帶式輸送機(jī)智能控制啟機(jī)技術(shù)在哈爾烏素選煤廠的研究應(yīng)用

王新宇

摘 要：帶式輸送機(jī)作為一種散狀物料的運(yùn)輸設(shè)備，具有運(yùn)行效率高、輸送物料多、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在礦井、碼頭和冶金等領(lǐng)域。在煤炭的運(yùn)輸過(guò)程中，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功耗普遍偏高，原因是多級(jí)帶式輸送機(jī)普遍采用逆煤流啟動(dòng)方式，在各級(jí)帶式輸送機(jī)依次啟動(dòng)完畢且穩(wěn)定運(yùn)行后，輸送機(jī)上才能正常上煤。這就極大地增加了帶式輸送機(jī)的空載運(yùn)行時(shí)間，浪費(fèi)了大量的電能，同時(shí)也造成了額外的不必要的機(jī)械磨損，因此，原煤輸送系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)的研究勢(shì)在必行。本文對(duì)哈爾烏素選煤廠物料傳輸設(shè)備即帶式輸送機(jī)的作業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出煤炭傳輸利用的帶式輸送機(jī)由“逆煤流”啟動(dòng)方式向“智能控制”啟機(jī)方式轉(zhuǎn)變的方案[1]，有效縮短了帶式輸送機(jī)的空載運(yùn)行時(shí)間，既能節(jié)約設(shè)備空載電耗，還可以減少設(shè)備零部件等磨損消耗，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);逆煤流啟動(dòng);智能控制;節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0167-03

0引言

帶式輸送機(jī)的發(fā)展使用已有150余年的歷史，它是散狀物料運(yùn)輸?shù)睦硐朐O(shè)備，能以高效率、自動(dòng)化、連續(xù)性的作業(yè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的傳輸。同時(shí)帶式輸送機(jī)具有運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)、運(yùn)輸安全平穩(wěn)、裝卸靈活、運(yùn)輸成本低且對(duì)物料損傷小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛受到眾多行業(yè)的青睞，尤其在采礦、冶金、化工、鑄造、建材、港口、物流等行業(yè)中占有極其重要的地位。

根據(jù)《煤礦用帶式輸送機(jī)技術(shù)條件》[2]要求，輸送機(jī)線中的輸送機(jī)應(yīng)遵循逆物料流輸送方向逐機(jī)啟動(dòng)，順物料流輸送方向延時(shí)逐機(jī)停機(jī)的啟停機(jī)方式，即“逆煤流啟動(dòng)，順煤流停機(jī)”，這也是目前廣泛采用的傳統(tǒng)啟停機(jī)方式。然而在長(zhǎng)期的實(shí)際使用過(guò)程中，這種啟停機(jī)方式對(duì)于由多條輸送機(jī)組成的輸送機(jī)組和長(zhǎng)距離大型輸送機(jī)而言，存在不足之處也顯而易見，表現(xiàn)在對(duì)于一些大型輸送機(jī)從啟動(dòng)至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，即完全啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，綜合考慮輸送機(jī)組由若干條輸送機(jī)組成，那么輸送機(jī)組整體空載運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，使得整個(gè)輸送機(jī)機(jī)組效率低下，間接造成耗電量增加。輸送機(jī)組各輸送機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，也會(huì)額外增加設(shè)備零部件的消耗磨損，使其壽命縮短，如皮帶、托輥等。

因此，隨著帶式輸送機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，當(dāng)前如何對(duì)輸送機(jī)輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化管理，降低系統(tǒng)運(yùn)輸成本，減少設(shè)備磨損消耗，是現(xiàn)代企業(yè)管理的一項(xiàng)重要課題[3]。本文就針對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中存在的不足之處提出了一種智能控制和節(jié)能技術(shù)方案，以達(dá)到節(jié)能和降低設(shè)備消耗的目的[4]。

1哈爾烏素選煤廠概況

哈爾烏素選煤廠是一座設(shè)計(jì)能力為30Mt/a的礦井型動(dòng)力煤選煤廠，是哈爾烏素露天煤礦的配套項(xiàng)目，于2008年建成投產(chǎn)，當(dāng)初設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為生產(chǎn)原煤20Mt/a，2011年通過(guò)擴(kuò)能改造，新增加10Mt/a。哈爾烏素露天煤礦選煤廠隸屬中國(guó)神華能源股份有限公司，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最具活力的呼包鄂經(jīng)濟(jì)圈，地處鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)，蒙、晉、陜交界處，東臨黃河，北距呼和浩特市120公里。開采生產(chǎn)的商品煤屬低硫、特低磷、高灰熔點(diǎn)、較高揮發(fā)份和較高發(fā)熱量的長(zhǎng)焰煤，應(yīng)用基低位發(fā)熱量為4000-5600kcal/kg，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力、氣化及化工用煤，以低污染而聞名，被譽(yù)為“綠色煤炭”。

