劉占榮 解亞輝 張有東 韓春陽 米豐華 史學(xué)鋒 李偉濤

（國家能源集團烏海能源有限責(zé)任公司）

選煤廠壓濾系統(tǒng)是利用過濾介質(zhì)兩側(cè)產(chǎn)生的壓差實現(xiàn)煤泥料漿的固液分離，并將固體顆粒壓成濾餅經(jīng)輸送機運輸，而壓榨的濾液水則進入洗煤工藝進行循環(huán)利用［1］。公烏素礦洗煤廠的壓濾系統(tǒng)為就地控制，現(xiàn)對其進行重新設(shè)計，建立自動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)自動化、高效安全地生產(chǎn)。

1 公烏素礦壓濾系統(tǒng)介紹

國家能源集團烏海能源公烏素煤業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠（簡稱公烏素礦洗煤廠）為礦井型煉焦煤洗煤廠。老廠于2001年建成，設(shè)計年入洗能力0.60 Mt，采用有壓給料三產(chǎn)品重介旋流器加浮選聯(lián)合工藝流程，直徑24 m的耙式濃縮機2臺，100ZJ-A300型濃縮機底流泵4臺（流量87.6 m3，揚程41.3 m）。

新廠于2003年建成，設(shè)計年入洗能力1.50 Mt，采用兩段兩產(chǎn)品有壓給料重介旋流器作為主洗設(shè)備，濃縮機2臺，底流泵2臺（流量220 m3，揚程34 m），壓濾入料桶1個（體積約80 m3），刮板機5臺，皮帶機3臺（帶寬0.8 m，帶長21 m），快開壓濾機3臺。

老廠、新廠的設(shè)備均為就地控制，由操作人員值守，整個操作步驟繁瑣，需要10個人的緊密配合，共需要發(fā)送和接受指令20次，稍有不慎就會出現(xiàn)料筒溢流、皮帶堵壓等事故，對安全生產(chǎn)造成不利影響。其中，指令系統(tǒng)中快開壓濾機處居中位置，在根據(jù)壓濾機的工作狀態(tài)給其他各崗位發(fā)送指令時，有一定延誤，隱患眾多。

為解決壓濾系統(tǒng)存在的自動化程度低、人員勞動強度大、操作人員多、安全管理難度大等問題，在選煤廠基于DCS控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對壓濾系統(tǒng)進行重新設(shè)計實現(xiàn)自動控制，提升洗選效率［2］，并加入安全設(shè)計，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2 壓濾系統(tǒng)自動化技術(shù)現(xiàn)狀

近年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步與多元應(yīng)用，選煤廠壓濾系統(tǒng)自動化、智能化成為趨勢［3］。新建成投產(chǎn)的選煤廠對煤泥水處理系統(tǒng)的自動化程度有了很大的提高，基本實現(xiàn)了操作自動化，安全高效且經(jīng)濟。

壓濾系統(tǒng)自動化技術(shù)是以壓濾機為核心，將入料泵、皮帶、刮板、打料泵等周邊設(shè)備納入到集控系統(tǒng)中，依據(jù)逆煤流的方向進行啟車閉鎖控制，順煤流方向進行停車閉鎖控制。

在往入料桶打料的過程中，以入料桶液位為基準(zhǔn)，自動控制底流泵（打料泵）的起停及運行；在壓濾機入料過程中，以壓濾機入料信號及入料完成信號為基準(zhǔn)，自動控制入料泵的起停及運行；在壓濾機卸料過程中，以壓濾機卸料信號為基準(zhǔn)，自動控制刮板、皮帶的起停及運行［4］。在整個操作過程中，各個環(huán)節(jié)都有閉鎖，上一個環(huán)節(jié)完成，下一個環(huán)節(jié)自動運行，替代原有各環(huán)節(jié)之間的人為操作和值守，實現(xiàn)減人提效的目的［5］。

3 壓濾系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的建立

3.1 壓濾系統(tǒng)存在的問題及改進措施

原有壓濾系統(tǒng)除自動化程度不高外，設(shè)備也存在較多的問題，開發(fā)新的壓濾自動控制系統(tǒng)前，需先解決這些問題。經(jīng)現(xiàn)場逐一排查，公烏素礦洗煤廠原壓濾系統(tǒng)存在的主要問題及改進措施如下。

