華陽集團寺家莊選煤廠精準配煤改造與應用

吳宏斌

(華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000)

寺家莊選煤廠隸屬于華陽新材料科技集團有限公司，是一座大型礦井型選煤廠，入選煤種為無煙煤，選煤廠建設規模與礦井相同，為 7.00 Mt/a。礦井井田含煤共 18 層，其中 4 層是具有經濟價值的可采或局部可采煤層，即：81、84、9、15號煤層。選煤工藝：300～50 mm 粒級動篩排矸，90～7 mm 粒級跳汰分選。主要產品有精煤、電煤、塊炭。

1 配煤系統現狀

隨著寺家莊礦開采煤層變化，混煤的發熱量偶爾會出現不滿足用戶需求，需要配入精煤提高發熱量。目前混煤通過化驗后，發熱量不達標時，需通過人工核算混煤裝車節數和精煤裝車節數，先裝滿混煤后，再更換為精煤快速裝車站單獨裝精煤，裝車流程復雜，并且無法混勻。

2 存在問題

寺家莊選煤廠產品可以實現配煤，但僅能實現粗配，主要存在的問題如下。

(1)無法實現混煤和精煤均勻摻配，且摻配流程復雜，影響裝車速度，對混煤銷售影響較大。

(2)主洗車間跳汰精煤篩下末精煤可以通過刮板反轉摻入中煤膠帶，經篩分摻入混煤，末精煤量比較少且無法調控，其中還有中煤摻入反而可能會降低發熱量，因此主洗車間生產過程無法實現精煤摻配。

(3)選煤廠現有混煤倉(容量1.5萬t)和儲煤場(容量8萬t)，全部位于鐵路裝車線南側，分別進入2個不同的快速裝車站，精煤和混煤無通道實現互摻。

(4)缺少灰分、數量在線檢測設備，均需要人工化驗，化驗周期長，滯后性嚴重。

(5)現有混煤和末精煤倉下給煤機均無法調量，無法實現配煤。

3 研究目標

基于現有情況，結合用戶需求，精準配煤改造主要實施內容為：通過增加1套精準配煤系統。針對性解決現場問題，主要實現以下目標。

(1)實現產品倉下均質化精準配煤。

(2)實現配煤系統各環節信息參數的實時監控。

(3)實現膠帶給煤量和不同質量配比的自動控制。

(4)建立應急預案。

(5)配比自動優化。通過化驗點灰的數據，實現精準配煤系統的結果對比，隨著數據的不斷積累，不斷的自學習、自矯正，系統會不斷成長，變得更智能、更精準。

通過精準配煤系統，達到商品煤合格的目的，最終實現產銷量、質的平衡、時間的平衡、倉儲的平衡。

4 精準配煤改造

4.1 系統升級改造

主要內容如下。

(1)儲煤場下10臺Q=500 t/h 的給煤機，其中5臺增加變頻器。

(2)3個混煤倉下12臺Q=900 t/h 的給煤機，每個倉下4臺，其中2 臺給煤機增加變頻器，共計6臺。

(3)末精煤倉下10臺Q=500 t/h的給煤機，其中5臺增加變頻器。

(4)在產品至快速裝車站膠帶新增皮帶秤1臺。

(5)汽車裝車站膠帶，更換電機為變頻電機，并配置變頻器，新增犁式卸料器、X光灰分儀各1臺。

(6)在741至3號轉載點膠帶上新增皮帶秤2臺，灰分儀1臺。

(7)將現有混煤倉下、儲煤場下以及精煤倉下給煤機接入系統。

(8)增設3 臺精準配煤算法服務器，配置為：4核4線程，3.0 GHz以上，16 G內存，500 G×3硬盤，raid5。

4.2 運輸系統改造

如圖1所示，針對目前混煤和精煤無法實現摻混，需延長645至汽車裝車站膠帶10.5 m，新建6m×6m的六號轉載點，新建六號轉載點至741至3號轉載點膠帶現有轉載點棧橋56 m和膠帶輸送機62 m，在741至3號轉載點膠帶現有轉載點加層，實現在裝車過程中精煤均勻摻入混煤裝車系統中。

圖1 新增棧橋示意

4.3 精準配煤軟件系統

針對寺家莊選煤廠改造后的配煤系統，開發1套精準配煤軟件系統，配合煤質在線監測等硬件設施，實現選煤廠配煤系統的智能控制，達到精準配煤的目的，主要包含以下功能。

(1)煤量配比計算模型。配煤開始前，根據各煤倉的煤質信息、生產運行情況及當前裝車的質量要求，自動推送配煤方案。建立配比、目標熱值、給煤量之間的調節模型，使配煤過程按照預設參數進行。

