GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)升級(jí)改造研究

王冠博

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山西 太原 030006）

1 GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)工作原理和存在的問(wèn)題

1.1 工作原理

GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)屬于圓盤(pán)式加壓過(guò)濾機(jī)。圓盤(pán)式加壓過(guò)濾機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工序主要包含以下過(guò)程：過(guò)濾、干燥、反吹、卸料。

加壓過(guò)濾過(guò)程：入料泵將末精煤懸浮液給入過(guò)濾倉(cāng)，懸浮液的40%～50%浸沒(méi)過(guò)濾盤(pán)，將過(guò)壓縮空氣充入加壓倉(cāng)內(nèi)，使氣水分離機(jī)與濾盤(pán)之間形成壓力差，液體透過(guò)濾扇依次流過(guò)濾管、分配閥再排出過(guò)濾機(jī)，煤塊和其他大塊的固體會(huì)截留在濾盤(pán)上，形成一整塊含水量較高的濾餅。

干燥脫水過(guò)程：濾盤(pán)在啟動(dòng)后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖1所示，裝載著濾餅的濾扇逐漸轉(zhuǎn)出液面，加壓室內(nèi)的壓縮空氣和過(guò)熱蒸汽作用于濾餅，氣體通過(guò)置換作用將液體從原來(lái)的空間擠出，被擠出的混合液體透過(guò)濾扇從濾管中流出。

圖1 加壓過(guò)濾原理圖

卸料過(guò)程：經(jīng)過(guò)干燥的濾餅被反吹風(fēng)吹下，落在刮板輸送機(jī)上，當(dāng)濾餅質(zhì)量達(dá)到一定量時(shí)，操作密封排料器的閘板上下開(kāi)合，將濾餅運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)工序中，緊接著濾盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下一個(gè)工作的循環(huán)[1-2]。

1.2 存在的問(wèn)題

整個(gè)加壓過(guò)濾的過(guò)程中，濾盤(pán)一直處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)中。由上述加壓過(guò)濾機(jī)的工作原理可知，濾盤(pán)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了一個(gè)加壓過(guò)濾工序的周期和速率。為GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)濾盤(pán)提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力的是加壓過(guò)濾機(jī)的主軸，所以加壓過(guò)濾機(jī)的工作周期最終是由主軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的。傳統(tǒng)的GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)的主軸是根據(jù)選煤廠(chǎng)的實(shí)際工藝流程選擇電機(jī)的，其電機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，這樣做的好處是降低了成本。但是，隨著時(shí)代的發(fā)展，固定轉(zhuǎn)速的主軸逐漸暴露了它存在的問(wèn)題[3]。突出的問(wèn)題如下：

1）由于主軸電機(jī)是固定的，所以當(dāng)選煤廠(chǎng)的產(chǎn)能改變或者工藝改變時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速將無(wú)法匹配加壓過(guò)濾的工序需要，使得選煤廠(chǎng)必須更換電機(jī)來(lái)匹配工藝。

2）選煤工藝的特點(diǎn)決定了煤泥水的量不是固定的，而固定轉(zhuǎn)速的電機(jī)速度是按照最大煤泥水量設(shè)計(jì)的，這就使得加壓過(guò)濾機(jī)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不是滿(mǎn)載的，既浪費(fèi)了資源，又因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間大功率工作使得設(shè)備的故障率升高，影響設(shè)備的穩(wěn)定性，同時(shí)消耗了大量電能。

3）傳統(tǒng)的GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要操作員全程緊盯設(shè)備的各個(gè)儀表，工作強(qiáng)度大，易出錯(cuò)，短時(shí)的峰值經(jīng)常引起設(shè)備報(bào)警，導(dǎo)致容錯(cuò)率降低[4]。

2 GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)改造

2.1 硬件改造

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加壓過(guò)濾機(jī)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，其主軸的功率為11 kW，處理能力為60 t/h，功率和處理能力的設(shè)定是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)最大煤泥水的量。所以是由主軸電機(jī)直接對(duì)濾盤(pán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣帶來(lái)的問(wèn)題是無(wú)法根據(jù)煤泥水的量來(lái)改變主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為了改變這種現(xiàn)狀需增加變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)[5]。

經(jīng)過(guò)硬件的改造增設(shè)了主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是來(lái)控制電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，其機(jī)理是通過(guò)主軸轉(zhuǎn)速的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)濾機(jī)圓盤(pán)卸料的有效控制，而轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)控制實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中主要包括的元件有執(zhí)行元件濾盤(pán)、加壓過(guò)濾器的電機(jī)、控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變頻器、帶有可編程控制器的控制柜以及上位機(jī)?？刂葡到y(tǒng)需要根據(jù)速度要求對(duì)變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，首先是通過(guò)利用控制柜連接的傳感器對(duì)煤泥水的信息進(jìn)行采集和處理，根據(jù)處理的結(jié)果計(jì)算出主軸電機(jī)需要提供的能量，然后再通過(guò)對(duì)變頻器的控制完成能量的傳遞[6]。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速控制原理圖

