尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統在高莊選煤廠的應用

單 勇，蘇懷東，馮 永，朱守其，曲吟源

(棗礦集團 高莊煤業公司，山東 棗莊 277000)

尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統在高莊選煤廠的應用

單 勇，蘇懷東，馮 永，朱守其，曲吟源

(棗礦集團 高莊煤業公司，山東 棗莊 277000)

為了解決高莊選煤廠煤泥水處理系統存在的現實問題，在引入模糊控制、液位控制等方法的基礎上，采用PLC控制、網絡通訊、傳感器等技術，構建了尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統。生產實踐表明：該系統投入應用后,運行穩定可靠，控制效果良好，易于保養維護，對于提高煤泥水處理系統的工作效率有著重要作用。

尾煤；濃縮壓濾；聯機自動化；系統功能

高莊選煤廠是一座核定洗選能力為3.30 Mt/a的礦井型煉焦選煤廠，原煤以預先脫泥方式入選，洗選工藝為無壓給料三產品重介質旋流器分選、TBS干擾床分選機分選、浮選的聯合工藝。該廠煤泥水采用兩段濃縮兩段回收工藝處理，濃縮澄清系統布置有1臺NG-20型、1臺NG-30型、3臺NG-24型耙式濃縮機，其中NG-20型、NG-30型與NG-24型耙式濃縮機在東西“兩極”布置，跨度約為400 m；此外，壓濾回收系統配套布置有4臺壓濾面積250 m2、3臺壓濾面積450 m2的高效隔膜壓濾機。

在實際生產過程中，由于煤泥水濃縮系統布置分散，在現場原生產條件下難以實現科學調水與補排水；濃縮機和壓濾機數量多，但處理能力小，彼此運行無邏輯聯系，導致煤泥水處理系統難以平衡；雙系統同時運行時，煤泥水系統聯系緊密，彼此補排水而水量難于控制，缺少定量或定性約束；煤泥水系統結構復雜，人工控制變量多，導致系統整體混亂，濃縮系統處理效率低。

為此，該選煤廠轉變就某一環節工藝進行專項研究的思維模式，引入模糊控制、液位控制等方法，采用PLC控制、網絡通訊、傳感器等技術，構建了尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統，以實現模擬量的自動采集與控制，達到煤泥水處理工藝、煤泥水沉降特性與生產過程洗水平衡的完美結合[1-3]。

1 濃縮壓濾聯機自動化系統的構建

硬件系統以Schneider的QUANTUM系列PLC和工業上位機作為核心，由控制器(或回路調節器)與檢測儀表等共同組成。軟件系統由層次化、模塊化的應用軟件和局部通信網絡組成。

控制系統網絡分為三層結構，即現場管理層、過程管理層、監控管理層。現場管理層主要用于完成煤泥水處理系統的濃度、液位、壓力等信號的采集，并將其通訊至PLC站；過程管理層通過PCL完成對各類開關量信號、模擬量信號、保護信號的調控處理；監控管理層配置有工程師站和操作員站，操作系統選用Windows XP，監控軟件采用IFIX 4.0，工程師站用于對PLC程序進行監視與修改等相關操作，操作員站用于監控設備的運行情況。監控管理層與過程管理層之間采用冗余光環以太網通訊，PLC與分布式I/O(DIO)站通過RIO通訊網絡進行數據互換[4-7]。該系統的硬件配置與系統網絡結構如圖1所示。

2 系統功能

2.1 閥門自動切換

煤泥水在濃縮機內經加藥沉降處理后，底流可以通過兩個途徑處理：①進入4臺壓濾面積為250 m2的壓濾系統，經其處理后產出煤泥，同時回收濾液；②進入3臺壓濾面積為450 m2的壓濾系統，經其處理后產出煤泥并回收濾液。經研究分析后，在入料管道上安裝遠程控制閥門，利用PLC設定入料優先級，通過對脫水設備入料穩流桶的液位監測進行函數計算，進而自動排列閥門開啟順序，以完成入料過程控制。壓濾脫水系統監控圖如圖2所示。

圖1 硬件配置與系統網絡結構

圖2 壓濾脫水系統監控圖

2.2 自動優先處理高濃度底流

采用濁度計實時監測各濃縮機的底流濃度，通過分析比較計算，排列底流入料順序。在各入料穩流桶的液位到達閥值時，通過聯動控制，實現濃度較高的底流對應的入料管道閥門自動打開，入料泵自動報警并運行，從而完成穩流桶的進料[8]。壓濾脫水系統底流運行監控圖如圖3所示。

圖3 壓濾脫水系統底流運行監控圖

2.3 運輸設備“謙讓”運行

由于7臺壓濾機處理的煤泥都通過運輸機運送至煤泥場，當多臺壓濾機同時卸料時容易引起設備負荷過載，進而出現跳閘現象。為此，通過各壓濾機控制CPU之間的通訊聯系，實現聯動控制編程，確保當壓濾機卸料數量大于設定閥值時，后續設備暫停卸料，直至前一個壓濾機完成卸料動作(圖4)。“謙讓”運行的設計與應用，能夠有效規避設備運行風險[9]。

