东曲选煤厂TDS智能干选机供风系统改进

康 凯

(山西焦煤 西山煤电(集团)有限责任公司东曲选煤厂, 山西 古交 030200)

山西焦煤西山煤电东曲选煤厂属于矿井型选煤厂,入洗矿井2#、4#、8#、9#原煤。原煤矸石含量大,原采用人工手选矸石的方式排矸,2019年、2020年先后引入TDS智能干选机替代人工手选,提升了排矸效率。近年来TDS智能干选机分选效果达不到预期要求,主要是现有供风系统不能维持持续供应和动态平衡,导致进行吹喷动作的电磁阀大量损坏,材料、配件及维保费用大幅增加,严重影响正常生产。因此,急需对TDS智能干选机供风系统改进。

1 TDS智能干选机供风系统

TDS智能干选机主要是通过煤与矸石对X射线吸收能力的不同来区分煤与矸石。粒度在50～300 mm的原煤在布料器上均匀单层布料,当煤与矸石通过X射线装置时,由于煤与矸石所含元素不同,其对辐射的吸收量不同,矸石吸收能力强而煤的吸收能力弱,探测器根据接受到的射线强弱,建立针对不同煤质特征相适应的分析模型,通过大数据分析,对煤与矸石的元素、位置等进行数字化识别,最终通过智能喷吹系统,选出块煤,将矸石排出[1].

TDS智能干选系统包括给料、识别、执行等主要系统,以及供风、除尘、冷却、配电、控制等辅助系统。作为执行系统中起主要作用的供风系统,主要包括空气压缩机、储气罐、冷干机等设备。其中空气压缩机3台,1台为阿特拉斯高压空气压缩机,功率280 kW,供风能力50 m3/min,2台为低压空气压缩机,功率250 kW,供风能力40 m3/min;储气罐两个,总容积50 m3; 冷干机3台,总处理能力160 m3/min. TDS智能干选机供风示意图见图1.

图1 TDS智能干选机供风示意图

2 存在问题

1) 供风压力不稳,供风量不足。

矿井煤层结构复杂,开采的各工作面煤质差别大,生产过程中煤与矸石的比例变化无据可循,经常出现大块矸石、杂物和水煤等,导致TDS智能干选机在分选过程中所需风量发生较大波动。在矿井工作面煤质正常的情况下,TDS智能干选机只需开1台高压空气压缩机即可,但是在设备所需风量发生波动时,需要实时监测空压机压力数值,在低于或高于风压范围时,对2台低压空气压缩机进行开停操作,从而维持设备所需风压(TDS运行所需风压为0.55～0.75 MPa). 虽然每台压风机均具有独立的集成控制器,可以独立操控(现场控制和远程控制),但由于人工观察压力数值和手动启停空压机存在误差及时间间隔,达不到连续供风需求,造成供风压力不稳,导致TDS智能干选机分选过程中的不稳定性,运行得不到保障。而且人工操作容易造成每台设备运行时间不平衡、设备磨损老化等问题,降低了设备的使用寿命。

2) 供风质量未达标。

TDS智能干选机由于精密程度较高,尤其是吹喷系统中关键部件吹喷电磁阀,其工作所需的高压风必须是经冷干机处理后温度低、杂质少且干燥的高压风,选煤厂改造初期基于生产成本考虑,压缩空气管道使用普通焊管输送高压风(高压风是达到露点的湿空气),随着使用时间的延长,压缩空气管道内部在水和氧气的作用下快速锈蚀,锈蚀到一定程度会脱落进入冷干机,在冷却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,翅片间隙越来越小,阻力越来越大,冷干机压力损失过大,导致流量与压力均会有一定程度降低,造成能量损失。虽然冷干机及其配套储气罐设置有排污,但是改造初期排污方式为人工手动排污,不仅增加劳动强度,而且排污不及时易造成TDS智能干选机喷咀堵塞,电磁阀大量损坏的同时一方面增加冷干机运行负荷,另一方面不同程度地影响供给TDS智能干选机的高压风纯度,进而影响TDS智能干选机的供风质量,导致TDS智能干选机的分选效果下降。

3 改造方案

3.1 变频恒压供风

1) 在现场安装485通讯转换模块,通过光纤完成通讯,将各机组集成控制器与主控制室PLC柜中的通讯模块联接,将现场各空压机控制器上的数据传输至集中控制柜中,为读取数据与控制空压机奠定基础。空压机集中控制框图见图2.

