斜溝煤礦選煤廠鼓風系統技術改造

曹 令

(山西西山晉興能源斜溝煤礦選煤廠，山西 興縣 033602)

1 概 述

斜溝煤礦選煤廠是礦井配套15.00 Mt/a選煤廠，主要采用的是塊煤重介質淺槽+末煤兩產品重介質旋流器+TCS煤泥分選工藝。分兩期平行鏡像布置，共有4套塊煤重介淺槽分選系統和12套末煤兩產品重介質旋流器分選系統[1]，重介質懸浮液用量較大，廠房內介質桶和混料桶等有40個，每個桶上都有5個鼓風球閥(DN50)，其中須經常開關使用的閥門有40個。鼓風風源來自于6臺空氣壓縮機，每臺空氣壓縮機配有1個風包，每臺風包設有1個放水閥(DN20)。這些閥門是鼓風系統的控制關鍵，在日常停車時段以及啟車生產前的準備期間，崗位人員通過開關閥門給各個桶內供風，確保桶內介質(磁鐵礦粉)始終處于懸浮狀態，不發生坐桶、壓泵等事故[2]，保障桶內重介質懸浮液隨時能正常穩定流動，并滿足洗選生產需求。

2 存在問題

(1)鼓風過程中，崗位人員需借助扳手等工具，按時開啟各個桶上手動閥，逐個鼓風，工作量大、耗時長且操作不便、工作效率低。此外，為保障風包的安全使用，還需要定時手動為各個風包放水，附加工作增多。

(2)因人員手動操控閥門的時間和頻次不能保證一致且穩定，為保證充足的供風壓力，空氣壓縮機必須處于長時間不間斷運行，因此空氣壓縮設備的電耗高、磨損較大。

(3)空氣壓縮機的操作只能在設備控制面板上進行，操控受限制。從現場發現問題再到操控設備，時間滯后、效率低下。

3 系統升級改造

3.1 閥門

向桶內鼓風主要依靠手動閘閥控制開關，但因人為操作時間緩慢、效率低，所以斜溝選煤廠將鼓風用手動閥都改成氣動閥+電磁閥的組合控制模式[3]，通過電氣控制的方式來實現快速、靈敏操控，也為實現遠程監測和控制奠定了基礎。

如圖1所示。氣動閥就是借助壓縮空氣驅動閥門的啟閉，其作用是控制管道內氣流開關；電磁閥通過接收電信號動作，從而帶動氣動閥的開關啟閉。但由于氣動閥實現的是全開或全閉動作，不能對供風量大小有所調節，所以選煤廠在氣動閥后端增設1組手動控制閥，作為限制管內鼓風流量和應急控制備用閥使用。

圖1 氣動閥+電磁閥

此外，因鼓風系統使用的是壓縮空氣，易形成水汽，凝結滲入閥體內電子元件，造成閥門不動作或運行遲滯。需要定期檢點閥門情況，及時排放水汽，防止其對閥門造成侵蝕損壞；同時機修維護人員需定期清理閥芯及動鐵芯內的雜物，保障閥門的正常穩定使用。

3.2 管道

如圖2所示，斜溝選煤廠各個桶上的鼓風管設定位置主要在周邊和泵的連接管上，經常使用的鼓風閥設在與泵的連接管上，閥門位置均低于桶內液面，個別鼓風閥甚至在低于液面5 m位置。在壓差作用下，細顆粒介質易通過閥門縫隙擠入主風管，在管道內沉淀積聚造成堵塞。安裝的自動控制閥在短時間內就出現失效，閥體內介質粘粘堆積嚴重、故障率高發。所以對連接管也進行了改造，如圖2所示。

圖2 鼓風管道設置位置

將連接管豎直延長超過液面最高點，形成倒U形管路后再與主風管連通，在倒U形管道中形成安全高度[4]，有效避免了桶內介質懸浮液回流擠入風管和閥門造成的損失。

3.3 壓力值監測

因主風管管內氣壓與風包壓力有一定偏差，穩定時也會有0.03～0.10 MPa范圍波動。尤其隨著鼓風的動作，管道內壓力會在短時間內驟降，若僅以風包壓力為參考標準，鼓風閥動作錯誤率較高，實際鼓風效果也會大打折扣。對此，斜溝選煤廠在主風管上增設2組壓力檢測表，并將檢測值連入操控系統實現在線監測。

