淺談堵料開關安裝方式對測量的影響

李增剛

（河北大唐國際張家口熱電有限責任公司，河北 張家口 075000）

0 引言

河北大唐國際張家口熱電有限責任公司2×300MW機組采用風冷干式排渣方式，鍋爐灰渣經過過渡渣斗下落到干式排渣機不銹鋼輸送帶上，通過電機帶動齒輪向外運動。在輸送過程中，熱渣被逆向運動的空氣冷卻，其冷卻風量可根據鍋爐的排渣量自動調節，將熱渣的溫度控制在100℃以下，過程中維持鍋爐穩定燃燒，被冷卻的熱渣經碎渣機破碎后，流向梯形密閉容器內，通過底部斗式提升機送至渣倉儲存，儲存在渣倉中的干渣用干式卸料機裝入干灰罐車或經加濕后裝入自卸汽車，送至用戶或灰場。

圖1 干閘機系統原理圖Fig.1 Schematic diagram of dry brake system

1 設備簡介及工作原理

1.1 設備簡介

阻旋式料位開關，常用于固態物料（包括粉狀、塊狀、粒狀、膠狀等）存儲容器內，其特點為密封性好、過載能力強、外形堅固、輕便易裝、接線簡單。針對不同比重的物料，通過調整彈簧的拉力來控制，兼有高位和低位兩種報警功能，并可手動切換，其外形均采用不銹鋼材質。

電容式料位開關，常用于液體或固體料位的連續量或限位測量，在灰斗容器中最為多見，其特點為結構簡單、分辨力高、工作可靠、動作響應快、抗干擾能力強，不受高溫、酸堿及空間大小等因素影響，可對料位進行連續檢測。

1.2 工作原理

阻旋式料位開關原理較為簡單，它利用微型馬達做驅動裝置，通過傳動軸與離合器相連接，實現物料測量。物料高低與葉片旋轉有一定的關系：當葉片未接處物料時，馬達正常運轉；當葉片接觸物料時，馬達停止轉動。檢測裝置輸出一接點信號，同時切斷電源，停止轉動。物料下降過程中，葉片會受到一定阻力干擾，轉動頻率有所下降。當阻力消失后，檢測裝置依靠扭力彈簧又恢復到原始狀態，確保料位開關正常工作。

電容式料位開關依靠電容檢測元件進行工作，其內部的電容器是由兩個絕緣的同軸圓柱極板內電極和外電極組成。當料位開關金屬桿插入料倉內，料位變化會引起電容量的變化，通過轉換電路得到相應的控制信號，再轉換成電信號，傳輸給二次儀表進行報警。

2 問題分析

圖1 為干渣機系統原理圖。黑色方框代表料位開關安裝區域，現場實際情況類似于梯形容器，它與水平地面互成60°夾角，布置方式呈倒立型。該梯形容器為熱渣過渡區域，是連接碎渣機與斗式提升機的重要樞紐，起到緩沖的作用。在此區域安裝料位開關，目的是監視熱渣動態，及時上傳堵渣信號，防止碎煤機過載跳閘。

根據現場實際工況，兩種類型的料位開關均滿足生產要求。考慮到容器內的渣塊形狀不規則，如果選用電容式料位開關進行檢測，渣塊接觸到金屬桿后，感應為點線接觸，面積小、不牢靠，且輸出信號不穩定，將引發誤報警或不報警，造成假料位現象。如果選用阻旋式料位開關，轉向片依靠自身旋轉進行檢測，觸碰到渣塊時，其硬度足以使轉向片停止動作，輸出穩定的報警信號。結合阻旋式料位開關與電容式料位開關各自優缺點，選取阻旋式料位開關更符合現場情況，初步選取梯形容器外3個位置點中任意一點下裝，分析如下：