图2 空压机集中控制框图

2) 采集空压机总管压力传感器压力信号,然后将压力信号转换成DC4-20ma的电流信号,传输到集中控制柜中,该信号是PLC进行编程控制的依据。根据生产实际,确定空压机的高低压力限制值,最高压力0.75 MPa,最低压力0.55 MPa. PLC编程可以实现在后台完成数据的比较与分析,并发出控制指令。当用风压力低于0.55 MPa,程序自动检测3台空压机的工作状态,优先启动低压风机,高压风机次之;当用风压力高于0.75 MPa,程序自动检测3台空压机的工作状态,优先停止高压风机,低压风机次之。在风压控制过程中,变频器也发挥了一定的作用。当设备起动超过设定的时间限值或者低于(高于)压力限定值时,系统会自动发出报警提醒。当PLC发生故障时,空压机可以恢复就地操作。

3) 利用工控机与PLC控制器的有效联接,在上位电脑上模拟出一个完整的画面,显示现场各运行参数,将整个网络的技术参数综合起来,实现信息整合与分析,由上位机进行远程监督与控制,完成机组的全面恒压供风控制。恒压供风 PLC 程序设计原理框图见图3.

图3 恒压供风 PLC 程序设计原理框图

4) 上位软件IFix直接读取网络传输的数据,实现多地控制室的监测与控制,并通过授权决定优先级。

5) 启用458通讯转换模块,通过网络技术的灵活应用,将各机组集成控制器与主控制室PLC柜进行有效通讯。能够结合生产需求,利用传感器技术采集现场压力数据,通过PLC编程实现控制功能,将3台空压机自由组合,并结合变频技术,形成一个恒压供风节能控制系统。

3.2 冷干机、储气罐排污方式及配套管路的升级

1) 排污方式升级。为解决人工不能及时对储气罐、冷干机排污的问题,在现有冷干机、储气罐进气管路过滤器部位拆除原有的手动球阀,安装微引流防堵气动疏阀(见图4),同时将原压缩空气管道所使用的普通焊管整体更换为内壁光滑、不易产生铁锈的浸锌管,其风阻率更低、风量损耗更小。

图4 微引流防堵气动疏阀图

微引流防堵气动疏阀与传统排水器结构不同,内装不锈钢倒吊桶式浮球排水系统,属于连续动态排放,排放流量大,并设有内置过滤网和手动排污阀。即通过微量气体消耗来驱动排水器,同时可将冷凝液随时引入排水器并排除,当检测到排水器内部被空气填满,水流无法流过时,内部感应装置会打开很小的排气口把排水器内部空气排出,把水流引入排水器,解决废水杂质排泄不及时的问题。该排水器具有运行无噪音,对安装位置无要求,排水出口不易堵塞等特点。

2) 更换浸锌管。将冷干机至TDS智能干选机所使用压缩空气管道由原来的普通焊管整体更换为内壁光滑,不易产生铁锈且风阻率更低、风量损耗更小的浸锌管(原使用的输气管路为普通焊管)。

3) 加装先导气阀。整体拆除TDS智能干选机现有的因水汽及长期运行等原因已锈蚀严重的旧先导气管路和管件,更换TDS设备内部现有的镀锌管道为不锈钢管件,并在高压风进TDS吹喷电磁阀前的管路增加先导过滤阀。改进后TDS智能干选机高压风管道系统见图5.

图5 改进后TDS智能干选机高压风管道系统图

4 经济效益

改造后,TDS智能干选机分选后矸中带煤率从2022年平均0.69%降到0.40%,按照2022年全年排矸量38万t计算,多回收原煤1102 t,按照原煤平均返厂价625元/t计算,增加经济效益68.875万元。同时,2台TDS智能干选机每月比改造前少更换电磁阀10个,按单个电磁阀4332元计,每年可节约成本约52万元。

5 结 语

通过对TDS智能干选机供风系统内设备设施的升级改造,提高了压风机供风效率,降低了电磁阀的损坏率,保证了TDS智能干选机供风环境的稳定性,提高了TDS智能干选机工作效率。压缩空气是影响TDS智能干选机分选效果及电磁阀使用寿命的重要因素,在生产过程中必须保证稳定的供气效率及质量。