焦化廠加煤車取煤效率改進方法的分析與應用

喬希彬

（萊鋼集團設備檢修中心，山東萊蕪 271104）

0 引言

作為焦爐四大機車的一部分，焦化廠加煤車工作效率影響到其他三大機車的協調工作，進而會影響到焦爐每天的K2系數（即推焦執行系數）穩定。在加煤車整個作業過程中，取煤及加煤操作占據了其總作業時間90%以上，這2套控制系統的先進程度直接影響到加煤車工作效率及后續多個關鍵工藝指標的提升。

對現場設備設施的運行情況進行摸底，發現加煤車取煤系統運行效率是制約煤車效率提高的主要因素。取煤系統因為設計的原因，接近開關通信方式不能滿足現場需要，故障率高、效率低下。利用焦爐成熟的無線感應技術，設計適合的電氣電路，編寫PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）的自動運行程序，對加煤車取煤系統進行升級，實現加煤車取煤的自動操作。

1 問題分析與改進

運用排除法，對影響加煤車加煤效率的各類因素進行分析，得出4項主要影響因素，并針對這些因素逐一進行分析和改造、提升。

1.1 加煤車取煤系統故障率高和自動化程度低

1.1.1 運行現狀及存在問題

受煤系統是煉焦生產過程中的一個重要環節，受煤速度的快慢直接影響生產作業的效率。傳統的受煤控制系統，采用的方法是在地面放置操作箱，通過操作加煤車外現場操作箱，或者通過電磁接近開關來實現控制。以上2種方法都存在操作復雜、效率低下的問題，不能滿足生產需要。

1.1.2 改進方案

實現煤車受煤的自動操作，首先需解決加煤車與地上PLC控制系統之間的通信問題。根據現場實際情況，引用了感應無線數據方式通信。此類通信是介于有線通信和無線通信之間的通信方式，通過安裝在移動機車上的感應天線和沿機車軌道安裝的編碼電纜之間的電磁感應而實現數據通信。它是PLC與感應無線技術有機的結合，數據通信可靠，位置及信號檢測精度高，能抗現場各種電磁干擾，耐高溫，完全滿足現場需要。這樣，就解決了PLC的通信問題：將煤車上的煤罐料位信號引入車上PLC系統中，將受煤閘板控制系統中的開關限位信號、閘板開關控制、空氣炮振煤等引入地上PLC系統，通過對車上及地面PLC的編程，實現全自動受煤控制。

1.1.3 編寫程序控制流程

當機車行駛至指定位置時（此時PLC檢測到煤車位置信號與現場位置相符），按下當前所處列的啟動按鈕，此時煤車自動打開全部的下煤口，同時空氣炮啟動開始振煤，間隔一段時間振動一次，直到煤罐料位滿，料滿后自動啟動關閉下煤口，當PLC檢測到所有閘板關信號時，方能允許機車行走。手動及自動程序如下：

1.2 加煤車加煤系統自動化程度低

1.2.1 運行現狀

原設計加煤車自動裝煤系統根據煤車煤罐料位進行控制，此控制方式不符合焦爐生產實際情況，在煤質及配煤比發生改變后，無法控制和調整加煤量，所以加煤車在投入使用后加煤自動系統無法使用。

1.2.2 問題分析

對實際使用情況進行研究，加煤車加煤量應由螺旋轉數進行控制，4個爐孔要加煤穩定均衡，這對司機的操作水平提出很高的要求。由于螺旋加減速時間切換以及各車司機掌握的轉數不統一，加煤量波動非常大，煤線控制困難，嚴重時導致加煤口堵眼，對焦爐本體造成嚴重損害。

1.2.3 改進方案

加煤車PLC控制系統為西門子S7-300系列，主要由1臺主機CPU315-2DP和16個輸入模塊、15個輸出模塊組成，設置有遠程站按鈕開關點輸入模塊和信號燈輸出模塊硬件。為提高操作人員與PLC之間的交互，在原有硬件配置的基礎上增設一套觸摸屏裝置，在PLC系統中增加CP343-1通信模塊，建立通信模塊與觸摸屏之間的TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/因特網互聯協議）通信。

對影響加煤量的各個因素進行研究，發現螺旋轉速、變頻器輸出頻率控制以及變頻的高中低速切換時機對加煤量影響較大。為解決這個問題，將煤車螺旋轉數引入PLC系統，重新設計編寫觸摸屏的工藝畫面，在觸摸屏上設置平煤轉數、螺旋停止轉數、實際螺旋轉數，其中平煤轉數及螺旋停止轉數可以由操作人員自由設定，這樣完成了加煤車司機與PLC之間數據采集和輸入。為進一步穩定裝煤量，根據現場工藝特點，對裝煤程序進行設計和編程，實現自動裝煤操作。

1.3 煤塔下煤不暢的問題

1.3.1 運行現狀及存在問題

煤塔共分為3排，每排4個漏嘴。由于煤炭水分大，在煤斗內部存留時間較長時易結塊，尤其是煤嘴的下煤口附近（為倒錐形的縮口最小處），結塊現象更明顯，取煤非常困難。

1.3.2 方案制定與實施

（1）在每個漏嘴處增加電保溫裝置，維持溫度約 30℃，同時外部用石棉進行保溫防護，每個漏嘴單獨一套控制電源。

圖1 加煤車加煤自動控制系統組成

（2）每個漏嘴內部增加一套風吹管路系統，以現場的壓縮空氣為動力，外部使用電磁閥進行控制。當下煤不暢時，開啟風吹振煤，（4～5）MPa的風壓將加速煤炭的下落，同時快取煤效率。

2 實施效果評價

本項目針對加煤車系統存在的諸多設備問題進行了有效的改造，目前加煤車的運行效率同比大大增加，加煤系統實現了自動操作。加煤車取煤控制系統技術升級后，實現了遠程取煤操作，作業效率提高15%，降低了工人勞動強度。此項改造每年共計增加100余萬元人民幣的效益。