圆形煤场取料机运行操作模式优化探究

国能浙江宁海发电有限公司 刘春宇

1 引言

国能浙江宁海电厂一期4×630MW 机组锅炉燃煤按燃烧器分层原则，燃用两种煤为主烧神混煤和掺烧石炭煤。因此，为了保证锅炉的燃烧安全性，在煤场则需要将这两种煤进行彻底分开堆存。

圆形煤场堆取料机在原始设计时，取料机的运行工况单一，即煤场内仅堆放单一种煤，取料机从小角度依次运行至大角度取料，直至将煤场内的存煤取完，取料机的控制方式可以很好的实现且满足要求。但在实际使用中，为了合理利用煤场储煤空间，煤场内需要存放两种及以上煤种，取料机需要在不同煤堆上取煤，需要频繁地对取料机进行转堆移位操作。在当前的控制方式下，不利于取料机的频繁转堆移位操作[1]。

本文以宁海电厂一期圆形煤场取料机为研究对象，重点提出取料机转堆就位操作效率低的原因进行以下分析，并提出有效的解决措施，以提高取料机整体工作效率。

2 圆形煤场取料机工作原理和控制方式说明

2.1 圆形煤场取料机工作原理

圆形煤场取料机为刮板取料机，刮板固定在双链条机构上，通过尾部双电机驱动链轮作循环运动，将取料机下部的煤刮入中心柱下的圆锥形煤斗中，并沿取料机上部空返至取料机头部。取料机可以360°回转取料，取料悬臂可以在－5°～＋39°俯仰进行抬落操作。

取料作业前将取料机移至需要取料的煤堆面上，取料机就位后，启动链驱动装置开始取料，取料机在取料范围内，通过半门架地回转在煤堆面上行走，逐步分层向下取料，并通过刮板将煤刮至中心柱下的料斗内。当该平面走完后，操作取料机悬臂下降某一角度，取下一煤堆面的物料。取料机的行走速度决定刮板的侧向吃进速度，卷扬机下降的距离决定刮板的切削高度。取料作业边界，根据取料机的控制模式，由人为或取料机超声波料位开关判断。

2.2 圆形煤场取料机控制方式

圆形煤场取料机可实现“就地”和“远方”两种控制方式，其中：就地控制方式主要分为检修模式、手动模式和自动模式；远方控制方式主要分为远方手动模式和远方自动模式[2-3]。

2.2.1 检修模式

用于取料机检修后的试机操作，为非正常工作模式。在此模式下，取料机各机构保护不动作于跳机，各保护仅起警告提示作用，取料机与活化给料机无联锁关系。同时，在此方式下，取料机的俯仰极限开关、取料臂防撞开关、堆料机与取料机之间的安全开关动作后不会跳闸动力电源主开关。取料机大车行走、俯仰卷扬机、链驱动刮板互锁，各机构只能进行单动操作。

2.2.2 手动模式（包括就地手动/远方手动）

手动模式为正常工作模式。在此模式下，取料机与中心给料机有联锁关系，取料机各保护均能够正常动作，并且可以发出报警提示。同时，只有在链驱动启动后，才能够操作取料机回转及卷扬机下降。在此方式下，取料机的工作料位超声波开关不起作用，但是取料机的安全料位超声波开关仍起作用。

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2.2.3 自动模式（包括就地自动/远方自动）

自动模式为正常工作模式，在此模式下，取料机与中心给料机有联锁关系，取料机各保护均能够正常动作，并且可以发出报警提示。同时，只有在链驱动启动后，才能够操作取料机回转及俯仰卷扬机下降。在此方式下，取料机的工作料位开关及安全料位开关将指导取料机进行回转取料。

2.3 圆形煤场取料机操作规定及规范

取料机操作规程规定，设备必须在保护安全以及联锁状态下运行，取料机取料作业时，只可以采用“手动或自动”模式，而“检修”模式只作为设备检修后单个机构的调试使用。同时，切换操作方式时，必须将所有的设备停止运转，否则运行中的设备将跳停。

为了防止取料机刮板碰悬臂的异常事件发生，对取料机开堆和回转过煤堆操作进一步规范化，并对相应操作程序进行了重新设定。

司机接到开堆或转堆指令后，需要对现场煤堆高度进行实际查看，将取料机悬臂提升到工作限位动作，在取料机回转至煤堆上方这个过程中刮板不启动，如果回转至煤堆边缘时，已确认煤堆将与悬臂刮板相碰时，则需要先启动悬臂刮板，待取料机的电流稳定后，再以一定的速度向煤堆回转；如取料机悬臂回转至煤堆上煤后，发现刮板与煤堆已相碰，则需要先将悬臂回转出煤堆，待刮板启动后，再进行回转操作。在取料完毕后，应该及时记录取料工作面俯仰，并且在煤炭分布图内应该真实反映出各煤堆高度的实际情况。

