輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方法分析

李劍波

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司官地選煤廠， 山西 太原 030022）

引言

原煤煤料在進(jìn)入選煤廠生產(chǎn)工藝后，需經(jīng)過運(yùn)輸、破碎、卸煤、分選等多個(gè)基本環(huán)節(jié)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。選煤廠輸煤系統(tǒng)環(huán)境惡劣，會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)微粉塵顆粒以及可呼吸性粉塵，在空氣中以游離狀態(tài)存在。當(dāng)選煤廠工人吸入小于5 μm 的可呼吸性粉塵后，會(huì)導(dǎo)致呼吸道疾病甚至罹患?jí)m肺病。當(dāng)空氣中的粉塵濃度達(dá)到一定極值后，會(huì)發(fā)生爆炸。因此，研究選煤廠各工藝環(huán)節(jié)的防塵、除塵技術(shù)具有非常重要的意義。國外降塵技術(shù)具有代表性的是英國利用光散射原理發(fā)明Simslin 粉塵儀、德國發(fā)明TM 系列測塵儀、俄羅斯發(fā)送P5 以及LV-5E 便攜儀測塵儀，用于精準(zhǔn)測量環(huán)境粉塵濃度并提示采取必要的降塵措施，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。國內(nèi)降塵技術(shù)的研究起步較晚，在借鑒和吸取國外降塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究了氣水噴霧降塵技術(shù)，優(yōu)化工作參數(shù)、計(jì)算霧化角與流量系數(shù)關(guān)系并基于CFD 完成數(shù)值仿真。文章針對選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)除塵方案，改善轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)工作環(huán)境。

1 轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵特點(diǎn)分析

選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵產(chǎn)生的主要原因有：

1）當(dāng)原煤料的含水量低于7%時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)載、破碎后會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)粒粉塵；

2）當(dāng)煤料下落快、落差大時(shí)會(huì)加速周圍空氣運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量微細(xì)煤粒漂浮于空氣之中；

3）落煤處積累的粉塵較多時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)常用的除塵方法有布袋式、多管式、水霧噴淋等多種方式。文章設(shè)計(jì)布袋式除塵方案控制系統(tǒng)，以改善工作環(huán)境，保證安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。

2 控制方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案中的供電電源為交流380/220V，額定頻率為50 Hz，采用三相四線制。當(dāng)供電電源電壓浮動(dòng)范圍為5%～10%時(shí)，電氣設(shè)備可正常工作，且所有電氣設(shè)備必須有安全保護(hù)裝置以及地線接線端子。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)，能夠在高粉塵、高溫、高濕等惡劣環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行的高防護(hù)等級(jí)的防爆型變頻電機(jī)；動(dòng)作閥門、擋板電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流不得超過該電機(jī)額定電流的8 倍；系統(tǒng)中用到的電氣控制裝置必須能防塵、防水，能夠在惡劣條件下安全、穩(wěn)定運(yùn)行；控制柜必須保證不易變形；控制系統(tǒng)預(yù)留的輸入/ 輸出點(diǎn)不少于原系統(tǒng)的15%?？刂乒駜?nèi)溫度超限后，能夠自啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)并具備遠(yuǎn)程控制功能。

2.2 功能分析

選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案中需具備的主要功能有以下幾點(diǎn)：

1）定時(shí)清灰。除塵系統(tǒng)工作一段時(shí)間后，外表面會(huì)積聚大量灰塵，可由控制器發(fā)出控制指令，通過振動(dòng)完成對除塵裝置外表面的清理，保證除塵系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

2）壓差清灰。當(dāng)控制器檢測到除塵系統(tǒng)出口壓力大于設(shè)置值后，自啟動(dòng)壓差清灰功能；當(dāng)出口壓力小于設(shè)定值后，停止該功能。

3）溫度檢測。采用Pt100 實(shí)時(shí)監(jiān)測出口粉塵濃度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA 電流信號(hào)輸入至控制器，完成邏輯控制動(dòng)作。當(dāng)出口粉塵溫度大于65 ℃后，控制器需切斷系統(tǒng)電源并進(jìn)行聲光語音報(bào)警。待溫度降低后執(zhí)行復(fù)位和自啟動(dòng)動(dòng)作。

