華陽(yáng)集團(tuán)寺家莊選煤廠精準(zhǔn)配煤改造與應(yīng)用

吳宏斌

(華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

寺家莊選煤廠隸屬于華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，是一座大型礦井型選煤廠，入選煤種為無(wú)煙煤，選煤廠建設(shè)規(guī)模與礦井相同，為 7.00 Mt/a。礦井井田含煤共 18 層，其中 4 層是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的可采或局部可采煤層，即：81、84、9、15號(hào)煤層。選煤工藝：300～50 mm 粒級(jí)動(dòng)篩排矸，90～7 mm 粒級(jí)跳汰分選。主要產(chǎn)品有精煤、電煤、塊炭。

1 配煤系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著寺家莊礦開(kāi)采煤層變化，混煤的發(fā)熱量偶爾會(huì)出現(xiàn)不滿足用戶需求，需要配入精煤提高發(fā)熱量。目前混煤通過(guò)化驗(yàn)后，發(fā)熱量不達(dá)標(biāo)時(shí)，需通過(guò)人工核算混煤裝車(chē)節(jié)數(shù)和精煤裝車(chē)節(jié)數(shù)，先裝滿混煤后，再更換為精煤快速裝車(chē)站單獨(dú)裝精煤，裝車(chē)流程復(fù)雜，并且無(wú)法混勻。

2 存在問(wèn)題

寺家莊選煤廠產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)配煤，但僅能實(shí)現(xiàn)粗配，主要存在的問(wèn)題如下。

(1)無(wú)法實(shí)現(xiàn)混煤和精煤均勻摻配，且摻配流程復(fù)雜，影響裝車(chē)速度，對(duì)混煤銷(xiāo)售影響較大。

(2)主洗車(chē)間跳汰精煤篩下末精煤可以通過(guò)刮板反轉(zhuǎn)摻入中煤膠帶，經(jīng)篩分摻入混煤，末精煤量比較少且無(wú)法調(diào)控，其中還有中煤摻入反而可能會(huì)降低發(fā)熱量，因此主洗車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)精煤摻配。

(3)選煤廠現(xiàn)有混煤倉(cāng)(容量1.5萬(wàn)t)和儲(chǔ)煤場(chǎng)(容量8萬(wàn)t)，全部位于鐵路裝車(chē)線南側(cè)，分別進(jìn)入2個(gè)不同的快速裝車(chē)站，精煤和混煤無(wú)通道實(shí)現(xiàn)互摻。

(4)缺少灰分、數(shù)量在線檢測(cè)設(shè)備，均需要人工化驗(yàn)，化驗(yàn)周期長(zhǎng)，滯后性嚴(yán)重。

(5)現(xiàn)有混煤和末精煤倉(cāng)下給煤機(jī)均無(wú)法調(diào)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)配煤。

3 研究目標(biāo)

基于現(xiàn)有情況，結(jié)合用戶需求，精準(zhǔn)配煤改造主要實(shí)施內(nèi)容為：通過(guò)增加1套精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)。針對(duì)性解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

(1)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品倉(cāng)下均質(zhì)化精準(zhǔn)配煤。

(2)實(shí)現(xiàn)配煤系統(tǒng)各環(huán)節(jié)信息參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(3)實(shí)現(xiàn)膠帶給煤量和不同質(zhì)量配比的自動(dòng)控制。

(4)建立應(yīng)急預(yù)案。

(5)配比自動(dòng)優(yōu)化。通過(guò)化驗(yàn)點(diǎn)灰的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)的結(jié)果對(duì)比，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，不斷的自學(xué)習(xí)、自矯正，系統(tǒng)會(huì)不斷成長(zhǎng)，變得更智能、更精準(zhǔn)。

通過(guò)精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)，達(dá)到商品煤合格的目的，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)量、質(zhì)的平衡、時(shí)間的平衡、倉(cāng)儲(chǔ)的平衡。

4 精準(zhǔn)配煤改造

4.1 系統(tǒng)升級(jí)改造

主要內(nèi)容如下。

(1)儲(chǔ)煤場(chǎng)下10臺(tái)Q=500 t/h 的給煤機(jī)，其中5臺(tái)增加變頻器。

(2)3個(gè)混煤倉(cāng)下12臺(tái)Q=900 t/h 的給煤機(jī)，每個(gè)倉(cāng)下4臺(tái)，其中2 臺(tái)給煤機(jī)增加變頻器，共計(jì)6臺(tái)。