哈爾烏素選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)按功能分為原煤輸送系統(tǒng)3套、洗選系統(tǒng)6套，裝車系統(tǒng)2套及配套的采制化系統(tǒng)1套，共有200余臺(tái)套主要生產(chǎn)設(shè)備。

2原煤輸送系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

哈爾烏素選煤廠原煤輸送系統(tǒng)主要由破碎站、主運(yùn)帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)、原煤儲(chǔ)存?zhèn)}組成。原煤輸送系統(tǒng)為集中控制系統(tǒng)。現(xiàn)有的運(yùn)輸方式為礦用卡車將原煤卸載至破碎站，經(jīng)過(guò)破碎站二級(jí)破碎成為粒度≤200mm的混合煤料，由帶式輸送機(jī)通過(guò)多級(jí)轉(zhuǎn)載，最終將原煤輸送至原煤儲(chǔ)存?zhèn)}存儲(chǔ)。

原煤輸送系統(tǒng)輸煤設(shè)備的組成是由若干大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)組成，通過(guò)多級(jí)轉(zhuǎn)載的輸送工藝實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸。在輸煤線輸煤過(guò)程中，輸送機(jī)啟機(jī)方式為按以往傳統(tǒng)的“逆煤流”方式逐級(jí)啟機(jī)操作，在下一級(jí)設(shè)備完全啟動(dòng)后，接著啟動(dòng)上一級(jí)設(shè)備，即逆煤流逐級(jí)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)部分動(dòng)力源通過(guò)電機(jī)、軟啟動(dòng)裝置或液力耦合器緩慢啟動(dòng)，啟機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)。這樣就會(huì)造成逐級(jí)啟動(dòng)上一級(jí)設(shè)備過(guò)程中，下一級(jí)設(shè)備一直在空載運(yùn)行，結(jié)果就會(huì)造成設(shè)備空載運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，電能消耗大，生產(chǎn)效率低，因此通過(guò)考慮設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，為了避免在設(shè)備啟機(jī)過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行，減少耗電量和各零部件磨損消耗，本文提出基于額定轉(zhuǎn)速為卡口的智能控制節(jié)能啟停機(jī)技術(shù)，形成“智能控制”啟機(jī)方案。

2.1原煤輸送系統(tǒng)主煤流輸送線路介紹

原煤輸送系統(tǒng)煤流輸送線路簡(jiǎn)圖如圖1所示，原煤1#輸送系統(tǒng)從1#破碎站經(jīng)過(guò)M11、M12、M13、M14帶式輸送機(jī)（以下簡(jiǎn)稱M11、M12、M13、M14）輸送至原煤1、2#儲(chǔ)存?zhèn)};原煤2#輸送系統(tǒng)從2#破碎站經(jīng)過(guò)M21、M22、M23、M24帶式輸送機(jī)（以下簡(jiǎn)稱M21、M22、M23、M24）輸送至原煤3、4#儲(chǔ)存?zhèn)};原煤3#輸送系統(tǒng)從3#破碎站經(jīng)過(guò)M31、M32、M33帶式輸送機(jī)（以下簡(jiǎn)稱M31、M32、M33）輸送至原煤5、6#儲(chǔ)存?zhèn)}。

考慮到煤流輸送系統(tǒng)的靈活性以及根據(jù)不同煤質(zhì)優(yōu)化分級(jí)倉(cāng)儲(chǔ)情況等因素，設(shè)計(jì)時(shí)將M12延長(zhǎng)并跨越至M23，原煤1#輸送系統(tǒng)煤料可以卸載至M23上輸送，通過(guò)M23、M24輸送至原煤3、4#儲(chǔ)存?zhèn)}，如圖1中b點(diǎn)所示;M22在圖1中a點(diǎn)位置設(shè)置了卸料口，原煤2#輸送系統(tǒng)煤料可以卸載至M13上輸送，之后通過(guò)M13、M14輸送至原煤1、2#儲(chǔ)存?zhèn)}。

