智能化技術(shù)在斜溝選煤廠(chǎng)能源管理中的應(yīng)用

張建功

(山焦西山斜溝選煤廠(chǎng)，山西 呂梁 033602)

能源消耗的管理在選煤廠(chǎng)成本控制中占有舉足輕重的地位，隨著近幾年，選煤領(lǐng)域智能化建設(shè)風(fēng)起云涌，以現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)為手段，以集成和利用全流程信息資源為起點(diǎn)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的能源管理智能化建設(shè)也被提上日程[1]。

斜溝選煤廠(chǎng)在2018年開(kāi)始智能化建設(shè)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)相關(guān)需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)、電氣施工、軟件開(kāi)發(fā)、上線(xiàn)部署、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等工作，智能化選煤廠(chǎng)建設(shè)初見(jiàn)雛形，其中智能化技術(shù)在能源管理中的應(yīng)用也初見(jiàn)成效。通過(guò)能源管理系統(tǒng)將電力消耗、絮凝劑消耗、介質(zhì)消耗、防凍液消耗的海量數(shù)據(jù)融合，建立能源管理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從歷史、全面、動(dòng)態(tài)三個(gè)維度考慮，對(duì)比積累的、新生的、在線(xiàn)的數(shù)據(jù)，從海量數(shù)據(jù)中挖掘出能源管理需求的數(shù)據(jù)、規(guī)律，作為系統(tǒng)優(yōu)化的依據(jù)和指導(dǎo)，并從專(zhuān)業(yè)角度發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、評(píng)價(jià)效果、指明趨勢(shì)，有助于分析能源管理各部分存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地改進(jìn)，從而不斷降低能源消耗，提高選煤廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

1 智能化建設(shè)實(shí)施背景

“中國(guó)制造 2025” 規(guī)劃提出：到2020年，中國(guó)制造業(yè)信息化水平大幅提升；到2025年，制造業(yè)兩化[2](工業(yè)化和信息化) 融合邁上新臺(tái)階。2017年5月17日完成了《斜溝煤礦選煤廠(chǎng)智能化系統(tǒng)建設(shè)》方案立項(xiàng)討論。2018年1月18日，山西焦煤集團(tuán)出臺(tái)了 “智能化選煤廠(chǎng)五年規(guī)劃”，目標(biāo)是要達(dá)到選煤生產(chǎn)透明化、選煤信息精細(xì)化和選煤決策智能化，為此規(guī)劃了4個(gè)板塊、多個(gè)層次的內(nèi)容，分步實(shí)施[3]。2018年3月斜溝煤礦選煤廠(chǎng)簽訂了智能化建設(shè)項(xiàng)目合同。其中能源管理智能化建設(shè)同時(shí)開(kāi)展，以期降低洗選成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)支降耗。

2 智能化建設(shè)實(shí)施內(nèi)涵

選煤廠(chǎng)能源管理作為關(guān)乎選煤廠(chǎng)成本的一項(xiàng)重要內(nèi)容，直接影響選煤廠(chǎng)成本控制，其智能化建設(shè)的本質(zhì)是利用工業(yè)控制的智能化、數(shù)字化以及信息通信技術(shù)，通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備、人的多維度互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)全流程能源智能管理與控制，從而實(shí)現(xiàn)能源管理的深刻變革和管理模式的再造，達(dá)到節(jié)支降耗的目的，全面提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力[3]。

3 智能化管理系統(tǒng)在斜溝選煤廠(chǎng)的應(yīng)用

斜溝選煤廠(chǎng)能源智能化管理系統(tǒng)包括：電力消耗管理、介質(zhì)消耗管理、絮凝劑消耗管理、防凍液消耗管理4個(gè)部分[4]。通過(guò)智能化建設(shè)利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)能源消耗進(jìn)行分析，制定能源管理計(jì)劃，實(shí)施節(jié)能技改項(xiàng)目，綜合降低生產(chǎn)能源消耗(如圖1所示)。

圖1 能源管理方案設(shè)計(jì)總覽

3.1 電力消耗管理

將現(xiàn)有抄表系統(tǒng)接入智能化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析電耗情況，形成圖表，直觀呈現(xiàn)電力消耗趨勢(shì)。具體功能包括：電力消耗依據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，同現(xiàn)有抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通；電力消耗情況實(shí)時(shí)呈現(xiàn)；線(xiàn)上實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)電力消耗量及歷史電耗情況查詢(xún)；每班自動(dòng)生成電力消耗分析圖表；異常電力消耗情況進(jìn)行報(bào)警提示。

