斜溝選煤廠智能鼓風(fēng)模塊節(jié)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(xiàn)狀

斜溝選煤廠位于山西省呂梁市興縣魏家灘鎮(zhèn)。設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)桶、稀介桶及介質(zhì)庫提供0.3～0.6 MPa的低壓風(fēng)?，F(xiàn)場低壓風(fēng)管道均為手動控制閥門[2]，數(shù)量100余個，崗位一次調(diào)節(jié)到位后，除特殊情況外不再進行閥門操控，為了保證風(fēng)壓，現(xiàn)場始終有5～6臺空壓機處于運行狀態(tài)，耗電量大。

2 鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造前用風(fēng)量情況統(tǒng)計

斜溝選煤廠鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造主要集中在主廠房區(qū)域，主廠房分一期、二期兩部分，設(shè)備數(shù)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(fēng)主管互聯(lián)互通，每個用風(fēng)終端采用的供風(fēng)管管徑均為DN50，因此統(tǒng)計時以用風(fēng)終端DN50管路數(shù)量為依據(jù)[3]進行整體分析。鼓風(fēng)系統(tǒng)在停車狀態(tài)下供風(fēng)量最大，生產(chǎn)過程中主要是壓濾機反吹風(fēng)和介質(zhì)池的鼓風(fēng)，用風(fēng)量較小。因此，這里只對停車狀態(tài)下的用風(fēng)終端開啟數(shù)量進行統(tǒng)計，統(tǒng)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(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)量統(tǒng)計

3 鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造前不同工況下用風(fēng)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(fēng)平均壓力Pc為0.40 MPa，估算鼓風(fēng)系統(tǒng)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(nèi)壓縮空氣的密度、流速、流量?；鶞薁顟B(tài)空氣絕對壓力P0=0.101 325 MPa，基準狀態(tài)熱力學(xué)溫度T0=273 K，基準狀態(tài)下空氣的密度ρ0=1.292 8 kg/m3。

管道內(nèi)實際空氣壓力P1=P=0.38 MPa，管道內(nèi)實際空氣熱力學(xué)溫度T1=317 K。

依據(jù)狀態(tài)方程PV=RT，則管道內(nèi)實際空氣密度ρ1為：

依據(jù)《機械設(shè)計手冊》介質(zhì)常用流速表19.3-1，查得：在壓力0.38 MPa下管道內(nèi)壓縮空氣流速V1為12.7 m/s，用風(fēng)終端DN50管徑與DN150主供風(fēng)管徑對接，需要計算用風(fēng)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(fēng)終端管路d=0.05 m，主供風(fēng)管路D=0.15 m，依據(jù)《機械設(shè)計手冊》圖23.2-3查取系數(shù)α為0.602，S=0.602S0，則管道內(nèi)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(fēng)數(shù)量n=45，則用風(fēng)終端總的自由空氣流量：

(5)最大工況下，取終端用風(fēng)數(shù)量n=59，用風(fēng)終端總的自由空氣流量：

3.2 空壓機應(yīng)有供氣量計算

依據(jù)用風(fēng)終端的自由空氣流量，計算空壓機應(yīng)有的供氣量。

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

0.95×1.2×1.4×252.52=403m3/min

3.3 鼓風(fēng)系統(tǒng)理論用氣量統(tǒng)計

按照上述計算結(jié)果，用氣量及空氣壓應(yīng)有供氣量統(tǒng)計表如表2所示。

表2 改造前終端用風(fēng)量及空壓機供風(fēng)量統(tǒng)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(fēng)量都小于其應(yīng)供風(fēng)量，空壓機一直處于過載運行狀態(tài)。但在現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中，并未因供風(fēng)量不足造成物料沉積事故，說明現(xiàn)場用風(fēng)終端存在用風(fēng)過量的情況。

4 鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造方案及用風(fēng)量統(tǒng)計

4.1 節(jié)能改造的方案

(1)對煤泥水桶、合格介質(zhì)桶、稀介桶、介質(zhì)池的鼓風(fēng)管路進行優(yōu)化，通過安裝電磁閥、抬高管路、減少管損[4]、改變鼓風(fēng)位置等方式，使鼓風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場管網(wǎng)硬件得到優(yōu)化改進。

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

(3)安裝電控氣動鼓風(fēng)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(shù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度、風(fēng)壓、電流、電壓、運行時間等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與處理[7]，并引入智能算法，實現(xiàn)了空壓機的自動變頻運行。

4.2 節(jié)能改造后用風(fēng)量情況統(tǒng)計

節(jié)能改造后，通過現(xiàn)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(shè)置適當(dāng)?shù)墓娘L(fēng)時長，實現(xiàn)了停車后鼓風(fēng)系統(tǒng)的智能間隔鼓風(fēng)，空壓機依據(jù)系統(tǒng)壓力進行自動加卸載。設(shè)置完成后，一般工況下需要進行鼓風(fēng)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(fēng)的物料桶由原來的40個降為14個，介質(zhì)池鼓風(fēng)管路由原有18趟降為9趟，極大地降低了終端用風(fēng)量，詳見表3。

表3 改造后主廠房鼓風(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)量統(tǒng)計

5 鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造后不同工況下用風(fēng)量的分析計算

(1)一般工況下，取終端用風(fēng)數(shù)量n=18，則用風(fēng)終端總的自由空氣流量：

(2)最大工況下，取終端用風(fēng)數(shù)量n=27，則用風(fēng)終端總的自由空氣流量：

(3)依據(jù)用風(fēng)終端的自由空氣流量，計算空壓機應(yīng)有的供氣量。

取利用系統(tǒng)Ψ=0.95，漏損系數(shù)K1=1.2，備用系數(shù)K2=1.4，一般工況下，空壓機的應(yīng)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(yīng)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(jié)果，鼓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造后用氣量及空氣壓應(yīng)有供氣量統(tǒng)計見表4。

表4 改造后終端用風(fēng)量及空壓機供風(fēng)量統(tǒng)計

從表4中可以看出，兩種工況下，現(xiàn)場6臺空氣壓縮機開啟3～5臺，空壓機的實際供風(fēng)量都大于其應(yīng)供風(fēng)量，滿足現(xiàn)場用風(fēng)需求。實際生產(chǎn)過程中，崗位仍然可以在表3的基礎(chǔ)上通過設(shè)置分組、鼓風(fēng)間隔、鼓風(fēng)時長等參數(shù)繼續(xù)降低終端瞬時用風(fēng)總量，使空氣壓縮機的開啟臺數(shù)維持在2～3臺，并自動變頻運行[8]，起到節(jié)約電能的效果。

6 結(jié) 語

通過對斜溝選煤廠智能鼓風(fēng)模塊節(jié)能改造前后用風(fēng)量的分析、核算、對比，可以看出鼓風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能，本質(zhì)上是通過對現(xiàn)場用風(fēng)終端管網(wǎng)進行改造，降低了用風(fēng)量，從而降低了電耗。表明現(xiàn)場存在的過量鼓風(fēng)、無效鼓風(fēng)[10]、瞬時鼓風(fēng)量大是造成該廠鼓風(fēng)系統(tǒng)能耗高的主要原因，改進后通過后臺數(shù)據(jù)分析、變頻控制等技術(shù)，實現(xiàn)鼓風(fēng)系統(tǒng)電耗降低51%。

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