單 勇，蘇懷東，馮 永，朱守其，曲吟源

(棗礦集團 高莊煤業(yè)公司，山東 棗莊 277000)

尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)在高莊選煤廠的應用

單 勇，蘇懷東，馮 永，朱守其，曲吟源

(棗礦集團 高莊煤業(yè)公司，山東 棗莊 277000)

為了解決高莊選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)存在的現(xiàn)實問題，在引入模糊控制、液位控制等方法的基礎(chǔ)上，采用PLC控制、網(wǎng)絡通訊、傳感器等技術(shù)，構(gòu)建了尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)。生產(chǎn)實踐表明：該系統(tǒng)投入應用后,運行穩(wěn)定可靠，控制效果良好，易于保養(yǎng)維護，對于提高煤泥水處理系統(tǒng)的工作效率有著重要作用。

尾煤；濃縮壓濾；聯(lián)機自動化；系統(tǒng)功能

高莊選煤廠是一座核定洗選能力為3.30 Mt/a的礦井型煉焦選煤廠，原煤以預先脫泥方式入選，洗選工藝為無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、TBS干擾床分選機分選、浮選的聯(lián)合工藝。該廠煤泥水采用兩段濃縮兩段回收工藝處理，濃縮澄清系統(tǒng)布置有1臺NG-20型、1臺NG-30型、3臺NG-24型耙式濃縮機，其中NG-20型、NG-30型與NG-24型耙式濃縮機在東西“兩極”布置，跨度約為400 m；此外，壓濾回收系統(tǒng)配套布置有4臺壓濾面積250 m2、3臺壓濾面積450 m2的高效隔膜壓濾機。

在實際生產(chǎn)過程中，由于煤泥水濃縮系統(tǒng)布置分散，在現(xiàn)場原生產(chǎn)條件下難以實現(xiàn)科學調(diào)水與補排水；濃縮機和壓濾機數(shù)量多，但處理能力小，彼此運行無邏輯聯(lián)系，導致煤泥水處理系統(tǒng)難以平衡；雙系統(tǒng)同時運行時，煤泥水系統(tǒng)聯(lián)系緊密，彼此補排水而水量難于控制，缺少定量或定性約束；煤泥水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，人工控制變量多，導致系統(tǒng)整體混亂，濃縮系統(tǒng)處理效率低。

為此，該選煤廠轉(zhuǎn)變就某一環(huán)節(jié)工藝進行專項研究的思維模式，引入模糊控制、液位控制等方法，采用PLC控制、網(wǎng)絡通訊、傳感器等技術(shù)，構(gòu)建了尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)，以實現(xiàn)模擬量的自動采集與控制，達到煤泥水處理工藝、煤泥水沉降特性與生產(chǎn)過程洗水平衡的完美結(jié)合[1-3]。

1 濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)的構(gòu)建

硬件系統(tǒng)以Schneider的QUANTUM系列PLC和工業(yè)上位機作為核心，由控制器(或回路調(diào)節(jié)器)與檢測儀表等共同組成。軟件系統(tǒng)由層次化、模塊化的應用軟件和局部通信網(wǎng)絡組成。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡分為三層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場管理層、過程管理層、監(jiān)控管理層。現(xiàn)場管理層主要用于完成煤泥水處理系統(tǒng)的濃度、液位、壓力等信號的采集，并將其通訊至PLC站；過程管理層通過PCL完成對各類開關(guān)量信號、模擬量信號、保護信號的調(diào)控處理；監(jiān)控管理層配置有工程師站和操作員站，操作系統(tǒng)選用Windows XP，監(jiān)控軟件采用IFIX 4.0，工程師站用于對PLC程序進行監(jiān)視與修改等相關(guān)操作，操作員站用于監(jiān)控設(shè)備的運行情況。監(jiān)控管理層與過程管理層之間采用冗余光環(huán)以太網(wǎng)通訊，PLC與分布式I/O(DIO)站通過RIO通訊網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)互換[4-7]。該系統(tǒng)的硬件配置與系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能

2.1 閥門自動切換

煤泥水在濃縮機內(nèi)經(jīng)加藥沉降處理后，底流可以通過兩個途徑處理：①進入4臺壓濾面積為250 m2的壓濾系統(tǒng)，經(jīng)其處理后產(chǎn)出煤泥，同時回收濾液；②進入3臺壓濾面積為450 m2的壓濾系統(tǒng)，經(jīng)其處理后產(chǎn)出煤泥并回收濾液。經(jīng)研究分析后，在入料管道上安裝遠程控制閥門，利用PLC設(shè)定入料優(yōu)先級，通過對脫水設(shè)備入料穩(wěn)流桶的液位監(jiān)測進行函數(shù)計算，進而自動排列閥門開啟順序，以完成入料過程控制。壓濾脫水系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖2所示。

圖1 硬件配置與系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

圖2 壓濾脫水系統(tǒng)監(jiān)控圖

2.2 自動優(yōu)先處理高濃度底流

采用濁度計實時監(jiān)測各濃縮機的底流濃度，通過分析比較計算，排列底流入料順序。在各入料穩(wěn)流桶的液位到達閥值時，通過聯(lián)動控制，實現(xiàn)濃度較高的底流對應的入料管道閥門自動打開，入料泵自動報警并運行，從而完成穩(wěn)流桶的進料[8]。壓濾脫水系統(tǒng)底流運行監(jiān)控圖如圖3所示。