（1）壓濾入料桶液位計顯示不準(zhǔn)，需對壓力變送器進行重新標(biāo)定。

（2）壓濾機入料時，濾液水不能及時排出，溢流到下料槽中，流到壓濾機下的皮帶上，皮帶上的水不能及時卸下，會直接進入煤泥堆。該問題需延長濾板上的濾液排出管，加高濾液槽高度，適當(dāng)延時，待皮帶上的水流盡后再啟動皮帶；在條件允許的情況下，啟動皮帶運送煤泥前使皮帶倒轉(zhuǎn)并在尾部清掃。

（3）快開壓濾機壓榨階段無法控制壓榨時間，導(dǎo)致脫水效果不好，壓濾煤泥水分過大。該問題需要壓濾機入料泵在流量減小到最小且壓力最大時進入壓榨階段，直至濾板流出濾液減小到很小時壓榨階段結(jié)束，一般壓濾機單機自動化采用延時的方法來實現(xiàn)壓榨階段結(jié)束判斷。此次，采用在濾液處加裝儀表來判斷濾液已流盡并結(jié)合延時的方式控制壓榨時間。

（4）壓濾機卸料時，物料未均勻處理，瞬間流量過大，皮帶撒料嚴重，堵壓刮板。該問題需要在排料槽中加裝鋼板條來切割濾餅，同時協(xié)調(diào)多臺壓濾機順序工作，錯時卸料，避開同時卸料，減少瞬間流量。

（5）由于煤泥黏度較大，皮帶機頭堵溜槽。該問題需要改造皮帶機頭溜槽，角度要求在80度以上，并在其中加裝高分子板減少摩擦力，在部分位置加裝振動器。

（6）壓濾系統(tǒng)設(shè)備之間缺少閉鎖，誤操作率較高。該問題需要利用集控系統(tǒng)DCS，編程解決。

（7）由于人員操作問題，底流泵斷續(xù)供料時，由于煤泥沉淀時間長而出現(xiàn)管路堵塞、電動機頻繁過載的問題。底流泵停機時間過長時，應(yīng)打開沖洗水管對管道和泵反沖洗，解決管路和泵堵塞的問題。當(dāng)電機電流過大時，可判斷泵出現(xiàn)堵塞，可自動啟動反沖洗。

（8）快開壓濾機工作過程中信號檢測誤報。該問題需要對系統(tǒng)中各項信號儀表進行調(diào)校，并使用調(diào)整安裝位置等方法逐步解決信號誤報問題。

3.2 壓濾自動控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

解決壓濾系統(tǒng)中存在的問題時，對壓濾自動控制系統(tǒng)的軟硬件同時進行設(shè)計。首先分析現(xiàn)場情況，制定設(shè)備閉鎖關(guān)系和信號采集方案，并依據(jù)此方案和現(xiàn)場的安全要求、工藝流程等畫出流程圖；其次依據(jù)流程圖做出I/O地址分配表和硬件配置圖；再次根據(jù)程序的IO點分配以及現(xiàn)場硬件的要求，畫出電氣圖（電氣原理圖、接線圖和安裝圖）；最后開發(fā)、編寫PLC控制程序和上位機顯示、操控、控制程序，程序編制完成后，對其進行梳理、優(yōu)化、校驗，發(fā)現(xiàn)問題及時改正，以提高程序執(zhí)行時的穩(wěn)定性和可靠性，確保系統(tǒng)正常運行。

按照制定的方案，對壓濾系統(tǒng)各設(shè)備電控裝置的內(nèi)部元件和硬接線進行改造，將現(xiàn)場的各種控制信號、保護信號及運行信號接入DCS集中控制系統(tǒng)中，對新增的設(shè)備、元器件進行安裝、調(diào)試，硬件全部正常后，將經(jīng)過調(diào)試正確的程序下載到DCS中，將經(jīng)過調(diào)試正確的上位機程序裝入控制計算機中，進行聯(lián)合調(diào)試和試運轉(zhuǎn)。確認軟硬件均正常后，正式投入使用。

