斜溝煤礦選煤廠鼓風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造

曹 令

(山西西山晉興能源斜溝煤礦選煤廠，山西 興縣 033602)

1 概 述

斜溝煤礦選煤廠是礦井配套15.00 Mt/a選煤廠，主要采用的是塊煤重介質(zhì)淺槽+末煤兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+TCS煤泥分選工藝。分兩期平行鏡像布置，共有4套塊煤重介淺槽分選系統(tǒng)和12套末煤兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)[1]，重介質(zhì)懸浮液用量較大，廠房?jī)?nèi)介質(zhì)桶和混料桶等有40個(gè)，每個(gè)桶上都有5個(gè)鼓風(fēng)球閥(DN50)，其中須經(jīng)常開(kāi)關(guān)使用的閥門(mén)有40個(gè)。鼓風(fēng)風(fēng)源來(lái)自于6臺(tái)空氣壓縮機(jī)，每臺(tái)空氣壓縮機(jī)配有1個(gè)風(fēng)包，每臺(tái)風(fēng)包設(shè)有1個(gè)放水閥(DN20)。這些閥門(mén)是鼓風(fēng)系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，在日常停車(chē)時(shí)段以及啟車(chē)生產(chǎn)前的準(zhǔn)備期間，崗位人員通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)給各個(gè)桶內(nèi)供風(fēng)，確保桶內(nèi)介質(zhì)(磁鐵礦粉)始終處于懸浮狀態(tài)，不發(fā)生坐桶、壓泵等事故[2]，保障桶內(nèi)重介質(zhì)懸浮液隨時(shí)能正常穩(wěn)定流動(dòng)，并滿足洗選生產(chǎn)需求。

2 存在問(wèn)題

(1)鼓風(fēng)過(guò)程中，崗位人員需借助扳手等工具，按時(shí)開(kāi)啟各個(gè)桶上手動(dòng)閥，逐個(gè)鼓風(fēng)，工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)且操作不便、工作效率低。此外，為保障風(fēng)包的安全使用，還需要定時(shí)手動(dòng)為各個(gè)風(fēng)包放水，附加工作增多。

(2)因人員手動(dòng)操控閥門(mén)的時(shí)間和頻次不能保證一致且穩(wěn)定，為保證充足的供風(fēng)壓力，空氣壓縮機(jī)必須處于長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，因此空氣壓縮設(shè)備的電耗高、磨損較大。

(3)空氣壓縮機(jī)的操作只能在設(shè)備控制面板上進(jìn)行，操控受限制。從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再到操控設(shè)備，時(shí)間滯后、效率低下。

3 系統(tǒng)升級(jí)改造

3.1 閥門(mén)

向桶內(nèi)鼓風(fēng)主要依靠手動(dòng)閘閥控制開(kāi)關(guān)，但因人為操作時(shí)間緩慢、效率低，所以斜溝選煤廠將鼓風(fēng)用手動(dòng)閥都改成氣動(dòng)閥+電磁閥的組合控制模式[3]，通過(guò)電氣控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、靈敏操控，也為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制奠定了基礎(chǔ)。

如圖1所示。氣動(dòng)閥就是借助壓縮空氣驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的啟閉，其作用是控制管道內(nèi)氣流開(kāi)關(guān)；電磁閥通過(guò)接收電信號(hào)動(dòng)作，從而帶動(dòng)氣動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)啟閉。但由于氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)的是全開(kāi)或全閉動(dòng)作，不能對(duì)供風(fēng)量大小有所調(diào)節(jié)，所以選煤廠在氣動(dòng)閥后端增設(shè)1組手動(dòng)控制閥，作為限制管內(nèi)鼓風(fēng)流量和應(yīng)急控制備用閥使用。

圖1 氣動(dòng)閥+電磁閥

此外，因鼓風(fēng)系統(tǒng)使用的是壓縮空氣，易形成水汽，凝結(jié)滲入閥體內(nèi)電子元件，造成閥門(mén)不動(dòng)作或運(yùn)行遲滯。需要定期檢點(diǎn)閥門(mén)情況，及時(shí)排放水汽，防止其對(duì)閥門(mén)造成侵蝕損壞；同時(shí)機(jī)修維護(hù)人員需定期清理閥芯及動(dòng)鐵芯內(nèi)的雜物，保障閥門(mén)的正常穩(wěn)定使用。

