浅谈堵料开关安装方式对测量的影响

李增刚

（河北大唐国际张家口热电有限责任公司，河北 张家口 075000）

0 引言

河北大唐国际张家口热电有限责任公司2×300MW机组采用风冷干式排渣方式，锅炉灰渣经过过渡渣斗下落到干式排渣机不锈钢输送带上，通过电机带动齿轮向外运动。在输送过程中，热渣被逆向运动的空气冷却，其冷却风量可根据锅炉的排渣量自动调节，将热渣的温度控制在100℃以下，过程中维持锅炉稳定燃烧，被冷却的热渣经碎渣机破碎后，流向梯形密闭容器内，通过底部斗式提升机送至渣仓储存，储存在渣仓中的干渣用干式卸料机装入干灰罐车或经加湿后装入自卸汽车，送至用户或灰场。

图1 干闸机系统原理图Fig.1 Schematic diagram of dry brake system

1 设备简介及工作原理

1.1 设备简介

阻旋式料位开关，常用于固态物料（包括粉状、块状、粒状、胶状等）存储容器内，其特点为密封性好、过载能力强、外形坚固、轻便易装、接线简单。针对不同比重的物料，通过调整弹簧的拉力来控制，兼有高位和低位两种报警功能，并可手动切换，其外形均采用不锈钢材质。

电容式料位开关，常用于液体或固体料位的连续量或限位测量，在灰斗容器中最为多见，其特点为结构简单、分辨力高、工作可靠、动作响应快、抗干扰能力强，不受高温、酸碱及空间大小等因素影响，可对料位进行连续检测。

1.2 工作原理

阻旋式料位开关原理较为简单，它利用微型马达做驱动装置，通过传动轴与离合器相连接，实现物料测量。物料高低与叶片旋转有一定的关系：当叶片未接处物料时，马达正常运转；当叶片接触物料时，马达停止转动。检测装置输出一接点信号，同时切断电源，停止转动。物料下降过程中，叶片会受到一定阻力干扰，转动频率有所下降。当阻力消失后，检测装置依靠扭力弹簧又恢复到原始状态，确保料位开关正常工作。

电容式料位开关依靠电容检测元件进行工作，其内部的电容器是由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成。当料位开关金属杆插入料仓内，料位变化会引起电容量的变化，通过转换电路得到相应的控制信号，再转换成电信号，传输给二次仪表进行报警。

2 问题分析

图1 为干渣机系统原理图。黑色方框代表料位开关安装区域，现场实际情况类似于梯形容器，它与水平地面互成60°夹角，布置方式呈倒立型。该梯形容器为热渣过渡区域，是连接碎渣机与斗式提升机的重要枢纽，起到缓冲的作用。在此区域安装料位开关，目的是监视热渣动态，及时上传堵渣信号，防止碎煤机过载跳闸。

根据现场实际工况，两种类型的料位开关均满足生产要求。考虑到容器内的渣块形状不规则，如果选用电容式料位开关进行检测，渣块接触到金属杆后，感应为点线接触，面积小、不牢靠，且输出信号不稳定，将引发误报警或不报警，造成假料位现象。如果选用阻旋式料位开关，转向片依靠自身旋转进行检测，触碰到渣块时，其硬度足以使转向片停止动作，输出稳定的报警信号。结合阻旋式料位开关与电容式料位开关各自优缺点，选取阻旋式料位开关更符合现场情况，初步选取梯形容器外3个位置点中任意一点下装，分析如下：

位置①：直插式

将阻旋式料位开关安装在梯形容器左侧钢板，下装角度保证90°垂直，因外钢板与水平地面互成60°夹角，故阻旋式料位开关与水平地面互成30°夹角。此设计的优点是：直接开孔安装，既符合料位开关工艺要求，又减轻劳动强度，省时省力；缺点是：未考虑到热渣温度与冲击力[1]。虽然，干式排渣机钢带上的热渣已经被逆向运动的空气冷却至100℃以下，但经长时间冲刷转向片会对材质表面形成腐蚀。另一方面，热渣冷却后形成不规则固体，加之自由落体的冲击，导致转向片受损，大大减少设备使用寿命，还会引发误报警。

图2 手工罩壳Fig.2 Manual housing

位置②：外嵌式1（图2）

手工制作罩壳，将阻旋式料位开关安装在内，焊接于梯形容器右侧钢板并使其相通，如图2所示。两者位置相比，后者存在优势。其楼梯平台大大提高了安全性，而前者却处于悬空位置，不存在站立点，也不便于日常维护。此设计既减少了热渣的直接冲刷，避免了开关的误报警，又便于日常的检查维护，确保设备正常运转。当发生堵料时，热渣及时碰触料位开关转向片，切断旋转并发出报警信号。但投入到实际运用中效果并不理想，原因在于未考虑热渣流动方向因素。根据流体运动学分析，介质通过梯形容器时，依靠自身重力和惯性，大约95%的渣量沿内钢板直流而下，剩余5%的渣量沿左、右侧钢板滑落，因罩壳底边倾斜度不够，制作时未考虑到现场实际工况，故右侧钢板的热渣慢慢聚集至罩壳底部，积少成多，引发误报警。

位置③：外嵌式2（图3）

考虑到图2设计中存在的缺陷，采取将罩壳移位，安装在介质流动外侧钢板，如图3所示。该位置处于介质流体对立面，梯形容器内的宽度足以避免热渣聚集。此设计虽然解决了聚渣误报问题，但在实际堵渣过程中却未能触碰到料位开关转向片。经现场查看，热渣堵住罩壳入口，转向片被隔离，处于架空状态。考虑到热渣优点是重量轻、硬度小，易破碎，但缺点是体积大、流动性差、易堆积。锅炉内煤粉燃烧充分后将形成灰，燃烧不充分将会结焦，受负荷波动影响，煤风配比量响应变化慢，易产生焦块。梯形容器内焦块与灰参杂在一起，流动性大大降低，容易将罩壳入口堵住，致使堵料信号无法传至上位机，直到碎渣机过载跳闸报警后才能提醒到运行人员，严重影响设备正常运转[2]。

图3 开关侧装Fig.3 Switch side assembly

图4 开关正装Fig.4 Switch formal fitting

3 解决方法

针对以上难点，重新选取罩壳切入点，调整阻旋式料位开关安装方向，并使一半转向片伸入至梯形容器内，如图4所示。转向片工作时，旋转半径大于自身宽度，避免触碰罩壳边缘。实验过程中，考虑到热工保护传动尽量采用实际方式模拟要求以及料位报警重要性，故进行实际传动测试。将斗式提升机停止运行，目的是使热渣堆积到一定高度后，抵达转向片工作区域，触碰到转向片使其转动停止。这样一来，料位开关发出报警，提醒运行人员及时处理[3]。此设计既消除聚渣误报、漏报现象，又实现堵渣后报警上传，减少设备的跳闸次数，延长使用寿命，确保机组安全稳定长期高效运行。

4 总结

堵料开关安装方式的正确选取，既能使监视人员提前采取有效措施，防止设备过载跳闸，又能降低设备损坏风险，延长使用寿命，其影响意义重大。现代工业生产对自动化控制要求越来越高，料位开关的需求并非可有可无，而是必不可少。结合实际工况的具体要求，认真合理地选型并正确地安装料位开关，使其在物位测量与控制中发挥最大的作用，以保证物料存储的安全可靠，确保生产的连续稳定。