GPJ-120型加壓過濾機升級改造研究

王冠博

（山西省煤炭建設監理有限公司， 山西 太原 030006）

1 GPJ-120型加壓過濾機工作原理和存在的問題

1.1 工作原理

GPJ-120型加壓過濾機屬于圓盤式加壓過濾機。圓盤式加壓過濾機在運轉時的工序主要包含以下過程：過濾、干燥、反吹、卸料。

加壓過濾過程：入料泵將末精煤懸浮液給入過濾倉，懸浮液的40%～50%浸沒過濾盤，將過壓縮空氣充入加壓倉內，使氣水分離機與濾盤之間形成壓力差，液體透過濾扇依次流過濾管、分配閥再排出過濾機，煤塊和其他大塊的固體會截留在濾盤上，形成一整塊含水量較高的濾餅。

干燥脫水過程：濾盤在啟動后逆時針旋轉，如圖1所示，裝載著濾餅的濾扇逐漸轉出液面，加壓室內的壓縮空氣和過熱蒸汽作用于濾餅，氣體通過置換作用將液體從原來的空間擠出，被擠出的混合液體透過濾扇從濾管中流出。

圖1 加壓過濾原理圖

卸料過程：經過干燥的濾餅被反吹風吹下，落在刮板輸送機上，當濾餅質量達到一定量時，操作密封排料器的閘板上下開合，將濾餅運輸到下一個工序中，緊接著濾盤繼續轉動，開始下一個工作的循環[1-2]。

1.2 存在的問題

整個加壓過濾的過程中，濾盤一直處于轉動狀態中。由上述加壓過濾機的工作原理可知，濾盤的轉速決定了一個加壓過濾工序的周期和速率。為GPJ-120型加壓過濾機濾盤提供轉動動力的是加壓過濾機的主軸，所以加壓過濾機的工作周期最終是由主軸轉速決定的。傳統的GPJ-120型加壓過濾機的主軸是根據選煤廠的實際工藝流程選擇電機的，其電機的轉速是固定的，這樣做的好處是降低了成本。但是，隨著時代的發展，固定轉速的主軸逐漸暴露了它存在的問題[3]。突出的問題如下：

1）由于主軸電機是固定的，所以當選煤廠的產能改變或者工藝改變時，主軸轉速將無法匹配加壓過濾的工序需要，使得選煤廠必須更換電機來匹配工藝。

2）選煤工藝的特點決定了煤泥水的量不是固定的，而固定轉速的電機速度是按照最大煤泥水量設計的，這就使得加壓過濾機在相當長的一段時間內不是滿載的，既浪費了資源，又因為長時間大功率工作使得設備的故障率升高，影響設備的穩定性，同時消耗了大量電能。

3）傳統的GPJ-120型加壓過濾機在運行時需要操作員全程緊盯設備的各個儀表，工作強度大，易出錯，短時的峰值經常引起設備報警，導致容錯率降低[4]。

2 GPJ-120型加壓過濾機改造

2.1 硬件改造

通過對現場加壓過濾機調研可以發現，其主軸的功率為11 kW，處理能力為60 t/h，功率和處理能力的設定是依據現場最大煤泥水的量。所以是由主軸電機直接對濾盤進行驅動，這樣帶來的問題是無法根據煤泥水的量來改變主軸電機的轉速，為了改變這種現狀需增加變頻器實現主軸電機的變頻驅動[5]。

經過硬件的改造增設了主軸轉速調節系統。主軸轉速調節系統主要是來控制電機主軸的轉動速度，其機理是通過主軸轉速的變化來實現對過濾機圓盤卸料的有效控制，而轉速的調節是通過變頻器來控制實現的。在這個速度調節系統中主要包括的元件有執行元件濾盤、加壓過濾器的電機、控制電機轉動速度的變頻器、帶有可編程控制器的控制柜以及上位機。控制系統需要根據速度要求對變頻器進行實時的控制，首先是通過利用控制柜連接的傳感器對煤泥水的信息進行采集和處理，根據處理的結果計算出主軸電機需要提供的能量，然后再通過對變頻器的控制完成能量的傳遞[6]。其硬件結構如圖2所示。

圖2 變頻調速控制原理圖

在改造之后進行數據的測量，通過對硬件設備的測量可以發現調節后處理能力由原來的60 t/h調整為40～85 t/h，分別對應煤質波動和工況波動條件下的可調處理量，在保證產品水份的前提下，形成了動態處理能力，適應了漳村選煤廠的生產實際。

2.2 軟件改造

為了對主軸轉速調節系統進行在線監控，為主軸轉速設定組態界面，人機交互界面的設計可以方便工作人員對現場的工況條件進行實時掌控，并且可以通過組態的編輯完成硬件設備的遠程控制。主軸調速系統作為加壓過濾機工作過程中不可或缺的一部分，在界面中設計了電機的運行狀態監控以及變頻的數據監測和控制。根據原理可以得知主軸轉速通過變頻器調速來實現，用于調節處理能力和水分量，所以對于加壓過濾過程涉及到的重要變量和調整量進行數據的顯示、存儲和分析[7]。

3 改造后調試運行

在確定了加壓過濾機能夠自動完成所有工序后，開始進行加壓過濾機的正式生產調試與運行。首次運行時，先由給料口少量均勻給入煤泥水，觀察加壓過濾機能否正常工作，過濾機內是否有異常撞擊聲響，高壓、低壓風機的聲音是否正常，閘板能否正常開合，液壓泵工作是否流暢，密封充放氣是否正常，排料口給出的精煤水分含量是否滿足生產要求。若在試運行60個周期后，以上部分沒有出現異常，精煤的水含量也滿足生產要求，給料口開始按照設計產能給料，工作人員繼續進行上述觀察。

改造后的加壓過濾機控制系統在漳村礦洗煤廠進行了一段時間的工業性試運行，運行過程中對于主軸調速系統中所涉及到的數據進行監測和存儲。通過對數據的分析和處理可以得出主軸調速系統可以根據不同的工況條件來進行主軸電機的變頻調速，并且通過控制柜內置的PID算法實現平滑地進行主軸電機的調整，并且提高了處理能力的契合度。因為能量的供給是根據不同的工況條件而設定的，這樣就會對電能的消耗有了一定的節省，根據漳村礦變電站數據統計，在同一時間段內電能的消耗下降了9.4%。

在集控室內對加壓過濾機控制系統進行監控，對于惡劣的工作環境以及復雜的工況條件通過集控室的上位機軟件進行顯示和控制，不但減少了安全事故的發生率，還縮減工人的勞動強度，通過數據的分析可以得知，現場的工人由當初的3人，減到了目前的1人，對于集控室的工人增加沒有變化，而且現場的故障率也下降了3%。從經濟角度講，對于漳村礦選煤場有了一個提升。

4 結論

此次針對GPJ-120型加壓過濾機的改造以主軸調速改造為主，改造過程中增加了入料口流速傳感器，增加了配套的執行機構，設計了一套與之相匹配的PID算法，解決了GPJ-120型加壓過濾機自動化程度低、容錯率低、穩定性差的問題，實現了主軸根據工況的動態調速，減少了水資源的使用，節省了電能，降低了成本，保護了環境；降低了機械損耗，降低了故障率，提高了設備的穩定性，提高了產品質量，提高了精煤回收率；引入了上位機監控系統，降低了員工的工作強度，同時減少了工作現場的員工數量，減少了噪聲污染，降低了管理維護成本，綜合效益顯著提高。

（編輯：張卓婭）