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

煉焦煤是我國煤炭資源中的稀缺品種,尤其是強黏結(jié)性的主焦煤和肥煤資源正越來越緊張,2018年以來,低硫主焦煤的價位持續(xù)走高,近幾年焦化廠一直使用的低硫主焦煤如平頂山東、青町臨渙等性價比越來越低,而原來性價比較高的一些廉價貧瘦煤資源(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使用的是兩個配比(搗固和頂裝各一個)。搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢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,但在實際生產(chǎn)中搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢沒有全部發(fā)揮出來,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,而且煤倉還是共用的,煤種也一樣,只是在配比上進行了調(diào)整。

2018年搗固焦?fàn)t共執(zhí)行了57個配比,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)勢盡可能發(fā)揮出來,可以再配入一些其他性價比高的煤種,這樣一來整個配煤成本就會下降。

為兼顧煤場資源結(jié)構(gòu)種類和焦炭質(zhì)量,配煤配礦小組在制定配比過程中,針對配煤成本的優(yōu)化有很大局限性。根據(jù)焦化配煤倉設(shè)計要求,一般配煤倉的數(shù)量應(yīng)比配煤所用的煤種數(shù)量多2~3個^[1],焦化廠使用的煤種一般在8~9個,配套9個配煤倉沒有達到基本設(shè)計要求。這些情況會產(chǎn)生以下幾個問題:

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,無法充分發(fā)揮搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢,降低配煤成本。

2)焦炭質(zhì)量出現(xiàn)波動后,在配比調(diào)整過程,由于沒有備用的配煤倉,調(diào)整時間會相對較長,影響焦炭質(zhì)量的波動時間。

3)配煤倉圓盤出現(xiàn)問題后或其中一個跑盤準(zhǔn)確率出現(xiàn)較大誤差后,沒有備用配煤倉,影響焦炭質(zhì)量,同時會造成配煤成本波動較大。

原配煤筒倉布料是2006年搗固爐擴建工程的配套項目,沒有實現(xiàn)全自動控制。機組共3臺布料小車,其中1臺布料小車(固可逆小車)安裝在鋼結(jié)構(gòu)支架上固定不移動,被動接收上游皮帶供應(yīng)的煤,再按當(dāng)前配煤工藝正/反向落料到安裝2臺可移動布料小車(1#、2#可逆小車)的可逆皮帶上,然后落到9個配煤筒倉落料口,即完成一次配煤工藝操作^[2]。遠端主控室只能遠程控制這3臺布料小車的可逆皮帶執(zhí)行正/反向啟、?？刂?無法遠程控制1#、2#可逆小車的正/反向自動走行,可逆小車需要操作工在生產(chǎn)現(xiàn)場通過手動操作機旁操作箱控制,走行到工藝位置,再肉眼觀察確認小車是否對準(zhǔn)筒倉落料口,憑經(jīng)驗判斷是否需要再手動微調(diào)小車進行移動布料。

原設(shè)計是在9個倉的下料口位置安裝接近式限位開關(guān),當(dāng)小車停在當(dāng)前倉時,檢測到小車所在倉號后發(fā)送給遠端主控室顯示。但在使用過程中發(fā)現(xiàn),這種小車定位方式位置檢測不是連續(xù)的,很不穩(wěn)定,小車在偏移當(dāng)前檢測點感應(yīng)范圍時,遠程無法判斷小車當(dāng)前所在位置,就會造成小車顯示丟失;而且現(xiàn)場工作環(huán)境粉塵較大,比較昏暗,燈光穿透性不強,有時為觀察是否對準(zhǔn)位置人員需走到落料口邊緣,存在人員易滑倒、被機械擠壓、墜落的安全隱患;由于定位技術(shù)和對異常情況檢測手段的缺陷,漏料、堵料、混料、裝錯倉事故隨時都可能發(fā)生,容易導(dǎo)致上料過程被迫中斷,操作人員工作強度極大,影響配煤的精準(zhǔn)性,混料后也無法對事故原因進行追溯;在當(dāng)前模式下,遠程操作過程安全風(fēng)險大,需不斷加強現(xiàn)場設(shè)備巡查和維護,對工作效率影響極大。

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個配煤倉基礎(chǔ)上再新增1個配煤倉,同時對配套配煤筒倉PLC控制系統(tǒng)軟、硬件進行換代升級的改造意向。增加1個配煤倉后的配煤室總?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PLC自動控制給料小車按工藝智能布料,可以基本實現(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,增加弱黏結(jié)性和高揮發(fā)性煤的比例;同時,增加配煤倉后,配比發(fā)生波動和跑盤出現(xiàn)誤差后,可以及時對配比進行調(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個配煤倉后,頂裝焦?fàn)t和搗固焦?fàn)t的配比獨立性更強,有利于發(fā)揮搗固焦?fàn)t優(yōu)勢。在配比制定過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,甚至需要另外單獨粉碎的無煙煤等惰性物質(zhì),達到節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤,擴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個配煤倉后,根據(jù)新的配煤方式,重新配置對10個筒倉的集中智能布料控制。增加對配煤筒倉現(xiàn)場可逆皮帶小車的定位檢測,使小車位置檢測呈連續(xù)性,能在遠端主控室直觀顯示,同時按新的生產(chǎn)工藝聯(lián)鎖可逆皮帶小車實現(xiàn)遠程自動走行、自動智能布料,降低人工勞動強度,提升工作效率,改善本質(zhì)安全。