2.2原煤輸送系統(tǒng)帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

哈爾烏素選煤廠現(xiàn)有三套原煤輸送系統(tǒng)，所包含的11條帶式輸送機(jī)都屬于大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)，而且沿輸煤線路存在有不同程度的坡度，因此為了滿足輸送能力要求，除了M13、M23是2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)外，其余都是3臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力都為3500T/h，運(yùn)行速度都為4.5m/s，均屬于集中控制方式，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.3原煤輸送系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)組成

構(gòu)成原煤輸送系統(tǒng)的設(shè)備除了上述的11條帶式輸送機(jī)外，還包括3套破碎站，破碎站屬于整體成套設(shè)備，各設(shè)備的驅(qū)動(dòng)組成如表2所示。

3帶式輸送機(jī)智能控制方案設(shè)計(jì)

由于原煤3#輸送系統(tǒng)輸送線路由3#破碎站經(jīng)過(guò)M31、M32、M33三條帶式輸送機(jī)至原煤儲(chǔ)存?zhèn)}組成，從設(shè)備組成結(jié)構(gòu)來(lái)看較之1#、2#系統(tǒng)略簡(jiǎn)單，所以首先確定選取3#輸送系統(tǒng)為智能控制研究對(duì)象。

如圖2所示為原煤3#輸送系統(tǒng)逆煤流啟動(dòng)方式簡(jiǎn)圖。開機(jī)時(shí)，首先啟動(dòng)M33，待M33全速運(yùn)行后，接著啟動(dòng)M32，待M32全速運(yùn)行后，再啟動(dòng)M31，待M31全速運(yùn)行后才可以上煤。這種啟機(jī)方式就會(huì)造成M33、M32空轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，那么整個(gè)輸送系統(tǒng)啟機(jī)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

3.1計(jì)算原煤輸送系統(tǒng)單機(jī)啟機(jī)時(shí)間

計(jì)算原煤3#輸送系統(tǒng)各設(shè)備單機(jī)啟機(jī)時(shí)間，從設(shè)備開始啟動(dòng)至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，即完全成功啟動(dòng)時(shí)間，如表3所示。

3.2計(jì)算煤料流經(jīng)各設(shè)備時(shí)間

帶料時(shí)間計(jì)算，根據(jù)表1各輸送機(jī)參數(shù)可知，從原煤3#輸送系統(tǒng)各設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)后開始帶料，待煤料輸送至M33帶式輸送機(jī)結(jié)束，只需計(jì)算M31、M32帶料所需時(shí)間即可。

3.3智能控制啟機(jī)方案設(shè)計(jì)

對(duì)各設(shè)備啟機(jī)時(shí)間做對(duì)比分析，確定M32首先啟動(dòng)，并以M32為參考基準(zhǔn)，接下來(lái)分成以下步驟：

（1）在啟動(dòng)M32后，經(jīng)過(guò)6S給M31一個(gè)啟機(jī)信號(hào)，讓M31開始啟動(dòng);

（2）M31帶式輸送機(jī)得到啟機(jī)指令后，立即給3#破碎站一個(gè)地面連鎖啟機(jī)信號(hào)，通知3#破碎站啟機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);

（3）經(jīng)過(guò)60S破碎站達(dá)到輸送物料條件，此時(shí)M31已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，物料開始在M31上輸送;

（4）物料流經(jīng)M31的時(shí)間為135S，當(dāng)物料輸送到M31機(jī)頭時(shí)M32達(dá)到額定轉(zhuǎn)速;

（5）在啟動(dòng)M32后，經(jīng)過(guò)186S再給M33一個(gè)啟機(jī)信號(hào)，啟動(dòng)M33，物料流經(jīng)M32的時(shí)間為196S，當(dāng)物料輸送到M32機(jī)頭時(shí)M33達(dá)到額定轉(zhuǎn)速;

（6）此后整個(gè)輸送系統(tǒng)正常帶料運(yùn)轉(zhuǎn)。

以上介紹的智能控制啟機(jī)流程在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，如前面所述需要充分考慮各輸送機(jī)在帶料運(yùn)行之前能夠達(dá)到額定轉(zhuǎn)速這一要求，在各輸送機(jī)進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)后，還預(yù)留有15S的時(shí)間余量，然后煤料開始在帶式輸送機(jī)上輸送，以保證輸送機(jī)允許的帶料運(yùn)行條件。

