東曲選煤廠TDS智能干選機供風系統(tǒng)改進

康 凱

(山西焦煤 西山煤電(集團)有限責任公司東曲選煤廠, 山西 古交 030200)

山西焦煤西山煤電東曲選煤廠屬于礦井型選煤廠,入洗礦井2#、4#、8#、9#原煤。原煤矸石含量大,原采用人工手選矸石的方式排矸,2019年、2020年先后引入TDS智能干選機替代人工手選,提升了排矸效率。近年來TDS智能干選機分選效果達不到預期要求,主要是現(xiàn)有供風系統(tǒng)不能維持持續(xù)供應和動態(tài)平衡,導致進行吹噴動作的電磁閥大量損壞,材料、配件及維保費用大幅增加,嚴重影響正常生產(chǎn)。因此,急需對TDS智能干選機供風系統(tǒng)改進。

1 TDS智能干選機供風系統(tǒng)

TDS智能干選機主要是通過煤與矸石對X射線吸收能力的不同來區(qū)分煤與矸石。粒度在50～300 mm的原煤在布料器上均勻單層布料,當煤與矸石通過X射線裝置時,由于煤與矸石所含元素不同,其對輻射的吸收量不同,矸石吸收能力強而煤的吸收能力弱,探測器根據(jù)接受到的射線強弱,建立針對不同煤質特征相適應的分析模型,通過大數(shù)據(jù)分析,對煤與矸石的元素、位置等進行數(shù)字化識別,最終通過智能噴吹系統(tǒng),選出塊煤,將矸石排出[1].

TDS智能干選系統(tǒng)包括給料、識別、執(zhí)行等主要系統(tǒng),以及供風、除塵、冷卻、配電、控制等輔助系統(tǒng)。作為執(zhí)行系統(tǒng)中起主要作用的供風系統(tǒng),主要包括空氣壓縮機、儲氣罐、冷干機等設備。其中空氣壓縮機3臺,1臺為阿特拉斯高壓空氣壓縮機,功率280 kW,供風能力50 m3/min,2臺為低壓空氣壓縮機,功率250 kW,供風能力40 m3/min;儲氣罐兩個,總容積50 m3; 冷干機3臺,總處理能力160 m3/min. TDS智能干選機供風示意圖見圖1.

圖1 TDS智能干選機供風示意圖

2 存在問題

1) 供風壓力不穩(wěn),供風量不足。

礦井煤層結構復雜,開采的各工作面煤質差別大,生產(chǎn)過程中煤與矸石的比例變化無據(jù)可循,經(jīng)常出現(xiàn)大塊矸石、雜物和水煤等,導致TDS智能干選機在分選過程中所需風量發(fā)生較大波動。在礦井工作面煤質正常的情況下,TDS智能干選機只需開1臺高壓空氣壓縮機即可,但是在設備所需風量發(fā)生波動時,需要實時監(jiān)測空壓機壓力數(shù)值,在低于或高于風壓范圍時,對2臺低壓空氣壓縮機進行開停操作,從而維持設備所需風壓(TDS運行所需風壓為0.55～0.75 MPa). 雖然每臺壓風機均具有獨立的集成控制器,可以獨立操控(現(xiàn)場控制和遠程控制),但由于人工觀察壓力數(shù)值和手動啟?？諌簷C存在誤差及時間間隔,達不到連續(xù)供風需求,造成供風壓力不穩(wěn),導致TDS智能干選機分選過程中的不穩(wěn)定性,運行得不到保障。而且人工操作容易造成每臺設備運行時間不平衡、設備磨損老化等問題,降低了設備的使用壽命。

2) 供風質量未達標。

TDS智能干選機由于精密程度較高,尤其是吹噴系統(tǒng)中關鍵部件吹噴電磁閥,其工作所需的高壓風必須是經(jīng)冷干機處理后溫度低、雜質少且干燥的高壓風,選煤廠改造初期基于生產(chǎn)成本考慮,壓縮空氣管道使用普通焊管輸送高壓風(高壓風是達到露點的濕空氣),隨著使用時間的延長,壓縮空氣管道內部在水和氧氣的作用下快速銹蝕,銹蝕到一定程度會脫落進入冷干機,在冷卻器翅片表面冷凝水及微量油的作用下粘在翅片表面,久而久之,翅片間隙越來越小,阻力越來越大,冷干機壓力損失過大,導致流量與壓力均會有一定程度降低,造成能量損失。雖然冷干機及其配套儲氣罐設置有排污,但是改造初期排污方式為人工手動排污,不僅增加勞動強度,而且排污不及時易造成TDS智能干選機噴咀堵塞,電磁閥大量損壞的同時一方面增加冷干機運行負荷,另一方面不同程度地影響供給TDS智能干選機的高壓風純度,進而影響TDS智能干選機的供風質量,導致TDS智能干選機的分選效果下降。

3 改造方案

3.1 變頻恒壓供風

1) 在現(xiàn)場安裝485通訊轉換模塊,通過光纖完成通訊,將各機組集成控制器與主控制室PLC柜中的通訊模塊聯(lián)接,將現(xiàn)場各空壓機控制器上的數(shù)據(jù)傳輸至集中控制柜中,為讀取數(shù)據(jù)與控制空壓機奠定基礎。空壓機集中控制框圖見圖2.

