鞍鋼7 m頂裝焦爐斗嘴控制系統(tǒng)改進與優(yōu)化

趙鋒，王瀚萱，劉振猛，肖立，甘秀石

（鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山 114021）

裝煤車是頂裝煤焦爐重要移動設備之一，其作用是沿爐頂軌道往返行駛，將原料煤從煤塔受煤運送至各炭化室煉制焦炭，完成頂裝煤過程。在受煤過程中，裝煤車自動對準受煤斗嘴，裝煤車發(fā)出打開信號，煤塔斗嘴打開。裝煤結束后，裝煤車發(fā)出關閉信號，煤塔斗嘴關閉。但當煤塔斗嘴未完全關閉或因信號干擾誤打開，且裝煤車未在斗嘴下方時，即會發(fā)生煤塔淌煤事故，影響焦爐生產(chǎn)。因此，如何控制煤塔斗嘴使其精準打開、關閉及故障時快速關閉，是避免煤塔淌煤的關鍵。鞍鋼股份有限公司煉焦總廠（以下簡稱煉焦總廠）現(xiàn)有7 m頂裝煤焦爐4座，為了解決煤塔淌煤問題，分析了頂裝焦爐斗嘴控制系統(tǒng)存在的問題，并進行了改進與優(yōu)化。

1 頂裝煤焦爐斗嘴控制系統(tǒng)概況

焦爐裝煤設備主要由安裝于煤塔底部的斗嘴電液動閘門和焦爐頂部的裝煤車[1]組成。入爐煤取自焦爐頂部煤塔，由焦爐頂部裝煤車將煤裝入各炭化室完成頂裝煤過程。頂裝煤焦爐結構如圖1所示。

裝煤車的主要作用是從煤塔取煤，并經(jīng)計量后按推焦計劃表將煤裝入焦爐炭化室內(nèi)。煤塔下部共有 A、B、C 3列斗嘴，每列4個，分別對應裝煤車4個儲煤斗。受煤斗嘴電液動閘門配有開限位和關限位。裝煤車在受煤過程中自動對準受煤斗嘴的一列，由安裝在裝煤車頂部的對位盤開電磁鐵發(fā)出打開信號，磁控開關安裝在煤塔斗嘴相應位置，電磁鐵得電，發(fā)出漏嘴斗門開指令，斗嘴推桿電機正轉，實現(xiàn)電液閘門開動作，漏嘴斗門打開，儲存在煤塔里的煤由于重力作用從斗嘴落下。各煤斗滿料位后，由裝煤車對位盤關電磁鐵發(fā)出對應斗嘴關閉信號，斗嘴推桿電機反轉，實現(xiàn)電液閘門關動作，對應漏嘴斗門關閉。受煤列4個斗嘴全關閉后，通過磁開關向裝煤車發(fā)出受煤結束連鎖信號，完成受煤過程。裝煤車頂部對位盤磁接近開關分布如圖2所示。

圖1 頂裝煤焦爐結構示意圖

圖2 裝煤車頂部對位盤磁接近開關分布

裝煤車受煤流程[3]如圖3所示。

圖3 裝煤車受煤流程

原裝煤車到煤塔受煤有兩個操作模式，分別為裝煤車控制室上位機操作模式和地面機旁操作箱手動操作模式。正常時，裝煤車在作業(yè)過程中由司機在操作室操作觸摸屏WinCC 7.0組態(tài)畫面來控制車載西門子PLC發(fā)出動作指令，完成某一個或某一列斗嘴打開關閉動作[2]。機旁手動操作模式是在上位機操作無法正常使用時使用。受煤過程由裝煤車選定取煤位置（A～C列），裝煤車自動開到煤塔選定列對準停好，PLC檢測到對中信號后，司機操作組態(tài)畫面經(jīng)由PLC將信號發(fā)送到對應對位盤電磁鐵上，信號通過磁接近開關發(fā)送到煤塔斗嘴控制盤控制回路，相對應煤塔斗嘴打開開始受煤，當裝煤車儲煤斗料位計發(fā)出滿料信號時，裝煤車PLC將受煤停止信號發(fā)送到對位盤傳給煤塔斗嘴控制回路，斗嘴關閉，停止受煤過程。

