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，廠房內(nèi)介質(zhì)桶和混料桶等有40個，每個桶上都有5個鼓風(fēng)球閥(DN50)，其中須經(jīng)常開關(guān)使用的閥門有40個。鼓風(fēng)風(fēng)源來自于6臺空氣壓縮機，每臺空氣壓縮機配有1個風(fēng)包，每臺風(fēng)包設(shè)有1個放水閥(DN20)。這些閥門是鼓風(fēng)系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，在日常停車時段以及啟車生產(chǎn)前的準備期間，崗位人員通過開關(guān)閥門給各個桶內(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)懸浮液隨時能正常穩(wěn)定流動，并滿足洗選生產(chǎn)需求。

2 存在問題

(1)鼓風(fēng)過程中，崗位人員需借助扳手等工具，按時開啟各個桶上手動閥，逐個鼓風(fēng)，工作量大、耗時長且操作不便、工作效率低。此外，為保障風(fēng)包的安全使用，還需要定時手動為各個風(fēng)包放水，附加工作增多。

(2)因人員手動操控閥門的時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，空氣壓縮機必須處于長時間不間斷運行，因此空氣壓縮設(shè)備的電耗高、磨損較大。

(3)空氣壓縮機的操作只能在設(shè)備控制面板上進行，操控受限制。從現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題再到操控設(shè)備，時間滯后、效率低下。

3 系統(tǒng)升級改造

3.1 閥門

向桶內(nèi)鼓風(fēng)主要依靠手動閘閥控制開關(guān)，但因人為操作時間緩慢、效率低，所以斜溝選煤廠將鼓風(fēng)用手動閥都改成氣動閥+電磁閥的組合控制模式[3]，通過電氣控制的方式來實現(xiàn)快速、靈敏操控，也為實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制奠定了基礎(chǔ)。

如圖1所示。氣動閥就是借助壓縮空氣驅(qū)動閥門的啟閉，其作用是控制管道內(nèi)氣流開關(guān)；電磁閥通過接收電信號動作，從而帶動氣動閥的開關(guān)啟閉。但由于氣動閥實現(xiàn)的是全開或全閉動作，不能對供風(fēng)量大小有所調(diào)節(jié)，所以選煤廠在氣動閥后端增設(shè)1組手動控制閥，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，造成閥門不動作或運行遲滯。需要定期檢點閥門情況，及時排放水汽，防止其對閥門造成侵蝕損壞；同時機修維護人員需定期清理閥芯及動鐵芯內(nèi)的雜物，保障閥門的正常穩(wěn)定使用。

3.2 管道

如圖2所示，斜溝選煤廠各個桶上的鼓風(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，閥門位置均低于桶內(nèi)液面，個別鼓風(fēng)閥甚至在低于液面5 m位置。在壓差作用下，細顆粒介質(zhì)易通過閥門縫隙擠入主風(fēng)管，在管道內(nèi)沉淀積聚造成堵塞。安裝的自動控制閥在短時間內(nèi)就出現(xiàn)失效，閥體內(nèi)介質(zhì)粘粘堆積嚴重、故障率高發(fā)。所以對連接管也進行了改造，如圖2所示。

圖2 鼓風(fēng)管道設(shè)置位置

將連接管豎直延長超過液面最高點，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)管和閥門造成的損失。

3.3 壓力值監(jiān)測

因主風(fēng)管管內(nèi)氣壓與風(fēng)包壓力有一定偏差，穩(wěn)定時也會有0.03～0.10 MPa范圍波動。尤其隨著鼓風(fēng)的動作，管道內(nèi)壓力會在短時間內(nèi)驟降，若僅以風(fēng)包壓力為參考標準，鼓風(fēng)閥動作錯誤率較高，實際鼓風(fēng)效果也會大打折扣。對此，斜溝選煤廠在主風(fēng)管上增設(shè)2組壓力檢測表，并將檢測值連入操控系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)測。