3.4 程序設置與控制

通過廠內網絡平臺將空氣壓縮設備與電—氣閥門組合聯網[5]，實現遠程操控，同時增設移動控制端(PAD)。在空壓機設備操作面板上有遠程和就地控制選項，當選擇遠程后，就能直接在PAD端進行操作，可以人工遠程點動啟停，也可以選擇智能控制。如圖3。

圖3 連接管倒U形改造

在智能控制狀態下，空氣壓縮機按照設定的邏輯程序，根據管道壓力、設備運行工況(溫度、氣壓、油壓等等)自動采集識別，再根據邏輯判斷自行調節空氣壓縮機的運行啟停。如管道風壓不足0.3 MPa(可調)時，將自動把待機狀態的空壓機進行加載；當管道內風壓達到0.65 MPa(可調)，將自動把運行狀態的設備進行卸載，減少不必要的能耗。還可通過移動PAD端界面選擇需要鼓風的桶，將其設定到鼓風程序隊列中。

如圖4，通過控制界面，可直接查看各個桶上鼓風閥門所處狀態(智能/手動以及運行/停止)。當設定為智能鼓風隊列后，系統將依次排隊自動實現桶內鼓風；當選擇手動控制時，可直接在PAD界面上操作相應閥門的開啟、關閉，崗位人員工作更簡便、效率得到很大提升。

圖5 鼓風系統監控與操作界面

斜溝選煤廠通過現場反復嘗試、觀測，實際生產過程中介質沉淀狀態以及鼓風過程中管道壓力情況如下：

(1)1～2 h內介質桶內會出現明顯蓬松沉積、流動性減弱，5～6 h底層介質擠壓結實加劇，經常出現介質泵上料不暢現象；

(2)空壓機設定保護壓力值不超0.65 MPa[6]，向介質桶內鼓風就是將管內壓縮空氣擠入桶內，實際是管道排風泄壓的過程；同時供風超過4個介質桶時，空壓機給管道的供風量遠低于排出風量，管內壓力會驟降到0.25 MPa以下。對此，為保證管內足夠的風壓，將鼓風程序間隔時間設定為120 min(可調)，每組鼓風臺數設定不超4個介質桶(可調)。

鼓風過程中若管道壓力不足，極易出現重介懸浮液倒吸回流進風管，造成堵塞或閥門損壞。因此，斜溝選煤廠將氣動閥開啟壓力限值設定在0.3 MPa以上(可調)，并將其寫入運行程序，當風包內壓力不足時，氣動閥將自動鎖定無法啟動，避免因風壓過低，導致介質懸浮液回流進閥體和管道內造成事故。另外，重介懸浮液在生產循環過程中始終處于流動狀態，若此時鼓風，反而會產生氣蝕現象[7]，造成上料不暢或不上料的狀況，增加不必要的能耗，還會影響生產正常進行。對此，選煤廠通過連鎖介質泵運轉工況，設定泵運行頻率超過7 Hz時，鼓風閥鎖定不可開啟。

4 改造效果

鼓風系統改造完成后，實現了鼓風設備的自動啟停、各桶依照設定的順序自動鼓風，崗位人員可遠程操作空壓機和閥門，工作量極大降低，空氣壓縮機的運行時間減少1/3，電耗同比降低超過50%，如表1[8]。崗位人員生產預準備時間由原有50～60 min縮短至15～20 min，工作效率增加、生產效能提升。

表1 改造前后電耗對比

5 功能迭代完善

原設計中，針對供風系統設備(空壓機)的運行工況實現了實時監測、故障報警、遠程操控等目的，但歷史運行狀態及故障查看等部分信息不足，尤其是單個閥門的信息，造成后續設備的使用、維護保養以及更換參考數據不足。對此，斜溝選煤廠通過程序的迭代完善，增加設備及系統運行信息存儲及日志查看功能，包括各控制閥門的運行歷史狀況[9]、供風設備壓力波動范圍等等，進一步完善了系統及設備信息的大數據參考，為系統后續設備應用、維護提供可靠數據保障。

6 結 語

智能鼓風系統的良好應用是斜溝選煤廠反復嘗試摸索獲得的，期間為實現其與生產系統的完美契合度，走了不少彎路，現場崗位更是經歷著“改—試用—再改—再試用”這類循環模式[10]。最終使鼓風系統能良好地為生產系統服務，保障了企業穩定持續高效生產。節支降耗、減勞增效的成果明顯，在重介質選煤領域有著良好的應用前景。