水泥廠煤粉自動取樣輸送系統的研發

翟潤昌

（上海智質科技有限公司，上海 201800）

0 引言

煤的質量直接影響水泥熟料的質量[1]，出磨煤粉作為水泥生產重要的質量控制點之一，其取樣分析結果對質量控制具有重要意義。水泥生產過程中煤粉取樣和送樣環節以人工為主，存在取樣代表性低、頻次低、分析滯后的問題，不能滿足現代水泥企業質量控制要求[2]，現場煤粉磨房距離實驗室較遠、樓層較高、取樣點粉塵飄逸，人工取、送樣方式人力耗費大，存在一定安全風險。針對傳統方式存在的問題，公司研發一套水泥廠煤粉自動取樣輸送系統取而代之。本文僅就該系統的原理、配置設備等進行介紹。

1 自動取樣輸送系統原理

水泥廠出磨煤粉的取樣點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行輸送[3]。煤粉自動取樣輸送系統原理如圖1所示。

圖1 煤粉自動取樣輸送系統原理圖

在現場煤粉收塵器的下料管道上安裝自動取樣器，實現煤粉自動定量取樣；取樣后樣品流入煤粉自動發送站，自動裝入樣品罐內。樣品罐結構如圖2所示，用于封裝樣品，具有密封體結構，煤粉封裝后無泄漏，煤粉自動發送站可實現樣品罐開蓋和封蓋，并通過雙工位轉換實現樣品罐接料位和發送位切換。樣品罐在煤粉自動發送站接料工位裝入300ml煤粉樣品后，自動封蓋，切換到發送工位，等待發送。發送動力來自實驗室內的風機裝置，該裝置可實現風機吸氣和吹氣兩種模式切換，風機風管與煤粉接收站聯通。當現場煤粉自動發送站進入樣品罐發送狀態后，由PLC控制系統自動調度風機裝置運行，換向閥切換到吸氣狀態，氣流流經煤粉接收站、輸送管道、并路器和煤粉自動發送站，形成負壓差，把樣品罐從煤粉自動發送站輸送到煤粉接收站。煤粉接收站存儲轉盤可以存儲樣品罐，樣品罐到達后，通過系統提示，實驗室化驗員從存儲轉盤取出樣品罐，利用開蓋裝置打開上蓋，倒出煤粉，進行煤質分析。倒空的樣品罐，利用開蓋裝置封蓋，通過PLC控制系統調度風機裝置，切換到吹氣狀態，把空樣品罐反向發送回現場的煤粉自動發送站，進行下一次取樣輸送，如此往復循環。這樣，通過PLC控制集中調度系統可實現設備自動運行，取樣和送樣過程自動化和無人化。

圖2 樣品罐結構圖

2 主要設備設計

2.1 煤粉自動取樣器

煤粉自動取樣器安裝在現場煤粉收塵器的下料管道上，接料口正好處于物料下落區域內，若安裝位置選擇不當，會使取樣器取樣量不穩定[4]。結構如圖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送站PLC控制運行。

圖3 煤粉自動取樣器結構圖

2.2 煤粉自動發送站

煤粉自動發送站安裝在現場，結構如圖4所示，分為左右兩個箱體，右側箱體為電氣控制箱，考慮煤粉環境的防爆要求，采用隔爆型電氣控制箱，電氣元件封裝在隔爆箱內，產生電火花不會傳到外部環境產生爆炸風險；左側為傳動箱體，內部包括雙工位傳動裝置和升降裝置。雙工位傳動裝置實現樣品罐裝料工位和發射工位轉換；升降裝置集成了開蓋裝置，可實現樣品罐自動開、關蓋，該裝置處于下降狀態時，可整體進行雙工位轉換，處于上升狀態時，有兩個作用：一是與裝料管聯通實現樣品罐接料；二是與發射管聯通，保持密封狀態，實現樣品罐發射和接收。該設備所有傳動均采用氣動傳動，在煤粉環境中應用具有較高安全性。

圖4 煤粉自動發送站結構圖

2.3 并路器

并路器用于氣力輸送管道系統，實現樣品罐在管道內換路輸送，現場多臺煤粉自動發送站通過并路器的并聯，實現與實驗室單臺煤粉接收站連接，節省管道和設備投入。該設備結構如圖5所示，主要換向部件是彎管，傳動部件是電機和齒輪副，電機帶動齒輪副與彎管連接，初始狀態管道A口和B口聯通，當系統PLC控制電機轉動，彎管轉過180°后，實現A口與C口聯通，這樣，通過PLC統一調度控制，實現現場不同煤粉自動發送站分別與實驗室煤粉接收站聯通，進行樣品罐發送。

圖5 并路器結構圖

2.4 煤粉接收站

煤粉接收站主要功能是接收載料樣品罐，反向發送空樣品罐。煤粉接收站結構如圖6所示，配套存儲轉盤機構，可以自動存儲現場多點發過來的樣品罐，該設備配套開蓋裝置，人工取出樣品罐后，應用該裝置進行開蓋，倒出樣品進行煤質分析。設備底部通過供風口與風機裝置連接，頂部與氣力輸送管道連接，保持設備、管道和風機相互聯通，通過PLC系統統一調度，實現樣品罐自動往復循環輸送。

圖6 煤粉接收站結構圖

2.5 風機裝置

風機裝置主要功能是為樣品罐輸送提供動力，該裝置結構如圖7所示，風機一般采用渦流風機，根據樣品輸送的距離和重量，選擇合適風壓和風量，能夠保證樣品罐在管道內高速輸送；核心部件是換向閥機構，通過氣缸傳動切換風機的進風口和出風口分別與換向閥出風管導通，氣力輸送管道內氣流表現為吹氣和吸氣兩種狀態，實現樣品罐正壓輸送或負壓輸送互相切換。

圖7 風機裝置結構圖

3 系統特點

（1）現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驗室分析數據的準確性；

（2）現場煤粉自動發送站的防爆設計，符合煤粉環境要求，保證設備運行安全可靠；

（3）采用氣力管道進行輸送，樣品全程密封，無泄漏，無粉塵污染；

（4）可實現樣品遠距離快速輸送，提高實驗室樣品分析的實時性；

（5）系統全流程自動化調度，自動存儲樣品，系統運行效率高，節省人力成本；

（6）并路器的投入使用，能節省管道和實驗室煤粉接收站設備的投入，優化系統建設成本。

4 結束語

本文研究開發的水泥廠煤粉自動取樣輸送系統，可實現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、實時性和實驗室化驗準確性，有利于優化水泥廠煤粉取樣工作崗位配置，降低用工成本，降低安全管控風險。本系統的應用將會提升水泥廠質量管理水平，推進智能工廠建設，具有很高的推廣價值。