智能化技術在斜溝選煤廠能源管理中的應用

張建功

(山焦西山斜溝選煤廠，山西 呂梁 033602)

能源消耗的管理在選煤廠成本控制中占有舉足輕重的地位，隨著近幾年，選煤領域智能化建設風起云涌，以現代信息技術和人工智能技術為手段，以集成和利用全流程信息資源為起點，基于大數據技術應用的能源管理智能化建設也被提上日程[1]。

斜溝選煤廠在2018年開始智能化建設項目，經過系統相關需求分析、產品設計、設備采購、電氣施工、軟件開發、上線部署、現場調試等工作，智能化選煤廠建設初見雛形，其中智能化技術在能源管理中的應用也初見成效。通過能源管理系統將電力消耗、絮凝劑消耗、介質消耗、防凍液消耗的海量數據融合，建立能源管理大數據系統，從歷史、全面、動態三個維度考慮，對比積累的、新生的、在線的數據，從海量數據中挖掘出能源管理需求的數據、規律，作為系統優化的依據和指導，并從專業角度發現問題、評價效果、指明趨勢，有助于分析能源管理各部分存在的問題，有針對性地改進，從而不斷降低能源消耗，提高選煤廠經濟效益。

1 智能化建設實施背景

“中國制造 2025” 規劃提出：到2020年，中國制造業信息化水平大幅提升；到2025年，制造業兩化[2](工業化和信息化) 融合邁上新臺階。2017年5月17日完成了《斜溝煤礦選煤廠智能化系統建設》方案立項討論。2018年1月18日，山西焦煤集團出臺了 “智能化選煤廠五年規劃”，目標是要達到選煤生產透明化、選煤信息精細化和選煤決策智能化，為此規劃了4個板塊、多個層次的內容，分步實施[3]。2018年3月斜溝煤礦選煤廠簽訂了智能化建設項目合同。其中能源管理智能化建設同時開展，以期降低洗選成本，實現企業節支降耗。

2 智能化建設實施內涵

選煤廠能源管理作為關乎選煤廠成本的一項重要內容，直接影響選煤廠成本控制，其智能化建設的本質是利用工業控制的智能化、數字化以及信息通信技術，通過生產設備、人的多維度互聯互通、基于大數據分析的決策支持，實現對全流程能源智能管理與控制，從而實現能源管理的深刻變革和管理模式的再造，達到節支降耗的目的，全面提升企業的核心競爭力[3]。

3 智能化管理系統在斜溝選煤廠的應用

斜溝選煤廠能源智能化管理系統包括：電力消耗管理、介質消耗管理、絮凝劑消耗管理、防凍液消耗管理4個部分[4]。通過智能化建設利用大數據平臺對能源消耗進行分析，制定能源管理計劃，實施節能技改項目，綜合降低生產能源消耗(如圖1所示)。

圖1 能源管理方案設計總覽

3.1 電力消耗管理

將現有抄表系統接入智能化系統，實時監控、統計、分析電耗情況，形成圖表，直觀呈現電力消耗趨勢。具體功能包括：電力消耗依據生產任務，同現有抄表系統數據互通；電力消耗情況實時呈現；線上實時統計當前生產任務電力消耗量及歷史電耗情況查詢；每班自動生成電力消耗分析圖表；異常電力消耗情況進行報警提示。

通過電力消耗系統的大數據分析和提醒，找到啟停車過程耗時長、鼓風系統用風量大、空壓機自動啟停功能不完善等導致電力消耗居高不下的主要因素以后，斜溝選煤廠逐步實施了智能鼓風改造、空壓機自動啟停、一鍵智能啟停車等改造項目，大大降低了電力消耗(如圖2所示)。

圖2 智能啟車界面

3.2 介質消耗管理

介質消耗依據生產任務，同介質庫存數據互通，通過實時消耗估算的方式進行介質消耗量、介質質量的統計分析。具體功能包括：自動生成介耗并自動分析各系統加介量是否正常，綜合分析后，給出系統介耗偏高提醒；實現統計當前生產任務介質消耗量及歷史介耗情況查詢，每班自動生成總系統和子系統介質消耗分析圖表，自動生成每月介質單耗和與同期、計劃對比分析表。

通過介質消耗系統的大數據分析，能預測單套系統介耗異常并發出提醒，便于及時排查原因，大大降低了介質消耗。

3.3 絮凝劑消耗管理

通過能源管理系統對絮凝劑消耗情況進行監控，實時統計當前生產任務藥劑消耗量及歷史消耗情況查詢，并在每班自動生成藥劑消耗分析圖表；異常藥劑消耗情況的報警提示；自動生成每月絮凝劑單耗和與同期、計劃對比分析表。

