劉瑞明

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

關于卸灰閥可靠運行的改造實踐

劉瑞明

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

為避免因卸灰閥運轉(zhuǎn)故障導致高溫煤粉在收集器內(nèi)長時間堆積而引發(fā)自燃、粉塵爆炸等設備事故，在卸灰閥裝置電氣故障報警的基礎上增加了接收脫落、聯(lián)動軸斷裂等機械故障報警。實踐證明，該方法可有效提升收集器運行的安全可靠性，確保制噴煤系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

接近開關 卸灰閥 旋轉(zhuǎn)設備

為了提高大型高爐煤比，降低噸鐵成本，制噴煤技術成為至關重要的一部分。通過一系列工藝步驟將原煤研磨至粒度小于200目的干燥超細煤粉，用煤粉替代焦炭以達到提供熱量和還原劑的目的[1]。然而，超細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，所以必須嚴格控制煤粉周圍環(huán)境的含氧量和煤粉堆積時間。為了避免因卸灰閥運行故障引起高溫煤粉長時間在收集器內(nèi)堆積，故增加卸灰閥故障報警功能，以確保制噴煤系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，為實現(xiàn)高爐低耗優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)長壽、環(huán)?？沙掷m(xù)奠定堅實的基礎。

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)由高溫風機、干燥爐、磨機、原煤倉、給煤機、煤粉風機、煤粉收集器、細粉倉等部分組成[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

原煤倉內(nèi)的原煤通過給煤機到達磨機中，在磨機中將原煤磨碎，同時，利用干燥爐和高溫風機抽取高爐熱風爐廢氣產(chǎn)生的高溫氣體（氣體溫度約為200℃，φ（O2）＜8%）在磨機內(nèi)烘干煤粉。然后，通過煤粉風機產(chǎn)生的負壓將粒度小于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，氣體經(jīng)過布袋排放到大氣中，煤粉掉落到收集器下方的兩個灰斗內(nèi)。每個灰斗的下端安裝1臺卸灰閥，通過卸灰閥內(nèi)葉片旋轉(zhuǎn)將煤粉絞動到細粉倉內(nèi)，最后通過噴吹系統(tǒng)把煤粉從風口噴吹至高爐中。

收集器灰斗下端的卸灰裝置由電機、減速機、卸灰閥等部件組成，電機通過減速機降速帶動卸灰閥內(nèi)葉片轉(zhuǎn)動，把掉落至葉面上的煤粉轉(zhuǎn)動到細粉倉內(nèi)。卸灰裝置現(xiàn)場實物如圖2所示。

圖2 卸灰裝置實物圖

1.2 改造前設備缺陷

2009年，4350制煤A系卸灰閥發(fā)生故障，導致收集器內(nèi)的煤粉不能正常下送至細粉倉，高溫煤粉在收集器內(nèi)長時間堆積發(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5天，直接經(jīng)濟損失366.6萬元。此外，泄露煤粉懸浮在空氣中給環(huán)境帶來嚴重污染，搶修過程中采用焦炭替代煤粉，造成爐溫大幅波動，鐵水質(zhì)量下降，嚴重影響高爐的穩(wěn)定運行。

2013年，4350制煤B系2號卸灰閥因減速機接手脫落，現(xiàn)場電機正常運轉(zhuǎn)，監(jiān)控無電氣故障報警，設備外表無明顯變化。崗位人員在更換布袋時發(fā)現(xiàn)收集器內(nèi)部堆積大量煤粉，仔細檢查才發(fā)現(xiàn)末端軸處于靜止狀態(tài)，電機與減速機脫開，及時清理內(nèi)部煤粉，避免了再次發(fā)生煤粉泄漏事故。

系統(tǒng)設計之初只考慮了卸灰閥傳動電機的過電流、高溫、停機等電氣故障，沒有考慮到接手脫落、傳動軸斷裂等機械故障，使得操作人員不能在第一時間發(fā)現(xiàn)該故障，給高爐正常運轉(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，將接近開關通過角鋼固定在卸灰閥端部外殼上，感應面正對末端軸，感應片焊接在末端軸上，確保聯(lián)動軸每旋轉(zhuǎn)一周，感應開關能夠產(chǎn)生一個完整的脈沖信號，并將信號采集至安川PLC系統(tǒng)數(shù)字模板。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用型號為Ni15-M30T-AZ3X、感應距離15 mm的接近開關。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，接近開關應采取由上至下的固定方式，防止粉塵堆積在感應面上造成假信號。

