配煤筒倉(cāng)智能布料控制系統(tǒng)的改造

0引言

方大特鋼焦化廠有三座焦?fàn)t,包括頂裝焦?fàn)t和搗固焦?fàn)t兩種不同類型,共用一套配煤系統(tǒng)。頂裝焦?fàn)t和搗固焦?fàn)t在煉焦工藝上有很大差異,兩種不同類型焦?fàn)t的焦炭質(zhì)量、配比結(jié)構(gòu)也存在較大差異。

1 改造前背景

煉焦煤是我國(guó)煤炭資源中的稀缺品種,尤其是強(qiáng)黏結(jié)性的主焦煤和肥煤資源正越來(lái)越緊張,2018年以來(lái),低硫主焦煤的價(jià)位持續(xù)走高,近幾年焦化廠一直使用的低硫主焦煤如平頂山東、青町臨渙等性價(jià)比越來(lái)越低,而原來(lái)性價(jià)比較高的一些廉價(jià)貧瘦煤資源(例如兩渡貧瘦煤)已很難滿足焦炭質(zhì)量和焦炭成本總體平衡的需求。

為平衡兩種不同類型焦?fàn)t的焦炭質(zhì)量,配煤配礦小組在制定用煤配比時(shí)使用的是兩個(gè)配比(搗固和頂裝各一個(gè))。搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢(shì)是煤源的適用范圍比較廣,多配入一些弱黏結(jié)性的煤就可以得到較好的焦炭質(zhì)量,但在實(shí)際生產(chǎn)中搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有全部發(fā)揮出來(lái),主要原因是只有一套配煤系統(tǒng),卻要根據(jù)工藝要求配兩種不同配比的煤,而且煤倉(cāng)還是共用的,煤種也一樣,只是在配比上進(jìn)行了調(diào)整。

2018年搗固焦?fàn)t共執(zhí)行了57個(gè)配比,其中主焦煤平均配比為37%、貧瘦煤8%、肥煤21%、氣煤13%。要把搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢(shì)盡可能發(fā)揮出來(lái),可以再配入一些其他性價(jià)比高的煤種,這樣一來(lái)整個(gè)配煤成本就會(huì)下降。

為兼顧煤場(chǎng)資源結(jié)構(gòu)種類和焦炭質(zhì)量,配煤配礦小組在制定配比過(guò)程中,針對(duì)配煤成本的優(yōu)化有很大局限性。根據(jù)焦化配煤倉(cāng)設(shè)計(jì)要求,一般配煤倉(cāng)的數(shù)量應(yīng)比配煤所用的煤種數(shù)量多2~3個(gè)^[1],焦化廠使用的煤種一般在8~9個(gè),配套9個(gè)配煤倉(cāng)沒(méi)有達(dá)到基本設(shè)計(jì)要求。這些情況會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)問(wèn)題:

1)兩種爐型的配比雖然不同,但兩種爐型所用的煤種卻一樣,無(wú)法充分發(fā)揮搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢(shì),降低配煤成本。

2)焦炭質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)后,在配比調(diào)整過(guò)程,由于沒(méi)有備用的配煤倉(cāng),調(diào)整時(shí)間會(huì)相對(duì)較長(zhǎng),影響焦炭質(zhì)量的波動(dòng)時(shí)間。

3)配煤倉(cāng)圓盤出現(xiàn)問(wèn)題后或其中一個(gè)跑盤準(zhǔn)確率出現(xiàn)較大誤差后,沒(méi)有備用配煤倉(cāng),影響焦炭質(zhì)量,同時(shí)會(huì)造成配煤成本波動(dòng)較大。

原配煤筒倉(cāng)布料是2006年搗固爐擴(kuò)建工程的配套項(xiàng)目,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。機(jī)組共3臺(tái)布料小車,其中1臺(tái)布料小車(固可逆小車)安裝在鋼結(jié)構(gòu)支架上固定不移動(dòng),被動(dòng)接收上游皮帶供應(yīng)的煤,再按當(dāng)前配煤工藝正/反向落料到安裝2臺(tái)可移動(dòng)布料小車(1#、2#可逆小車)的可逆皮帶上,然后落到9個(gè)配煤筒倉(cāng)落料口,即完成一次配煤工藝操作^[2]。遠(yuǎn)端主控室只能遠(yuǎn)程控制這3臺(tái)布料小車的可逆皮帶執(zhí)行正/反向啟、?？刂?無(wú)法遠(yuǎn)程控制1#、2#可逆小車的正/反向自動(dòng)走行,可逆小車需要操作工在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手動(dòng)操作機(jī)旁操作箱控制,走行到工藝位置,再肉眼觀察確認(rèn)小車是否對(duì)準(zhǔn)筒倉(cāng)落料口,憑經(jīng)驗(yàn)判斷是否需要再手動(dòng)微調(diào)小車進(jìn)行移動(dòng)布料。

