選煤廠煤流控制系統(tǒng)優(yōu)化與定制配煤應(yīng)用研究

董學(xué)亮，秦立功，武 磊，李 碩

（1.潞安化工集團(tuán)李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000；2.晉能控股裝備制造集團(tuán)煤炭加工利用分公司趙莊選煤廠，山西 長(zhǎng)治 046000）

潞安化工集團(tuán)李村煤礦李村選煤廠（簡(jiǎn)稱“李村選煤廠”）現(xiàn)有4座原煤倉，在礦井原煤煤質(zhì)變化時(shí)，選煤廠會(huì)將不同灰分原煤分別裝入不同的原煤倉內(nèi)，原煤入洗前根據(jù)客戶對(duì)煤質(zhì)的要求制定洗選計(jì)劃。客戶考核煤質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是平均灰分或平均發(fā)熱量，而原煤的灰分或發(fā)熱量會(huì)因地質(zhì)構(gòu)造的變化而經(jīng)常變化，這就需要調(diào)度員與崗位工配合控制給煤機(jī)閘板將不同原煤倉內(nèi)的原煤按比例進(jìn)行入洗配比，因灰分儀測(cè)定數(shù)據(jù)和煤流傳輸時(shí)間的延遲，僅靠人工控制給煤機(jī)的開停及閘板的開度很難保證配煤的質(zhì)量[1]，導(dǎo)致實(shí)際入洗量可能相差較大，產(chǎn)品煤質(zhì)也就忽高忽低，對(duì)完成生產(chǎn)指標(biāo)產(chǎn)生不利影響。其次，閘板開度不到位、配煤不精確，造成脫泥篩篩面偏量，影響脫泥效果，由此而導(dǎo)致的清篩面等工作又要占用崗位工大量時(shí)間，無形中增加了崗位工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

因此，根據(jù)客戶需求和實(shí)際煤質(zhì)情況，設(shè)置定制化生產(chǎn)配煤方式顯得尤為重要。

1 煤流控制系統(tǒng)優(yōu)化原則

通過采樣高灰原煤、低灰原煤、洗選后精煤，并分別做對(duì)比試驗(yàn)，研究灰分儀在不同灰分、皮帶上不同煤層厚度時(shí)的檢測(cè)精度，為定制化配煤提供數(shù)據(jù)參考；增加與灰分儀配套的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可根據(jù)灰分儀的檢測(cè)值自動(dòng)調(diào)節(jié)煤量配比；新建PLC 自動(dòng)配煤控制平臺(tái)并開發(fā)配煤軟件，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，PLC 系統(tǒng)重新增加，不影響現(xiàn)有系統(tǒng)，進(jìn)行配煤控制算法研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤的閉環(huán)控制。

2 煤流精準(zhǔn)控制原理

選煤廠定制化生產(chǎn)配煤控制系統(tǒng)原理為利用在線測(cè)灰儀、皮帶秤以及給煤機(jī)變頻調(diào)速，通過精確的計(jì)算和PLC 編程自動(dòng)控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤。首先由人工輸入目標(biāo)灰分確定煤種類別，經(jīng)過程序計(jì)算得出精煤產(chǎn)品的灰分；其次，依據(jù)配煤的灰分指標(biāo)和各煤倉原煤的灰分算出各煤種的給煤流量，確定給煤機(jī)的開動(dòng)臺(tái)數(shù)，由現(xiàn)場(chǎng)崗位工粗調(diào)給煤量[2-3]；最后，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品帶式輸送機(jī)上配煤的灰分與設(shè)定的灰分指標(biāo)進(jìn)行比較，再由系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，指導(dǎo)變頻器動(dòng)作細(xì)調(diào)給煤量，調(diào)節(jié)給煤機(jī)的瞬時(shí)流量，使配煤入洗灰分最大限度接近灰分指標(biāo)[4]。

3 煤流控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來規(guī)劃整體設(shè)計(jì)方案，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制化配煤改造，克服了人為配煤無法實(shí)現(xiàn)多樣化和精準(zhǔn)化的缺陷，滿足用戶需求，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