(3)末精煤倉(cāng)下10臺(tái)Q=500 t/h的給煤機(jī)，其中5臺(tái)增加變頻器。

(4)在產(chǎn)品至快速裝車(chē)站膠帶新增皮帶秤1臺(tái)。

(5)汽車(chē)裝車(chē)站膠帶，更換電機(jī)為變頻電機(jī)，并配置變頻器，新增犁式卸料器、X光灰分儀各1臺(tái)。

(6)在741至3號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)膠帶上新增皮帶秤2臺(tái)，灰分儀1臺(tái)。

(7)將現(xiàn)有混煤倉(cāng)下、儲(chǔ)煤場(chǎng)下以及精煤倉(cāng)下給煤機(jī)接入系統(tǒng)。

(8)增設(shè)3 臺(tái)精準(zhǔn)配煤算法服務(wù)器，配置為：4核4線程，3.0 GHz以上，16 G內(nèi)存，500 G×3硬盤(pán)，raid5。

4.2 運(yùn)輸系統(tǒng)改造

如圖1所示，針對(duì)目前混煤和精煤無(wú)法實(shí)現(xiàn)摻混，需延長(zhǎng)645至汽車(chē)裝車(chē)站膠帶10.5 m，新建6m×6m的六號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，新建六號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)至741至3號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)膠帶現(xiàn)有轉(zhuǎn)載點(diǎn)棧橋56 m和膠帶輸送機(jī)62 m，在741至3號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)膠帶現(xiàn)有轉(zhuǎn)載點(diǎn)加層，實(shí)現(xiàn)在裝車(chē)過(guò)程中精煤均勻摻入混煤裝車(chē)系統(tǒng)中。

圖1 新增棧橋示意

4.3 精準(zhǔn)配煤軟件系統(tǒng)

針對(duì)寺家莊選煤廠改造后的配煤系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)1套精準(zhǔn)配煤軟件系統(tǒng)，配合煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)等硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)選煤廠配煤系統(tǒng)的智能控制，達(dá)到精準(zhǔn)配煤的目的，主要包含以下功能。

(1)煤量配比計(jì)算模型。配煤開(kāi)始前，根據(jù)各煤倉(cāng)的煤質(zhì)信息、生產(chǎn)運(yùn)行情況及當(dāng)前裝車(chē)的質(zhì)量要求，自動(dòng)推送配煤方案。建立配比、目標(biāo)熱值、給煤量之間的調(diào)節(jié)模型，使配煤過(guò)程按照預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行。

(2)倉(cāng)下精準(zhǔn)配煤。由于儲(chǔ)煤場(chǎng)、混煤倉(cāng)下以及精煤倉(cāng)下給煤機(jī)均無(wú)法調(diào)節(jié)給煤量，方案設(shè)計(jì)所有倉(cāng)下給煤機(jī)接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟停，通過(guò)設(shè)置給煤機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)粗調(diào)給煤量，再通過(guò)新增皮帶秤反饋數(shù)據(jù)微調(diào)帶變頻給煤機(jī)的給煤量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給煤。

(3)配煤系統(tǒng)監(jiān)控?？梢酝ㄟ^(guò)終端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控配煤系統(tǒng)內(nèi)各煤倉(cāng)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、膠帶狀態(tài)、皮帶秤數(shù)據(jù)、灰分儀數(shù)據(jù)、當(dāng)前配比等配煤系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)，為生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)入倉(cāng)煤量、入倉(cāng)分配等提供判斷依據(jù)，確保無(wú)冒倉(cāng)、空倉(cāng)情況出現(xiàn)。

(4)自動(dòng)控制帶煤量及配比。設(shè)定帶煤量選擇調(diào)節(jié)邏輯投用后，系統(tǒng)按照設(shè)定總帶煤量和配比自動(dòng)開(kāi)啟給煤機(jī)，以開(kāi)啟給煤機(jī)數(shù)量粗調(diào)、變頻微調(diào)的方式，使產(chǎn)品帶煤量保持在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，從而達(dá)到配比穩(wěn)定的目的。

(5)應(yīng)急預(yù)案管理。建立應(yīng)急預(yù)案。當(dāng)混煤倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)不足時(shí)，及時(shí)發(fā)送信息給工作人員，并協(xié)調(diào)開(kāi)啟儲(chǔ)煤倉(cāng)下給煤機(jī)以及收集膠帶輸送機(jī)進(jìn)行配煤，末精煤倉(cāng)通過(guò)設(shè)定閾值，提前提醒生產(chǎn)人員轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式，減少車(chē)等煤情況的出現(xiàn)。

(6)配比自動(dòng)優(yōu)化。通過(guò)灰分儀的數(shù)據(jù)、料位計(jì)的數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)的結(jié)果對(duì)比，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)及相互矯正，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)方法不斷地調(diào)優(yōu)模型，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，不斷地自學(xué)習(xí)、自矯正，系統(tǒng)會(huì)不斷地成長(zhǎng)，變得更智能，更精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)配比的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