(2)倉下精準配煤。由于儲煤場、混煤倉下以及精煤倉下給煤機均無法調節給煤量，方案設計所有倉下給煤機接入系統，實現系統遠程啟停，通過設置給煤機開啟臺數粗調給煤量，再通過新增皮帶秤反饋數據微調帶變頻給煤機的給煤量，實現精準給煤。

(3)配煤系統監控。可以通過終端遠程實時監控配煤系統內各煤倉產品質量數據、膠帶狀態、皮帶秤數據、灰分儀數據、當前配比等配煤系統的狀態信號，為生產系統調節入倉煤量、入倉分配等提供判斷依據，確保無冒倉、空倉情況出現。

(4)自動控制帶煤量及配比。設定帶煤量選擇調節邏輯投用后，系統按照設定總帶煤量和配比自動開啟給煤機，以開啟給煤機數量粗調、變頻微調的方式，使產品帶煤量保持在設定區間內，從而達到配比穩定的目的。

(5)應急預案管理。建立應急預案。當混煤倉倉儲不足時，及時發送信息給工作人員，并協調開啟儲煤倉下給煤機以及收集膠帶輸送機進行配煤，末精煤倉通過設定閾值，提前提醒生產人員轉換生產方式，減少車等煤情況的出現。

(6)配比自動優化。通過灰分儀的數據、料位計的數據、精準配煤系統的結果對比，實現系統的自學習及相互矯正，通過數據分析，結合機器學習深度學習方法不斷地調優模型，隨著數據的不斷積累，不斷地自學習、自矯正，系統會不斷地成長，變得更智能，更精準，實現配比的精準調節。

通過精準配煤系統，實現產品配煤，最終實現產銷量、質的平衡以及時間的平衡、倉儲的平衡。

圖2 精準配煤簡要業務示意

4.4 精準配煤系統功能

配煤系統由控制系統、定量給煤機、電子皮帶稱、灰分儀及配有變頻調速器的給煤機組成。這樣可以通過控制儲煤場和混煤倉中產品的混入量，混配出所需要的產品。通過控制主機分析計算后，給出反饋信號，通過控制倉下配有變頻調速器的給煤機頻率，調節2種煤的摻入比例，實現在線自動配煤。

(1)在原料煤管理方面，系統具有優化煤場的使用，跟蹤單種煤，自動記錄落煤、回煤的功能，從而減少了儲存不同煤質的原煤時混合造成的品質波動。

(2)在配煤方面，系統根據儲煤狀態計算和優化配煤方案，根據煤質數據，按照理想組合優化配煤。采集在線檢測數據，發出執行指令，實現配煤。

(3)在生產管理方面，除了在線顯示設備狀態外，還具有形成各個儲煤區儲煤報表、耗煤情況報表、產品質量報表等功能。

5 應用分析

(1)根據倉內存儲信息，裝車膠帶上煤質的在線監測值以及銷售的目標熱值，精準配煤管理系統科學選擇料倉、給煤機以及配煤比例等，從而實現科學精準配煤，實現配煤量、熱值以及倉儲的平衡，杜絕了因商品煤熱值不合格被罰款的情況發生，同時降低人工配煤時過量摻混配電精煤而導致的精煤損失，提高了選煤廠的經濟效益。

(2)通過精準配煤管理系統，對整個配煤裝車環節的管理提供信息參考，為其他環節的管理操作提供判別依據，減少車等煤、煤等車等情況的發生，提高選煤廠整體管理水平。

(3)實施精準配煤系統建設后，現場不再需要生產人員開啟給煤機，只需巡視配煤環節整體運行情況即可，降低了人員勞動強度，同時提高了員工的安全系數，減少事故發生的概率，降低了安全風險。

(4)精準配煤系統讓寺家莊選煤廠配煤系統的生產和管理都由傳統方式向現代方式轉變，提高了管理水平，降低了人員強度，并能帶來一定的經濟效益，開創安全、高效、綠色和諧可持續發展的新模式。改變了之前需要崗位工現場調節操作倉下閘板或給煤機粗略調節配比，配煤過程判斷高度依賴人工經驗，精準度差且勞動強度高的缺陷。

6 結 語

寺家莊選煤廠通過精準配煤的實施，在提高產品合格率的同時，通過配煤，使產品發熱量以更小的偏差控制在目標值以上，使產品質量持續穩定，減少了產品價值損失。該系統滿足選煤廠靈活的生產組織要求，當煤質好，進行部分入洗時，可實現入洗比例的精準控制，使產品質量達標并穩定，達到電煤質量可控，提高產品合格率和穩定率的目的。

精準配煤系統實施后，增強了產品市場的競爭力，符合集團整體戰略布局，提高了企業的經濟效益和行業競爭力。