2.2 實施思路及任務(wù)分解

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

經(jīng)論證,項目范圍在配煤室10個配煤筒倉周邊,項 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)前位置自動走行到對應(yīng)煤倉落料口位置停穩(wěn)的精準(zhǔn)性,關(guān)鍵技術(shù)是小車定位和對位的邏輯算法。

在原有設(shè)備基礎(chǔ)上,通過以下幾方面實現(xiàn)改進:

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

2)自動控制部分:重新選型磁性接近開關(guān),型號為Ni50—CP80—VP4X2 10—65VDC200mA Sn:500mm,該款產(chǎn)品質(zhì)量好,精準(zhǔn)度高。磁性接近開關(guān)安裝在配煤筒倉現(xiàn)場可逆皮帶小車的鋼結(jié)構(gòu)支架上。通過控制電纜將信號引入備煤主控室一樓的PLC柜內(nèi),實現(xiàn)對兩個機械小車的定位和遠程南、北向的啟/停控制。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,實現(xiàn)小車自動化控制。采集現(xiàn)場10個筒倉的雷達料位數(shù)據(jù),在 WinCC里直觀實現(xiàn)料位顯示和預(yù)警功能,后期可查歷史趨勢記錄,方便分析追溯。PLC硬件上留好充足的數(shù)字量、模擬量點位,為后續(xù)擴容做好準(zhǔn)備。

2.3 具體實施過程

2.3.1勘察現(xiàn)場,為設(shè)計自動控制方式做準(zhǔn)備

了解改造現(xiàn)場具體生產(chǎn)環(huán)境，了解兩個可逆小車和固可逆皮帶的長度、能行駛的安全范圍，了解操作工手動操作兩個可逆小車倉位對位的過程,了解并測量兩個可逆小車能行駛到的極限位置。

2.3.2設(shè)計并論證方案

為方便以后的擴容升級改造并網(wǎng)需求，預(yù)留PLC 模塊擴展冗余點位;梳理統(tǒng)計并申報備件計劃;向公司提交立項申請，解決費用問題。

2.3.3物資到場后驗收合格,組織施工

1)因場地和配煤工藝的特殊性，與生產(chǎn)口確認好控制要求:配煤房約190 m的場地內(nèi)有10個配料筒倉，如圖1所示，除了3#倉、7#倉、10#倉是單獨放料，其他7個倉可以分兩個半圓分別放料。依照現(xiàn)場廠房結(jié)構(gòu)和2臺可逆小車自身長度及實際移動極限，1#可逆小車實際移動范圍在1#倉到4#倉之間，可放料7個位置;2#可逆小車移動范圍是5#倉到10#倉，可放料10個位置。

2)先行測量并焊接好磁性接近開關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)支架，將21個磁性接近開關(guān)(1#可逆小車7個落料位置十小車左右兩個極限位置,2#可逆小車10個落料位置十小車左右兩個極限位置)作為2臺可逆小車定位的基準(zhǔn)。

3)考慮到2臺可逆小車的鋼結(jié)構(gòu)車身自重較大,剎車時可能會因慣性剎不住沖出去而丟失定位信號,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個配煤筒倉的新配煤工藝,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2臺可逆小車從當(dāng)前位置接到遠程命令自動對位到需要落料的位置時往復(fù)行走方向的實際狀態(tài)。如:2#小車當(dāng)前位置在6#倉6—2位置,主控室要遠程控制2#小車去9#倉9—1位置放料,在主控室WinCC畫面上直接點擊9—1按鈕,2#小車會自動向左行,走到9—2定位位置后自動停止。

5)在可逆小車定位的基礎(chǔ)上進行PLC程序設(shè)計,按卡諾圖創(chuàng)建變量編寫PLC程序^[3]。在PLC編程過程中,著重設(shè)置了安全保護的邏輯: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)運動控制;在小車兩側(cè)分別設(shè)置安全極限的停止限位、急停保護,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)試機成功。

3 結(jié)論

1)直接經(jīng)濟效益:增加1個配煤筒倉,解決了調(diào)節(jié)煤種受空間限制的問題,節(jié)約了優(yōu)質(zhì)煉焦煤,擴展了煉焦煤配比方案,焦炭質(zhì)量發(fā)生波動后,可以及時調(diào)整配煤比,減少焦炭質(zhì)量波動的時間,提高焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定性。按以下數(shù)據(jù)進行計算:改造前,全年焦炭產(chǎn)量84.5萬t,噸焦耗洗精煤1.204 t,搗固焦?fàn)t使用煉焦干煤50.87萬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500萬元。

2)配煤筒倉智能布料控制也是本質(zhì)安全提升項目,它改善了現(xiàn)場操作環(huán)境下的本質(zhì)安全,解決了現(xiàn)場操作十個配煤筒倉勞動強度過大、工作效率低的問題,實現(xiàn)了布料過程的自動化。

[參考文獻]

[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[2]潘立慧,魏松波.煉焦新技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2006.

[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社, 2005.

2024年第22期第14篇