4）實(shí)時(shí)監(jiān)控。對除塵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)參數(shù)、溫度、粉塵濃度、出口壓力、進(jìn)口/出口溫度等核心參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能夠?qū)Πl(fā)生的故障進(jìn)行聲光語音報(bào)警。

5）控制模式。設(shè)計(jì)本地控制模式、自動(dòng)控制模式、遠(yuǎn)程控制模式，并實(shí)現(xiàn)三種模式的切換。

6）可靠性。采用屏蔽、接地、隔離等，預(yù)防電磁干擾，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[1-2]。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案以西門子S7-300 控制器為核心，該控制器具備TCP/IP、Modbus RTU/TCP、RS232/RS485 以及CAN 等多種通信制式，可擴(kuò)展AI、AO、DI、DO 等多種接口，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，實(shí)時(shí)性好，滿足選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵控制系統(tǒng)要求。上位機(jī)顯示屏選用昆侖通態(tài)的MCGSTPC1062KS 觸摸屏，該觸摸屏支持CAN、Modbus 等多種通訊模式，可于S7-300 PLC 控制器完成數(shù)據(jù)傳輸，且分辨率高，實(shí)時(shí)性好。選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案PLC I/O 地址分配如表1 所示。

表1 選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案PLC I/O 地址分配

2.4 軟件設(shè)計(jì)

選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵方案軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于博途軟件平臺(tái)，采用ST 編程語言實(shí)現(xiàn)，軟件系統(tǒng)總流程見圖1 所示。根據(jù)輸煤皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵設(shè)計(jì)方案以及功能要求，分為主流程控制模塊、初始化模塊、漏電檢測模塊、模式控制模塊、模擬量處理模塊、故障報(bào)警模塊、邏輯控制模塊以及通訊模塊。根據(jù)模塊功能，采用ST 語言完成本模塊軟件編程，并在主流程控制模塊中依次調(diào)用其他模塊。S7-300控制器的默認(rèn)循環(huán)周期為10 ms，即每10 ms 所有模塊功能運(yùn)行一次，采集到的數(shù)據(jù)更新一次。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需對編寫好的程序進(jìn)行在線調(diào)試，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)的主要問題有：

圖1 選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)降塵系統(tǒng)軟件主流程

1）變量定義的數(shù)據(jù)類型與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)生越界，如定義出口溫度為變量“TempValue”，數(shù)據(jù)類型為Byte。但系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)有負(fù)數(shù)情況，則“TempValue”無法表示，則在調(diào)試時(shí)將“Temp-Value”數(shù)據(jù)類型定義為int。

2）采用CAN 總線通訊時(shí)，波特率、ID、節(jié)點(diǎn)號(hào)等參數(shù)設(shè)置必須一致，否則會(huì)出現(xiàn)通訊無法連接的錯(cuò)誤。

3）程序中慎用FOR、WHILE 等循環(huán)語句，會(huì)出現(xiàn)程序死循環(huán)現(xiàn)象，因控制器程序本體為10 ms（默認(rèn)）循環(huán)體。

4）程序中要區(qū)分“賦值”、“等于”等語句，否則編譯錯(cuò)誤。

5）使用數(shù)組時(shí)，需使用”ADR”取地址操作符[3-4]。

3 應(yīng)用分析

對選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵系統(tǒng)優(yōu)化改造后，針對轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵濃度及逆行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對使用該方案前轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵質(zhì)量、使用該方案后轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵質(zhì)量以及轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)原粉塵質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，并形成表2所示。由表2 可知，使用本除塵方案前，輸煤皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)降塵后的粉塵質(zhì)量濃度保持在100 mg/m3左右，降塵率約為80%；使用該本除塵方案后，輸煤皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)降塵后的粉塵質(zhì)量濃度在26～32 mg/m3之間，降塵率約為94%，降塵效果較好[5-8]。

表2 選煤廠輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵濃度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

對選煤廠用輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵、降塵控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加定時(shí)清灰、壓差清灰、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警等功能，并可實(shí)現(xiàn)本地控制、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制等多種模式。優(yōu)化后的降塵、除塵控制系統(tǒng)能夠有效抑制輸煤皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的粉塵質(zhì)量，改善該轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的工作環(huán)境，降低環(huán)境污染，保障工人身心健康，保證選煤廠輸煤系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。