关于卸灰阀可靠运行的改造实践

刘瑞明

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂， 山西 太原 030003）

关于卸灰阀可靠运行的改造实践

刘瑞明

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂， 山西 太原 030003）

为避免因卸灰阀运转故障导致高温煤粉在收集器内长时间堆积而引发自燃、粉尘爆炸等设备事故，在卸灰阀装置电气故障报警的基础上增加了接收脱落、联动轴断裂等机械故障报警。实践证明，该方法可有效提升收集器运行的安全可靠性，确保制喷煤系统安全、稳定运行。

接近开关 卸灰阀 旋转设备

为了提高大型高炉煤比，降低吨铁成本，制喷煤技术成为至关重要的一部分。通过一系列工艺步骤将原煤研磨至粒度小于200目的干燥超细煤粉，用煤粉替代焦炭以达到提供热量和还原剂的目的[1]。然而，超细煤粉属于易燃易爆物品，在一定条件下极易发生自燃或者粉尘爆炸，所以必须严格控制煤粉周围环境的含氧量和煤粉堆积时间。为了避免因卸灰阀运行故障引起高温煤粉长时间在收集器内堆积，故增加卸灰阀故障报警功能，以确保制喷煤系统安全、稳定运行，为实现高炉低耗优质、高产长寿、环保可持续奠定坚实的基础。

1 制煤系统的工作概况及存在的缺陷

1.1 制煤系统工作概况

山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂4350高炉共有两个制煤系统，分别为4350制煤A系和B系，制煤系统由高温风机、干燥炉、磨机、原煤仓、给煤机、煤粉风机、煤粉收集器、细粉仓等部分组成[2]。其中，煤粉收集器包括收集器箱体、布袋、灰斗、卸灰阀，其工艺流程如图1所示。

图1 制煤系统工作流程

原煤仓内的原煤通过给煤机到达磨机中，在磨机中将原煤磨碎，同时，利用干燥炉和高温风机抽取高炉热风炉废气产生的高温气体（气体温度约为200℃，φ（O2）＜8%）在磨机内烘干煤粉。然后，通过煤粉风机产生的负压将粒度小于200目的煤粉和高温气体混合物抽到煤粉收集器内。收集器内部含有1 560条布袋，每一条布袋将煤粉混合物的煤粉和气体分离开来，气体经过布袋排放到大气中，煤粉掉落到收集器下方的两个灰斗内。每个灰斗的下端安装1台卸灰阀，通过卸灰阀内叶片旋转将煤粉绞动到细粉仓内，最后通过喷吹系统把煤粉从风口喷吹至高炉中。

收集器灰斗下端的卸灰装置由电机、减速机、卸灰阀等部件组成，电机通过减速机降速带动卸灰阀内叶片转动，把掉落至叶面上的煤粉转动到细粉仓内。卸灰装置现场实物如图2所示。

图2 卸灰装置实物图

1.2 改造前设备缺陷

2009年，4350制煤A系卸灰阀发生故障，导致收集器内的煤粉不能正常下送至细粉仓，高温煤粉在收集器内长时间堆积发热，最终自燃烧毁全部布袋，造成煤粉大量泄漏。事故抢修耗时5天，直接经济损失366.6万元。此外，泄露煤粉悬浮在空气中给环境带来严重污染，抢修过程中采用焦炭替代煤粉，造成炉温大幅波动，铁水质量下降，严重影响高炉的稳定运行。

2013年，4350制煤B系2号卸灰阀因减速机接手脱落，现场电机正常运转，监控无电气故障报警，设备外表无明显变化。岗位人员在更换布袋时发现收集器内部堆积大量煤粉，仔细检查才发现末端轴处于静止状态，电机与减速机脱开，及时清理内部煤粉，避免了再次发生煤粉泄漏事故。

系统设计之初只考虑了卸灰阀传动电机的过电流、高温、停机等电气故障，没有考虑到接手脱落、传动轴断裂等机械故障，使得操作人员不能在第一时间发现该故障，给高炉正常运转埋下安全隐患。

2 卸灰阀系统改造方案

2.1 硬件部分

硬件部分安装如图3和图4所示，将接近开关通过角钢固定在卸灰阀端部外壳上，感应面正对末端轴，感应片焊接在末端轴上，确保联动轴每旋转一周，感应开关能够产生一个完整的脉冲信号，并将信号采集至安川PLC系统数字模板。根据现场实际情况，选用型号为Ni15-M30T-AZ3X、感应距离15 mm的接近开关。传感元件的安装位置非常重要，将直接影响元件作用的发挥。由于收集器附近粉尘较大，接近开关应采取由上至下的固定方式，防止粉尘堆积在感应面上造成假信号。

