原煤仓疏通棚煤智能控制系统的开发与应用

杨文全

(华电能源牡丹江第二发电厂，黑龙江 牡丹江 157015)

0 引言

目前，火电企业为保证完成发电任务和利润指标，很难采购到理想的煤种，煤的灰分、水分、挥发分等指标远远低于设计值，过去少有发生的原煤仓棚煤现象在冬季也频频发生，造成锅炉断煤，严重威胁机组安全、稳定运行。因此，对原煤斗防止棚煤技术的研究刻不容缓，通过对华电能源牡丹江第二发电厂(以下简称牡二电厂)及国内火电厂原煤斗棚煤现象的调查研究，找出解决原煤斗棚煤问题的技术手段，将堵塞的煤泥、冻煤团清除或击碎，达到疏通原煤斗的目的。

1 原煤仓疏通棚煤智能控制系统工作原理

可编程控制器(PLC)中央控制系统通过料位传感器检测仓内料位的状态。料位传感器采用扭矩式传感器，分3个位置布置:高料位、中料位和低料位。在给煤皮带机上布置一个刮板式传感器，以监控煤仓出口是否出煤。

外驱式旋转松煤机的松煤轮沿煤仓锥体布置，沿周边安装6套。它由PLC中央控制系统控制液压站驱动，工作时间与停止时间可调，夏季、冬季设定不同的工作周期，也可手动控制，以便灵活使用。当PLC中央控制系统获得某一煤仓的工作指令时，延迟一段时间后煤仓断料传感器如不发出断煤信息，松煤机将自动启动进入周期工作状态。当发出断料信息时，低料位传感器判断是否有煤，如无煤则向主控室发出料位信息，如有煤则启动松煤机工作，延迟一段时间后，断煤传感器如无断煤信息发出，则松煤机自动进入周期工作状态。如断煤传感器继续发出断煤信息，则自动停止松煤机，自动启动蒸汽切削系统。

蒸汽切削系统沿锥体高度方向分4层布置，由PLC中央控制系统控制蒸汽电动闸阀。蒸汽开启前，PLC中央控制系统控制液压站关闭原煤仓出口闸门，开启最底层(第1组)蒸汽管路，几分钟后关闭汽阀，打开出口阀门，排出切削下的煤。如消除棚煤，则启动松煤机，进入周期工作状态。如断煤传感器继续发出断煤信号，则关闭出口闸门，启动第1、第2组蒸汽管路，几分钟后关闭汽阀，打开出口闸门排出切削下的煤。如断煤传感器解除断煤信息，则启动松煤机进入周期工作状态。

2 系统研究的内容及实施过程

2.1 传感器的设计［1－2］

棚煤如发现不及时，将会导致棚煤恶化或原煤仓溢煤，因此，原煤仓应安装可靠的报警装置，在发生棚煤时能够立即给出信号启动棚煤疏通装置，目前一般采用2种观测方法:第1种方法是测量煤仓内部料位，当料位超过警戒线自动报警;第2种方法是在给煤机处安装断煤信号检测仪，监测皮带落煤情况，棚煤后发出断煤报警信号。原煤仓内部料位测量装置有重锤式料位测量装置、称重式料位测量装置、雷达料位测量装置、超声波料位测量装置。重锤式料位测量装置维护工作量太大，目前已很少使用;称重式料位测量装置受煤种影响较大，检测数据不准确;雷达料位测量装置和超声波料位测量装置由于测量误差大而没有得到应用。给煤机处装有断煤信号检测仪，但反应迟缓，即使发出断煤信号，也测量不出原煤仓棚煤的高度。