在改造之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量，通過(guò)對(duì)硬件設(shè)備的測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)后處理能力由原來(lái)的60 t/h調(diào)整為40～85 t/h，分別對(duì)應(yīng)煤質(zhì)波動(dòng)和工況波動(dòng)條件下的可調(diào)處理量，在保證產(chǎn)品水份的前提下，形成了動(dòng)態(tài)處理能力，適應(yīng)了漳村選煤廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際。

2.2 軟件改造

為了對(duì)主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控，為主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定組態(tài)界面，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)可以方便工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工況條件進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，并且可以通過(guò)組態(tài)的編輯完成硬件設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。主軸調(diào)速系統(tǒng)作為加壓過(guò)濾機(jī)工作過(guò)程中不可或缺的一部分，在界面中設(shè)計(jì)了電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控以及變頻的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制。根據(jù)原理可以得知主軸轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于調(diào)節(jié)處理能力和水分量，所以對(duì)于加壓過(guò)濾過(guò)程涉及到的重要變量和調(diào)整量進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)和分析[7]。

3 改造后調(diào)試運(yùn)行

在確定了加壓過(guò)濾機(jī)能夠自動(dòng)完成所有工序后，開(kāi)始進(jìn)行加壓過(guò)濾機(jī)的正式生產(chǎn)調(diào)試與運(yùn)行。首次運(yùn)行時(shí)，先由給料口少量均勻給入煤泥水，觀(guān)察加壓過(guò)濾機(jī)能否正常工作，過(guò)濾機(jī)內(nèi)是否有異常撞擊聲響，高壓、低壓風(fēng)機(jī)的聲音是否正常，閘板能否正常開(kāi)合，液壓泵工作是否流暢，密封充放氣是否正常，排料口給出的精煤水分含量是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。若在試運(yùn)行60個(gè)周期后，以上部分沒(méi)有出現(xiàn)異常，精煤的水含量也滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，給料口開(kāi)始按照設(shè)計(jì)產(chǎn)能給料，工作人員繼續(xù)進(jìn)行上述觀(guān)察。

改造后的加壓過(guò)濾機(jī)控制系統(tǒng)在漳村礦洗煤廠(chǎng)進(jìn)行了一段時(shí)間的工業(yè)性試運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于主軸調(diào)速系統(tǒng)中所涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理可以得出主軸調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)不同的工況條件來(lái)進(jìn)行主軸電機(jī)的變頻調(diào)速，并且通過(guò)控制柜內(nèi)置的PID算法實(shí)現(xiàn)平滑地進(jìn)行主軸電機(jī)的調(diào)整，并且提高了處理能力的契合度。因?yàn)槟芰康墓┙o是根據(jù)不同的工況條件而設(shè)定的，這樣就會(huì)對(duì)電能的消耗有了一定的節(jié)省，根據(jù)漳村礦變電站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在同一時(shí)間段內(nèi)電能的消耗下降了9.4%。

在集控室內(nèi)對(duì)加壓過(guò)濾機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于惡劣的工作環(huán)境以及復(fù)雜的工況條件通過(guò)集控室的上位機(jī)軟件進(jìn)行顯示和控制，不但減少了安全事故的發(fā)生率，還縮減工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析可以得知，現(xiàn)場(chǎng)的工人由當(dāng)初的3人，減到了目前的1人，對(duì)于集控室的工人增加沒(méi)有變化，而且現(xiàn)場(chǎng)的故障率也下降了3%。從經(jīng)濟(jì)角度講，對(duì)于漳村礦選煤場(chǎng)有了一個(gè)提升。

4 結(jié)論

此次針對(duì)GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)的改造以主軸調(diào)速改造為主，改造過(guò)程中增加了入料口流速傳感器，增加了配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套與之相匹配的PID算法，解決了GPJ-120型加壓過(guò)濾機(jī)自動(dòng)化程度低、容錯(cuò)率低、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了主軸根據(jù)工況的動(dòng)態(tài)調(diào)速，減少了水資源的使用，節(jié)省了電能，降低了成本，保護(hù)了環(huán)境；降低了機(jī)械損耗，降低了故障率，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了精煤回收率；引入了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，降低了員工的工作強(qiáng)度，同時(shí)減少了工作現(xiàn)場(chǎng)的員工數(shù)量，減少了噪聲污染，降低了管理維護(hù)成本，綜合效益顯著提高。

（編輯：張卓婭）