整個(gè)配煤系統(tǒng)由上位機(jī)(iFix)和下位機(jī)(GE PLC)組成。下位機(jī)PLC 需要接入電子皮帶秤、灰分儀、給煤機(jī)、變頻器、皮帶、電液推桿、位置傳感器等設(shè)備信號(hào)。

上位機(jī)采用工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用iFix 工控組態(tài)軟件，它包含人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)，同時(shí)包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)預(yù)測(cè)等組件。下位機(jī)可編程控制器PLC 采用美國GE 公司的PLC，完成開環(huán)控制、模擬量閉環(huán)、數(shù)字量控制、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控[5]。整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：采用iFix設(shè)計(jì)上位機(jī)界面，包含數(shù)據(jù)庫的建立、變量的關(guān)聯(lián)、圖形的顯示、趨勢(shì)以及圖表的生成，同時(shí)建立用戶權(quán)限管理；采用GEPLC 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，包含各種數(shù)字量和模擬量的采集與輸出，建立控制算法，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

工控機(jī)通過光纖以太網(wǎng)與PLC 分站進(jìn)行通訊，PLC 控制分站安裝在原煤配電室，PLC 控制分站與監(jiān)控主機(jī)相接，并根據(jù)接收的控制命令控制變頻器、倉下膠帶輸送機(jī)及電子皮帶秤的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)PLC控制分站根據(jù)配煤要求驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整配煤量[6-7]。

4 定制配煤應(yīng)用試驗(yàn)

4.1 原煤儲(chǔ)運(yùn)改造方案

針對(duì)原煤儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，實(shí)施方案如下：120 上倉皮帶已安裝無源在線測(cè)灰儀檢測(cè)每個(gè)原煤倉原煤灰分值，將綜采原煤分別存入原煤1號(hào)和2號(hào)倉，將掘進(jìn)煤存入原煤3 號(hào)倉，4 號(hào)倉備用，為配煤提供數(shù)據(jù)依據(jù)。原來每個(gè)倉下各自有6 臺(tái)給煤機(jī)，現(xiàn)將每個(gè)倉下給煤機(jī)中的4臺(tái)更換為變頻給煤機(jī)，用于精準(zhǔn)控制煤量。在150皮帶機(jī)頭安裝皮帶秤和無源在線測(cè)灰儀，皮帶秤數(shù)據(jù)作為洗選過程總煤量的數(shù)據(jù)參考，同時(shí)以150 皮帶上灰分儀數(shù)據(jù)為反饋環(huán)節(jié)，倉下變頻給煤機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精確配煤灰分控制，在倉與倉之間增加一臺(tái)皮帶秤，通過計(jì)算獲得三種灰分煤的比例配比，為自動(dòng)配煤做參考。

具體執(zhí)行步驟：第一步，先由調(diào)度員輸入目標(biāo)灰分確定配煤倉號(hào)及煤種；第二步，依據(jù)配煤的灰分指標(biāo)和各煤倉原煤的灰分算出各煤種的給煤流量，確定給煤機(jī)的開動(dòng)臺(tái)數(shù)，由現(xiàn)場(chǎng)崗位工粗調(diào)給煤量；第三步，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品帶式輸送機(jī)上配煤的灰分與設(shè)定的灰分指標(biāo)進(jìn)行比較，再由系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，指導(dǎo)變頻器動(dòng)作細(xì)調(diào)給煤量，調(diào)節(jié)給煤機(jī)的瞬時(shí)流量，使入洗原煤灰分最大限度接近產(chǎn)品煤灰分指標(biāo)。同時(shí)，皮帶秤、灰分儀、電機(jī)頻率、倉下給煤機(jī)的閘板開度等數(shù)值會(huì)實(shí)時(shí)顯示在調(diào)度大屏上，對(duì)精煤產(chǎn)品的洗選指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)回傳給PLC 控制分站，以便對(duì)配煤量進(jìn)行校準(zhǔn)，達(dá)到精準(zhǔn)自動(dòng)配煤的目的。配煤流程見圖2。