3.2 管道

如圖2所示，斜溝選煤廠各個(gè)桶上的鼓風(fēng)管設(shè)定位置主要在周邊和泵的連接管上，經(jīng)常使用的鼓風(fēng)閥設(shè)在與泵的連接管上，閥門(mén)位置均低于桶內(nèi)液面，個(gè)別鼓風(fēng)閥甚至在低于液面5 m位置。在壓差作用下，細(xì)顆粒介質(zhì)易通過(guò)閥門(mén)縫隙擠入主風(fēng)管，在管道內(nèi)沉淀積聚造成堵塞。安裝的自動(dòng)控制閥在短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)失效，閥體內(nèi)介質(zhì)粘粘堆積嚴(yán)重、故障率高發(fā)。所以對(duì)連接管也進(jìn)行了改造，如圖2所示。

圖2 鼓風(fēng)管道設(shè)置位置

將連接管豎直延長(zhǎng)超過(guò)液面最高點(diǎn)，形成倒U形管路后再與主風(fēng)管連通，在倒U形管道中形成安全高度[4]，有效避免了桶內(nèi)介質(zhì)懸浮液回流擠入風(fēng)管和閥門(mén)造成的損失。

3.3 壓力值監(jiān)測(cè)

因主風(fēng)管管內(nèi)氣壓與風(fēng)包壓力有一定偏差，穩(wěn)定時(shí)也會(huì)有0.03～0.10 MPa范圍波動(dòng)。尤其隨著鼓風(fēng)的動(dòng)作，管道內(nèi)壓力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)驟降，若僅以風(fēng)包壓力為參考標(biāo)準(zhǔn)，鼓風(fēng)閥動(dòng)作錯(cuò)誤率較高，實(shí)際鼓風(fēng)效果也會(huì)大打折扣。對(duì)此，斜溝選煤廠在主風(fēng)管上增設(shè)2組壓力檢測(cè)表，并將檢測(cè)值連入操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

3.4 程序設(shè)置與控制

通過(guò)廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將空氣壓縮設(shè)備與電—?dú)忾y門(mén)組合聯(lián)網(wǎng)[5]，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，同時(shí)增設(shè)移動(dòng)控制端(PAD)。在空壓機(jī)設(shè)備操作面板上有遠(yuǎn)程和就地控制選項(xiàng)，當(dāng)選擇遠(yuǎn)程后，就能直接在PAD端進(jìn)行操作，可以人工遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)啟停，也可以選擇智能控制。如圖3。

圖3 連接管倒U形改造

在智能控制狀態(tài)下，空氣壓縮機(jī)按照設(shè)定的邏輯程序，根據(jù)管道壓力、設(shè)備運(yùn)行工況(溫度、氣壓、油壓等等)自動(dòng)采集識(shí)別，再根據(jù)邏輯判斷自行調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行啟停。如管道風(fēng)壓不足0.3 MPa(可調(diào))時(shí)，將自動(dòng)把待機(jī)狀態(tài)的空壓機(jī)進(jìn)行加載；當(dāng)管道內(nèi)風(fēng)壓達(dá)到0.65 MPa(可調(diào))，將自動(dòng)把運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行卸載，減少不必要的能耗。還可通過(guò)移動(dòng)PAD端界面選擇需要鼓風(fēng)的桶，將其設(shè)定到鼓風(fēng)程序隊(duì)列中。

如圖4，通過(guò)控制界面，可直接查看各個(gè)桶上鼓風(fēng)閥門(mén)所處狀態(tài)(智能/手動(dòng)以及運(yùn)行/停止)。當(dāng)設(shè)定為智能鼓風(fēng)隊(duì)列后，系統(tǒng)將依次排隊(duì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)桶內(nèi)鼓風(fēng)；當(dāng)選擇手動(dòng)控制時(shí)，可直接在PAD界面上操作相應(yīng)閥門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉，崗位人員工作更簡(jiǎn)便、效率得到很大提升。

圖5 鼓風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控與操作界面

斜溝選煤廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)嘗試、觀測(cè)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中介質(zhì)沉淀狀態(tài)以及鼓風(fēng)過(guò)程中管道壓力情況如下：

(1)1～2 h內(nèi)介質(zhì)桶內(nèi)會(huì)出現(xiàn)明顯蓬松沉積、流動(dòng)性減弱，5～6 h底層介質(zhì)擠壓結(jié)實(shí)加劇，經(jīng)常出現(xiàn)介質(zhì)泵上料不暢現(xiàn)象；