（1）安裝檢測傳感器。在濃縮底流儲料桶安裝1臺PMC133型液位計，用于實時監(jiān)測儲料桶液位，為入料泵啟停提供信號；安裝雙光柱顯示儀1臺，并將其液位信號傳輸?shù)郊厣衔粰C，實現(xiàn)儲料桶液位遠程、就地雙向觀測，對液位上下限根據(jù)實際情況進行設(shè)置，取其參數(shù)值作為打料泵自動運行條件，保證儲料桶的液位持續(xù)穩(wěn)定。檢測傳感器安裝示意見圖1。

（2）在上位機進行畫面繪制、畫面組態(tài)、程序編程，并進行設(shè)備關(guān)聯(lián)。對刮板輸送機控制系統(tǒng)、外射皮帶輸送機控制系統(tǒng)、接續(xù)刮板輸送機控制系統(tǒng)、壓濾機入料泵控制系統(tǒng)、煤泥水打料泵控制系統(tǒng)、煤泥水濃縮機控制系統(tǒng)進行編程。濃縮系統(tǒng)示意見圖2。

（3）接入自動化運行所需的各項現(xiàn)場信號。壓濾機安裝信號繼電器，DCS控制板接入壓濾機卸料、報警、入料、集中/就地、預(yù)警、輸送機運行、入料泵運行等需要的信號，根據(jù)實際情況設(shè)置集中自動運行狀態(tài)下的各項初參數(shù)。

（4）投入設(shè)備，試運行。對壓濾機從煤泥水大料系統(tǒng)、入料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)分系統(tǒng)試運行。根據(jù)實際運行中存在的各項問題進行程序修改、參數(shù)修改，保證各系統(tǒng)運行無誤，最后進行整體銜接大循環(huán)試運行、最后銜接參數(shù)修改，保證壓濾機整體自動化運行正常，達到無人值守的目的。

圖 2 濃縮系統(tǒng)

3.3 壓濾系統(tǒng)報警、提示的構(gòu)建

壓濾系統(tǒng)的自動控制實現(xiàn)后，壓濾區(qū)域內(nèi)基本無人值守，存在出入?yún)^(qū)域的人員無法預(yù)判設(shè)備的起停狀態(tài)、集中控制人員無法監(jiān)看設(shè)備實際運行狀況及是否有人進入等問題，因此，還需要設(shè)計、開發(fā)1個由集中控制系統(tǒng)自動發(fā)出提示或預(yù)警信號的程序，以實現(xiàn)壓濾系統(tǒng)各工作區(qū)域內(nèi)語音或聲光報警、提示，達到設(shè)備起動、停止、運行時有提示信號；設(shè)計增加溫度、煙霧等傳感器，實現(xiàn)出現(xiàn)問題，隨即報警的功能。

4 經(jīng)濟效益

（1）實現(xiàn)了減人提效的目的。自動控制系統(tǒng)未投入使用前，每班工作人員12人，經(jīng)全員競聘，減人提效后，每班工作人員至少8人；投入使用后，每班工作人員2人，共減員24人，按每人工資12萬元/a計算，每年節(jié)省工資支出約288萬元。

（2）實現(xiàn)了設(shè)備集中控制的目的。由于設(shè)備集中控制，大大縮短了設(shè)備的空運轉(zhuǎn)時間，按每天平均減少空運轉(zhuǎn)4 h，每度電0.5元計算，每年可減少電費支出約10.23萬元。同時減少了設(shè)備的磨損，降低了材耗?，F(xiàn)壓濾系統(tǒng)每月使用的材料費約5萬元，每天設(shè)備運行按16 h計算，每年可節(jié)約材料費約15萬元。綜上所述，每年可節(jié)約成本約313.23萬元。

5 結(jié) 語

通過對公烏素礦洗煤廠老廠、新廠壓濾系統(tǒng)狀況地分析，系統(tǒng)地找出了壓濾系統(tǒng)存在的問題并加以解決。同時，對壓濾自動控制系統(tǒng)的軟硬件進行設(shè)計及改造，確認軟硬件均正常后投入使用，并在常規(guī)改造外增加報警提示以實現(xiàn)安全。通過此次設(shè)計改造，實現(xiàn)了提效減人，安全生產(chǎn)，并極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。