康 凱

(山西焦煤 西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)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(jī)替代人工手選,提升了排矸效率。近年來(lái)TDS智能干選機(jī)分選效果達(dá)不到預(yù)期要求,主要是現(xiàn)有供風(fēng)系統(tǒng)不能維持持續(xù)供應(yīng)和動(dòng)態(tài)平衡,導(dǎo)致進(jìn)行吹噴動(dòng)作的電磁閥大量損壞,材料、配件及維保費(fèi)用大幅增加,嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。因此,急需對(duì)TDS智能干選機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)。

1 TDS智能干選機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)

TDS智能干選機(jī)主要是通過(guò)煤與矸石對(duì)X射線吸收能力的不同來(lái)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(dāng)煤與矸石通過(guò)X射線裝置時(shí),由于煤與矸石所含元素不同,其對(duì)輻射的吸收量不同,矸石吸收能力強(qiáng)而煤的吸收能力弱,探測(cè)器根據(jù)接受到的射線強(qiáng)弱,建立針對(duì)不同煤質(zhì)特征相適應(yīng)的分析模型,通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,對(duì)煤與矸石的元素、位置等進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別,最終通過(guò)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(shí)別、執(zhí)行等主要系統(tǒng),以及供風(fēng)、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(fēng)系統(tǒng),主要包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、冷干機(jī)等設(shè)備。其中空氣壓縮機(jī)3臺(tái),1臺(tái)為阿特拉斯高壓空氣壓縮機(jī),功率280 kW,供風(fēng)能力50 m3/min,2臺(tái)為低壓空氣壓縮機(jī),功率250 kW,供風(fēng)能力40 m3/min;儲(chǔ)氣罐兩個(gè),總?cè)莘e50 m3; 冷干機(jī)3臺(tái),總處理能力160 m3/min. TDS智能干選機(jī)供風(fēng)示意圖見圖1.

圖1 TDS智能干選機(jī)供風(fēng)示意圖

2 存在問(wèn)題

1) 供風(fēng)壓力不穩(wěn),供風(fēng)量不足。

礦井煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,開采的各工作面煤質(zhì)差別大,生產(chǎn)過(guò)程中煤與矸石的比例變化無(wú)據(jù)可循,經(jīng)常出現(xiàn)大塊矸石、雜物和水煤等,導(dǎo)致TDS智能干選機(jī)在分選過(guò)程中所需風(fēng)量發(fā)生較大波動(dòng)。在礦井工作面煤質(zhì)正常的情況下,TDS智能干選機(jī)只需開1臺(tái)高壓空氣壓縮機(jī)即可,但是在設(shè)備所需風(fēng)量發(fā)生波動(dòng)時(shí),需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空壓機(jī)壓力數(shù)值,在低于或高于風(fēng)壓范圍時(shí),對(duì)2臺(tái)低壓空氣壓縮機(jī)進(jìn)行開停操作,從而維持設(shè)備所需風(fēng)壓(TDS運(yùn)行所需風(fēng)壓為0.55～0.75 MPa). 雖然每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)均具有獨(dú)立的集成控制器,可以獨(dú)立操控(現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制),但由于人工觀察壓力數(shù)值和手動(dòng)啟停空壓機(jī)存在誤差及時(shí)間間隔,達(dá)不到連續(xù)供風(fēng)需求,造成供風(fēng)壓力不穩(wěn),導(dǎo)致TDS智能干選機(jī)分選過(guò)程中的不穩(wěn)定性,運(yùn)行得不到保障。而且人工操作容易造成每臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間不平衡、設(shè)備磨損老化等問(wèn)題,降低了設(shè)備的使用壽命。

2) 供風(fēng)質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。

TDS智能干選機(jī)由于精密程度較高,尤其是吹噴系統(tǒng)中關(guān)鍵部件吹噴電磁閥,其工作所需的高壓風(fēng)必須是經(jīng)冷干機(jī)處理后溫度低、雜質(zhì)少且干燥的高壓風(fēng),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(fēng)(高壓風(fēng)是達(dá)到露點(diǎn)的濕空氣),隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),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(huì)脫落進(jìn)入冷干機(jī),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(lái)越小,阻力越來(lái)越大,冷干機(jī)壓力損失過(guò)大,導(dǎo)致流量與壓力均會(huì)有一定程度降低,造成能量損失。雖然冷干機(jī)及其配套儲(chǔ)氣罐設(shè)置有排污,但是改造初期排污方式為人工手動(dòng)排污,不僅增加勞動(dòng)強(qiáng)度,而且排污不及時(shí)易造成TDS智能干選機(jī)噴咀堵塞,電磁閥大量損壞的同時(shí)一方面增加冷干機(jī)運(yùn)行負(fù)荷,另一方面不同程度地影響供給TDS智能干選機(jī)的高壓風(fēng)純度,進(jìn)而影響TDS智能干選機(jī)的供風(fēng)質(zhì)量,導(dǎo)致TDS智能干選機(jī)的分選效果下降。

3 改造方案

3.1 變頻恒壓供風(fēng)

1) 在現(xiàn)場(chǎng)安裝485通訊轉(zhuǎn)換模塊,通過(guò)光纖完成通訊,將各機(jī)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(chǎng)各空壓機(jī)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(jī)奠定基礎(chǔ)?？諌簷C(jī)集中控制框圖見圖2.

