斜溝選煤廠智能鼓風模塊節能改造

翟中朝

(山西焦煤西山煤電斜溝選煤廠，山西 興縣 033602)

1 選煤廠現狀

斜溝選煤廠位于山西省呂梁市興縣魏家灘鎮。設計處理能力為15.0 Mt/a。主要洗選礦井8號和13號原煤，入洗煤種均為氣煤，生產工藝為：大于50 mm塊煤采用重介淺槽分選，50～1.5 mm末煤采用兩段兩產品旋流器分選，1.5～0.25 mm煤泥采用TCS粗煤泥分選機排矸。斜溝選煤廠共有6臺雙螺桿空壓機[1]，型號為SA-250A-10K-T，單臺排氣量42.0 m3/min，額定/最大排氣壓力為0.7/0.75 MPa，主要向壓濾機、煤泥水桶、合格介質桶、稀介桶及介質庫提供0.3～0.6 MPa的低壓風。現場低壓風管道均為手動控制閥門[2]，數量100余個，崗位一次調節到位后，除特殊情況外不再進行閥門操控，為了保證風壓，現場始終有5～6臺空壓機處于運行狀態，耗電量大。

2 鼓風系統節能改造前用風量情況統計

斜溝選煤廠鼓風系統節能改造主要集中在主廠房區域，主廠房分一期、二期兩部分，設備數量及選型一致，平面上為鏡像布置。由于一期、二期0.3～0.6 MPa低壓供風主管互聯互通，每個用風終端采用的供風管管徑均為DN50，因此統計時以用風終端DN50管路數量為依據[3]進行整體分析。鼓風系統在停車狀態下供風量最大，生產過程中主要是壓濾機反吹風和介質池的鼓風，用風量較小。因此，這里只對停車狀態下的用風終端開啟數量進行統計，統計分為最大工況和一般工況2個類別，具體如表1所示。

表1 改造前主廠房鼓風系統用風量統計

3 鼓風系統節能改造前不同工況下用風量的分析計算

3.1 管路末端壓縮空氣的壓力、密度、流量

(1)空氣壓縮機供風平均壓力Pc為0.40 MPa，估算鼓風系統的總壓力損失∑ΔP=0.02 MPa，則管路輸送末端的空氣壓力P為：

P=Pc-∑ΔP=0.4-0.02=0.38 MPa

(2)管道內壓縮空氣的密度、流速、流量?；鶞薁顟B空氣絕對壓力P0=0.101 325 MPa，基準狀態熱力學溫度T0=273 K，基準狀態下空氣的密度ρ0=1.292 8 kg/m3。

管道內實際空氣壓力P1=P=0.38 MPa，管道內實際空氣熱力學溫度T1=317 K。

依據狀態方程PV=RT，則管道內實際空氣密度ρ1為：

依據《機械設計手冊》介質常用流速表19.3-1，查得：在壓力0.38 MPa下管道內壓縮空氣流速V1為12.7 m/s，用風終端DN50管徑與DN150主供風管徑對接，需要計算用風終端DN50管路有效截面積S，管道的名義截面積S0=πd2/4。近似取用風終端管路d=0.05 m，主供風管路D=0.15 m，依據《機械設計手冊》圖23.2-3查取系數α為0.602，S=0.602S0，則管道內壓縮空氣流量q1為：

q1=SV=0.602×V1×πd2/4=

0.602×12.7×π×0.052/4=0.015m3/s

q1=0.015m3/s=0.9m3/min

(4)一般工況下，取終端用風數量n=45，則用風終端總的自由空氣流量：

(5)最大工況下，取終端用風數量n=59，用風終端總的自由空氣流量：

3.2 空壓機應有供氣量計算

依據用風終端的自由空氣流量，計算空壓機應有的供氣量。

(1)取利用系數Ψ=0.95，漏損系數K1=1.2，備用系數K2=1.4，一般工況下，空壓機的應有供氣量qj為：

0.95×1.2×1.4×192.6=307.4m3/min

(2)最大工況下，空壓機應有供氣量qj為：

0.95×1.2×1.4×252.52=403m3/min

3.3 鼓風系統理論用氣量統計

按照上述計算結果，用氣量及空氣壓應有供氣量統計表如表2所示。

表2 改造前終端用風量及空壓機供風量統計

從表2中可以看出，無論是那種工況下，即便是開啟全部6臺空氣壓縮機，空壓機的實際供風量都小于其應供風量，空壓機一直處于過載運行狀態。但在現場實際生產過程中，并未因供風量不足造成物料沉積事故，說明現場用風終端存在用風過量的情況。

4 鼓風系統節能改造方案及用風量統計

4.1 節能改造的方案

(1)對煤泥水桶、合格介質桶、稀介桶、介質池的鼓風管路進行優化，通過安裝電磁閥、抬高管路、減少管損[4]、改變鼓風位置等方式，使鼓風系統現場管網硬件得到優化改進。

(2)將物料桶上原有的鼓風管改到泵的入料管上，通過現場試驗的方法確定了其可行性。

(3)安裝電控氣動鼓風閥、止回閥、電磁閥、壓力傳感器[5]等，借助于PLC自動化控制[6]、總線通信等技術，實現對現場溫度、風壓、電流、電壓、運行時間等數據的統計與處理[7]，并引入智能算法，實現了空壓機的自動變頻運行。

4.2 節能改造后用風量情況統計

節能改造后，通過現場不斷試驗，崗位可以自行在iPad上對40個物料桶進行合理分組，并設置適當的鼓風時長，實現了停車后鼓風系統的智能間隔鼓風，空壓機依據系統壓力進行自動加卸載。設置完成后，一般工況下需要進行鼓風的物料桶由原來的28個降為10個，最大工況下需要進行鼓風的物料桶由原來的40個降為14個，介質池鼓風管路由原有18趟降為9趟，極大地降低了終端用風量，詳見表3。

表3 改造后主廠房鼓風系統用風量統計

5 鼓風系統節能改造后不同工況下用風量的分析計算

(1)一般工況下，取終端用風數量n=18，則用風終端總的自由空氣流量：

(2)最大工況下，取終端用風數量n=27，則用風終端總的自由空氣流量：

(3)依據用風終端的自由空氣流量，計算空壓機應有的供氣量。

取利用系統Ψ=0.95，漏損系數K1=1.2，備用系數K2=1.4，一般工況下，空壓機的應有供氣量qj為：

0.95×1.2×1.4×77=122m3/min

最大工況下，空壓機的應有供氣量qj為：

0.95×1.2×1.4×115.6=184.5m3/min

(4)按照上述計算結果，鼓風系統節能改造后用氣量及空氣壓應有供氣量統計見表4。

表4 改造后終端用風量及空壓機供風量統計

從表4中可以看出，兩種工況下，現場6臺空氣壓縮機開啟3～5臺，空壓機的實際供風量都大于其應供風量，滿足現場用風需求。實際生產過程中，崗位仍然可以在表3的基礎上通過設置分組、鼓風間隔、鼓風時長等參數繼續降低終端瞬時用風總量，使空氣壓縮機的開啟臺數維持在2～3臺，并自動變頻運行[8]，起到節約電能的效果。

6 結 語

通過對斜溝選煤廠智能鼓風模塊節能改造前后用風量的分析、核算、對比，可以看出鼓風系統的節能，本質上是通過對現場用風終端管網進行改造，降低了用風量，從而降低了電耗。表明現場存在的過量鼓風、無效鼓風[10]、瞬時鼓風量大是造成該廠鼓風系統能耗高的主要原因，改進后通過后臺數據分析、變頻控制等技術，實現鼓風系統電耗降低51%。

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