3 当前取料机操作模式存在问题

3.1 取料机操作模式无法实现在线切换、机动灵活性差

取料机设计时考虑的运行工况单一，即煤场内仅堆放单一种煤。但实际工况中，为满足锅炉燃烧要求，煤场单独堆存燃煤大致分为三种，即主烧煤、石炭掺烧煤、劣质掺烧煤。因此，取料机需在不同工作面上取料工作，需要频繁地对取料机进行转堆移位操作。但由于当前取料机操作模式无法实现在线切换，切换操作时必须先将取料机各机构全部停止运行方能操作，否则运行中的设备就会跳停，既增加了操作步骤的烦琐性，同时降低了操作效率。

3.2 取料机大车回转机构保护联锁设计不合理，过保护联动

在原始程序中，当取料机大车回转机构出现故障时，保护逻辑是联动跳停整个取料机构。但根据实际工况，取料机大车回转机构与刮板链驱动机构完全可以独立区分，而且取料机在停止回转100s 后，可以自动刮空停运。因此，当取料机大车回转机构出现故障报警时，只需要保护联锁跳停回转机构即可，手动停止刮板运行或者待刮板达到静止延时时自动停运。原保护逻辑的设定不但增加取料机频繁操作和重载启动的风险，更影响了工作效率。

3.3 取料机操作模式不全面，无转堆操作模式，无法满足操作要求

3.4 取料机工作范围和极限范围角度设定方式不全面，灵活性差

在源程序中，取料机工作角度和极限角度的设定，只能够在就地才能实现。即根据调度取煤要求来设定取煤工作范围角度，根据其他检修工作安全措施需要，设定极限范围角度，即限制取料机可以回转的行走范围，界定检修工作范围。设定方式是就地将取料机就位至所需要取煤的工作面上，取料悬臂放在煤面左侧范围边缘，就地操作台确认设定左侧工作角度和极限角度，取料悬臂放在右侧煤面范围边缘，就地操作台确认设定右侧工作角度和极限角度，至此才能够将取煤工作范围和极限工作范围设定。

4 采取的解决措施

4.1 优化取料机程序，使取料机操作模式具备在线切换功能

优化程序梯级，统筹取料机五种操作模式优化控制逻辑，实现取料机五种操作模式在线任意切换功能。在进行模式切换操作前，由人为给定取料机停止命令，使取料机先进行延时（100s）停机状态。当取料机进行延时（100s）停机状态后方可以进行操作模式切换，待操作模式切换完成后，由人为重新给定取料机启动命令即可，实现设备不停机即能进行模式切换功能，提高了操作灵活性，避免了误操作造成设备运行存在的风险。

4.2 优化取料机保护逻辑，将大车回转与刮板链驱动保护逻辑独立区分

研究人员经过反复试验及现场实际情况，将取料机大车回转保护逻辑进行优化，独立区分取料机大车回转与链驱动保护联锁功能。优化后当取料机大车回转出现故障报警时，保护动作只联锁跳停回转机构，而刮板链驱动则保持继续运行，刮板是否需要停运可以根据工况进行手动停运或者自动刮空停运。从而避免取料机刮板链驱动重载跳停，减少刮板链驱动频繁操作和重载启动的风险，提高取料机操作性能和工作效率。

4.3 增加“解锁手动”模式，转堆操作采用此模式，且各机构具备保护功能

优化程序中，结合取料机实际转堆就位工况，增加用于转堆操作的“解锁手动”模式。在此模式下，使取料机各机构可以实现联动或单动操作，并且卷扬机可以实现快速、慢速连续抬升或下降。除取料机与中心料斗活化给料机不联锁外，其他各机构保护均能够正常动作于跳机，这样即能够满足操作规程要求，又能够在一定程度提高取料机转堆操作效率。“解锁手动模式”取料机具体功能见表1。

表1 “解锁手动模式”取料机具体功能

4.4 增加上位机角度输入对话框，通过直接输入角度来确定取料工作范围和极限范围

优化上位机程序及操作界面，在操作画面中增加角度输入对话框，待确认现场取料机实际所在角度与显示角度一致时，通过输入角度来确定工作范围和极限范围（极限范围角度设定需要高权限），减少就地操作的复杂性，尤其是针对一个煤场多煤种取料作业方式，可以显著缩短转堆就位时间，提高操作灵活性。

5 结语

本文对取料机运行操作模式和程序优化后，从各个角度对比分析，不管是从安全性还是从经济性看，使取料机更加有针对性、实用性和灵活性，显著缩短转堆就位时间，进一步提升了取料机整体运行效率。本技术的实施在同行业具有较好的推广和借鉴意义。