西曲礦選煤廠空壓機(jī)遠(yuǎn)程群控系統(tǒng)研究

李 闖

（西山煤電股份公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030200）

引言

西曲礦選煤廠是一座年處理能力達(dá)330萬t的現(xiàn)代化選煤廠，主要工藝流程如下：重介淺槽預(yù)先排矸+無壓三產(chǎn)品重介旋流器+粗煤泥TBS+浮選。空壓機(jī)在選煤廠生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，供氣方式雖然原理簡單、操作方便，但存在耗電量高、供氣壓力不穩(wěn)定等問題[1-2]。

1 空壓機(jī)使用現(xiàn)狀

主洗車間、煤泥水車間共六臺空壓機(jī)，主要用于煤泥脫水作業(yè)（快開壓濾機(jī)）、空氣炮及氣動閥門等，近期空壓機(jī)使用數(shù)據(jù)如下：

空壓機(jī)其中一套系統(tǒng)供氣壓力0.95~1.05 MPa（9.5~10.5 bar），兩用一備，每年運(yùn)行5 400 h；另一套系統(tǒng)供氣壓力0.95~1.05 MPa（9.5~10.5 bar），一用一備，每年運(yùn)行730 h；最后一臺卸料，用氣壓力0.45~0.55 MPa（4.5~5.5 bar），每年運(yùn)行3 000 h。具體設(shè)備使用數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 設(shè)備使用數(shù)據(jù)

通過長期使用觀察，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)在選煤廠生產(chǎn)中主要存在以下幾個問題：

1）六臺空壓機(jī)分別放置于四個地方，相對分散，其中三處空壓機(jī)供氣系統(tǒng)相對獨立，存在加載率低、空負(fù)荷運(yùn)行時間較長、需單獨設(shè)崗操作等現(xiàn)象。

2）工頻運(yùn)行螺桿空壓機(jī)在100%加載排氣時，其電機(jī)負(fù)載為100%；卸載空車運(yùn)行時，其電機(jī)負(fù)載約為50%，存在較大的電能浪費(fèi)。

3）長時間的卸載運(yùn)行、頻繁地加載卸載，空壓機(jī)磨損嚴(yán)重，產(chǎn)氣效率低且影響壽命。

4）傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)由于電機(jī)不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少時電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，浪費(fèi)電能。

5）設(shè)置過高的系統(tǒng)上下限，實際產(chǎn)氣量大于生產(chǎn)時所需用氣量，都不同程度存在浪費(fèi)電能的現(xiàn)象。

2 空壓機(jī)集中控制系統(tǒng)技術(shù)方案

采用空壓機(jī)遠(yuǎn)程、集中控制系統(tǒng)，將六臺空壓機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程組網(wǎng)控制，實現(xiàn)恒壓供氣與無人值守，對所有空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行通信采集和實時監(jiān)控，真正實現(xiàn)自動化控制管理、轉(zhuǎn)崗分流、減員提效，同時達(dá)到節(jié)能降耗的目的。系統(tǒng)改造原理如下：

1）傳統(tǒng)供氣空壓機(jī)系統(tǒng)中，如果有多臺空壓機(jī)同時運(yùn)行，每臺空壓機(jī)的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力在上下限間波動，所以每臺空壓機(jī)多消耗7%～10%的額定功率。

2）傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定不同，也會造成空壓機(jī)用電量的不同，必須根據(jù)用氣工況進(jìn)行設(shè)定，才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。

綜上，當(dāng)多臺空壓機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)供氣時，分別是通過自身設(shè)定的壓力來控制單機(jī)的加載、卸載動作，難免會造成多機(jī)卸載運(yùn)行，造成能源浪費(fèi)。如果通過一個系統(tǒng)統(tǒng)一控制，對于空壓機(jī)運(yùn)行實行統(tǒng)一指令和分配，使空壓機(jī)在最佳能耗時運(yùn)行[3]。

3 空壓機(jī)集中控制系統(tǒng)改造技術(shù)方案

3.1 現(xiàn)場控制級

每臺壓縮機(jī)可設(shè)定聯(lián)控運(yùn)行控制、手動運(yùn)行控制、遠(yuǎn)程操作控制。當(dāng)智能群控節(jié)能系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，切換到手動狀態(tài)，各空壓機(jī)恢復(fù)原有的運(yùn)行方式。在手動運(yùn)行模式下，系統(tǒng)仍然可以監(jiān)控空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