通过研究对比，根据原煤的物理成分(煤、黏土、沙子、石块、水等)，确定原煤仓中采用扭矩式传感器。扭矩式传感器对含水率不敏感，但对黏度和温度比较敏感，原煤的黏度不大，对扭矩式传感器的误差影响不大，但冬季原煤温度为-40～0℃，对扭矩式传感器影响则很大，因此扭矩式传感器在原煤仓环境下使用，必须解决低温的问题。根据这一特点，采用隔离的方法将传感器的敏感部位与易冻结区域进行隔离，使传感器能够在其可适应的环境下工作，保证传感器能够正确地感知料位。

2.2 外驱式旋转松煤机［3］

目前，国内有许多企业生产刮板式煤仓松煤器，它可有效解决常温下的棚煤问题，但在低温下使用存在诸多问题。较严重的问题包括:因煤中的黏土、石子卡住驱动导轨，使松煤机不能工作;低温下仓体保温不好，造成原煤中的碎颗粒在仓壁冻结沉积，使刮板扭曲变形，无法正常工作。

可在原煤仓仓壁上安装一套松煤装置，通过装置的运动使煤与仓壁处于相对运动状态，有效消除夏季煤仓内的棚煤，遏制冬季时煤在仓壁的冻结沉积。牡二电厂的技术人员为此设计了一套外驱式旋转松煤机构，它是由液压缸、链条、链轮、支撑轴、松煤轮等组成，除松煤轮外其他部件均放置在煤仓外部，这种布置方式极大地降低了系统的驱动阻力，使液压缸能够更加有效地驱动松煤轮进行松煤工作。该系统采用整体式底座，安装方便、运行可靠，特别是当煤仓需要大修时，可以整体取下松煤机构进行维修。松煤轮采用可拆装式结构，松煤轮严重磨损时便于更换。该装置夏季运行周期可以延长甚至可以在棚煤后启动，但在冬季应根据沉积层发展速度合理设定运行周期，有效地预防、控制运行过程中的棚煤现象。

2.3 高温、高压蒸汽切削

原煤冻结后，松煤器已无法解决问题，牡二电厂的技术人员设计了一种带自清理系统的复合式喷嘴，蒸汽系统启动前，副喷嘴用蒸汽先预热和清扫主喷嘴，清扫干净后关闭副喷嘴，打开主喷嘴。喷嘴为流线型设计，从喷嘴喷射出的蒸汽不但对冻煤有加热作用，更重要的是有切削功能，加热和切削同时进行，可迅速解决原煤冻结成砣的问题。

2.4 液压站

液压站可为松煤器及煤仓出料口液控阀门提供充足、可靠的动力，1套液压站控制2个煤仓(也可以1套液压站控制多个煤仓)，既经济又减少了占地空间，便于集中控制。

2.5 PLC 控制中心［4］

PLC控制系统对整套疏通棚煤装置实施自动控制。

(1)控制传感器进行周期性巡检，以做到准确报警;检测煤仓高位信息，实现自动控制煤仓高位报警。

(2)控制液压系统工作，使松煤机实现周期性运行。

(3)控制蒸汽系统工作，使其能及时、准确地完成任务。

(4)实时监控煤仓出口出煤情况，一旦出现断煤，立刻判断断煤原因并发出指令，启动松煤机或蒸汽系统。

3 结束语

原煤仓疏通棚煤智能控制系统由PLC控制，能够自动监测煤仓的工作状态，结构简单、设计合理，能够自动发现、解决问题，使电力生产能够安全、有序地进行。大大减轻了工人的劳动强度，消除了人工疏通棚煤所带来的安全隐患，为北方地区火力发电厂解决棚煤、冻煤难题提供了一条新的途径。

［1］潘国林，高幼年.基于机器视觉煤仓料位测量方法的研究［J］.上海电力学院学报，2007，23(2):176，187.

［2］温希东，王刚.智能型煤仓粉位测量装置［J］.东北电力技术，1999(2):16，31.

［3］张世民.机械原理［M］.北京:中央广播电视大学出版社，1999.

［4］廖常初.PLC编程及应用［M］.3版.北京:机械工业出版社，2008.