3.4兩種啟機(jī)方式用時(shí)對(duì)比分析

3.5原煤輸送系統(tǒng)輸送機(jī)聯(lián)鎖介紹

《煤礦用帶式輸送機(jī)技術(shù)條件》要求，輸送機(jī)線中的設(shè)備必須在聯(lián)鎖狀態(tài)下運(yùn)行，原因是輸送系統(tǒng)中某一設(shè)備出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，其料流上游的輸送機(jī)應(yīng)立即停機(jī)。按以往傳統(tǒng)“逆煤流”方式逐級(jí)順序啟機(jī)，煤流輸送系統(tǒng)中各設(shè)備全部運(yùn)轉(zhuǎn)后，在開始帶料前投入聯(lián)鎖。由于本文設(shè)計(jì)的智能控制啟機(jī)方案與以往傳統(tǒng)“逆煤流”啟機(jī)方式不同，因此在系統(tǒng)啟機(jī)過(guò)程中，上流設(shè)備可能已開始帶料運(yùn)行，所以為保證運(yùn)行安全，聯(lián)鎖問(wèn)題還需特別重視，見如下介紹。

當(dāng)啟動(dòng)M32后，接著M31和破碎站得到啟機(jī)信號(hào)開始啟機(jī)，待M31及破碎站完全啟動(dòng)后立即將M32、M31及破碎站投入到聯(lián)鎖狀態(tài);當(dāng)M33的運(yùn)行信號(hào)返回至集控系統(tǒng)時(shí)再將M33的閉鎖關(guān)系投入。

4節(jié)能降耗效果分析

4.1節(jié)能方面

原煤3#輸煤系統(tǒng)從開始啟機(jī)至煤料輸送至M33，通過(guò)兩種不同的啟機(jī)方式，從節(jié)能方面做對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，單次啟機(jī)節(jié)省電耗如表4所示。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，智能控制啟機(jī)方式單次啟機(jī)要比傳統(tǒng)“逆煤流”啟機(jī)方式約節(jié)省761度電。

由于原煤輸送系統(tǒng)的煤料輸送情況受哈爾烏素露天煤礦上煤情況決定，一天中（24小時(shí)）輸送系統(tǒng)啟停機(jī)次數(shù)不確定，其中露天煤礦工作制度實(shí)行的是4班3倒制，其中存在3次交接班，為降低電耗，交接班期間原煤輸送系統(tǒng)需要停機(jī)等待，另外還有原煤輸送系統(tǒng)如運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)性出現(xiàn)故障停機(jī)等，故按一般情況下每天啟停機(jī)3次計(jì)算，一年可節(jié)省的電量為約83萬(wàn)度電，折算成金額每年能節(jié)省約66萬(wàn)元。

4.2降耗方面

原煤3#輸煤系統(tǒng)包含的M31、M32、M33三條帶式輸送機(jī)托輥總數(shù)約為2400米*5（上3、下2）=12000個(gè)，時(shí)間節(jié)能比約為381÷817=46.6%，對(duì)應(yīng)托輥延長(zhǎng)壽命比為46.6%，按每臺(tái)托輥正常使用壽命5年，利用智能控制啟機(jī)方式，可增加壽命約為5*46.6%=2年。

托輥節(jié)省費(fèi)用比={（12000÷5）-（12000÷7.3）}/（12000÷5）=31.5%。

原煤3#輸送系統(tǒng)包含的M31、M32、M33三條帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)水平機(jī)長(zhǎng)約2400米，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，膠帶使用壽命為5年，利用智能控制啟機(jī)方式，膠帶減少空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，可延長(zhǎng)使用壽命月為2年。

膠帶節(jié)省費(fèi)用比={（2400*2*÷5）-（2400*2*÷7）}÷（2400*2*÷5）=28.5%。

5結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，眾多行業(yè)在節(jié)能減排方面做了大量卓有成效的工作，也取得了顯著成績(jī)，如何把節(jié)能減排工作向更加深入和廣度上發(fā)展，將是擺在廣大管理者和科技人員面前的長(zhǎng)期課題。

本文通過(guò)以上研究分析，提出的煤炭輸送利用的帶式輸送機(jī)由“逆煤流”啟機(jī)方式向“智能控制”啟機(jī)方式的轉(zhuǎn)變方案，有效的控制設(shè)備空載運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，減少設(shè)備電能消耗，同時(shí)還可以有效控制設(shè)備運(yùn)行成本，減少系統(tǒng)各設(shè)備部件磨損消耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。本文所述原煤輸送系統(tǒng)智能控制啟機(jī)方案，主要應(yīng)用于由多部長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)作為主運(yùn)輸系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)輸?shù)牡V山生產(chǎn)、洗選等場(chǎng)所，其經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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