原設(shè)計(jì)是在9個(gè)倉(cāng)的下料口位置安裝接近式限位開(kāi)關(guān),當(dāng)小車停在當(dāng)前倉(cāng)時(shí),檢測(cè)到小車所在倉(cāng)號(hào)后發(fā)送給遠(yuǎn)端主控室顯示。但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),這種小車定位方式位置檢測(cè)不是連續(xù)的,很不穩(wěn)定,小車在偏移當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)感應(yīng)范圍時(shí),遠(yuǎn)程無(wú)法判斷小車當(dāng)前所在位置,就會(huì)造成小車顯示丟失;而且現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境粉塵較大,比較昏暗,燈光穿透性不強(qiáng),有時(shí)為觀察是否對(duì)準(zhǔn)位置人員需走到落料口邊緣,存在人員易滑倒、被機(jī)械擠壓、墜落的安全隱患;由于定位技術(shù)和對(duì)異常情況檢測(cè)手段的缺陷,漏料、堵料、混料、裝錯(cuò)倉(cāng)事故隨時(shí)都可能發(fā)生,容易導(dǎo)致上料過(guò)程被迫中斷,操作人員工作強(qiáng)度極大,影響配煤的精準(zhǔn)性,混料后也無(wú)法對(duì)事故原因進(jìn)行追溯;在當(dāng)前模式下,遠(yuǎn)程操作過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)大,需不斷加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡查和維護(hù),對(duì)工作效率影響極大。

綜合上述情況,2019年,焦化廠提出希望在原有配套配煤系統(tǒng)配置的9個(gè)配煤倉(cāng)基礎(chǔ)上再新增1個(gè)配煤倉(cāng),同時(shí)對(duì)配套配煤筒倉(cāng)PLC控制系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行換代升級(jí)的改造意向。增加1個(gè)配煤倉(cāng)后的配煤室總?cè)萘繌? 700 t提升到3 000 t,相當(dāng)于焦?fàn)t約24 h的用煤量。

通過(guò)PLC自動(dòng)控制給料小車按工藝智能布料,可以基本實(shí)現(xiàn)頂裝焦?fàn)t和搗固焦?fàn)t的配比互不干擾,充分發(fā)揮搗固焦?fàn)t優(yōu)勢(shì),增加弱黏結(jié)性和高揮發(fā)性煤的比例;同時(shí),增加配煤倉(cāng)后,配比發(fā)生波動(dòng)和跑盤出現(xiàn)誤差后,可以及時(shí)對(duì)配比進(jìn)行調(diào)整,有利于焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定。

2目標(biāo)與任務(wù)

2.1研究目標(biāo)

2.1.1在降本方面

增加1個(gè)配煤倉(cāng)后,頂裝焦?fàn)t和搗固焦?fàn)t的配比獨(dú)立性更強(qiáng),有利于發(fā)揮搗固焦?fàn)t優(yōu)勢(shì)。在配比制定過(guò)程中可以增加貧瘦煤和其他弱黏結(jié)性氣煤的配入量,既可以多配入一定量的高揮發(fā)分煤,也可以配入5%~10%的貧瘦煤,甚至需要另外單獨(dú)粉碎的無(wú)煙煤等惰性物質(zhì),達(dá)到節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤,擴(kuò)展煉焦煤資源的使用范圍,較大幅度降低噸焦成本的目的。

2.1.2在增效方面

增加1個(gè)配煤倉(cāng)后,根據(jù)新的配煤方式,重新配置對(duì)10個(gè)筒倉(cāng)的集中智能布料控制。增加對(duì)配煤筒倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)可逆皮帶小車的定位檢測(cè),使小車位置檢測(cè)呈連續(xù)性,能在遠(yuǎn)端主控室直觀顯示,同時(shí)按新的生產(chǎn)工藝聯(lián)鎖可逆皮帶小車實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)走行、自動(dòng)智能布料,降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度,提升工作效率,改善本質(zhì)安全。