圖2 原煤儲(chǔ)運(yùn)示意圖

4.2 地銷環(huán)節(jié)改造方案

針對(duì)地銷環(huán)節(jié)，具體實(shí)施方案如下：在703 和704皮帶中部分別安裝無源在線測(cè)灰儀，用于末原煤和洗精煤之間自動(dòng)配煤的灰分檢測(cè)和反饋。洗精煤來源有兩個(gè)：306 塊精煤和323 末精煤，通過改造209 刮板機(jī)電液推桿控制閘板用于調(diào)節(jié)落入703 和704 皮帶上的煤量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中在701 和702 皮帶上分別安裝無源在線測(cè)灰儀和皮帶秤用于檢測(cè)306 塊精煤和323 末精煤的灰分和煤量X1、X2,703 和704 實(shí)際煤量為Y1、Y2，209 下703 和704 配煤量為Z1=Y1-X1,Z2=Y2-X2。根據(jù)產(chǎn)品灰分指標(biāo)和306塊精煤、323末精煤的灰分和煤量X1、X2由配煤軟件計(jì)算出配煤量Z1和Z2的數(shù)值，由PLC 配煤控制系統(tǒng)控制209 刮板機(jī)電液推桿控制閘板，用于調(diào)節(jié)落入703 和704 皮帶上的配煤量，最終再由703 和704 無源在線測(cè)灰儀對(duì)產(chǎn)品的洗選指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳給PLC控制分站，以便對(duì)配煤量進(jìn)行校準(zhǔn)，達(dá)到精準(zhǔn)自動(dòng)配煤的目的。配煤流程如圖3所示。

圖3 配煤系統(tǒng)示意圖

4.3 煤流控制系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用前后分選指標(biāo)對(duì)比

表1 和表2 為煤流控制系統(tǒng)優(yōu)化與定制配煤系統(tǒng)應(yīng)用前后指標(biāo)對(duì)比。

表1 煤流控制系統(tǒng)應(yīng)用前后入洗原煤混配洗精煤分選指標(biāo)對(duì)比

表2 煤流控制系統(tǒng)應(yīng)用前后入洗原煤混配及產(chǎn)品混配洗混煤分選指標(biāo)對(duì)比

改造后的配煤洗選系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造期間提升的含矸量較多、硫份偏高的原煤進(jìn)行了洗選配比，有效緩解了產(chǎn)品煤銷售的壓力，同時(shí)將精煤產(chǎn)率提高了0.1~0.3個(gè)百分點(diǎn)。李村煤礦年入洗原煤300 萬t，按照精煤產(chǎn)率提高0.2%計(jì)算，可多產(chǎn)精煤6 000 t，按照每噸2 000 元計(jì)算，可增加收益1 200 萬元；按照洗混煤產(chǎn)率提高0.15%計(jì)算，可多產(chǎn)混煤4 500 t，按照每噸1 350元計(jì)算，可增加收益607.5 萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 結(jié)語

1）改造后可根據(jù)產(chǎn)品倉位進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，極大提高了配煤的精準(zhǔn)性，同時(shí)還杜絕了震動(dòng)給煤機(jī)給料不均勻造成的偏振、偏量，降低了工人維護(hù)設(shè)備的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步優(yōu)化了啟車時(shí)間，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備空載電耗。

2）配煤過程實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集控操作，避免了調(diào)度員與現(xiàn)場(chǎng)崗位工之間的溝通誤差和時(shí)間延遲，有效減少了現(xiàn)場(chǎng)的崗位人數(shù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，便于實(shí)現(xiàn)選煤管理的無人化運(yùn)行，達(dá)到減人增效的目的。

3）執(zhí)行配煤作業(yè)的給煤機(jī)是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行的自主改造，增設(shè)了閘板開度標(biāo)尺和變頻電機(jī)，可自行組裝，節(jié)省設(shè)備購置費(fèi)用。

4）減少了配煤設(shè)備的啟停和頻繁操作，日常檢修、維護(hù)工作量大大減小。

5）提高了產(chǎn)品配煤的精度、可靠性和質(zhì)量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。