水泥廠煤粉自動取樣輸送系統(tǒng)的研發(fā)

翟潤昌

（上海智質(zhì)科技有限公司，上海 201800）

0 引言

煤的質(zhì)量直接影響水泥熟料的質(zhì)量[1]，出磨煤粉作為水泥生產(chǎn)重要的質(zhì)量控制點(diǎn)之一，其取樣分析結(jié)果對質(zhì)量控制具有重要意義。水泥生產(chǎn)過程中煤粉取樣和送樣環(huán)節(jié)以人工為主，存在取樣代表性低、頻次低、分析滯后的問題，不能滿足現(xiàn)代水泥企業(yè)質(zhì)量控制要求[2]，現(xiàn)場煤粉磨房距離實(shí)驗(yàn)室較遠(yuǎn)、樓層較高、取樣點(diǎn)粉塵飄逸，人工取、送樣方式人力耗費(fèi)大，存在一定安全風(fēng)險。針對傳統(tǒng)方式存在的問題，公司研發(fā)一套水泥廠煤粉自動取樣輸送系統(tǒng)取而代之。本文僅就該系統(tǒng)的原理、配置設(shè)備等進(jìn)行介紹。

1 自動取樣輸送系統(tǒng)原理

水泥廠出磨煤粉的取樣點(diǎn)布置在煤粉收塵器下料管位置，輸送方式采用筒式氣力管道輸送，輸送的機(jī)理是在有壓氣流的作用下，將裝有物料、有一定幾何形狀的樣品罐沿著管路進(jìn)行輸送[3]。煤粉自動取樣輸送系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 煤粉自動取樣輸送系統(tǒng)原理圖

在現(xiàn)場煤粉收塵器的下料管道上安裝自動取樣器，實(shí)現(xiàn)煤粉自動定量取樣；取樣后樣品流入煤粉自動發(fā)送站，自動裝入樣品罐內(nèi)。樣品罐結(jié)構(gòu)如圖2所示，用于封裝樣品，具有密封體結(jié)構(gòu)，煤粉封裝后無泄漏，煤粉自動發(fā)送站可實(shí)現(xiàn)樣品罐開蓋和封蓋，并通過雙工位轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)樣品罐接料位和發(fā)送位切換。樣品罐在煤粉自動發(fā)送站接料工位裝入300ml煤粉樣品后，自動封蓋，切換到發(fā)送工位，等待發(fā)送。發(fā)送動力來自實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的風(fēng)機(jī)裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)吸氣和吹氣兩種模式切換，風(fēng)機(jī)風(fēng)管與煤粉接收站聯(lián)通。當(dāng)現(xiàn)場煤粉自動發(fā)送站進(jìn)入樣品罐發(fā)送狀態(tài)后，由PLC控制系統(tǒng)自動調(diào)度風(fēng)機(jī)裝置運(yùn)行，換向閥切換到吸氣狀態(tài)，氣流流經(jīng)煤粉接收站、輸送管道、并路器和煤粉自動發(fā)送站，形成負(fù)壓差，把樣品罐從煤粉自動發(fā)送站輸送到煤粉接收站。煤粉接收站存儲轉(zhuǎn)盤可以存儲樣品罐，樣品罐到達(dá)后，通過系統(tǒng)提示，實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)員從存儲轉(zhuǎn)盤取出樣品罐，利用開蓋裝置打開上蓋，倒出煤粉，進(jìn)行煤質(zhì)分析。倒空的樣品罐，利用開蓋裝置封蓋，通過PLC控制系統(tǒng)調(diào)度風(fēng)機(jī)裝置，切換到吹氣狀態(tài)，把空樣品罐反向發(fā)送回現(xiàn)場的煤粉自動發(fā)送站，進(jìn)行下一次取樣輸送，如此往復(fù)循環(huán)。這樣，通過PLC控制集中調(diào)度系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動運(yùn)行，取樣和送樣過程自動化和無人化。

圖2 樣品罐結(jié)構(gòu)圖

2 主要設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 煤粉自動取樣器

煤粉自動取樣器安裝在現(xiàn)場煤粉收塵器的下料管道上，接料口正好處于物料下落區(qū)域內(nèi)，若安裝位置選擇不當(dāng)，會使取樣器取樣量不穩(wěn)定[4]。結(jié)構(gòu)如圖3所示，傳動方式采用氣缸傳動，定量方式采用活塞式，每次定量容積300ml，取樣下料管與煤粉自動發(fā)送站連接，取樣后樣品可自動裝入樣品罐，取樣器自動控制通過煤粉自動發(fā)送站PLC控制運(yùn)行。

