帶式輸送機智能控制啟機技術在哈爾烏素選煤廠的研究應用

王新宇

摘 要：帶式輸送機作為一種散狀物料的運輸設備，具有運行效率高、輸送物料多、運輸距離長、維護成本低等優點而被廣泛應用在礦井、碼頭和冶金等領域。在煤炭的運輸過程中，帶式輸送機的運行功耗普遍偏高，原因是多級帶式輸送機普遍采用逆煤流啟動方式，在各級帶式輸送機依次啟動完畢且穩定運行后，輸送機上才能正常上煤。這就極大地增加了帶式輸送機的空載運行時間，浪費了大量的電能，同時也造成了額外的不必要的機械磨損，因此，原煤輸送系統節能優化控制技術的研究勢在必行。本文對哈爾烏素選煤廠物料傳輸設備即帶式輸送機的作業現狀進行了分析，提出煤炭傳輸利用的帶式輸送機由“逆煤流”啟動方式向“智能控制”啟機方式轉變的方案[1]，有效縮短了帶式輸送機的空載運行時間，既能節約設備空載電耗，還可以減少設備零部件等磨損消耗，從而延長設備使用壽命。

關鍵詞：帶式輸送機;逆煤流啟動;智能控制;節能降耗

中圖分類號：TD634.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0167-03

0引言

帶式輸送機的發展使用已有150余年的歷史，它是散狀物料運輸的理想設備，能以高效率、自動化、連續性的作業特點實現對物料的傳輸。同時帶式輸送機具有運輸距離長、運輸能力大、結構簡單易維護、運輸安全平穩、裝卸靈活、運輸成本低且對物料損傷小等優點，廣泛受到眾多行業的青睞，尤其在采礦、冶金、化工、鑄造、建材、港口、物流等行業中占有極其重要的地位。

根據《煤礦用帶式輸送機技術條件》[2]要求，輸送機線中的輸送機應遵循逆物料流輸送方向逐機啟動，順物料流輸送方向延時逐機停機的啟停機方式，即“逆煤流啟動，順煤流停機”，這也是目前廣泛采用的傳統啟停機方式。然而在長期的實際使用過程中，這種啟停機方式對于由多條輸送機組成的輸送機組和長距離大型輸送機而言，存在不足之處也顯而易見，表現在對于一些大型輸送機從啟動至達到額定轉速的時間，即完全啟動時間較長，綜合考慮輸送機組由若干條輸送機組成，那么輸送機組整體空載運行時間更長，使得整個輸送機機組效率低下，間接造成耗電量增加。輸送機組各輸送機空載運行時，也會額外增加設備零部件的消耗磨損，使其壽命縮短，如皮帶、托輥等。

因此，隨著帶式輸送機的應用與發展，當前如何對輸送機輸送系統進行優化管理，降低系統運輸成本，減少設備磨損消耗，是現代企業管理的一項重要課題[3]。本文就針對帶式輸送機實際使用過程中存在的不足之處提出了一種智能控制和節能技術方案，以達到節能和降低設備消耗的目的[4]。

1哈爾烏素選煤廠概況

哈爾烏素選煤廠是一座設計能力為30Mt/a的礦井型動力煤選煤廠，是哈爾烏素露天煤礦的配套項目，于2008年建成投產，當初設計生產能力為生產原煤20Mt/a，2011年通過擴能改造，新增加10Mt/a。哈爾烏素露天煤礦選煤廠隸屬中國神華能源股份有限公司，位于內蒙古自治區經濟發展最具活力的呼包鄂經濟圈，地處鄂爾多斯市準格爾旗薛家灣鎮，蒙、晉、陜交界處，東臨黃河，北距呼和浩特市120公里。開采生產的商品煤屬低硫、特低磷、高灰熔點、較高揮發份和較高發熱量的長焰煤，應用基低位發熱量為4000-5600kcal/kg，是優質動力、氣化及化工用煤，以低污染而聞名，被譽為“綠色煤炭”。

哈爾烏素選煤廠生產系統按功能分為原煤輸送系統3套、洗選系統6套，裝車系統2套及配套的采制化系統1套，共有200余臺套主要生產設備。

2原煤輸送系統現狀分析

哈爾烏素選煤廠原煤輸送系統主要由破碎站、主運帶式輸送機、轉載帶式輸送機、原煤儲存倉組成。原煤輸送系統為集中控制系統。現有的運輸方式為礦用卡車將原煤卸載至破碎站，經過破碎站二級破碎成為粒度≤200mm的混合煤料，由帶式輸送機通過多級轉載，最終將原煤輸送至原煤儲存倉存儲。