图3 改造后侧面安装示意图

2.2 软件部分

卸灰阀装置传动电机额定转速为1 500 r/min，减速箱减速比为30∶1，末端轴转速为50 r/min，即1.2 s/r，基于原有程序上增加卸灰阀故障报警检测程序，报警流程如图5所示。

定时器接收到卸灰阀运行信号（即电机运行信号）开始计时，在额定条件下每1.2 s应接受到末端轴接近开关检测信号。设置检测周期为10 s，若10 s内接收到现场卸灰阀接近开关信号，定时器清零；如果规定时间内定时器没有清零，说明卸灰阀叶轮联动轴没有跟随电机旋转，出现故障，系统报警输出。此外，如果长时间收到接近开关信号，超过检测周期10 s，说明末端轴上的感应片正好停在接近开关正下方，也输出报警。部分程序如图6所示。

图4 改造后安装实物图

图5 软件部分控制流程图

图6 卸灰阀故障检测部分程序

其中，MB092372为卸灰阀电机运行信号，IB040CE为现场接近开关检测信号，DW00013为检测周期定时器、DW00012为接近开关常有定时器，定时10 s，MB092070为卸灰阀故障报警输出。

2.3 抗干扰措施

PLC作为一种应用于工业控制的自动装置，其本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境[3]。尽管如此，由于炼铁厂制煤系统运行条件恶劣，温度高、粉尘大，增加了电气接线和继电器吸合方面的故障率，此外各类干扰信号较多，所以提升控制系统的抗干扰能力十分重要。

2.3.1 硬件措施

抗干扰采取的硬件措施包括信号隔离、接地屏蔽、合理的电缆型号和敷设路径等。虽然PLC硬件I/O模块内的光电隔离器使信号在其内部、外部电路上完全隔离，加之阻容滤波电路的作用，可以一定程度上防止干扰侵入。但通过实践证明采用继电器做信号隔离能够有效增加抗干扰能力。良好的接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响[4]。做好控制电源与动力电源的有效隔离，消除设备启动时的大电流冲击干扰。选用金属铠装屏蔽型的控制信号电缆，在减少噪声干扰的同时增强了电缆的机械强度。同时把模拟量信号线与数字量信号线、直流信号线与交流信号线分开布线，以减少不同类型信号间的干扰。

2.3.2 软件措施

利用PLC控制系统计算速度快，可充分发挥软件优势，采用数字滤波和软件容错等方式以达到经济、有效的抗干扰。制煤系统信号传送距离也较长，时常会产生假信号。在系统硬件配置己经确定的情况下，通过编制软件容错程序，根据具体情况采用不同的容错技术作为硬件容错的补充，进一步提高系统抗干扰能力[5]。

3 卸灰阀装置改造后效果

1）运行更稳定，检测更精确。由于接近开关本身运行可靠，检测精度高，能够有效避免错报误报现象，确保了皮带系统的稳定运行，同时可根据实际情况在程序中调节检测时间，以实现皮带打滑检测精度的自由调节。

2）无机械磨损，使用寿命更长。机械式打滑检测装置在运行时始终跟随皮带旋转，无法避免内部旋转部件的机械磨损，而接近开关在静止状态下，可在有效距离内检测皮带打滑感应片，不需要直接接触，完全避免了机械磨损，相对于机械式打滑开关使用寿命更长。

3）日常维护简便。机械式打滑开关一般为4线制，而接近开关统称为2线制，增加了点检识别度，简单易操作。

4）有效降低备件成本。接近开关成本约100元，更换周期4年，机械式打滑检测装置成本约400元，更换周期8个月。以炼铁厂供煤作业区33条皮带为例，一年仅皮带打滑装置可节约备件费用约14 850元。

4 结语

由此可见，接近开关检测精度高、使用寿命长、操作简便、维护成本低等优势让其在旋转设备检测方面有着良好的应用前景，值得后期在生产工作中继续对其开发探讨。

[1] 唐顺兵，郑伟.太钢4 350 m3高炉生产技术的进步[J].山西冶金，2009（5）：45-48.

[2] 张涛，常海锋，郑明，等.烟灰卸料装置的改造实践[J].湖南有色金属，2016（6）：37-39.

[3] 陈雨，闫明启，秦富兵.PLC技术在带式输送机除尘装置控制系统中的应用[J].电工技术，2014（7）：57-59.

[4] 赵清.PLC控制系统的硬件抗干扰措施[M].北京：电子工业出版社，2001.

[5] 周宁.PLC系统设计及抗干扰研究[J].科技创业月刊，2010（10）：198-199.

（编辑：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

刘瑞明（1987—），男，本科，毕业于内蒙古科技大学，助理工程师，从事电气点检及维护工作。