康 凱

(山西焦煤 西山煤電(集團)有限責任公司東曲選煤廠, 山西 古交 030200)

山西焦煤西山煤電東曲選煤廠屬于礦井型選煤廠,入洗礦井2#、4#、8#、9#原煤。原煤矸石含量大,原采用人工手選矸石的方式排矸,2019年、2020年先后引入TDS智能干選機替代人工手選,提升了排矸效率。近年來TDS智能干選機分選效果達不到預期要求,主要是現(xiàn)有供風系統(tǒng)不能維持持續(xù)供應和動態(tài)平衡,導致進行吹噴動作的電磁閥大量損壞,材料、配件及維保費用大幅增加,嚴重影響正常生產(chǎn)。因此,急需對TDS智能干選機供風系統(tǒng)改進。

1 TDS智能干選機供風系統(tǒng)

TDS智能干選機主要是通過煤與矸石對X射線吸收能力的不同來區(qū)分煤與矸石。粒度在50～300 mm的原煤在布料器上均勻單層布料,當煤與矸石通過X射線裝置時,由于煤與矸石所含元素不同,其對輻射的吸收量不同,矸石吸收能力強而煤的吸收能力弱,探測器根據(jù)接受到的射線強弱,建立針對不同煤質(zhì)特征相適應的分析模型,通過大數(shù)據(jù)分析,對煤與矸石的元素、位置等進行數(shù)字化識別,最終通過智能噴吹系統(tǒng),選出塊煤,將矸石排出[1].

TDS智能干選系統(tǒng)包括給料、識別、執(zhí)行等主要系統(tǒng),以及供風、除塵、冷卻、配電、控制等輔助系統(tǒng)。作為執(zhí)行系統(tǒng)中起主要作用的供風系統(tǒng),主要包括空氣壓縮機、儲氣罐、冷干機等設備。其中空氣壓縮機3臺,1臺為阿特拉斯高壓空氣壓縮機,功率280 kW,供風能力50 m3/min,2臺為低壓空氣壓縮機,功率250 kW,供風能力40 m3/min;儲氣罐兩個,總容積50 m3; 冷干機3臺,總處理能力160 m3/min. TDS智能干選機供風示意圖見圖1.

圖1 TDS智能干選機供風示意圖

2 存在問題

1) 供風壓力不穩(wěn),供風量不足。

礦井煤層結構復雜,開采的各工作面煤質(zhì)差別大,生產(chǎn)過程中煤與矸石的比例變化無據(jù)可循,經(jīng)常出現(xiàn)大塊矸石、雜物和水煤等,導致TDS智能干選機在分選過程中所需風量發(fā)生較大波動。在礦井工作面煤質(zhì)正常的情況下,TDS智能干選機只需開1臺高壓空氣壓縮機即可,但是在設備所需風量發(fā)生波動時,需要實時監(jiān)測空壓機壓力數(shù)值,在低于或高于風壓范圍時,對2臺低壓空氣壓縮機進行開停操作,從而維持設備所需風壓(TDS運行所需風壓為0.55～0.75 MPa). 雖然每臺壓風機均具有獨立的集成控制器,可以獨立操控(現(xiàn)場控制和遠程控制),但由于人工觀察壓力數(shù)值和手動啟停空壓機存在誤差及時間間隔,達不到連續(xù)供風需求,造成供風壓力不穩(wěn),導致TDS智能干選機分選過程中的不穩(wěn)定性,運行得不到保障。而且人工操作容易造成每臺設備運行時間不平衡、設備磨損老化等問題,降低了設備的使用壽命。

2) 供風質(zhì)量未達標。

TDS智能干選機由于精密程度較高,尤其是吹噴系統(tǒng)中關鍵部件吹噴電磁閥,其工作所需的高壓風必須是經(jīng)冷干機處理后溫度低、雜質(zhì)少且干燥的高壓風,選煤廠改造初期基于生產(chǎn)成本考慮,壓縮空氣管道使用普通焊管輸送高壓風(高壓風是達到露點的濕空氣),隨著使用時間的延長,壓縮空氣管道內(nèi)部在水和氧氣的作用下快速銹蝕,銹蝕到一定程度會脫落進入冷干機,在冷卻器翅片表面冷凝水及微量油的作用下粘在翅片表面,久而久之,翅片間隙越來越小,阻力越來越大,冷干機壓力損失過大,導致流量與壓力均會有一定程度降低,造成能量損失。雖然冷干機及其配套儲氣罐設置有排污,但是改造初期排污方式為人工手動排污,不僅增加勞動強度,而且排污不及時易造成TDS智能干選機噴咀堵塞,電磁閥大量損壞的同時一方面增加冷干機運行負荷,另一方面不同程度地影響供給TDS智能干選機的高壓風純度,進而影響TDS智能干選機的供風質(zhì)量,導致TDS智能干選機的分選效果下降。

3 改造方案

3.1 變頻恒壓供風

1) 在現(xiàn)場安裝485通訊轉(zhuǎn)換模塊,通過光纖完成通訊,將各機組集成控制器與主控制室PLC柜中的通訊模塊聯(lián)接,將現(xiàn)場各空壓機控制器上的數(shù)據(jù)傳輸至集中控制柜中,為讀取數(shù)據(jù)與控制空壓機奠定基礎?？諌簷C集中控制框圖見圖2.