2 存在的問題

煤塔斗嘴比裝煤車軌道高7 m以上，如果發(fā)生單一斗嘴淌煤，下煤量約為10～20 t/min，由于原料煤下落至煤車走行軌道處，裝煤車無法回到煤塔下方，因此，無法人工手動關閉開著的煤塔斗嘴。若等到控制系統(tǒng)修好，淌煤總量將達到數(shù)百噸，且爐頂無法應用大型設備清運下落至爐頂?shù)脑厦海枞斯で暹\，難度大、時間長，清運過程中會造成裝煤車無法裝煤而停產(chǎn)。為了避免淌煤事故的發(fā)生，對西部煉焦頂裝焦爐斗嘴控制系統(tǒng)進行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面問題：

（1）煤塔斗嘴供裝煤車受煤，每間隔10 min就需開合一次，由于磁控開關頻繁動作及周圍大功率電磁設備的干擾，極易出現(xiàn)誤信號，造成煤車不在斗嘴下時，斗嘴打開，發(fā)生淌煤事故。

（2）由于北方冬季寒冷，原料煤含水量大，在斗嘴處易結凍，需煤氣明火加熱保溫，而煤氣高溫火焰隨風向氣流擺動不定，對斗嘴周圍電氣控制線路傷害較大，易造成控制線粘連短路等情況，出現(xiàn)誤信號，使煤車不在斗嘴下時，斗嘴突然打開，發(fā)生淌煤事故。

（3）當裝煤車受煤結束，煤塔斗嘴進行關閉時,由于在操作室不能直接觀察到煤塔斗嘴的實際開關狀態(tài)，操作規(guī)程要求裝煤車司機必須到裝煤車頂去觀察，確認關閉后，才可以開走裝煤車進行裝煤作業(yè)。但在實際生產(chǎn)中，裝煤車司機在取完煤進行關閉煤塔斗嘴操作后，多以操作畫面關嚴信號的顯示作為判斷煤塔斗嘴開關狀態(tài)的依據(jù)，省略了到裝煤車頂觀察確認的環(huán)節(jié)。如果煤塔斗嘴關嚴限位發(fā)出誤信號，實際沒有關或沒有關嚴，就會造成煤塔淌煤事故。

（4）原有爐頂機旁操作箱需要在不同的位置選擇操作方式及要操作的列，操作麻煩；且開、關按鈕距離較近，在緊急情況下，操作者想要緊急關閉斗嘴時容易操作錯誤，誤開其他正常斗嘴，造成淌煤事故擴大。

3 改進與優(yōu)化

3.1 增加控制聯(lián)鎖點

將煤塔斗嘴關嚴信號與裝煤車走行增加聯(lián)鎖點[4]，保證煤車走行時，煤塔斗嘴必須處于關閉狀態(tài)；煤塔斗嘴未關嚴情況下，裝煤車無法走行。同時，增加故障自查及報警功能，當電氣原件及線路出現(xiàn)粘連、回路竄電等非正常工作狀態(tài)時，與故障位置相對應回路報警指示燈亮起，提示操作人員系統(tǒng)在故障下不可正常使用；且通過觀察故障指示燈，檢修人員可及時、快速發(fā)現(xiàn)故障所在回路，并排除故障。

3.2 利用信號電道

裝煤車明電道分為4組，分別為ABC三相動力電道和一根信號電道，信號電道在爐區(qū)炭化室范圍內(nèi)起傳送除塵風機信號作用，在非爐區(qū)的煤塔及端臺起支撐信號滑觸器作用。利用煤塔段無作用的信號電道，將裝煤車對準煤塔ABC三列所在位置定位好，在定位完成情況下，確定好信號滑觸器所在位置區(qū)間，將三個區(qū)間確認好后，斷開三個區(qū)間信號電道并用絕緣連接板連接。改進方式如圖4所示。