位置①：直插式

將阻旋式料位開關安裝在梯形容器左側鋼板，下裝角度保證90°垂直，因外鋼板與水平地面互成60°夾角，故阻旋式料位開關與水平地面互成30°夾角。此設計的優點是：直接開孔安裝，既符合料位開關工藝要求，又減輕勞動強度，省時省力；缺點是：未考慮到熱渣溫度與沖擊力[1]。雖然，干式排渣機鋼帶上的熱渣已經被逆向運動的空氣冷卻至100℃以下，但經長時間沖刷轉向片會對材質表面形成腐蝕。另一方面，熱渣冷卻后形成不規則固體，加之自由落體的沖擊，導致轉向片受損，大大減少設備使用壽命，還會引發誤報警。

圖2 手工罩殼Fig.2 Manual housing

位置②：外嵌式1（圖2）

手工制作罩殼，將阻旋式料位開關安裝在內，焊接于梯形容器右側鋼板并使其相通，如圖2所示。兩者位置相比，后者存在優勢。其樓梯平臺大大提高了安全性，而前者卻處于懸空位置，不存在站立點，也不便于日常維護。此設計既減少了熱渣的直接沖刷，避免了開關的誤報警，又便于日常的檢查維護，確保設備正常運轉。當發生堵料時，熱渣及時碰觸料位開關轉向片，切斷旋轉并發出報警信號。但投入到實際運用中效果并不理想，原因在于未考慮熱渣流動方向因素。根據流體運動學分析，介質通過梯形容器時，依靠自身重力和慣性，大約95%的渣量沿內鋼板直流而下，剩余5%的渣量沿左、右側鋼板滑落，因罩殼底邊傾斜度不夠，制作時未考慮到現場實際工況，故右側鋼板的熱渣慢慢聚集至罩殼底部，積少成多，引發誤報警。

位置③：外嵌式2（圖3）

考慮到圖2設計中存在的缺陷，采取將罩殼移位，安裝在介質流動外側鋼板，如圖3所示。該位置處于介質流體對立面，梯形容器內的寬度足以避免熱渣聚集。此設計雖然解決了聚渣誤報問題，但在實際堵渣過程中卻未能觸碰到料位開關轉向片。經現場查看，熱渣堵住罩殼入口，轉向片被隔離，處于架空狀態。考慮到熱渣優點是重量輕、硬度小，易破碎，但缺點是體積大、流動性差、易堆積。鍋爐內煤粉燃燒充分后將形成灰，燃燒不充分將會結焦，受負荷波動影響，煤風配比量響應變化慢，易產生焦塊。梯形容器內焦塊與灰參雜在一起，流動性大大降低，容易將罩殼入口堵住，致使堵料信號無法傳至上位機，直到碎渣機過載跳閘報警后才能提醒到運行人員，嚴重影響設備正常運轉[2]。

圖3 開關側裝Fig.3 Switch side assembly

圖4 開關正裝Fig.4 Switch formal fitting

3 解決方法

針對以上難點，重新選取罩殼切入點，調整阻旋式料位開關安裝方向，并使一半轉向片伸入至梯形容器內，如圖4所示。轉向片工作時，旋轉半徑大于自身寬度，避免觸碰罩殼邊緣。實驗過程中，考慮到熱工保護傳動盡量采用實際方式模擬要求以及料位報警重要性，故進行實際傳動測試。將斗式提升機停止運行，目的是使熱渣堆積到一定高度后，抵達轉向片工作區域，觸碰到轉向片使其轉動停止。這樣一來，料位開關發出報警，提醒運行人員及時處理[3]。此設計既消除聚渣誤報、漏報現象，又實現堵渣后報警上傳，減少設備的跳閘次數，延長使用壽命，確保機組安全穩定長期高效運行。

4 總結

堵料開關安裝方式的正確選取，既能使監視人員提前采取有效措施，防止設備過載跳閘，又能降低設備損壞風險，延長使用壽命，其影響意義重大。現代工業生產對自動化控制要求越來越高，料位開關的需求并非可有可無，而是必不可少。結合實際工況的具體要求，認真合理地選型并正確地安裝料位開關，使其在物位測量與控制中發揮最大的作用，以保證物料存儲的安全可靠，確保生產的連續穩定。