàn)煤樣桶的自動裝車和卸車。

（3）讀卡支柱是駕駛員啟動煤樣桶自動裝車和卸車的操作終端，該部件上設有停車位置檢測傳感器，可判斷停車是否準確；同時還裝有報警燈柱，提示設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

原煤樣桶裝車和卸車的流程分別如圖7、圖8 所示。

圖7 原煤樣桶裝車流程圖

圖8 原煤樣桶卸車流程圖

1.3 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過軌道輸送的方式來實現(xiàn)煤樣輸送的。煤樣桶放置于軌道小車上， 軌道小車沿預先架設好的軌道自動行駛到制樣端， 自動卸車裝置將煤樣桶從軌道車上卸下，并送至自動歸批合樣系統(tǒng)，整個輸送過程自動完成無需人工干預，如圖9-13。

圖9 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)示意圖

圖10 智能軌道車樣圖

圖11 行駛軌道圖

圖12 變軌岔道圖

圖13 合樣歸批系統(tǒng)樣圖

1.5 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

1.4 原煤樣牽引小車式轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括小車、軌道牽引系統(tǒng)、Z 字型提升機三部分，如圖14-16。 小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動裝置；軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等；Z 字型提升機用于將卸料煤樣從卸料斗底提升至全自動制樣系統(tǒng)處。

圖14 小車結(jié)構組成圖

該系統(tǒng)的運輸載體為軌道式鋼纜牽引往復型小車，小車自帶可以旋轉(zhuǎn)傾翻的料筒以及可以翻轉(zhuǎn)的密封蓋；小車軌道兩頭分別為進料區(qū)域和卸料區(qū)域，在進料區(qū)域，小車運行至指定地點后，小車密封蓋自動打開，可以直接通過溜管裝料，料斗容積超過100L；在卸料區(qū)域，小車料斗自動翻轉(zhuǎn)180°，煤樣通過料斗導入Z 字型提升機，然后進入全自動；在小車軌道各關鍵位置點，均設置有限位裝置、感應裝置、鋼纜驅(qū)動減速機配置有力矩限制器。

小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動裝置等組成，料筒、封蓋連接有驅(qū)動齒輪，在特定區(qū)域的導軌上布 置有相匹配的齒條，在齒輪齒輪配合驅(qū)動的情況下，料筒、封蓋可以分別轉(zhuǎn)動；料筒和封蓋筒式連接有限位卡盤裝置，只有在特定區(qū)域，限位卡盤 裝置才能允許料筒、封蓋轉(zhuǎn)動，一方面保證封蓋與料筒在運輸過程中保持相對固定， 另一方面起到一定的防止運輸過程中人為干預樣品的作用。

軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等，用于驅(qū)動小車進行往復行駛。

圖15 軌道牽引系統(tǒng)樣圖

圖16 Z 型提升機樣圖

該系統(tǒng)類似于架空索道，是由架空的鋼索（鋼絲繩）作為行車軌道以輸送原煤樣桶的機械裝置，如圖17-20。它主要由傳動裝置、承載索、牽引索、運輸容器、線路支架、裝載站、卸載站以及中間站、轉(zhuǎn)向站、錨固站、拉緊站等所組成。 它具有對自然地形適應性強、爬坡能力大、占地面積少、受氣象影響小等優(yōu)點，特別適用于山區(qū)和傳輸線路比較復雜的情況。

圖17 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運系統(tǒng)樣圖

原煤樣索道式轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的組成設備及功用： ①輸送小車：主要負責吊運原煤樣桶；②鋼索：供索道輸送小車行走、牽引索道輸送小車運行等；③絞盤機：索道的動力設備；④支架（活立木、木架或鋼支架等）：起支撐承載索保持懸空狀態(tài)；⑤鞍座（直線或拐彎鞍座）：承托承載索且減少其撓度；⑥止動器：固定在承載索上，使跑車在預定位置停止，以便拖集木材和卸材；⑦滑車：承托、轉(zhuǎn)向、拉緊鋼索等作用。

圖18 索道式輸送小車樣圖1

圖19 索道式輸送小車樣圖2

1.6 原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)

圖20 索道式輸送小車倒料樣圖

該系統(tǒng) （如吉林熱電） 與前面幾種傳輸模式不同的是， 其傳輸載體不是煤樣桶而是封裝后的大容量煤樣瓶（極限5kg）。采樣機采樣后進行首次破碎的13mm 或6mm煤樣灌裝密封裝瓶后通過氣動管道的形式直接傳輸至全自動制樣系統(tǒng)的進料處，如圖21。

圖21 原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)（吉林熱電）

該系統(tǒng)主要由風機動力單元、中央控制機、旁通管、管道換向器、各收發(fā)終端、泄氣閥、輸送管道及管道附屬支撐等組成。風機動力單元是整個系統(tǒng)的動力源，主要提供正負空氣壓力，推動煤樣瓶在管道中傳輸。中央控制機負責控制傳輸流程，記錄傳輸任務及故障報警信息。旁通管是吸送模式下的減速裝置，如圖22。 管道換向器是管道切換裝置，是整個系統(tǒng)的核心，可實時更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中。各收發(fā)終端就是工作站點，負責發(fā)送和接收煤樣瓶。泄壓閥是安裝在傳輸管道靠近收發(fā)終端處， 主要是為了將管道末端進行泄壓確保煤樣瓶瓶達到平穩(wěn)、無沖擊，如圖23。傳輸管道按材質(zhì)分PVC 管、不銹鋼管、透明管（展示用）。電氣控制部分主要包含電氣控制線路、傳感器等。