原煤輸送系統輸煤設備的組成是由若干大功率、長距離帶式輸送機組成，通過多級轉載的輸送工藝實現煤炭運輸。在輸煤線輸煤過程中，輸送機啟機方式為按以往傳統的“逆煤流”方式逐級啟機操作，在下一級設備完全啟動后，接著啟動上一級設備，即逆煤流逐級啟動，驅動部分動力源通過電機、軟啟動裝置或液力耦合器緩慢啟動，啟機時間較長。這樣就會造成逐級啟動上一級設備過程中，下一級設備一直在空載運行，結果就會造成設備空載運行時間長，電能消耗大，生產效率低，因此通過考慮設備運行實際情況，為了避免在設備啟機過程中長時間空載運行，減少耗電量和各零部件磨損消耗，本文提出基于額定轉速為卡口的智能控制節能啟停機技術，形成“智能控制”啟機方案。

2.1原煤輸送系統主煤流輸送線路介紹

原煤輸送系統煤流輸送線路簡圖如圖1所示，原煤1#輸送系統從1#破碎站經過M11、M12、M13、M14帶式輸送機（以下簡稱M11、M12、M13、M14）輸送至原煤1、2#儲存倉;原煤2#輸送系統從2#破碎站經過M21、M22、M23、M24帶式輸送機（以下簡稱M21、M22、M23、M24）輸送至原煤3、4#儲存倉;原煤3#輸送系統從3#破碎站經過M31、M32、M33帶式輸送機（以下簡稱M31、M32、M33）輸送至原煤5、6#儲存倉。

考慮到煤流輸送系統的靈活性以及根據不同煤質優化分級倉儲情況等因素，設計時將M12延長并跨越至M23，原煤1#輸送系統煤料可以卸載至M23上輸送，通過M23、M24輸送至原煤3、4#儲存倉，如圖1中b點所示;M22在圖1中a點位置設置了卸料口，原煤2#輸送系統煤料可以卸載至M13上輸送，之后通過M13、M14輸送至原煤1、2#儲存倉。

2.2原煤輸送系統帶式輸送機技術參數

哈爾烏素選煤廠現有三套原煤輸送系統，所包含的11條帶式輸送機都屬于大功率、長距離帶式輸送機，而且沿輸煤線路存在有不同程度的坡度，因此為了滿足輸送能力要求，除了M13、M23是2臺電機驅動外，其余都是3臺電機驅動，設計生產能力都為3500T/h，運行速度都為4.5m/s，均屬于集中控制方式，相關技術參數如表1所示。

2.3原煤輸送系統設備的驅動組成

構成原煤輸送系統的設備除了上述的11條帶式輸送機外，還包括3套破碎站，破碎站屬于整體成套設備，各設備的驅動組成如表2所示。

3帶式輸送機智能控制方案設計

由于原煤3#輸送系統輸送線路由3#破碎站經過M31、M32、M33三條帶式輸送機至原煤儲存倉組成，從設備組成結構來看較之1#、2#系統略簡單，所以首先確定選取3#輸送系統為智能控制研究對象。

如圖2所示為原煤3#輸送系統逆煤流啟動方式簡圖。開機時，首先啟動M33，待M33全速運行后，接著啟動M32，待M32全速運行后，再啟動M31，待M31全速運行后才可以上煤。這種啟機方式就會造成M33、M32空轉時間長，那么整個輸送系統啟機時間會更長，電能浪費嚴重。

3.1計算原煤輸送系統單機啟機時間

計算原煤3#輸送系統各設備單機啟機時間，從設備開始啟動至達到額定轉速，即完全成功啟動時間，如表3所示。

3.2計算煤料流經各設備時間

帶料時間計算，根據表1各輸送機參數可知，從原煤3#輸送系統各設備正常運轉后開始帶料，待煤料輸送至M33帶式輸送機結束，只需計算M31、M32帶料所需時間即可。

3.3智能控制啟機方案設計

對各設備啟機時間做對比分析，確定M32首先啟動，并以M32為參考基準，接下來分成以下步驟：

（1）在啟動M32后，經過6S給M31一個啟機信號，讓M31開始啟動;

（2）M31帶式輸送機得到啟機指令后，立即給3#破碎站一個地面連鎖啟機信號，通知3#破碎站啟機運轉;

