西曲礦選煤廠空壓機遠程群控系統研究

李 闖

（西山煤電股份公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030200）

引言

西曲礦選煤廠是一座年處理能力達330萬t的現代化選煤廠，主要工藝流程如下：重介淺槽預先排矸+無壓三產品重介旋流器+粗煤泥TBS+浮選。空壓機在選煤廠生產中有著廣泛的應用，供氣方式雖然原理簡單、操作方便，但存在耗電量高、供氣壓力不穩定等問題[1-2]。

1 空壓機使用現狀

主洗車間、煤泥水車間共六臺空壓機，主要用于煤泥脫水作業（快開壓濾機）、空氣炮及氣動閥門等，近期空壓機使用數據如下：

空壓機其中一套系統供氣壓力0.95~1.05 MPa（9.5~10.5 bar），兩用一備，每年運行5 400 h；另一套系統供氣壓力0.95~1.05 MPa（9.5~10.5 bar），一用一備，每年運行730 h；最后一臺卸料，用氣壓力0.45~0.55 MPa（4.5~5.5 bar），每年運行3 000 h。具體設備使用數據如表1所示。

表1 設備使用數據

通過長期使用觀察，發現空壓機在選煤廠生產中主要存在以下幾個問題：

1）六臺空壓機分別放置于四個地方，相對分散，其中三處空壓機供氣系統相對獨立，存在加載率低、空負荷運行時間較長、需單獨設崗操作等現象。

2）工頻運行螺桿空壓機在100%加載排氣時，其電機負載為100%；卸載空車運行時，其電機負載約為50%，存在較大的電能浪費。

3）長時間的卸載運行、頻繁地加載卸載，空壓機磨損嚴重，產氣效率低且影響壽命。

4）傳統空壓機供氣系統由于電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少時電機仍然要空載運行，浪費電能。

5）設置過高的系統上下限，實際產氣量大于生產時所需用氣量，都不同程度存在浪費電能的現象。

2 空壓機集中控制系統技術方案

采用空壓機遠程、集中控制系統，將六臺空壓機進行遠程組網控制，實現恒壓供氣與無人值守，對所有空壓機運行數據進行通信采集和實時監控，真正實現自動化控制管理、轉崗分流、減員提效，同時達到節能降耗的目的。系統改造原理如下：

1）傳統供氣空壓機系統中，如果有多臺空壓機同時運行，每臺空壓機的輸出壓力都將隨著管網的壓力在上下限間波動，所以每臺空壓機多消耗7%～10%的額定功率。

2）傳統空壓機供氣系統中運行參數的設定不同，也會造成空壓機用電量的不同，必須根據用氣工況進行設定，才能達到最經濟的運行效果。

綜上，當多臺空壓機同時運轉供氣時，分別是通過自身設定的壓力來控制單機的加載、卸載動作，難免會造成多機卸載運行，造成能源浪費。如果通過一個系統統一控制，對于空壓機運行實行統一指令和分配，使空壓機在最佳能耗時運行[3]。

3 空壓機集中控制系統改造技術方案

3.1 現場控制級

每臺壓縮機可設定聯控運行控制、手動運行控制、遠程操作控制。當智能群控節能系統出現故障時，切換到手動狀態，各空壓機恢復原有的運行方式。在手動運行模式下，系統仍然可以監控空壓機運行數據。

智能群控節能系統根據用氣量自動決定開啟空壓機的臺數。改造完成后整個空壓站空壓機總的加載時間/總的運行時間≥98%。

控制空壓機啟動、停機的同時，同步控制相關吸附干燥機啟動、停機。

自動生成壓力、溫度、電流曲線，利于設備操控。

自動上傳運行數據，上位機自動生成運行曲線圖和報表。

報警或故障信息存儲：報警或故障時壓縮機運行參數存儲；形成數據庫，方便查閱。

3.2 遠程監控級

上位機管理平臺和現場PLC控制系統都可以顯示與控制以下數據：

空壓機運行數據：運行時間、加載時間、主機溫度、排氣壓力、分離前壓力、運行電流等。

運行狀態監控：運行、停機、加載、卸載、報警、故障等。

報警參數：溫度報警、壓力報警、主機過載、啟動故障、空濾堵塞、油濾堵塞、油細分離壓差報警、傳感器失靈等。

3.3 控制啟動運行原理

壓縮機開機、停機原理如圖1所示。

圖1 壓縮機開機、停機原理

4 效益測算

響應集團公司轉崗分流指示精神，通過改造可減少崗位工6人，節省工資支出約30萬元。同時促進選煤廠向集中控制、自動化、智能化無人值守轉變。

通過向空壓機售后服務人員咨詢，知道空載運行功率約占加載運行功率50%。結合現場設備使用數據表和改造后單臺加載率98%計算，結果如下：

改造前：

空1/空2=160 kW×62%×5 400 h+160 kW×50%×（98%-62%）×5 400 h=691 200 kW·h；

空3=160 kW×53%×5 400 h+160 kW×50%×（98%-53%）×5 400 h=652 320 kW·h；

空4=160 kW×84%×3 000 h+160 kW×50%×（98%-84%）×3 000 h=436 800 kW·h；

空5/空6=160 kW×44%×730 h+160 kW×50%×（98%-44%）×730 h=82 928 kW·h。

每年總電耗=空1+空3+空4+空5=1 863 248 kW·h；

每年總電費=1 863 248 kW·h×0.56元/kW·h=1 043 419元。

改造后：

根據現場設備使用數據表和改造后單臺加載率98%計算，可知同時使用2～3臺空壓機和3臺備用即可滿足生產需要。具體使用電耗如下：

空1=160 kW×98%×5 400 h=846 720 kW·h；

空2=160 kW×（98%-84%）×（5 400-3 000）h+160 kW×50%×（98%-15%）×（5 400-3 000）h=215 040 kW·h；

空3=160 kW×98%×3 000 h=470 400 kW·h；

空4=160 kW×43%×730 h+160 kW×50%×（98%-43%）×730 h=82 344 kW·h。

每年總電耗=空1+空2+空3+空4=1 614 504 kW·h；

每年總電費=1614504kW·h×0.56元=90.4萬元。

綜上所述：每年節約電耗1 863 248 kW·h-1 614 504 kW·h=248 743 kW·h；每年可節約電費248 743 kW·h×0.56元/kW·h=13.9萬元。

5 結論

根據上述分析結果表明，改造后每年可節約費用43.9萬元，還可促進選煤廠向智能化、遠程集中自動化控制邁進，同時促進選煤廠轉崗分流、減員增效、節能降耗，保證空壓機有效利用率，多臺備用實現生產平穩連續進行。此改造方案可在選煤系統廣泛推廣使用。