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技術 | 5?000 t/d熟料生產線煤粉制備無人值守系統的研究與應用
發布時間：2024-11-22
摘要隨著我國經濟水平的不斷發展，水泥行業的設備智能化升級一直走在前列，設備系統改造投入力度持續加強。在水泥熟料線的煤粉制備過程中，無人值守技術的探索研究與應用對于提高生產效率、降低成本、保障安全等方面具有重要意義。本文通過我公司煤粉制備無人值守系統的改造應用給同行以參考。
0 引言
隨著科技的進步和工業自動化的不斷提升，許多傳統工業生產線上開始引入自動化和智能化技術，以提升生產效率、降低運營成本和風險管控、增強安全性。煤粉制備是水泥熟料生產線上的一個關鍵環節，存在易燃、易爆等安全風險，而在安全管理方面人為因素具有較大不確定性。因此，實現煤粉制備系統的無人值守成為當下探索研究的熱點。我公司建有兩條5?000 t/d熟料生產線，配套的煤粉制備系統負責熟料煅燒所使用的煤粉生產制備任務，日產煤粉量可達到800 t以上，配套的四個煤粉倉儲量可達160 t。由于煤粉存在易氧化、易燃、易爆等特性，如果不及時發現積存煤粉的隱患，就容易因煤粉沉積氧化發生爆燃事故，對生產線安全運行造成危害。公司面臨著提高煤粉制備系統安全性、減少運維人員、降低安全環保風險的壓力，故研發無人值守系統成為必然。
1 現階段煤粉制備系統情況
1.1 安全管理及現場人員配置情況
煤粉制備過程中涉及諸多危險因素，如高壓、高溫、有毒有害氣體等，如果安全管理不到位，可能導致安全事故的發生，給企業帶來經濟損失和人員傷亡。煤粉制備系統配備崗位巡檢人員4人，崗位人員需要遵循中控操作員的相關指令，每日對區域內螺旋輸送機、袋式收塵器、風機、煤粉轉子秤等重點設備進行全方位巡檢、維護、保養，參與整個區域內的設備檢維修工作。
1.2 技術發展情況
隨著工業4.0和智能制造的快速發展，無人值守技術正在改變傳統工業生產模式。尤其在煤粉制備領域，無人值守技術能夠大幅提高生產效率，降低生產成本，同時減少人工干預，提高生產安全性。根據原國家安全生產監督管理總局《關于深入推進“機械化換人、自動化減人”科技強安專項工作的通知》精神，結合雙重預防體系創建、運行經驗，結合社會發展趨勢，運用“互聯網+”等技術手段，水泥企業全面提高自動化水平和風險控制能力，有效減少現場作業人員，從根本上防范和遏制生產安全傷亡事故發生已成為未來發展的重要趨勢。
1.3 設備智能化、自動化情況
現有螺旋輸送機存在較多的吊軸瓦設計，不僅影響螺旋輸送機運行的同軸度，而且在生產運行過程中吊軸瓦下面存在積煤無法完全輸送，存在煤粉自燃風險，進而造成較大的燃燒事故發生，影響生產線運行。煤粉制備的螺旋輸送機、鎖風閥及收塵器灰斗作為重大隱患設備來管控，尤其是溫度全覆蓋實時測量方面存在較大短板，存在無法全覆蓋溫度實時檢測的問題。新型螺旋輸送裝置缺少滅火功能，一旦出現問題，人員無法快速及時妥善處理，將會給生產運行及人員安全造成巨大隱患。
1.4 自動化系統配置情況
傳統的煤粉制備系統監控過程通常缺乏智能化監控手段，使得生產過程中出現的問題難以被及時發現和解決，進而影響生產效率和產品質量。生產過程缺乏可追溯性：在傳統的煤粉制備過程中，往往缺乏有效的生產過程記錄和追溯機制，難以對生產過程中的關鍵環節進行監控和追溯，不利于產品質量的控制和管理。
2 實現煤粉制備系統無人值守的研究與創新
2.1 煤粉制備系統的設備改造
2.1.1 研發智能螺旋輸送裝置
通過研發智能螺旋輸送裝置，對輸送系統優化設計，建立數字化螺旋輸送系統，降低輸煤過程中的隱患，消除現有輸送機輸送過程中吊軸瓦、易積煤的問題。
2.1.2 研發新型智能化計量裝置替代原有煤粉制備轉子秤
針對原設計配置的轉子秤與回轉窯提產后供煤臺時匹配度低、穩定性差，生產運行時計量波動大，對窯況產生嚴重影響，引入國外菲斯特轉子秤最新技術，消除上述系列問題。
2.1.3 研發節能降耗新型風機
改變原有供風結構及原理，新設備的投入使用，消除了設備漏油治理難題，減少了易損件的使用，實現設備效率最大化，人員勞動強度顯著降低，同時消除了噪音危害。
2.2 煤粉倉新材料的研究與應用