2.2 實(shí)施思路及任務(wù)分解

考慮現(xiàn)場(chǎng)位置和施工難度以及對(duì)生產(chǎn)的影響,改造后的10個(gè)配煤筒倉(cāng)并列安裝在同一軸線上,是備煤車間按配煤工藝用來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)待配煤種的錐形雙曲線料倉(cāng)。在10個(gè)配煤筒倉(cāng)頂部放料入口位置有一組鋼結(jié)構(gòu)軌道,有兩臺(tái)可在軌道上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械小車(1#、2#可逆小車)和一臺(tái)在可逆小車上方固定安裝的機(jī)械小車(固可逆小車),3臺(tái)機(jī)械小車上均安裝有可以正、反轉(zhuǎn)的輸煤皮帶。10個(gè)料倉(cāng)除了3#倉(cāng)、7#倉(cāng)、10#倉(cāng)只有一個(gè)落料口外,其他每個(gè)料 倉(cāng)均有2個(gè)落料口。原料煤按工藝路線從固可逆皮帶落到已對(duì)好位置的1#或2#可逆小車上,再落到各配煤筒倉(cāng)落料口,即完成一次配煤工藝操作(圖1)。

經(jīng)論證,項(xiàng)目范圍在配煤室10個(gè)配煤筒倉(cāng)周邊,項(xiàng) 目核心是小車定位的精準(zhǔn)性和按配煤工藝控制小車從當(dāng)前位置自動(dòng)走行到對(duì)應(yīng)煤倉(cāng)落料口位置停穩(wěn)的精準(zhǔn)性,關(guān)鍵技術(shù)是小車定位和對(duì)位的邏輯算法。

在原有設(shè)備基礎(chǔ)上,通過(guò)以下幾方面實(shí)現(xiàn)改進(jìn):

1)土建及鋼結(jié)構(gòu)部分:在原配煤倉(cāng)南面增加10#配煤倉(cāng);增建1個(gè)直徑7 m的雙曲線斗嘴配煤槽;可逆皮帶改造延長(zhǎng)并更換,皮帶機(jī)滑線及可逆小車走行軌道延長(zhǎng);M6皮帶機(jī)尾延長(zhǎng),M6皮帶機(jī)延長(zhǎng)部分對(duì)應(yīng)的10#配煤筒倉(cāng)槽口位置增設(shè)圓盤給料機(jī)給料的自動(dòng)配煤裝置;自動(dòng)配煤裝置由配煤盤、稱量帶式輸送機(jī)、電子秤計(jì)量系統(tǒng)等組成,生產(chǎn)時(shí)按照給定值自動(dòng)控制各單種煤的配量,確保配煤比連續(xù)恒定。

2)自動(dòng)控制部分:重新選型磁性接近開(kāi)關(guān),型號(hào)為Ni50—CP80—VP4X2 10—65VDC200mA Sn:500mm,該款產(chǎn)品質(zhì)量好,精準(zhǔn)度高。磁性接近開(kāi)關(guān)安裝在配煤筒倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)可逆皮帶小車的鋼結(jié)構(gòu)支架上。通過(guò)控制電纜將信號(hào)引入備煤主控室一樓的PLC柜內(nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)機(jī)械小車的定位和遠(yuǎn)程南、北向的啟/?？刂?。PLC重新編程,采用西門子的工業(yè)以太網(wǎng)方式通信,滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求的邏輯聯(lián)鎖,實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)化控制。采集現(xiàn)場(chǎng)10個(gè)筒倉(cāng)的雷達(dá)料位數(shù)據(jù),在 WinCC里直觀實(shí)現(xiàn)料位顯示和預(yù)警功能,后期可查歷史趨勢(shì)記錄,方便分析追溯。PLC硬件上留好充足的數(shù)字量、模擬量點(diǎn)位,為后續(xù)擴(kuò)容做好準(zhǔn)備。

2.3 具體實(shí)施過(guò)程

2.3.1勘察現(xiàn)場(chǎng),為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制方式做準(zhǔn)備

了解改造現(xiàn)場(chǎng)具體生產(chǎn)環(huán)境，了解兩個(gè)可逆小車和固可逆皮帶的長(zhǎng)度、能行駛的安全范圍，了解操作工手動(dòng)操作兩個(gè)可逆小車倉(cāng)位對(duì)位的過(guò)程,了解并測(cè)量?jī)蓚€(gè)可逆小車能行駛到的極限位置。

2.3.2設(shè)計(jì)并論證方案

為方便以后的擴(kuò)容升級(jí)改造并網(wǎng)需求，預(yù)留PLC 模塊擴(kuò)展冗余點(diǎn)位;梳理統(tǒng)計(jì)并申報(bào)備件計(jì)劃;向公司提交立項(xiàng)申請(qǐng)，解決費(fèi)用問(wèn)題。

