焦化厂装煤车炉盖密封系统的优化设计宋茂旺

焦化厂装煤车炉盖密封系统的优化设计宋茂旺

宋茂旺

大连大重机电安装工程有限公司辽宁大连116000

摘要：针对首钢京唐西山焦化7.63米焦炉装煤车炉盖密封系统因多种原因久未投运，炉盖采用人工浇浆密封的现状，通过优化设计并整改实践，实现了一键全自动浇浆密封和泥浆站远程自动加浆，对改善工作环境、提高自动化水平及逐步实现焦炉机车无人驾驶具有重要意义；

关键词：环境保护；炉盖密封；自动加浆

引言

随着国家对生态文明建设和生态环境保护的重视，在推进供给侧结构性改革、加快产业结构转型升级、实现经济社会发展和生态环境保护协同共进，以及首钢京唐公司提出的和世界一流企业三年缩差、大力提高生产自动化水平的背景下，针对炉盖密封仍采用人工操作，劳动强度大、占用人力多的现状，将装煤车炉盖密封系统自动化改造纳入重点改善项目，旨在对原有设计优化升级，以提高设备自动化水平和生产效率。

1炉盖密封系统工作原理

炉盖密封系统用来密封装煤孔盖和装煤孔座之间的环缝区域，以保证炭化室密封并减少煤烟泄放。

组成部件：安装在装煤车主平台上的两组泥浆槽及附属装置(液位计、搅拌装置、泥浆管、气压管路、电磁阀、压力传感器等)，和安装在煤塔泥浆站的一组加浆罐及附属装置(液位计、搅拌装置、泥浆管、电动执行器、加水管路、气压管路、电磁阀等)；

工作原理：装煤车在目标炉号装煤完毕→导套收回→揭盖机下降→上/下泥浆阀开启→泥浆沿揭盖机下部的泥浆管流入每个装煤孔盖的密封区域→密封完毕→揭盖机收回→泥浆管反吹→装煤车走行至煤塔受煤；当泥浆槽液位低、装煤车在煤塔受煤时，煤塔泥浆站可根据需要将搅拌均匀的泥浆经由下浆管和装煤车接浆嘴输送到泥浆槽。

2原系统存在的问题

图1

（焦炉四大机车引进德国Schalke技术，由大连重工制造安装、调试及运维）

①装煤车泥浆槽为圆弧底卧式结构，沉降面大，极易因泥浆沉降而堵塞泥浆管，且搅拌电机功率偏小，搅拌装置结构复杂、维护困难、效果不佳，加之投产时炉盖密封系统并未调试好，无法达到预期效果和满足使用要求，因此废置多年；

②泥浆管路、各电磁阀、传感器及空压机系统因久置而残损破坏，问题较多；

③全自动程序并未调试好，且与多个工序衔接不畅，使全自动装煤用时增加；

④在煤塔泥浆站只能靠人工手动加浆，装煤车与煤塔泥浆站无直接联系也无相关控制程序，无法在装煤车看到泥浆站加浆罐液位、各阀门开闭、已对位等状态，也无法进行装煤车远程控制加浆；

⑤煤塔泥浆站也是久置不用，各部件残缺损坏，且程序仅做了简单逻辑控制和与地面协调的数据交换，问题较多。

3工艺技术改进和解决办法

经过对原设计的梳理探讨和对存在问题的摸索改进，制定出了一套全自动浇浆密封整改方案，改进如下：

图2

3.1装煤车硬件改进

①泥浆槽由半圆柱卧式改为圆柱形立式，单个容积250L基本不变，沉降面减小；

②搅拌装置简化（3叶多组改为4叶单组），并由卧式改为立式，搅拌电机及变速齿轮整套由0.37kW改为1.5kW，改善搅拌效果；

③泥浆管径由DN40改为DN32，适用泥浆改为稀浆，以提高泥浆流动性和密封效果，同时出浆口位置略上移，且伸入泥浆槽部分弯向下开口，防止堵塞；

④空压机系统全面恢复，液位计、电磁阀、压力传感器更换调试；

⑤炉盖旋转电机恢复，密封工序加入炉盖旋转动作，保证炉盖均匀密封。

3.2煤塔泥浆站硬件改进

加浆罐及搅拌电机均改为立式结构，加水电磁阀、泥浆管电动执行器、气路反吹电磁阀、液位计、限位开关等检修更换，现场各电气元器件线路重新布线。

3.3程序部分改进

①装煤车炉盖密封系统主体程序沿用原程序，大致结构为：系统选择、操作模式、状态及报警、附属装置功能块调用、释放条件、输出控制、状态显示等部分，在全自动程序块中还有相应各步序控制。主要修改有：液位判断条件及HMI上的液面显示；机旁/手动/半自动/全自动各操作模式下的释放条件限制；1/2/3/4各道密封/管道吹扫/密封槽吹扫等步序的联锁条件、触发时机、持续时间、衔接顺序等；各泥浆阀与气路总阀的动作配合、错峰工作；密封步序与揭盖顺序冲突修改；在与地面协调控制系统的程序段中，将装煤车“在泥浆站位置、1#阀加浆、2#阀加浆”等信号给至地面协调，并接收来自地面协调的“泥浆站允许加浆、1#加浆阀开/闭、2#加浆阀开/闭”等反馈信号；