原設計煤粉倉材質為Q235，內部銹蝕后物料結壁導致下料不暢，產生局部高溫，存在安全隱患。為解決上述問題，采用新材料進行改善，選用SUS304不銹鋼+鏡面處理工藝，一是解決銹蝕問題，二是不銹鋼板內壁通過鏡面處理后，提高下料流暢性，杜絕煤粉結壁產生的高溫安全隱患，煤粉倉溫度由60 ℃降至53 ℃。同時，對立磨殼體及內部部件采用磁性貼片新材料進行改善，利用磁性吸附功能，在其表面形成一層金屬防護層，長期保護殼體襯板及部件，杜絕了人員維修勞動量。改造前后對比見圖1。
圖1 煤粉倉改造前后對比圖
2.3 自動化系統的研究與應用
2.3.1 研發煤粉制備熱成像系統
研發熱成像技術，通過在煤粉倉、計量裝置及其他輸煤系統設計并改造熱成像裝置，實現無死角實時測溫，建立熱成像系統，實現對煤粉制備系統各個工序的實時測溫，及時發現問題及時采取措施，降低煤粉爆燃事故。當出現高溫報警信號時，該系統與新型螺旋輸送裝置實現聯動，熱成像系統發出的信號可以自動觸發輸送機滅火裝置實現自動噴灑滅火，全過程消除人員的冒險作業，提升風險防控能力。中控場景見圖2，熱成像測溫拓撲圖見圖3。
圖2 中控場景
圖3 熱成像測溫拓撲圖
2.3.2 研發新型螺旋輸送裝置滅火系統
該系統能夠實現實時監控、智能預警、一鍵啟動，一旦生產出現問題，能夠快速實現新型螺旋輸送裝置的自動識別高溫，自動滅火處置功能，實現煤粉制備生產的本質安全。研發配備的二氧化碳滅火裝置見圖4。
圖4 二氧化碳滅火裝置
2.3.3 研發設備CO智能化檢測系統
為提升煤粉制備區域安全性，實現一氧化碳濃度的實時檢測。對一氧化碳檢測裝置進行優化升級，改變原有間隔交替濃度檢測方式，實現一氧化碳濃度的實時在線監控，降低煤粉爆燃事故，從而實現24 h無間斷檢測目的，提升風險防控的預知預控能力。改造后的一氧化碳檢測裝置和實時在線監控畫面見圖5~圖6。
圖5 一氧化碳檢測裝置
圖6 實時在線監控畫面
3 煤粉制備無人值守的應用效果
3.1 大數據的及時抓取
通過對在線監控檢測系統的完善，較以往人力巡檢，節省了信息獲取時間，最大程度地提高了效率。抓取的數據具有可追溯性，利用設備的存儲功能，大量的、長時間的視頻信息得以存儲，以便日后查閱。系統的產量、溫度、壓力等運行參數形成曲線，并自動錄入報表。
3.2 人員生命安全的保障
煤粉制備系統在生產運行期間，人員不在制備現場，即使出現燃爆情況也不會對人員生命安全造成影響，最大程度減少人員傷亡和財產損失，確保職工與企業的本質安全。
3.3 在線監控系統的不斷完善
通過完善在線監控系統，對比以往人工巡檢，節省了信息獲取時間；可視化系統的另一個優勢是可追溯性，利用設備的存儲功能，大量的、長時間的視頻信息得以存儲，以便日后查閱。系統的產量、溫度、壓力等運行參數形成曲線或報表實現自動生成。煤粉制備系統在生產運行期間，實現無人值守，即使出現異常情況也不會對人員生命安全造成影響，實現本質安全。
3.4 經濟與社會效益
項目實施后，該崗位實現了無人值守，減少崗位工4名，按照人均工資14.5萬元/年，年節約公司投入58萬元；設備智能化升級改造已實現創效154.5萬元。項目投用后，各隱患點能夠實現實時監控，具備預警預控功能，能夠提前檢測，提前發現事故苗頭和異常數據，針對發現的異常問題及時處理，杜絕人身安全事故的發生，在行業內具有較強的推廣性。
通過項目的實施，煤粉制備爆燃問題徹底解決，實現無人值守，職工安全得到保障，設備運轉效率進一步提高。噪音由110 dB降至85 dB，滿足國家二級標準，有利于改善職工職業健康條件。該項目的應用實施，對于企業節能降耗有積極的貢獻，能為企業創造更大的效益。在本行業乃至其他行業具有較高的借鑒價值和推廣性。
4 結束語
無人值守技術是現代工業生產的必然趨勢，尤其在水泥熟料線的煤粉制備過程中，該技術的應用可以提高生產效率、降低成本、保障生產安全，具有重要意義。實際應用案例也證明了該技術的可行性和有效性，為水泥熟料生產的智能化和自動化提供了有力支持。隨著技術的不斷進步和應用需求的不斷提高，無人值守技術將更加智能化、自適應化。未來，該技術有望在更多領域得到應用和推廣，為工業生產的可持續發展做出更大貢獻，為行業的可持續發展注入新的動力。
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