圖2 空壓機集中控制框圖

2) 采集空壓機總管壓力傳感器壓力信號,然后將壓力信號轉換成DC4-20ma的電流信號,傳輸?shù)郊锌刂乒裰?該信號是PLC進行編程控制的依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)實際,確定空壓機的高低壓力限制值,最高壓力0.75 MPa,最低壓力0.55 MPa. PLC編程可以實現(xiàn)在后臺完成數(shù)據(jù)的比較與分析,并發(fā)出控制指令。當用風壓力低于0.55 MPa,程序自動檢測3臺空壓機的工作狀態(tài),優(yōu)先啟動低壓風機,高壓風機次之;當用風壓力高于0.75 MPa,程序自動檢測3臺空壓機的工作狀態(tài),優(yōu)先停止高壓風機,低壓風機次之。在風壓控制過程中,變頻器也發(fā)揮了一定的作用。當設備起動超過設定的時間限值或者低于(高于)壓力限定值時,系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提醒。當PLC發(fā)生故障時,空壓機可以恢復就地操作。

3) 利用工控機與PLC控制器的有效聯(lián)接,在上位電腦上模擬出一個完整的畫面,顯示現(xiàn)場各運行參數(shù),將整個網(wǎng)絡的技術參數(shù)綜合起來,實現(xiàn)信息整合與分析,由上位機進行遠程監(jiān)督與控制,完成機組的全面恒壓供風控制。恒壓供風 PLC 程序設計原理框圖見圖3.

圖3 恒壓供風 PLC 程序設計原理框圖

4) 上位軟件IFix直接讀取網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù),實現(xiàn)多地控制室的監(jiān)測與控制,并通過授權決定優(yōu)先級。

5) 啟用458通訊轉換模塊,通過網(wǎng)絡技術的靈活應用,將各機組集成控制器與主控制室PLC柜進行有效通訊。能夠結合生產(chǎn)需求,利用傳感器技術采集現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù),通過PLC編程實現(xiàn)控制功能,將3臺空壓機自由組合,并結合變頻技術,形成一個恒壓供風節(jié)能控制系統(tǒng)。

3.2 冷干機、儲氣罐排污方式及配套管路的升級

1) 排污方式升級。為解決人工不能及時對儲氣罐、冷干機排污的問題,在現(xiàn)有冷干機、儲氣罐進氣管路過濾器部位拆除原有的手動球閥,安裝微引流防堵氣動疏閥(見圖4),同時將原壓縮空氣管道所使用的普通焊管整體更換為內壁光滑、不易產(chǎn)生鐵銹的浸鋅管,其風阻率更低、風量損耗更小。

圖4 微引流防堵氣動疏閥圖

微引流防堵氣動疏閥與傳統(tǒng)排水器結構不同,內裝不銹鋼倒吊桶式浮球排水系統(tǒng),屬于連續(xù)動態(tài)排放,排放流量大,并設有內置過濾網(wǎng)和手動排污閥。即通過微量氣體消耗來驅動排水器,同時可將冷凝液隨時引入排水器并排除,當檢測到排水器內部被空氣填滿,水流無法流過時,內部感應裝置會打開很小的排氣口把排水器內部空氣排出,把水流引入排水器,解決廢水雜質排泄不及時的問題。該排水器具有運行無噪音,對安裝位置無要求,排水出口不易堵塞等特點。

2) 更換浸鋅管。將冷干機至TDS智能干選機所使用壓縮空氣管道由原來的普通焊管整體更換為內壁光滑,不易產(chǎn)生鐵銹且風阻率更低、風量損耗更小的浸鋅管(原使用的輸氣管路為普通焊管)。

3) 加裝先導氣閥。整體拆除TDS智能干選機現(xiàn)有的因水汽及長期運行等原因已銹蝕嚴重的舊先導氣管路和管件,更換TDS設備內部現(xiàn)有的鍍鋅管道為不銹鋼管件,并在高壓風進TDS吹噴電磁閥前的管路增加先導過濾閥。改進后TDS智能干選機高壓風管道系統(tǒng)見圖5.

圖5 改進后TDS智能干選機高壓風管道系統(tǒng)圖

4 經(jīng)濟效益

改造后,TDS智能干選機分選后矸中帶煤率從2022年平均0.69%降到0.40%,按照2022年全年排矸量38萬t計算,多回收原煤1102 t,按照原煤平均返廠價625元/t計算,增加經(jīng)濟效益68.875萬元。同時,2臺TDS智能干選機每月比改造前少更換電磁閥10個,按單個電磁閥4332元計,每年可節(jié)約成本約52萬元。

5 結 語

通過對TDS智能干選機供風系統(tǒng)內設備設施的升級改造,提高了壓風機供風效率,降低了電磁閥的損壞率,保證了TDS智能干選機供風環(huán)境的穩(wěn)定性,提高了TDS智能干選機工作效率。壓縮空氣是影響TDS智能干選機分選效果及電磁閥使用壽命的重要因素,在生產(chǎn)過程中必須保證穩(wěn)定的供氣效率及質量。