圖2 空壓機(jī)集中控制框圖

2) 采集空壓機(jī)總管壓力傳感器壓力信號(hào),然后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成DC4-20ma的電流信號(hào),傳輸?shù)郊锌刂乒裰?該信號(hào)是PLC進(jìn)行編程控制的依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際,確定空壓機(jī)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(shí)現(xiàn)在后臺(tái)完成數(shù)據(jù)的比較與分析,并發(fā)出控制指令。當(dāng)用風(fēng)壓力低于0.55 MPa,程序自動(dòng)檢測(cè)3臺(tái)空壓機(jī)的工作狀態(tài),優(yōu)先啟動(dòng)低壓風(fēng)機(jī),高壓風(fēng)機(jī)次之;當(dāng)用風(fēng)壓力高于0.75 MPa,程序自動(dòng)檢測(cè)3臺(tái)空壓機(jī)的工作狀態(tài),優(yōu)先停止高壓風(fēng)機(jī),低壓風(fēng)機(jī)次之。在風(fēng)壓控制過(guò)程中,變頻器也發(fā)揮了一定的作用。當(dāng)設(shè)備起動(dòng)超過(guò)設(shè)定的時(shí)間限值或者低于(高于)壓力限定值時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提醒。當(dāng)PLC發(fā)生故障時(shí),空壓機(jī)可以恢復(fù)就地操作。

3) 利用工控機(jī)與PLC控制器的有效聯(lián)接,在上位電腦上模擬出一個(gè)完整的畫面,顯示現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)行參數(shù),將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)參數(shù)綜合起來(lái),實(shí)現(xiàn)信息整合與分析,由上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督與控制,完成機(jī)組的全面恒壓供風(fēng)控制。恒壓供風(fēng) PLC 程序設(shè)計(jì)原理框圖見圖3.

圖3 恒壓供風(fēng) PLC 程序設(shè)計(jì)原理框圖

4) 上位軟件IFix直接讀取網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)多地控制室的監(jiān)測(cè)與控制,并通過(guò)授權(quán)決定優(yōu)先級(jí)。

5) 啟用458通訊轉(zhuǎn)換模塊,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的靈活應(yīng)用,將各機(jī)組集成控制器與主控制室PLC柜進(jìn)行有效通訊。能夠結(jié)合生產(chǎn)需求,利用傳感器技術(shù)采集現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)據(jù),通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)控制功能,將3臺(tái)空壓機(jī)自由組合,并結(jié)合變頻技術(shù),形成一個(gè)恒壓供風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)。

3.2 冷干機(jī)、儲(chǔ)氣罐排污方式及配套管路的升級(jí)

1) 排污方式升級(jí)。為解決人工不能及時(shí)對(duì)儲(chǔ)氣罐、冷干機(jī)排污的問(wèn)題,在現(xiàn)有冷干機(jī)、儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣管路過(guò)濾器部位拆除原有的手動(dòng)球閥,安裝微引流防堵氣動(dòng)疏閥(見圖4),同時(shí)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(fēng)阻率更低、風(fēng)量損耗更小。

圖4 微引流防堵氣動(dòng)疏閥圖

微引流防堵氣動(dòng)疏閥與傳統(tǒng)排水器結(jié)構(gòu)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(dòng)態(tài)排放,排放流量大,并設(shè)有內(nèi)置過(guò)濾網(wǎng)和手動(dòng)排污閥。即通過(guò)微量氣體消耗來(lái)驅(qū)動(dòng)排水器,同時(shí)可將冷凝液隨時(shí)引入排水器并排除,當(dāng)檢測(cè)到排水器內(nèi)部被空氣填滿,水流無(wú)法流過(guò)時(shí),內(nèi)部感應(yīng)裝置會(huì)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(shí)的問(wèn)題。該排水器具有運(yùn)行無(wú)噪音,對(duì)安裝位置無(wú)要求,排水出口不易堵塞等特點(diǎn)。

2) 更換浸鋅管。將冷干機(jī)至TDS智能干選機(jī)所使用壓縮空氣管道由原來(lái)的普通焊管整體更換為內(nèi)壁光滑,不易產(chǎn)生鐵銹且風(fēng)阻率更低、風(fēng)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(dǎo)氣閥。整體拆除TDS智能干選機(jī)現(xiàn)有的因水汽及長(zhǎng)期運(yùn)行等原因已銹蝕嚴(yán)重的舊先導(dǎo)氣管路和管件,更換TDS設(shè)備內(nèi)部現(xiàn)有的鍍鋅管道為不銹鋼管件,并在高壓風(fēng)進(jìn)TDS吹噴電磁閥前的管路增加先導(dǎo)過(guò)濾閥。改進(jìn)后TDS智能干選機(jī)高壓風(fēng)管道系統(tǒng)見圖5.

圖5 改進(jìn)后TDS智能干選機(jī)高壓風(fēng)管道系統(tǒng)圖

4 經(jīng)濟(jì)效益

改造后,TDS智能干選機(jī)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(wàn)t計(jì)算,多回收原煤1102 t,按照原煤平均返廠價(jià)625元/t計(jì)算,增加經(jīng)濟(jì)效益68.875萬(wàn)元。同時(shí),2臺(tái)TDS智能干選機(jī)每月比改造前少更換電磁閥10個(gè),按單個(gè)電磁閥4332元計(jì),每年可節(jié)約成本約52萬(wàn)元。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)TDS智能干選機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備設(shè)施的升級(jí)改造,提高了壓風(fēng)機(jī)供風(fēng)效率,降低了電磁閥的損壞率,保證了TDS智能干選機(jī)供風(fēng)環(huán)境的穩(wěn)定性,提高了TDS智能干選機(jī)工作效率。壓縮空氣是影響TDS智能干選機(jī)分選效果及電磁閥使用壽命的重要因素,在生產(chǎn)過(guò)程中必須保證穩(wěn)定的供氣效率及質(zhì)量。