水泥厂煤粉自动取样输送系统的研发

翟润昌

（上海智质科技有限公司，上海 201800）

0 引言

煤的质量直接影响水泥熟料的质量[1]，出磨煤粉作为水泥生产重要的质量控制点之一，其取样分析结果对质量控制具有重要意义。水泥生产过程中煤粉取样和送样环节以人工为主，存在取样代表性低、频次低、分析滞后的问题，不能满足现代水泥企业质量控制要求[2]，现场煤粉磨房距离实验室较远、楼层较高、取样点粉尘飘逸，人工取、送样方式人力耗费大，存在一定安全风险。针对传统方式存在的问题，公司研发一套水泥厂煤粉自动取样输送系统取而代之。本文仅就该系统的原理、配置设备等进行介绍。

1 自动取样输送系统原理

水泥厂出磨煤粉的取样点布置在煤粉收尘器下料管位置，输送方式采用筒式气力管道输送，输送的机理是在有压气流的作用下，将装有物料、有一定几何形状的样品罐沿着管路进行输送[3]。煤粉自动取样输送系统原理如图1所示。

图1 煤粉自动取样输送系统原理图

在现场煤粉收尘器的下料管道上安装自动取样器，实现煤粉自动定量取样；取样后样品流入煤粉自动发送站，自动装入样品罐内。样品罐结构如图2所示，用于封装样品，具有密封体结构，煤粉封装后无泄漏，煤粉自动发送站可实现样品罐开盖和封盖，并通过双工位转换实现样品罐接料位和发送位切换。样品罐在煤粉自动发送站接料工位装入300ml煤粉样品后，自动封盖，切换到发送工位，等待发送。发送动力来自实验室内的风机装置，该装置可实现风机吸气和吹气两种模式切换，风机风管与煤粉接收站联通。当现场煤粉自动发送站进入样品罐发送状态后，由PLC控制系统自动调度风机装置运行，换向阀切换到吸气状态，气流流经煤粉接收站、输送管道、并路器和煤粉自动发送站，形成负压差，把样品罐从煤粉自动发送站输送到煤粉接收站。煤粉接收站存储转盘可以存储样品罐，样品罐到达后，通过系统提示，实验室化验员从存储转盘取出样品罐，利用开盖装置打开上盖，倒出煤粉，进行煤质分析。倒空的样品罐，利用开盖装置封盖，通过PLC控制系统调度风机装置，切换到吹气状态，把空样品罐反向发送回现场的煤粉自动发送站，进行下一次取样输送，如此往复循环。这样，通过PLC控制集中调度系统可实现设备自动运行，取样和送样过程自动化和无人化。

图2 样品罐结构图

2 主要设备设计

2.1 煤粉自动取样器

煤粉自动取样器安装在现场煤粉收尘器的下料管道上，接料口正好处于物料下落区域内，若安装位置选择不当，会使取样器取样量不稳定[4]。结构如图3所示，传动方式采用气缸传动，定量方式采用活塞式，每次定量容积300ml，取样下料管与煤粉自动发送站连接，取样后样品可自动装入样品罐，取样器自动控制通过煤粉自动发送站PLC控制运行。

图3 煤粉自动取样器结构图

2.2 煤粉自动发送站

煤粉自动发送站安装在现场，结构如图4所示，分为左右两个箱体，右侧箱体为电气控制箱，考虑煤粉环境的防爆要求，采用隔爆型电气控制箱，电气元件封装在隔爆箱内，产生电火花不会传到外部环境产生爆炸风险；左侧为传动箱体，内部包括双工位传动装置和升降装置。双工位传动装置实现样品罐装料工位和发射工位转换；升降装置集成了开盖装置，可实现样品罐自动开、关盖，该装置处于下降状态时，可整体进行双工位转换，处于上升状态时，有两个作用：一是与装料管联通实现样品罐接料；二是与发射管联通，保持密封状态，实现样品罐发射和接收。该设备所有传动均采用气动传动，在煤粉环境中应用具有较高安全性。

图4 煤粉自动发送站结构图

2.3 并路器

并路器用于气力输送管道系统，实现样品罐在管道内换路输送，现场多台煤粉自动发送站通过并路器的并联，实现与实验室单台煤粉接收站连接，节省管道和设备投入。该设备结构如图5所示，主要换向部件是弯管，传动部件是电机和齿轮副，电机带动齿轮副与弯管连接，初始状态管道A口和B口联通，当系统PLC控制电机转动，弯管转过180°后，实现A口与C口联通，这样，通过PLC统一调度控制，实现现场不同煤粉自动发送站分别与实验室煤粉接收站联通，进行样品罐发送。

图5 并路器结构图

2.4 煤粉接收站

煤粉接收站主要功能是接收载料样品罐，反向发送空样品罐。煤粉接收站结构如图6所示，配套存储转盘机构，可以自动存储现场多点发过来的样品罐，该设备配套开盖装置，人工取出样品罐后，应用该装置进行开盖，倒出样品进行煤质分析。设备底部通过供风口与风机装置连接，顶部与气力输送管道连接，保持设备、管道和风机相互联通，通过PLC系统统一调度，实现样品罐自动往复循环输送。

图6 煤粉接收站结构图

2.5 风机装置

风机装置主要功能是为样品罐输送提供动力，该装置结构如图7所示，风机一般采用涡流风机，根据样品输送的距离和重量，选择合适风压和风量，能够保证样品罐在管道内高速输送；核心部件是换向阀机构，通过气缸传动切换风机的进风口和出风口分别与换向阀出风管导通，气力输送管道内气流表现为吹气和吸气两种状态，实现样品罐正压输送或负压输送互相切换。

图7 风机装置结构图

3 系统特点

（1）现场自动取样器的投入，去除了人为取样的不确定性，提高了取样代表性和实验室分析数据的准确性；

（2）现场煤粉自动发送站的防爆设计，符合煤粉环境要求，保证设备运行安全可靠；

（3）采用气力管道进行输送，样品全程密封，无泄漏，无粉尘污染；

（4）可实现样品远距离快速输送，提高实验室样品分析的实时性；

（5）系统全流程自动化调度，自动存储样品，系统运行效率高，节省人力成本；

（6）并路器的投入使用，能节省管道和实验室煤粉接收站设备的投入，优化系统建设成本。

4 结束语

本文研究开发的水泥厂煤粉自动取样输送系统，可实现煤粉取样和送样全流程自动化、无人化，有利于提高煤粉取样代表性、实时性和实验室化验准确性，有利于优化水泥厂煤粉取样工作岗位配置，降低用工成本，降低安全管控风险。本系统的应用将会提升水泥厂质量管理水平，推进智能工厂建设，具有很高的推广价值。