(2)空壓機(jī)設(shè)定保護(hù)壓力值不超0.65 MPa[6]，向介質(zhì)桶內(nèi)鼓風(fēng)就是將管內(nèi)壓縮空氣擠入桶內(nèi)，實(shí)際是管道排風(fēng)泄壓的過(guò)程；同時(shí)供風(fēng)超過(guò)4個(gè)介質(zhì)桶時(shí)，空壓機(jī)給管道的供風(fēng)量遠(yuǎn)低于排出風(fēng)量，管內(nèi)壓力會(huì)驟降到0.25 MPa以下。對(duì)此，為保證管內(nèi)足夠的風(fēng)壓，將鼓風(fēng)程序間隔時(shí)間設(shè)定為120 min(可調(diào))，每組鼓風(fēng)臺(tái)數(shù)設(shè)定不超4個(gè)介質(zhì)桶(可調(diào))。

鼓風(fēng)過(guò)程中若管道壓力不足，極易出現(xiàn)重介懸浮液倒吸回流進(jìn)風(fēng)管，造成堵塞或閥門(mén)損壞。因此，斜溝選煤廠將氣動(dòng)閥開(kāi)啟壓力限值設(shè)定在0.3 MPa以上(可調(diào))，并將其寫(xiě)入運(yùn)行程序，當(dāng)風(fēng)包內(nèi)壓力不足時(shí)，氣動(dòng)閥將自動(dòng)鎖定無(wú)法啟動(dòng)，避免因風(fēng)壓過(guò)低，導(dǎo)致介質(zhì)懸浮液回流進(jìn)閥體和管道內(nèi)造成事故。另外，重介懸浮液在生產(chǎn)循環(huán)過(guò)程中始終處于流動(dòng)狀態(tài)，若此時(shí)鼓風(fēng)，反而會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象[7]，造成上料不暢或不上料的狀況，增加不必要的能耗，還會(huì)影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。對(duì)此，選煤廠通過(guò)連鎖介質(zhì)泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況，設(shè)定泵運(yùn)行頻率超過(guò)7 Hz時(shí)，鼓風(fēng)閥鎖定不可開(kāi)啟。

4 改造效果

鼓風(fēng)系統(tǒng)改造完成后，實(shí)現(xiàn)了鼓風(fēng)設(shè)備的自動(dòng)啟停、各桶依照設(shè)定的順序自動(dòng)鼓風(fēng)，崗位人員可遠(yuǎn)程操作空壓機(jī)和閥門(mén)，工作量極大降低，空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間減少1/3，電耗同比降低超過(guò)50%，如表1[8]。崗位人員生產(chǎn)預(yù)準(zhǔn)備時(shí)間由原有50～60 min縮短至15～20 min，工作效率增加、生產(chǎn)效能提升。

表1 改造前后電耗對(duì)比

5 功能迭代完善

原設(shè)計(jì)中，針對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備(空壓機(jī))的運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、遠(yuǎn)程操控等目的，但歷史運(yùn)行狀態(tài)及故障查看等部分信息不足，尤其是單個(gè)閥門(mén)的信息，造成后續(xù)設(shè)備的使用、維護(hù)保養(yǎng)以及更換參考數(shù)據(jù)不足。對(duì)此，斜溝選煤廠通過(guò)程序的迭代完善，增加設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行信息存儲(chǔ)及日志查看功能，包括各控制閥門(mén)的運(yùn)行歷史狀況[9]、供風(fēng)設(shè)備壓力波動(dòng)范圍等等，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)及設(shè)備信息的大數(shù)據(jù)參考，為系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備應(yīng)用、維護(hù)提供可靠數(shù)據(jù)保障。

6 結(jié) 語(yǔ)

智能鼓風(fēng)系統(tǒng)的良好應(yīng)用是斜溝選煤廠反復(fù)嘗試摸索獲得的，期間為實(shí)現(xiàn)其與生產(chǎn)系統(tǒng)的完美契合度，走了不少?gòu)澛罚F(xiàn)場(chǎng)崗位更是經(jīng)歷著“改—試用—再改—再試用”這類(lèi)循環(huán)模式[10]。最終使鼓風(fēng)系統(tǒng)能良好地為生產(chǎn)系統(tǒng)服務(wù)，保障了企業(yè)穩(wěn)定持續(xù)高效生產(chǎn)。節(jié)支降耗、減勞增效的成果明顯，在重介質(zhì)選煤領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。