圖4 改進方式示意圖

用導線分別將斷開后的信號電道連接至車輛變電所各自斗嘴控制盤內(nèi)。在各自斗嘴控制盤內(nèi)，煤塔斗嘴打開回路增加一個煤塔斗嘴允許打開接觸器，主回路連接到煤塔斗嘴打開主回路接觸器上方，與煤塔斗嘴打開主回路接觸器串聯(lián)，將增加的煤塔斗嘴允許打開接觸器控制線圈一端與對應斷開后的信號電道引線相連，另一端與零排相連。

然后，改變PLC控制程序，使煤車在煤塔對位信號與煤塔斗嘴打開信號同時到來時，輸出除塵高速控制信號，作為煤塔斗嘴允許打開的條件，避免了煤車不在位時，煤塔斗嘴打開情況的發(fā)生。裝煤車進入煤塔狀態(tài)和受煤狀態(tài)如圖5所示。

圖5 裝煤車進入煤塔狀態(tài)和受煤狀態(tài)

改變煤塔斗嘴控制回路，取消煤塔斗嘴打開接觸器自鎖點，改變裝煤車控制煤塔斗嘴打開PLC程序，將原程序的脈沖信號改為時間長短可調(diào)的恒定信號，煤塔斗嘴打開幅度由時間控制[5]。避免煤塔斗嘴開限位不來，煤塔斗嘴打開接觸器常吸合時，煤塔斗嘴無法關閉情況的發(fā)生。

3.3 增加斗嘴監(jiān)控

由于裝煤車操作室在下部，司機無法觀察到斗嘴實際開關狀態(tài)，在裝煤車頂增加監(jiān)控斗嘴的攝像頭，方便司機在操作室直接觀察斗嘴開關狀態(tài)，避免因司機省略上裝煤車頂檢查的環(huán)節(jié)，錯誤判斷斗嘴開關狀態(tài)時，淌煤現(xiàn)象的發(fā)生，同時，減輕了操作人員的勞動強度。

3.4 增設緊急操作箱

在煤塔側面操作人員方便到達位置增加操作箱，設置煤塔斗嘴緊急關閉按鈕以控制煤塔斗嘴關接觸器，保證在發(fā)生淌煤情況時，操作者能及時關閉煤塔斗嘴。

4 應用效果

煉焦總廠于2017年10月進行了首座7 m頂裝煤焦爐煤塔斗嘴系統(tǒng)的改進與優(yōu)化，并投入生產(chǎn)運行。改進后，模擬多種故障環(huán)境進行測試，測試結果均達到了避免淌煤事故的目標。此系統(tǒng)在線運行以來，避免了10余起淌煤事故的發(fā)生，將煤塔因電器回路及元器件故障所引起的淌煤事故率降低為0，減少了事故處理時間約30 h，避免經(jīng)濟效益損失50余萬元，有效保證了焦爐生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，實現(xiàn)了通過系統(tǒng)自檢功能避免事故發(fā)生的目標，運行效果良好。

5 結語

針對煉焦總廠7 m頂裝煤焦爐斗嘴控制系統(tǒng)存在的問題，采取了增加控制聯(lián)鎖點、利用信號電道、增加斗嘴監(jiān)控及增設緊急操作箱等改進與優(yōu)化措施，應用后，斗嘴控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，煤塔因電氣回路及元器件故障所引起的淌煤事故率降低為零，同時減輕了操作及檢修人員的勞動強度，能夠滿足焦爐生產(chǎn)需求，保證了焦爐生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、順行，值得推廣應用于頂裝煤焦爐的故障監(jiān)控和預防，能夠有效避免煤塔淌煤事故的發(fā)生。