3.4 程序設(shè)置與控制

通過廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺將空氣壓縮設(shè)備與電—氣閥門組合聯(lián)網(wǎng)[5]，實現(xiàn)遠程操控，同時增設(shè)移動控制端(PAD)。在空壓機設(shè)備操作面板上有遠程和就地控制選項，當選擇遠程后，就能直接在PAD端進行操作，可以人工遠程點動啟停，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，空氣壓縮機按照設(shè)定的邏輯程序，根據(jù)管道壓力、設(shè)備運行工況(溫度、氣壓、油壓等等)自動采集識別，再根據(jù)邏輯判斷自行調(diào)節(jié)空氣壓縮機的運行啟停。如管道風(fēng)壓不足0.3 MPa(可調(diào))時，將自動把待機狀態(tài)的空壓機進行加載；當管道內(nèi)風(fēng)壓達到0.65 MPa(可調(diào))，將自動把運行狀態(tài)的設(shè)備進行卸載，減少不必要的能耗。還可通過移動PAD端界面選擇需要鼓風(fēng)的桶，將其設(shè)定到鼓風(fēng)程序隊列中。

如圖4，通過控制界面，可直接查看各個桶上鼓風(fēng)閥門所處狀態(tài)(智能/手動以及運行/停止)。當設(shè)定為智能鼓風(fēng)隊列后，系統(tǒng)將依次排隊自動實現(xiàn)桶內(nèi)鼓風(fēng)；當選擇手動控制時，可直接在PAD界面上操作相應(yīng)閥門的開啟、關(guān)閉，崗位人員工作更簡便、效率得到很大提升。

圖5 鼓風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控與操作界面

斜溝選煤廠通過現(xiàn)場反復(fù)嘗試、觀測，實際生產(chǎn)過程中介質(zhì)沉淀狀態(tài)以及鼓風(fēng)過程中管道壓力情況如下：

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

(2)空壓機設(shè)定保護壓力值不超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)，實際是管道排風(fēng)泄壓的過程；同時供風(fēng)超過4個介質(zhì)桶時，空壓機給管道的供風(fēng)量遠低于排出風(fēng)量，管內(nèi)壓力會驟降到0.25 MPa以下。對此，為保證管內(nèi)足夠的風(fēng)壓，將鼓風(fēng)程序間隔時間設(shè)定為120 min(可調(diào))，每組鼓風(fēng)臺數(shù)設(shè)定不超4個介質(zhì)桶(可調(diào))。

鼓風(fēng)過程中若管道壓力不足，極易出現(xiàn)重介懸浮液倒吸回流進風(fēng)管，造成堵塞或閥門損壞。因此，斜溝選煤廠將氣動閥開啟壓力限值設(shè)定在0.3 MPa以上(可調(diào))，并將其寫入運行程序，當風(fēng)包內(nèi)壓力不足時，氣動閥將自動鎖定無法啟動，避免因風(fēng)壓過低，導(dǎo)致介質(zhì)懸浮液回流進閥體和管道內(nèi)造成事故。另外，重介懸浮液在生產(chǎn)循環(huán)過程中始終處于流動狀態(tài)，若此時鼓風(fēng)，反而會產(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，還會影響生產(chǎn)正常進行。對此，選煤廠通過連鎖介質(zhì)泵運轉(zhuǎn)工況，設(shè)定泵運行頻率超過7 Hz時，鼓風(fēng)閥鎖定不可開啟。

4 改造效果

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

表1 改造前后電耗對比

5 功能迭代完善

原設(shè)計中，針對供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備(空壓機)的運行工況實現(xiàn)了實時監(jiān)測、故障報警、遠程操控等目的，但歷史運行狀態(tài)及故障查看等部分信息不足，尤其是單個閥門的信息，造成后續(xù)設(shè)備的使用、維護保養(yǎng)以及更換參考數(shù)據(jù)不足。對此，斜溝選煤廠通過程序的迭代完善，增加設(shè)備及系統(tǒng)運行信息存儲及日志查看功能，包括各控制閥門的運行歷史狀況[9]、供風(fēng)設(shè)備壓力波動范圍等等，進一步完善了系統(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、維護提供可靠數(shù)據(jù)保障。

6 結(jié) 語

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，期間為實現(xiàn)其與生產(chǎn)系統(tǒng)的完美契合度，走了不少彎路，現(xiàn)場崗位更是經(jīng)歷著“改—試用—再改—再試用”這類循環(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。