2.3.3物資到場(chǎng)后驗(yàn)收合格,組織施工

1)因場(chǎng)地和配煤工藝的特殊性，與生產(chǎn)口確認(rèn)好控制要求:配煤房約190 m的場(chǎng)地內(nèi)有10個(gè)配料筒倉(cāng)，如圖1所示，除了3#倉(cāng)、7#倉(cāng)、10#倉(cāng)是單獨(dú)放料，其他7個(gè)倉(cāng)可以分兩個(gè)半圓分別放料。依照現(xiàn)場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)和2臺(tái)可逆小車自身長(zhǎng)度及實(shí)際移動(dòng)極限，1#可逆小車實(shí)際移動(dòng)范圍在1#倉(cāng)到4#倉(cāng)之間，可放料7個(gè)位置;2#可逆小車移動(dòng)范圍是5#倉(cāng)到10#倉(cāng)，可放料10個(gè)位置。

2)先行測(cè)量并焊接好磁性接近開(kāi)關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)支架，將21個(gè)磁性接近開(kāi)關(guān)(1#可逆小車7個(gè)落料位置十小車左右兩個(gè)極限位置,2#可逆小車10個(gè)落料位置十小車左右兩個(gè)極限位置)作為2臺(tái)可逆小車定位的基準(zhǔn)。

3)考慮到2臺(tái)可逆小車的鋼結(jié)構(gòu)車身自重較大,剎車時(shí)可能會(huì)因慣性剎不住沖出去而丟失定位信號(hào),設(shè)置5~15 cm的慣性沖出量作為提前剎車的緩沖。

4)根據(jù)10個(gè)配煤筒倉(cāng)的新配煤工藝,列出邏輯控制的卡諾圖(表1、表2),能有效展現(xiàn)出生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)可逆小車從當(dāng)前位置接到遠(yuǎn)程命令自動(dòng)對(duì)位到需要落料的位置時(shí)往復(fù)行走方向的實(shí)際狀態(tài)。如:2#小車當(dāng)前位置在6#倉(cāng)6—2位置,主控室要遠(yuǎn)程控制2#小車去9#倉(cāng)9—1位置放料,在主控室WinCC畫面上直接點(diǎn)擊9—1按鈕,2#小車會(huì)自動(dòng)向左行,走到9—2定位位置后自動(dòng)停止。

5)在可逆小車定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì),按卡諾圖創(chuàng)建變量編寫PLC程序^[3]。在PLC編程過(guò)程中,著重設(shè)置了安全保護(hù)的邏輯:1#可逆小車只能在1—1、1—2、2—1、2—2、3、4—1、4—2的范圍內(nèi)受控,2#可逆小車只能在5—1、5—2、6—1、6—2、7、8—1、8—2、9—1、9—2、10的范圍內(nèi)受控;小車只能在各自允許行駛的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行啟/停控制、往/復(fù)運(yùn)動(dòng)控制;在小車兩側(cè)分別設(shè)置安全極限的停止限位、急停保護(hù),防止小車沖出相撞。

6)修改WinCC畫面、調(diào)試PLC程序,協(xié)調(diào)生產(chǎn)試機(jī)成功。

3 結(jié)論

1)直接經(jīng)濟(jì)效益:增加1個(gè)配煤筒倉(cāng),解決了調(diào)節(jié)煤種受空間限制的問(wèn)題,節(jié)約了優(yōu)質(zhì)煉焦煤,擴(kuò)展了煉焦煤配比方案,焦炭質(zhì)量發(fā)生波動(dòng)后,可以及時(shí)調(diào)整配煤比,減少焦炭質(zhì)量波動(dòng)的時(shí)間,提高焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定性。按以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算:改造前,全年焦炭產(chǎn)量84.5萬(wàn)t,噸焦耗洗精煤1.204 t,搗固焦?fàn)t使用煉焦干煤50.87萬(wàn)t;改造后,搗固焦?fàn)t增加2%左右貧瘦煤、3%左右氣煤,用于替代主焦煤,并用1/3焦煤替代原配煤中的氣煤,最終每年降低成本超過(guò)500萬(wàn)元。

2)配煤筒倉(cāng)智能布料控制也是本質(zhì)安全提升項(xiàng)目,它改善了現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境下的本質(zhì)安全,解決了現(xiàn)場(chǎng)操作十個(gè)配煤筒倉(cāng)勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大、工作效率低的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了布料過(guò)程的自動(dòng)化。

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2024年第22期第14篇