通過(guò)精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配煤，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)量、質(zhì)的平衡以及時(shí)間的平衡、倉(cāng)儲(chǔ)的平衡。

圖2 精準(zhǔn)配煤簡(jiǎn)要業(yè)務(wù)示意

4.4 精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)功能

配煤系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、定量給煤機(jī)、電子皮帶稱、灰分儀及配有變頻調(diào)速器的給煤機(jī)組成。這樣可以通過(guò)控制儲(chǔ)煤場(chǎng)和混煤倉(cāng)中產(chǎn)品的混入量，混配出所需要的產(chǎn)品。通過(guò)控制主機(jī)分析計(jì)算后，給出反饋信號(hào)，通過(guò)控制倉(cāng)下配有變頻調(diào)速器的給煤機(jī)頻率，調(diào)節(jié)2種煤的摻入比例，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)配煤。

(1)在原料煤管理方面，系統(tǒng)具有優(yōu)化煤場(chǎng)的使用，跟蹤單種煤，自動(dòng)記錄落煤、回煤的功能，從而減少了儲(chǔ)存不同煤質(zhì)的原煤時(shí)混合造成的品質(zhì)波動(dòng)。

(2)在配煤方面，系統(tǒng)根據(jù)儲(chǔ)煤狀態(tài)計(jì)算和優(yōu)化配煤方案，根據(jù)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，按照理想組合優(yōu)化配煤。采集在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)出執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)配煤。

(3)在生產(chǎn)管理方面，除了在線顯示設(shè)備狀態(tài)外，還具有形成各個(gè)儲(chǔ)煤區(qū)儲(chǔ)煤報(bào)表、耗煤情況報(bào)表、產(chǎn)品質(zhì)量報(bào)表等功能。

5 應(yīng)用分析

(1)根據(jù)倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ)信息，裝車(chē)膠帶上煤質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)值以及銷(xiāo)售的目標(biāo)熱值，精準(zhǔn)配煤管理系統(tǒng)科學(xué)選擇料倉(cāng)、給煤機(jī)以及配煤比例等，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)配煤，實(shí)現(xiàn)配煤量、熱值以及倉(cāng)儲(chǔ)的平衡，杜絕了因商品煤熱值不合格被罰款的情況發(fā)生，同時(shí)降低人工配煤時(shí)過(guò)量摻混配電精煤而導(dǎo)致的精煤損失，提高了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)通過(guò)精準(zhǔn)配煤管理系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)配煤裝車(chē)環(huán)節(jié)的管理提供信息參考，為其他環(huán)節(jié)的管理操作提供判別依據(jù)，減少車(chē)等煤、煤等車(chē)等情況的發(fā)生，提高選煤廠整體管理水平。

(3)實(shí)施精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)建設(shè)后，現(xiàn)場(chǎng)不再需要生產(chǎn)人員開(kāi)啟給煤機(jī)，只需巡視配煤環(huán)節(jié)整體運(yùn)行情況即可，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高了員工的安全系數(shù)，減少事故發(fā)生的概率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)讓寺家莊選煤廠配煤系統(tǒng)的生產(chǎn)和管理都由傳統(tǒng)方式向現(xiàn)代方式轉(zhuǎn)變，提高了管理水平，降低了人員強(qiáng)度，并能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)創(chuàng)安全、高效、綠色和諧可持續(xù)發(fā)展的新模式。改變了之前需要崗位工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)操作倉(cāng)下閘板或給煤機(jī)粗略調(diào)節(jié)配比，配煤過(guò)程判斷高度依賴人工經(jīng)驗(yàn)，精準(zhǔn)度差且勞動(dòng)強(qiáng)度高的缺陷。

6 結(jié) 語(yǔ)

寺家莊選煤廠通過(guò)精準(zhǔn)配煤的實(shí)施，在提高產(chǎn)品合格率的同時(shí)，通過(guò)配煤，使產(chǎn)品發(fā)熱量以更小的偏差控制在目標(biāo)值以上，使產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定，減少了產(chǎn)品價(jià)值損失。該系統(tǒng)滿足選煤廠靈活的生產(chǎn)組織要求，當(dāng)煤質(zhì)好，進(jìn)行部分入洗時(shí)，可實(shí)現(xiàn)入洗比例的精準(zhǔn)控制，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)并穩(wěn)定，達(dá)到電煤質(zhì)量可控，提高產(chǎn)品合格率和穩(wěn)定率的目的。

精準(zhǔn)配煤系統(tǒng)實(shí)施后，增強(qiáng)了產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，符合集團(tuán)整體戰(zhàn)略布局，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。