通過(guò)電力消耗系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析和提醒，找到啟停車(chē)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)量大、空壓機(jī)自動(dòng)啟停功能不完善等導(dǎo)致電力消耗居高不下的主要因素以后，斜溝選煤廠(chǎng)逐步實(shí)施了智能鼓風(fēng)改造、空壓機(jī)自動(dòng)啟停、一鍵智能啟停車(chē)等改造項(xiàng)目，大大降低了電力消耗(如圖2所示)。

圖2 智能啟車(chē)界面

3.2 介質(zhì)消耗管理

介質(zhì)消耗依據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，同介質(zhì)庫(kù)存數(shù)據(jù)互通，通過(guò)實(shí)時(shí)消耗估算的方式進(jìn)行介質(zhì)消耗量、介質(zhì)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析。具體功能包括：自動(dòng)生成介耗并自動(dòng)分析各系統(tǒng)加介量是否正常，綜合分析后，給出系統(tǒng)介耗偏高提醒；實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)介質(zhì)消耗量及歷史介耗情況查詢(xún)，每班自動(dòng)生成總系統(tǒng)和子系統(tǒng)介質(zhì)消耗分析圖表，自動(dòng)生成每月介質(zhì)單耗和與同期、計(jì)劃對(duì)比分析表。

通過(guò)介質(zhì)消耗系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，能預(yù)測(cè)單套系統(tǒng)介耗異常并發(fā)出提醒，便于及時(shí)排查原因，大大降低了介質(zhì)消耗。

3.3 絮凝劑消耗管理

通過(guò)能源管理系統(tǒng)對(duì)絮凝劑消耗情況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)藥劑消耗量及歷史消耗情況查詢(xún)，并在每班自動(dòng)生成藥劑消耗分析圖表；異常藥劑消耗情況的報(bào)警提示；自動(dòng)生成每月絮凝劑單耗和與同期、計(jì)劃對(duì)比分析表。

經(jīng)過(guò)能源分析系統(tǒng)查找到絮凝劑消耗不穩(wěn)定的主要原因，針對(duì)人工加藥操作中的滯后性和粗放性，開(kāi)展智能加藥[5]改造。結(jié)合哈希公司的SONATAX sc污泥界面檢測(cè)儀和艾默公司的濃度計(jì)對(duì)濃縮池煤泥沉淀層、來(lái)料濃度的持續(xù)檢測(cè)，通過(guò)對(duì)濃縮機(jī)來(lái)料濃度、澄清情況、濃縮機(jī)耙架運(yùn)行電流3個(gè)關(guān)聯(lián)因素的持續(xù)監(jiān)控，合理調(diào)整加藥機(jī)的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量，提高絮凝劑添加量調(diào)整的及時(shí)性和精確性，改善了煤泥水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，噸干煤泥絮凝劑消耗量由原來(lái)的61.05 g降低到48.84 g，改造成果顯著。

3.4 防凍液消耗管理

傳統(tǒng)防凍液噴灑系統(tǒng)需要人工到倉(cāng)儲(chǔ)罐區(qū)探明防凍液儲(chǔ)量、選擇開(kāi)啟出料泵、根據(jù)煤質(zhì)和天氣情況調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度和噴灑泵頻率，每列車(chē)裝車(chē)完畢需對(duì)防凍液噴灑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并填寫(xiě)報(bào)表。數(shù)據(jù)采集主要來(lái)自人工現(xiàn)場(chǎng)估算以及流量表在裝車(chē)前后的差額進(jìn)行計(jì)算并匯總，繁冗復(fù)雜，且精確度不高。整個(gè)流程耗時(shí)長(zhǎng)，工作效率低，噴灑浪費(fèi)極大。能源管理系統(tǒng)投用以后，配套的防凍液智能?chē)姙⒛K包括設(shè)備信息的監(jiān)測(cè)、控制以及智能邏輯與參數(shù)的設(shè)置都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化(如圖3、圖4所示)?？梢詫?duì)防凍液消耗情況進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析，形成圖表、曲線(xiàn)；防凍液噴灑時(shí)及時(shí)顯示和存儲(chǔ)在用廠(chǎng)家信息，與煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)一收集匯總形成報(bào)表、存檔；自動(dòng)上傳和采集防凍液罐號(hào)、防凍液粘度、冰點(diǎn)、車(chē)次、廠(chǎng)家等信息，形成防凍液報(bào)表并推送；自動(dòng)生成每月防凍液?jiǎn)魏暮团c同期、計(jì)劃對(duì)比分析表。