圖2 空壓機集中控制框圖

2) 采集空壓機總管壓力傳感器壓力信號,然后將壓力信號轉(zhuǎn)換成DC4-20ma的電流信號,傳輸?shù)郊锌刂乒裰?該信號是PLC進行編程控制的依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)實際,確定空壓機的高低壓力限制值,最高壓力0.75 MPa,最低壓力0.55 MPa. PLC編程可以實現(xiàn)在后臺完成數(shù)據(jù)的比較與分析,并發(fā)出控制指令。當用風壓力低于0.55 MPa,程序自動檢測3臺空壓機的工作狀態(tài),優(yōu)先啟動低壓風機,高壓風機次之;當用風壓力高于0.75 MPa,程序自動檢測3臺空壓機的工作狀態(tài),優(yōu)先停止高壓風機,低壓風機次之。在風壓控制過程中,變頻器也發(fā)揮了一定的作用。當設備起動超過設定的時間限值或者低于(高于)壓力限定值時,系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提醒。當PLC發(fā)生故障時,空壓機可以恢復就地操作。

3) 利用工控機與PLC控制器的有效聯(lián)接,在上位電腦上模擬出一個完整的畫面,顯示現(xiàn)場各運行參數(shù),將整個網(wǎng)絡的技術參數(shù)綜合起來,實現(xiàn)信息整合與分析,由上位機進行遠程監(jiān)督與控制,完成機組的全面恒壓供風控制。恒壓供風 PLC 程序設計原理框圖見圖3.

圖3 恒壓供風 PLC 程序設計原理框圖

4) 上位軟件IFix直接讀取網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù),實現(xiàn)多地控制室的監(jiān)測與控制,并通過授權決定優(yōu)先級。

5) 啟用458通訊轉(zhuǎn)換模塊,通過網(wǎng)絡技術的靈活應用,將各機組集成控制器與主控制室PLC柜進行有效通訊。能夠結合生產(chǎn)需求,利用傳感器技術采集現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù),通過PLC編程實現(xiàn)控制功能,將3臺空壓機自由組合,并結合變頻技術,形成一個恒壓供風節(jié)能控制系統(tǒng)。

3.2 冷干機、儲氣罐排污方式及配套管路的升級

1) 排污方式升級。為解決人工不能及時對儲氣罐、冷干機排污的問題,在現(xiàn)有冷干機、儲氣罐進氣管路過濾器部位拆除原有的手動球閥,安裝微引流防堵氣動疏閥(見圖4),同時將原壓縮空氣管道所使用的普通焊管整體更換為內(nèi)壁光滑、不易產(chǎn)生鐵銹的浸鋅管,其風阻率更低、風量損耗更小。

圖4 微引流防堵氣動疏閥圖

微引流防堵氣動疏閥與傳統(tǒng)排水器結構不同,內(nèi)裝不銹鋼倒吊桶式浮球排水系統(tǒng),屬于連續(xù)動態(tài)排放,排放流量大,并設有內(nèi)置過濾網(wǎng)和手動排污閥。即通過微量氣體消耗來驅(qū)動排水器,同時可將冷凝液隨時引入排水器并排除,當檢測到排水器內(nèi)部被空氣填滿,水流無法流過時,內(nèi)部感應裝置會打開很小的排氣口把排水器內(nèi)部空氣排出,把水流引入排水器,解決廢水雜質(zhì)排泄不及時的問題。該排水器具有運行無噪音,對安裝位置無要求,排水出口不易堵塞等特點。

2) 更換浸鋅管。將冷干機至TDS智能干選機所使用壓縮空氣管道由原來的普通焊管整體更換為內(nèi)壁光滑,不易產(chǎn)生鐵銹且風阻率更低、風量損耗更小的浸鋅管(原使用的輸氣管路為普通焊管)。

3) 加裝先導氣閥。整體拆除TDS智能干選機現(xiàn)有的因水汽及長期運行等原因已銹蝕嚴重的舊先導氣管路和管件,更換TDS設備內(nèi)部現(xiàn)有的鍍鋅管道為不銹鋼管件,并在高壓風進TDS吹噴電磁閥前的管路增加先導過濾閥。改進后TDS智能干選機高壓風管道系統(tǒng)見圖5.

圖5 改進后TDS智能干選機高壓風管道系統(tǒng)圖

4 經(jīng)濟效益

改造后,TDS智能干選機分選后矸中帶煤率從2022年平均0.69%降到0.40%,按照2022年全年排矸量38萬t計算,多回收原煤1102 t,按照原煤平均返廠價625元/t計算,增加經(jīng)濟效益68.875萬元。同時,2臺TDS智能干選機每月比改造前少更換電磁閥10個,按單個電磁閥4332元計,每年可節(jié)約成本約52萬元。

5 結 語

通過對TDS智能干選機供風系統(tǒng)內(nèi)設備設施的升級改造,提高了壓風機供風效率,降低了電磁閥的損壞率,保證了TDS智能干選機供風環(huán)境的穩(wěn)定性,提高了TDS智能干選機工作效率。壓縮空氣是影響TDS智能干選機分選效果及電磁閥使用壽命的重要因素,在生產(chǎn)過程中必須保證穩(wěn)定的供氣效率及質(zhì)量。