圖3 改造后側面安裝示意圖

2.2 軟件部分

卸灰閥裝置傳動電機額定轉(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警檢測程序，報警流程如圖5所示。

定時器接收到卸灰閥運行信號（即電機運行信號）開始計時，在額定條件下每1.2 s應接受到末端軸接近開關檢測信號。設置檢測周期為10 s，若10 s內(nèi)接收到現(xiàn)場卸灰閥接近開關信號，定時器清零；如果規(guī)定時間內(nèi)定時器沒有清零，說明卸灰閥葉輪聯(lián)動軸沒有跟隨電機旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障，系統(tǒng)報警輸出。此外，如果長時間收到接近開關信號，超過檢測周期10 s，說明末端軸上的感應片正好停在接近開關正下方，也輸出報警。部分程序如圖6所示。

圖4 改造后安裝實物圖

圖5 軟件部分控制流程圖

圖6 卸灰閥故障檢測部分程序

其中，MB092372為卸灰閥電機運行信號，IB040CE為現(xiàn)場接近開關檢測信號，DW00013為檢測周期定時器、DW00012為接近開關常有定時器，定時10 s，MB092070為卸灰閥故障報警輸出。

2.3 抗干擾措施

PLC作為一種應用于工業(yè)控制的自動裝置，其本身具有一定抗干擾能力，比較適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境[3]。盡管如此，由于煉鐵廠制煤系統(tǒng)運行條件惡劣，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隔離、接地屏蔽、合理的電纜型號和敷設路徑等。雖然PLC硬件I/O模塊內(nèi)的光電隔離器使信號在其內(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。但通過實踐證明采用繼電器做信號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)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場及電位差的影響[4]。做好控制電源與動力電源的有效隔離，消除設備啟動時的大電流沖擊干擾。選用金屬鎧裝屏蔽型的控制信號電纜，在減少噪聲干擾的同時增強了電纜的機械強度。同時把模擬量信號線與數(shù)字量信號線、直流信號線與交流信號線分開布線，以減少不同類型信號間的干擾。

2.3.2 軟件措施

利用PLC控制系統(tǒng)計算速度快，可充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢，采用數(shù)字濾波和軟件容錯等方式以達到經(jīng)濟、有效的抗干擾。制煤系統(tǒng)信號傳送距離也較長，時常會產(chǎn)生假信號。在系統(tǒng)硬件配置己經(jīng)確定的情況下，通過編制軟件容錯程序，根據(jù)具體情況采用不同的容錯技術作為硬件容錯的補充，進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力[5]。

3 卸灰閥裝置改造后效果

1）運行更穩(wěn)定，檢測更精確。由于接近開關本身運行可靠，檢測精度高，能夠有效避免錯報誤報現(xiàn)象，確保了皮帶系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時可根據(jù)實際情況在程序中調(diào)節(jié)檢測時間，以實現(xiàn)皮帶打滑檢測精度的自由調(diào)節(jié)。

2）無機械磨損，使用壽命更長。機械式打滑檢測裝置在運行時始終跟隨皮帶旋轉(zhuǎn)，無法避免內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部件的機械磨損，而接近開關在靜止狀態(tài)下，可在有效距離內(nèi)檢測皮帶打滑感應片，不需要直接接觸，完全避免了機械磨損，相對于機械式打滑開關使用壽命更長。

3）日常維護簡便。機械式打滑開關一般為4線制，而接近開關統(tǒng)稱為2線制，增加了點檢識別度，簡單易操作。

4）有效降低備件成本。接近開關成本約100元，更換周期4年，機械式打滑檢測裝置成本約400元，更換周期8個月。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)約備件費用約14 850元。

4 結語

由此可見，接近開關檢測精度高、使用壽命長、操作簡便、維護成本低等優(yōu)勢讓其在旋轉(zhuǎn)設備檢測方面有著良好的應用前景，值得后期在生產(chǎn)工作中繼續(xù)對其開發(fā)探討。

[1] 唐順兵，鄭偉.太鋼4 350 m3高爐生產(chǎn)技術的進步[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踐[J].湖南有色金屬，2016（6）：37-39.

[3] 陳雨，閆明啟，秦富兵.PLC技術在帶式輸送機除塵裝置控制系統(tǒng)中的應用[J].電工技術，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)設計及抗干擾研究[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，助理工程師，從事電氣點檢及維護工作。