智能群控節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)用氣量自動決定開啟空壓機(jī)的臺數(shù)。改造完成后整個空壓站空壓機(jī)總的加載時間/總的運(yùn)行時間≥98%。

控制空壓機(jī)啟動、停機(jī)的同時，同步控制相關(guān)吸附干燥機(jī)啟動、停機(jī)。

自動生成壓力、溫度、電流曲線，利于設(shè)備操控。

自動上傳運(yùn)行數(shù)據(jù)，上位機(jī)自動生成運(yùn)行曲線圖和報表。

報警或故障信息存儲：報警或故障時壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)存儲；形成數(shù)據(jù)庫，方便查閱。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控級

上位機(jī)管理平臺和現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)都可以顯示與控制以下數(shù)據(jù)：

空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)：運(yùn)行時間、加載時間、主機(jī)溫度、排氣壓力、分離前壓力、運(yùn)行電流等。

運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：運(yùn)行、停機(jī)、加載、卸載、報警、故障等。

報警參數(shù)：溫度報警、壓力報警、主機(jī)過載、啟動故障、空濾堵塞、油濾堵塞、油細(xì)分離壓差報警、傳感器失靈等。

3.3 控制啟動運(yùn)行原理

壓縮機(jī)開機(jī)、停機(jī)原理如圖1所示。

圖1 壓縮機(jī)開機(jī)、停機(jī)原理

4 效益測算

響應(yīng)集團(tuán)公司轉(zhuǎn)崗分流指示精神，通過改造可減少崗位工6人，節(jié)省工資支出約30萬元。同時促進(jìn)選煤廠向集中控制、自動化、智能化無人值守轉(zhuǎn)變。

通過向空壓機(jī)售后服務(wù)人員咨詢，知道空載運(yùn)行功率約占加載運(yùn)行功率50%。結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備使用數(shù)據(jù)表和改造后單臺加載率98%計算，結(jié)果如下：

改造前：

空1/空2=160 kW×62%×5 400 h+160 kW×50%×（98%-62%）×5 400 h=691 200 kW·h；

空3=160 kW×53%×5 400 h+160 kW×50%×（98%-53%）×5 400 h=652 320 kW·h；

空4=160 kW×84%×3 000 h+160 kW×50%×（98%-84%）×3 000 h=436 800 kW·h；

空5/空6=160 kW×44%×730 h+160 kW×50%×（98%-44%）×730 h=82 928 kW·h。

每年總電耗=空1+空3+空4+空5=1 863 248 kW·h；

每年總電費(fèi)=1 863 248 kW·h×0.56元/kW·h=1 043 419元。

改造后：

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備使用數(shù)據(jù)表和改造后單臺加載率98%計算，可知同時使用2～3臺空壓機(jī)和3臺備用即可滿足生產(chǎn)需要。具體使用電耗如下：

空1=160 kW×98%×5 400 h=846 720 kW·h；

空2=160 kW×（98%-84%）×（5 400-3 000）h+160 kW×50%×（98%-15%）×（5 400-3 000）h=215 040 kW·h；

空3=160 kW×98%×3 000 h=470 400 kW·h；

空4=160 kW×43%×730 h+160 kW×50%×（98%-43%）×730 h=82 344 kW·h。

每年總電耗=空1+空2+空3+空4=1 614 504 kW·h；

每年總電費(fèi)=1614504kW·h×0.56元=90.4萬元。

綜上所述：每年節(jié)約電耗1 863 248 kW·h-1 614 504 kW·h=248 743 kW·h；每年可節(jié)約電費(fèi)248 743 kW·h×0.56元/kW·h=13.9萬元。

5 結(jié)論

根據(jù)上述分析結(jié)果表明，改造后每年可節(jié)約費(fèi)用43.9萬元，還可促進(jìn)選煤廠向智能化、遠(yuǎn)程集中自動化控制邁進(jìn)，同時促進(jìn)選煤廠轉(zhuǎn)崗分流、減員增效、節(jié)能降耗，保證空壓機(jī)有效利用率，多臺備用實現(xiàn)生產(chǎn)平穩(wěn)連續(xù)進(jìn)行。此改造方案可在選煤系統(tǒng)廣泛推廣使用。