圖3 壓濾脫水系統(tǒng)底流運行監(jiān)控圖

2.3 運輸設(shè)備“謙讓”運行

由于7臺壓濾機處理的煤泥都通過運輸機運送至煤泥場，當多臺壓濾機同時卸料時容易引起設(shè)備負荷過載，進而出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。為此，通過各壓濾機控制CPU之間的通訊聯(lián)系，實現(xiàn)聯(lián)動控制編程，確保當壓濾機卸料數(shù)量大于設(shè)定閥值時，后續(xù)設(shè)備暫停卸料，直至前一個壓濾機完成卸料動作(圖4)?！爸t讓”運行的設(shè)計與應用，能夠有效規(guī)避設(shè)備運行風險[9]。

圖4 運輸機聯(lián)機監(jiān)控圖

2.4 壓濾機入料自動控制

首先，由控制系統(tǒng)采集入料桶的液位信號，據(jù)此控制濃縮機底流泵的啟停動作；其次，采集壓濾系統(tǒng)運行信號，據(jù)此液位信號共同控制多臺壓濾機入料泵的啟動(圖5)；在壓濾機入料過程中，隨著入料量的增大，入料壓力增加，瞬時流量變小，控制系統(tǒng)亦采集入料流量信號，用以控制多臺壓濾機入料泵的啟停(圖6)[10]。

2.5 設(shè)備多級操作權(quán)限分配

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建立了設(shè)備檢試車、就地、集控三級操作權(quán)限。在試車狀態(tài)下，由操作人員在現(xiàn)場操作單臺設(shè)備，自身保護通過控制二次回路起作用，設(shè)備之間沒有互鎖功能。在就地狀態(tài)下，由操作人員在現(xiàn)場操作單臺設(shè)備，自身保護通過PLC計算結(jié)果起作用，設(shè)備之間具有互鎖功能。在集控狀態(tài)下，由操作人員在調(diào)度室統(tǒng)一控制單臺設(shè)備，自身保護通過PLC計算結(jié)果起作用，設(shè)備之間具有互鎖功能。

圖5 濃縮機底流泵和壓濾機入料泵的選擇控制圖

圖6 流量和時間參數(shù)監(jiān)測圖

3 應用效果

3.1 設(shè)備濃縮效果

在生產(chǎn)系統(tǒng)運行正常后，采集樣品并檢測其指標，對比分析尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)應用前后濃縮機的運行情況，結(jié)果見表1。

表1 尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)應用前后濃縮機的運行情況

由表1可知：該系統(tǒng)投入應用后，煤泥能夠在各濃縮池內(nèi)得到有效沉淀，洗水、噴水濃度降低，洗水濃度可以控制在15 g/L左右，濃縮效率提高約25個百分點，底流固體回收率提高約30個百分點。

3.2 設(shè)備壓濾效果

尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)應用前后的壓濾機運行情況見表2。由表2可知：在入料濃度和產(chǎn)品質(zhì)量基本不變的情況下，系統(tǒng)運行效率大大提高，且可以節(jié)約更多人力資源和人工成本。

表2 尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)應用前后壓濾機的運行情況

4 結(jié)語

高莊選煤廠尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)投入運行后，濃縮壓濾系統(tǒng)運行效率大幅提高，工人勞動強度大大降低，實現(xiàn)了減員增效的目標。濃縮效率提高后，聚丙烯酰胺用量減少約45 kg/d，每年可以減少藥劑用量14.85 t，藥劑價格按照8 500元/t計算，每年可以節(jié)約藥劑成本11.88萬元；在崗位工人數(shù)量減少，按照酬薪6萬元/人計算，每年可以節(jié)約人工成本18萬元；由于煤泥水系統(tǒng)故障臺時減少0.5 h/d，每年可以多洗選原煤10.30萬t，按照噸煤利潤10元計算，每年可以創(chuàng)收103萬元，直接經(jīng)濟效益顯著。

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Application of the tailings thickening-pressure filtration on-line automation system at Gaozhuang Coal Washery

SHAN Yong, SU Huai-dong, FENG Yong, ZHU Shou-qi, QU Yin-yuan

(Gaozhuang Coal Co., Ltd., Zaozhuang Mining Group, Zaozhuang 277000, Shandong, China)

In order to solve the problems confronted by the washery in the operation of its slurry water treatment system, a tailings thickening-pressure filtration on-line automation system is developed through introducing fuzzy control and liquid level control methods and the application of such technologies as PLC control, network communications and sensor-based control system. Filed application shows that the system can work normally and reliably with a remarked control performance, and is easy to maintain, playing an important role for the enhancement of the working efficiency of the slurry water treatment system.

tailings; thickening-pressure filtration; on-line aotumation; system function

1001-3571(2016)04-0067-04

TD948.9

B

2016-05-12

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.018

單 勇(1976—),男,山東省棗莊市人,工程師,從事選煤技術(shù)管理工作。

E-mail:sy4068950@163.com Tel: 15318436568

單 勇，蘇懷東，馮 永，等. 尾煤濃縮壓濾聯(lián)機自動化系統(tǒng)在高莊選煤廠的應用[J]. 選煤技術(shù),2016(4):67-70.