經過能源分析系統查找到絮凝劑消耗不穩定的主要原因，針對人工加藥操作中的滯后性和粗放性，開展智能加藥[5]改造。結合哈希公司的SONATAX sc污泥界面檢測儀和艾默公司的濃度計對濃縮池煤泥沉淀層、來料濃度的持續檢測，通過對濃縮機來料濃度、澄清情況、濃縮機耙架運行電流3個關聯因素的持續監控，合理調整加藥機的參數設置，實現智能動態調整加藥量，提高絮凝劑添加量調整的及時性和精確性，改善了煤泥水系統的運行狀態，噸干煤泥絮凝劑消耗量由原來的61.05 g降低到48.84 g，改造成果顯著。

3.4 防凍液消耗管理

傳統防凍液噴灑系統需要人工到倉儲罐區探明防凍液儲量、選擇開啟出料泵、根據煤質和天氣情況調整閥門開度和噴灑泵頻率，每列車裝車完畢需對防凍液噴灑進行統計并填寫報表。數據采集主要來自人工現場估算以及流量表在裝車前后的差額進行計算并匯總，繁冗復雜，且精確度不高。整個流程耗時長，工作效率低，噴灑浪費極大。能源管理系統投用以后，配套的防凍液智能噴灑模塊包括設備信息的監測、控制以及智能邏輯與參數的設置都實現自動化(如圖3、圖4所示)。可以對防凍液消耗情況進行監控、統計、分析，形成圖表、曲線；防凍液噴灑時及時顯示和存儲在用廠家信息，與煤質化驗結果統一收集匯總形成報表、存檔；自動上傳和采集防凍液罐號、防凍液粘度、冰點、車次、廠家等信息，形成防凍液報表并推送；自動生成每月防凍液單耗和與同期、計劃對比分析表。

圖3 防凍液智能噴灑操作監控界面

圖4 防凍液噴灑統計總覽

4 應用效果

(1)在電力消耗管理方面實施了智能鼓風、空壓機智能啟停、避峰生產、一鍵啟停車等措施，均達到了節約電力消耗的目的。根據用電量分析出鼓風使用的空壓機是“用電大戶”以后，對鼓風系統進行改造，實現了介質桶按照設定時間智能間隔鼓風和空壓機根據現場用風點壓力自動啟停及加卸載，空壓機電耗節約40%(如圖5所示)。鼓風系統智能化改造完成后，智能鼓風系統可以實現空壓機自動啟停，在停車期間對介質桶進行自動間歇鼓風，不需要崗位司機再操作鼓風閥和空壓機，空壓機開啟時間降低了1/3以上，通過抄表系統實測1—5月份二期空壓機耗電量在9 000 kW·h/d，智能鼓風模塊投用后，6—9月份二期日均空壓機電耗為6 000 kW·h/d，日均節約電耗3 000 kW·h，按單位平均電費0.58元/(kW·h)、年生產330 d計算，一、二期每年節約電費為：3000×2×330×0.58=114.8(萬元)。

圖5 鼓風電耗情況折線

智能啟車將啟車時間由之前的40 min以上減少為20 min，單次啟車消耗功率約減少4 000 kW·h，按每天啟車1次計算，全年可為選煤廠節約用電146萬kW·h，電費單價按0.5元/(kW·h)計算，全年可節約電費73萬元，同時減少了設備空轉及設備磨損，節省了材料配件費用。

(2)介耗管理系統投用以后，斜溝選煤廠介耗從2016年全年噸原煤1.76 kg降為2019年的1.67 kg，按照介質采購價450元/t算，2019年總計入洗原煤1 608萬t，共節約介質1 450 t，節約資金65.12 萬元，提高了經濟效益。

(3)斜溝煤礦選煤廠年入選原煤1 500 萬t，噸干煤泥絮凝劑的消耗量由原來的64.95 g降低到55.39 g(如圖6所示)，煤泥產率7%，絮凝劑14 000元/t，年可節約資金：1500萬t×7%×(1-25%)×9.16 g/t÷10000×14000元/t=10.1萬元，經濟效益可觀[6]。

圖6 絮凝劑消耗管理實施前后對比

(4)防凍液管理系統很大程度減輕了職工勞動強度，同時又保證了裝車報表的準確性，智能控制既保證噴灑量的滿足需要又避免了浪費，節約成本，同時消除了安全隱患。

5 結 語

斜溝煤礦選煤廠實施能源管理系統智能化升級后，通過大數據分析技術的應用，查找能源管理中存在的漏洞和不足以后，開展了鼓風系統改造、空壓機自動啟停開展、智能啟停車改造、加藥系統改造、防凍液系統改造等，實現了系統智能加藥、一鍵啟停車、智能鼓風、智能預警、平板端遠程控制功能，做到統籌管控，有效降低了能源消耗，降低了洗選成本，提高了經濟效益，減少了崗位人員需求，減輕了崗位職工的勞動強度，提高了選煤廠管理的科學性，為后續智能化選煤廠設計積累了寶貴經驗。