圖4 運輸機聯機監控圖

2.4 壓濾機入料自動控制

首先，由控制系統采集入料桶的液位信號，據此控制濃縮機底流泵的啟停動作；其次，采集壓濾系統運行信號，據此液位信號共同控制多臺壓濾機入料泵的啟動(圖5)；在壓濾機入料過程中，隨著入料量的增大，入料壓力增加，瞬時流量變小，控制系統亦采集入料流量信號，用以控制多臺壓濾機入料泵的啟停(圖6)[10]。

2.5 設備多級操作權限分配

為了提高系統的穩定性，建立了設備檢試車、就地、集控三級操作權限。在試車狀態下，由操作人員在現場操作單臺設備，自身保護通過控制二次回路起作用，設備之間沒有互鎖功能。在就地狀態下，由操作人員在現場操作單臺設備，自身保護通過PLC計算結果起作用，設備之間具有互鎖功能。在集控狀態下，由操作人員在調度室統一控制單臺設備，自身保護通過PLC計算結果起作用，設備之間具有互鎖功能。

圖5 濃縮機底流泵和壓濾機入料泵的選擇控制圖

圖6 流量和時間參數監測圖

3 應用效果

3.1 設備濃縮效果

在生產系統運行正常后，采集樣品并檢測其指標，對比分析尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統應用前后濃縮機的運行情況，結果見表1。

表1 尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統應用前后濃縮機的運行情況

由表1可知：該系統投入應用后，煤泥能夠在各濃縮池內得到有效沉淀，洗水、噴水濃度降低，洗水濃度可以控制在15 g/L左右，濃縮效率提高約25個百分點，底流固體回收率提高約30個百分點。

3.2 設備壓濾效果

尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統應用前后的壓濾機運行情況見表2。由表2可知：在入料濃度和產品質量基本不變的情況下，系統運行效率大大提高，且可以節約更多人力資源和人工成本。

表2 尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統應用前后壓濾機的運行情況

4 結語

高莊選煤廠尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統投入運行后，濃縮壓濾系統運行效率大幅提高，工人勞動強度大大降低，實現了減員增效的目標。濃縮效率提高后，聚丙烯酰胺用量減少約45 kg/d，每年可以減少藥劑用量14.85 t，藥劑價格按照8 500元/t計算，每年可以節約藥劑成本11.88萬元；在崗位工人數量減少，按照酬薪6萬元/人計算，每年可以節約人工成本18萬元；由于煤泥水系統故障臺時減少0.5 h/d，每年可以多洗選原煤10.30萬t，按照噸煤利潤10元計算，每年可以創收103萬元，直接經濟效益顯著。

[1] 馬 劍.我國煤炭洗選加工現狀及“十二五”發展構想[J]. 煤炭加工與綜合利用， 2011(4):1-5.

[2] 李勁松,凌 敏.模糊控制的現狀及發展[J]. 銅仁職業技術學院學報，2010(5)：39-42.

[3] 楊津靈.灰色模糊PID算法在煤泥水絮凝沉降過程控制中的應用研究[D]. 太原：太原理工大學 2012：75-95.

[4] 鄒 偉,楊 平,徐 德.基于MCGS組態軟件的上位機控制系統設計[J]. 制造業自動化, 2008, 30(12):103-108

[5] 劉建民.用PLC實現立式壓濾機的全自動控制[J]. 自動化應用，2010(3):36-38.

[6] 潘海軍.PLC在神華烏海能源公司選煤廠控制系統的應用與研究[D]. 呼和浩特：內蒙古大學，2012：34-45.

[7] 黃文鋒,余標飛.梁北選煤廠浮選尾煤處理系統智能化控制實踐[J]. 選煤技術， 2010(5) :50-53.

[8] 陳俊濤,張乾龍,楊 露.煤泥水濃度檢測的現狀與發展趨勢[J]. 煤炭技術, 2014, 33(11):253-255.

[9] 楊 銳.PLC控制系統在煤礦運輸機中的應用[J]. 內蒙古煤炭經濟， 2015(12)：69.

[10] 張世懂.選煤廠煤泥壓濾自動控制系統[D].徐州：中國礦業大學，2015：55-72.

Application of the tailings thickening-pressure filtration on-line automation system at Gaozhuang Coal Washery

SHAN Yong, SU Huai-dong, FENG Yong, ZHU Shou-qi, QU Yin-yuan

(Gaozhuang Coal Co., Ltd., Zaozhuang Mining Group, Zaozhuang 277000, Shandong, China)

In order to solve the problems confronted by the washery in the operation of its slurry water treatment system, a tailings thickening-pressure filtration on-line automation system is developed through introducing fuzzy control and liquid level control methods and the application of such technologies as PLC control, network communications and sensor-based control system. Filed application shows that the system can work normally and reliably with a remarked control performance, and is easy to maintain, playing an important role for the enhancement of the working efficiency of the slurry water treatment system.

tailings; thickening-pressure filtration; on-line aotumation; system function

1001-3571(2016)04-0067-04

TD948.9

B

2016-05-12

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.018

單 勇(1976—),男,山東省棗莊市人,工程師,從事選煤技術管理工作。

E-mail:sy4068950@163.com Tel: 15318436568

單 勇，蘇懷東，馮 永，等. 尾煤濃縮壓濾聯機自動化系統在高莊選煤廠的應用[J]. 選煤技術,2016(4):67-70.