圖22 管道換向器實物圖

圖23 傳輸管道PVC 管、不銹鋼管、煤樣瓶圖

該系統(tǒng)的工作原理是結(jié)合吹氣和吸氣的形式來對原煤樣瓶進行輸送。 風機動力單元中的風向切換器主要使輸送系統(tǒng)在吹送和吸送這兩個模式下進行來回切換，而管道換向器可實時更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中[4]。詳細的傳輸流程見圖24。

圖24 傳輸流程圖及工作原理圖

以A 收發(fā)站發(fā)送到B 收發(fā)站為例說明：

（1）將風向切換器的設置為X 位置，并將管道換向器連通A 收發(fā)站，此時整個系統(tǒng)為吸送，樣瓶從A 收發(fā)站流過管道換向器直至旁通管， 并最終緩慢的停止在旁通管中。

（2）將風向切換器設置成P 位置，此時整個系統(tǒng)為吹送，同時將管道換向器連通B 收發(fā)站。此時樣瓶從旁通管中開始加速，沿著B 輸送管道進行輸送，當樣瓶輸送至末端時在滑動閥和泄氣閥的作用下平穩(wěn)減速，到達無沖擊。

1.7 原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

該系統(tǒng)是筆者認為未來將會出現(xiàn)的一種新型的傳輸模式，它是基于無人機技術（民用）進行輸送的，無人機可以從采樣機處直接將封裝后的原煤樣桶吊掛并飛行到制樣機處。

該系統(tǒng)與前面幾種傳輸模式相比， 它最大的特點在于在空間上不用鋪設任何管道、 軌道等， 也不用管土建等，完全不受空間地域限制，因此施工方面非常省事，節(jié)省了大量的施工成本， 特別適用于1 公里以上的長路徑的且采用其他傳輸方式施工不方便的原煤樣傳輸系統(tǒng)。

2 優(yōu)缺點對比

本文一共介紹了7 種已經(jīng)實施的或正在實施以及未來可能出現(xiàn)的原煤樣轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的傳輸模式。

（1）從傳輸載體上來看分三種，即原煤樣桶、原煤樣瓶、原煤樣散料?，F(xiàn)有的原煤樣桶有塑料桶和不銹鋼桶兩種形式，都能裝在25～32kg 的煤樣。 原煤樣瓶目前電廠使用的最大規(guī)格是直徑為150 高度320 的塑料瓶， 可以裝3～5kg 的煤樣。

（2）從單次傳輸量來看，原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)單次傳輸量最少，單次只能傳輸一個煤樣瓶的量。而原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)單次可以裝載約24 個原煤樣桶，具體數(shù)量主要跟電廠選用的運輸車輛的載重量和車廂尺寸有關，但無疑是單次傳輸量最大的。

（3）從傳輸速度來看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)，原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)這三個最快；原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)最慢，其余次之。

（4）從施工角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)最為省事， 幾乎不涉及土建以及戶外施工。 次之是原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)，只需要鋪設管道，相比鋪設軌道以及現(xiàn)場配焊齒軌，要容易多，即使管道需要橫跨馬路， 其涉及到的鋼架及土建工作也要比其他安裝軌道、架空索道等容易些。

（5）從維修性考慮，原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)、原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無人轉(zhuǎn)運系統(tǒng)較好， 維修人員都能安全且方便的接觸到設備進行檢修。

(6）從傳輸功能來看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)都具有多點互傳功能，其余只能一對一傳輸。

（7）從拓展性來看，即使增加點位也能實現(xiàn)傳輸功能的依舊是上述四種， 但最佳的是原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)， 因為這兩種不需要因增加點位而重新鋪設管道和軌道等。

（8）從技術可靠性來看，原煤樣無人機轉(zhuǎn)運系統(tǒng)最低，因為目前沒有已經(jīng)實施成功的案例。 最可靠的是原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)和原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)， 還有原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)。前者在醫(yī)院領域已經(jīng)實施多年，技術上成熟了， 后面兩種主要是因為技術比較簡單， 均為常規(guī)技術，因此可靠。

（9）從后期升級改造情況來看，比方說電廠用了多年需要升級或者不想要了、需要拆掉，此時就需要考慮拆除成本，包括恢復相關綠化成本。此時電廠會優(yōu)先選擇原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)， 因為無需拆除管道、 軌道或架空索道等，而且原運輸車輛還可以改投它用。原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)也是最能迎合電廠客戶心態(tài)的， 即在滿足原煤樣傳輸功能的前提下，對電廠的綠化及建筑物外觀是最小的。

（10）從成本角度角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)經(jīng)濟性最高，次之是原煤樣氣動管道傳輸系統(tǒng)，管道鋪設相比軌道及索道鋪設要經(jīng)濟些。

3 結(jié)論

電廠在選用原煤樣轉(zhuǎn)運系統(tǒng)時， 一定要結(jié)合自身項目特點，綜合各種情況進行合理選擇。