②Wincc画面程序修改：在装煤车炉盖密封系统图形界面中，系统原理直观图形修改；增加远程手动控制泥浆站加浆的“1#阀加浆/取消”、“2#阀加浆/取消”热键按钮及状态域；增加半自动模式下“1～4道管道吹扫”、“1～4道密封槽吹扫”两个半自动热键按钮及状态域；画面上增加“泥浆站允许加浆”(0为灰色、1为绿色)、“1#阀加浆”(关限为灰色，开启过程为粉色，开限为绿色、故障为红色)、“2#阀加浆”等状态显示域；

③地面协调PLC程序改动：增加与装煤车之间的接收/发送信号逻辑及转存数据；删除原德国Schalke程序中单独与泥浆站控制的无实质内容的程序块(原设计中泥浆站自有CPU，但实际无)，将控制程序及转存数据做到与煤塔之间的程序块中，即地面协调直接与煤塔通信，泥浆站从属于煤塔PLC系统；

④煤塔PLC程序改动：将煤塔泥浆站允许加浆(料足)、1#加浆阀开/关限、2#加浆阀开/关限等状态信号给至地面协调，并接收来自地面协调的装煤车到位、1#阀加浆请求、2#阀加浆请求等反馈信号；修改泥浆站各部件的控制信号和状态反馈逻辑，使泥浆站就地、远程手动(中控室手动)、远程自动(自动加水和装煤车控制自动加浆)三种操作模式均得以实现。

4改进后效果

在经历几个月的安装调试和不断试验改进，目前装煤车全自动炉盖密封和泥浆站无线远程自动加浆已稳定运行，效果良好；

稳定后炉盖密封系统在一键循环模式下的工艺流程如下：装煤车在目标炉号装煤完毕→4#导套收回(行程值≤300时允许揭盖机下降)→揭盖机下降(行程值＞400时允许密封，即上/下泥浆阀同时得电6s)→揭盖机继续下降(行程值＞800时开始旋转炉盖，至下限并延时2s后停止旋转)→揭盖机至下限的同时3#道步序开始(此时4#管泥浆正好流出至环缝区域，与旋转炉盖配合均匀密封)→揭盖机在下限停留5s后失磁收回→3-2-1道依此步序逐道进行→1道揭盖机收回至上限后装煤车开始走向煤塔受煤→走行释放5s后按4-3-2-1道顺序依次进行泥浆管吹扫(气路总阀和逐道下阀得电，开2s间隔2s)→至1道管吹步序结束时开始泥浆槽吹扫(气路总阀和逐道上阀同时得电，开2s间隔2s)→装煤车走行至煤塔受煤，此时密封及反吹所有步序已完成；

装煤车泥浆槽低于低液位报警后，装煤车可在煤塔受煤时手动/自动加浆，也可根据需要在生产不太紧张时在受煤过程中随时手动控制加浆，在操作台HMI画面上可清楚观察装煤车炉盖密封系统各部件状态及泥浆站液位、1#加浆阀开/闭状态、2#加浆阀开/闭状态等实时信息，确保设备安全高效运行；

目前4座焦炉两套设备每天出焦200孔左右，每孔4个炉盖，按正常生产时每10～12分钟一炉来看，炉顶密封人工作业占用劳动力多、劳动强度大、作业环境差、存在安全隐患，改进后，炉顶由专人随时推小车加浆密封作业的现状变为全自动一键循环操作(个别炉盖还需人工补充密封)，大幅减小了劳动强度、改善了工作环境；同时，炉盖密封作为辅助生产系统，根据其在整个生产中的作用和自身装置特点，系统所有步序动作均于其他系统运行过程中同步进行，并没有延长全自动步序时间，也不影响其他系统动作的完成，因此，炉盖密封系统的投运，在保证了生产任务的同时，还提高了生产效率和自动化水平；也为焦炉机车实现无人驾驶及首钢京唐公司全面实现“四个一流”打下了坚实基础。

5结语

首钢京唐西山焦化作为国内焦化行业的佼佼者，焦炉四大机车的一键循环操作已稳定运行多时，且中控室远程操作也已实现(即四大机车无人驾驶、有人值守)，接下来正在往无人驾驶方面进行尝试和探索；随着科学技术的发展，我国焦炉机械自动化技术发展的主要方向就是无人化和智能化，想要实现这一目标，就要以相应的理论作为依托，融入先进的手段与观念，对生产机械进行不断地改进和完善，进而使设备以更高的效率和更为可靠的操作代替人类工作，更好地为人类服务，实现焦炉机械真正意义上的无人操作的自动化生产。

参考文献

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[2]郑希亮,焦炉机械新技术应用[J]《化工管理》,2015(13):155-155

[3]桑运晓，曹金晓，宋洪亮.机械自动化现状及发展趋势分析[J].科技风，2016（16）.