圖3 煤粉自動取樣器結(jié)構(gòu)圖

2.2 煤粉自動發(fā)送站

煤粉自動發(fā)送站安裝在現(xiàn)場，結(jié)構(gòu)如圖4所示，分為左右兩個箱體，右側(cè)箱體為電氣控制箱，考慮煤粉環(huán)境的防爆要求，采用隔爆型電氣控制箱，電氣元件封裝在隔爆箱內(nèi)，產(chǎn)生電火花不會傳到外部環(huán)境產(chǎn)生爆炸風(fēng)險；左側(cè)為傳動箱體，內(nèi)部包括雙工位傳動裝置和升降裝置。雙工位傳動裝置實(shí)現(xiàn)樣品罐裝料工位和發(fā)射工位轉(zhuǎn)換；升降裝置集成了開蓋裝置，可實(shí)現(xiàn)樣品罐自動開、關(guān)蓋，該裝置處于下降狀態(tài)時，可整體進(jìn)行雙工位轉(zhuǎn)換，處于上升狀態(tài)時，有兩個作用：一是與裝料管聯(lián)通實(shí)現(xiàn)樣品罐接料；二是與發(fā)射管聯(lián)通，保持密封狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)樣品罐發(fā)射和接收。該設(shè)備所有傳動均采用氣動傳動，在煤粉環(huán)境中應(yīng)用具有較高安全性。

圖4 煤粉自動發(fā)送站結(jié)構(gòu)圖

2.3 并路器

并路器用于氣力輸送管道系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣品罐在管道內(nèi)換路輸送，現(xiàn)場多臺煤粉自動發(fā)送站通過并路器的并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室單臺煤粉接收站連接，節(jié)省管道和設(shè)備投入。該設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要換向部件是彎管，傳動部件是電機(jī)和齒輪副，電機(jī)帶動齒輪副與彎管連接，初始狀態(tài)管道A口和B口聯(lián)通，當(dāng)系統(tǒng)PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，彎管轉(zhuǎn)過180°后，實(shí)現(xiàn)A口與C口聯(lián)通，這樣，通過PLC統(tǒng)一調(diào)度控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場不同煤粉自動發(fā)送站分別與實(shí)驗(yàn)室煤粉接收站聯(lián)通，進(jìn)行樣品罐發(fā)送。

圖5 并路器結(jié)構(gòu)圖

2.4 煤粉接收站

煤粉接收站主要功能是接收載料樣品罐，反向發(fā)送空樣品罐。煤粉接收站結(jié)構(gòu)如圖6所示，配套存儲轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，可以自動存儲現(xiàn)場多點(diǎn)發(fā)過來的樣品罐，該設(shè)備配套開蓋裝置，人工取出樣品罐后，應(yīng)用該裝置進(jìn)行開蓋，倒出樣品進(jìn)行煤質(zhì)分析。設(shè)備底部通過供風(fēng)口與風(fēng)機(jī)裝置連接，頂部與氣力輸送管道連接，保持設(shè)備、管道和風(fēng)機(jī)相互聯(lián)通，通過PLC系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)樣品罐自動往復(fù)循環(huán)輸送。

圖6 煤粉接收站結(jié)構(gòu)圖

2.5 風(fēng)機(jī)裝置

風(fēng)機(jī)裝置主要功能是為樣品罐輸送提供動力，該裝置結(jié)構(gòu)如圖7所示，風(fēng)機(jī)一般采用渦流風(fēng)機(jī)，根據(jù)樣品輸送的距離和重量，選擇合適風(fēng)壓和風(fēng)量，能夠保證樣品罐在管道內(nèi)高速輸送；核心部件是換向閥機(jī)構(gòu)，通過氣缸傳動切換風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口分別與換向閥出風(fēng)管導(dǎo)通，氣力輸送管道內(nèi)氣流表現(xiàn)為吹氣和吸氣兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)樣品罐正壓輸送或負(fù)壓輸送互相切換。

圖7 風(fēng)機(jī)裝置結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）現(xiàn)場自動取樣器的投入，去除了人為取樣的不確定性，提高了取樣代表性和實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

（2）現(xiàn)場煤粉自動發(fā)送站的防爆設(shè)計(jì)，符合煤粉環(huán)境要求，保證設(shè)備運(yùn)行安全可靠；

（3）采用氣力管道進(jìn)行輸送，樣品全程密封，無泄漏，無粉塵污染；

（4）可實(shí)現(xiàn)樣品遠(yuǎn)距離快速輸送，提高實(shí)驗(yàn)室樣品分析的實(shí)時性；

（5）系統(tǒng)全流程自動化調(diào)度，自動存儲樣品，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，節(jié)省人力成本；

（6）并路器的投入使用，能節(jié)省管道和實(shí)驗(yàn)室煤粉接收站設(shè)備的投入，優(yōu)化系統(tǒng)建設(shè)成本。

4 結(jié)束語

本文研究開發(fā)的水泥廠煤粉自動取樣輸送系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)煤粉取樣和送樣全流程自動化、無人化，有利于提高煤粉取樣代表性、實(shí)時性和實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)準(zhǔn)確性，有利于優(yōu)化水泥廠煤粉取樣工作崗位配置，降低用工成本，降低安全管控風(fēng)險。本系統(tǒng)的應(yīng)用將會提升水泥廠質(zhì)量管理水平，推進(jìn)智能工廠建設(shè)，具有很高的推廣價值。