（3）經過60S破碎站達到輸送物料條件，此時M31已達到額定轉速運轉，物料開始在M31上輸送;

（4）物料流經M31的時間為135S，當物料輸送到M31機頭時M32達到額定轉速;

（5）在啟動M32后，經過186S再給M33一個啟機信號，啟動M33，物料流經M32的時間為196S，當物料輸送到M32機頭時M33達到額定轉速;

（6）此后整個輸送系統正常帶料運轉。

以上介紹的智能控制啟機流程在實際執行過程中，如前面所述需要充分考慮各輸送機在帶料運行之前能夠達到額定轉速這一要求，在各輸送機進入額定轉速運轉后，還預留有15S的時間余量，然后煤料開始在帶式輸送機上輸送，以保證輸送機允許的帶料運行條件。

3.4兩種啟機方式用時對比分析

3.5原煤輸送系統輸送機聯鎖介紹

《煤礦用帶式輸送機技術條件》要求，輸送機線中的設備必須在聯鎖狀態下運行，原因是輸送系統中某一設備出現故障停機時，其料流上游的輸送機應立即停機。按以往傳統“逆煤流”方式逐級順序啟機，煤流輸送系統中各設備全部運轉后，在開始帶料前投入聯鎖。由于本文設計的智能控制啟機方案與以往傳統“逆煤流”啟機方式不同，因此在系統啟機過程中，上流設備可能已開始帶料運行，所以為保證運行安全，聯鎖問題還需特別重視，見如下介紹。

當啟動M32后，接著M31和破碎站得到啟機信號開始啟機，待M31及破碎站完全啟動后立即將M32、M31及破碎站投入到聯鎖狀態;當M33的運行信號返回至集控系統時再將M33的閉鎖關系投入。

4節能降耗效果分析

4.1節能方面

原煤3#輸煤系統從開始啟機至煤料輸送至M33，通過兩種不同的啟機方式，從節能方面做對比分析，經過統計計算，單次啟機節省電耗如表4所示。

通過以上數據對比分析可知，智能控制啟機方式單次啟機要比傳統“逆煤流”啟機方式約節省761度電。

由于原煤輸送系統的煤料輸送情況受哈爾烏素露天煤礦上煤情況決定，一天中（24小時）輸送系統啟停機次數不確定，其中露天煤礦工作制度實行的是4班3倒制，其中存在3次交接班，為降低電耗，交接班期間原煤輸送系統需要停機等待，另外還有原煤輸送系統如運行過程中突發性出現故障停機等，故按一般情況下每天啟停機3次計算，一年可節省的電量為約83萬度電，折算成金額每年能節省約66萬元。

4.2降耗方面

原煤3#輸煤系統包含的M31、M32、M33三條帶式輸送機托輥總數約為2400米*5（上3、下2）=12000個，時間節能比約為381÷817=46.6%，對應托輥延長壽命比為46.6%，按每臺托輥正常使用壽命5年，利用智能控制啟機方式，可增加壽命約為5*46.6%=2年。

托輥節省費用比={（12000÷5）-（12000÷7.3）}/（12000÷5）=31.5%。

原煤3#輸送系統包含的M31、M32、M33三條帶式輸送機，輸送機水平機長約2400米，根據實際生產情況，膠帶使用壽命為5年，利用智能控制啟機方式，膠帶減少空載運轉時間，可延長使用壽命月為2年。

膠帶節省費用比={（2400*2*÷5）-（2400*2*÷7）}÷（2400*2*÷5）=28.5%。

5結語

近年來，眾多行業在節能減排方面做了大量卓有成效的工作，也取得了顯著成績，如何把節能減排工作向更加深入和廣度上發展，將是擺在廣大管理者和科技人員面前的長期課題。

本文通過以上研究分析，提出的煤炭輸送利用的帶式輸送機由“逆煤流”啟機方式向“智能控制”啟機方式的轉變方案，有效的控制設備空載運行時間過長，減少設備電能消耗，同時還可以有效控制設備運行成本，減少系統各設備部件磨損消耗，延長設備使用壽命。本文所述原煤輸送系統智能控制啟機方案，主要應用于由多部長距離帶式輸送機作為主運輸系統連續運輸的礦山生產、洗選等場所，其經濟效益明顯，具有較強的推廣應用價值。

參考文獻

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[4] 張雅俊.礦井順煤流輸送系統節能優化控制技術研究[D].太原：太原理工大學，2017.