圖3 防凍液智能?chē)姙⒉僮鞅O(jiān)控界面

圖4 防凍液噴灑統(tǒng)計(jì)總覽

4 應(yīng)用效果

(1)在電力消耗管理方面實(shí)施了智能鼓風(fēng)、空壓機(jī)智能啟停、避峰生產(chǎn)、一鍵啟停車(chē)等措施，均達(dá)到了節(jié)約電力消耗的目的。根據(jù)用電量分析出鼓風(fēng)使用的空壓機(jī)是“用電大戶(hù)”以后，對(duì)鼓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)桶按照設(shè)定時(shí)間智能間隔鼓風(fēng)和空壓機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用風(fēng)點(diǎn)壓力自動(dòng)啟停及加卸載，空壓機(jī)電耗節(jié)約40%(如圖5所示)。鼓風(fēng)系統(tǒng)智能化改造完成后，智能鼓風(fēng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)自動(dòng)啟停，在停車(chē)期間對(duì)介質(zhì)桶進(jìn)行自動(dòng)間歇鼓風(fēng)，不需要崗位司機(jī)再操作鼓風(fēng)閥和空壓機(jī)，空壓機(jī)開(kāi)啟時(shí)間降低了1/3以上，通過(guò)抄表系統(tǒng)實(shí)測(cè)1—5月份二期空壓機(jī)耗電量在9 000 kW·h/d，智能鼓風(fēng)模塊投用后，6—9月份二期日均空壓機(jī)電耗為6 000 kW·h/d，日均節(jié)約電耗3 000 kW·h，按單位平均電費(fèi)0.58元/(kW·h)、年生產(chǎn)330 d計(jì)算，一、二期每年節(jié)約電費(fèi)為：3000×2×330×0.58=114.8(萬(wàn)元)。

圖5 鼓風(fēng)電耗情況折線(xiàn)

智能啟車(chē)將啟車(chē)時(shí)間由之前的40 min以上減少為20 min，單次啟車(chē)消耗功率約減少4 000 kW·h，按每天啟車(chē)1次計(jì)算，全年可為選煤廠(chǎng)節(jié)約用電146萬(wàn)kW·h，電費(fèi)單價(jià)按0.5元/(kW·h)計(jì)算，全年可節(jié)約電費(fèi)73萬(wàn)元，同時(shí)減少了設(shè)備空轉(zhuǎn)及設(shè)備磨損，節(jié)省了材料配件費(fèi)用。

(2)介耗管理系統(tǒng)投用以后，斜溝選煤廠(chǎng)介耗從2016年全年噸原煤1.76 kg降為2019年的1.67 kg，按照介質(zhì)采購(gòu)價(jià)450元/t算，2019年總計(jì)入洗原煤1 608萬(wàn)t，共節(jié)約介質(zhì)1 450 t，節(jié)約資金65.12 萬(wàn)元，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

(3)斜溝煤礦選煤廠(chǎng)年入選原煤1 500 萬(wàn)t，噸干煤泥絮凝劑的消耗量由原來(lái)的64.95 g降低到55.39 g(如圖6所示)，煤泥產(chǎn)率7%，絮凝劑14 000元/t，年可節(jié)約資金：1500萬(wàn)t×7%×(1-25%)×9.16 g/t÷10000×14000元/t=10.1萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀[6]。

圖6 絮凝劑消耗管理實(shí)施前后對(duì)比

(4)防凍液管理系統(tǒng)很大程度減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)又保證了裝車(chē)報(bào)表的準(zhǔn)確性，智能控制既保證噴灑量的滿(mǎn)足需要又避免了浪費(fèi)，節(jié)約成本，同時(shí)消除了安全隱患。

5 結(jié) 語(yǔ)

斜溝煤礦選煤廠(chǎng)實(shí)施能源管理系統(tǒng)智能化升級(jí)后，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用，查找能源管理中存在的漏洞和不足以后，開(kāi)展了鼓風(fēng)系統(tǒng)改造、空壓機(jī)自動(dòng)啟停開(kāi)展、智能啟停車(chē)改造、加藥系統(tǒng)改造、防凍液系統(tǒng)改造等，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)智能加藥、一鍵啟停車(chē)、智能鼓風(fēng)、智能預(yù)警、平板端遠(yuǎn)程控制功能，做到統(tǒng)籌管控，有效降低了能源消耗，降低了洗選成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，減少了崗位人員需求，減輕了崗位職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了選煤廠(chǎng)管理的科學(xué)性，為后續(xù)智能化選煤廠(chǎng)設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。