选煤厂煤流控制系统优化与定制配煤应用研究

董学亮，秦立功，武 磊，李 硕

（1.潞安化工集团李村煤矿，山西 长治 046000；2.晋能控股装备制造集团煤炭加工利用分公司赵庄选煤厂，山西 长治 046000）

潞安化工集团李村煤矿李村选煤厂（简称“李村选煤厂”）现有4座原煤仓，在矿井原煤煤质变化时，选煤厂会将不同灰分原煤分别装入不同的原煤仓内，原煤入洗前根据客户对煤质的要求制定洗选计划。客户考核煤质的标准是平均灰分或平均发热量，而原煤的灰分或发热量会因地质构造的变化而经常变化，这就需要调度员与岗位工配合控制给煤机闸板将不同原煤仓内的原煤按比例进行入洗配比，因灰分仪测定数据和煤流传输时间的延迟，仅靠人工控制给煤机的开停及闸板的开度很难保证配煤的质量[1]，导致实际入洗量可能相差较大，产品煤质也就忽高忽低，对完成生产指标产生不利影响。其次，闸板开度不到位、配煤不精确，造成脱泥筛筛面偏量，影响脱泥效果，由此而导致的清筛面等工作又要占用岗位工大量时间，无形中增加了岗位工的劳动强度。

因此，根据客户需求和实际煤质情况，设置定制化生产配煤方式显得尤为重要。

1 煤流控制系统优化原则

通过采样高灰原煤、低灰原煤、洗选后精煤，并分别做对比试验，研究灰分仪在不同灰分、皮带上不同煤层厚度时的检测精度，为定制化配煤提供数据参考；增加与灰分仪配套的自动执行机构，可根据灰分仪的检测值自动调节煤量配比；新建PLC 自动配煤控制平台并开发配煤软件，依据现场调研，PLC 系统重新增加，不影响现有系统，进行配煤控制算法研究，实现自动配煤的闭环控制。

2 煤流精准控制原理

选煤厂定制化生产配煤控制系统原理为利用在线测灰仪、皮带秤以及给煤机变频调速，通过精确的计算和PLC 编程自动控制系统，来实现自动配煤。首先由人工输入目标灰分确定煤种类别，经过程序计算得出精煤产品的灰分；其次，依据配煤的灰分指标和各煤仓原煤的灰分算出各煤种的给煤流量，确定给煤机的开动台数，由现场岗位工粗调给煤量[2-3]；最后，通过实时监测产品带式输送机上配煤的灰分与设定的灰分指标进行比较，再由系统进行计算，指导变频器动作细调给煤量，调节给煤机的瞬时流量，使配煤入洗灰分最大限度接近灰分指标[4]。

3 煤流控制系统优化方案

根据实际应用需求来规划整体设计方案，在现有的生产工艺及设备设施的基础上进行定制化配煤改造，克服了人为配煤无法实现多样化和精准化的缺陷，满足用户需求，保证企业经济效益。

整个配煤系统由上位机(iFix)和下位机(GE PLC)组成。下位机PLC 需要接入电子皮带秤、灰分仪、给煤机、变频器、皮带、电液推杆、位置传感器等设备信号。

上位机采用工控机，监控软件采用iFix 工控组态软件，它包含人机界面、数据库、网络控制等技术，同时包含动态显示、报警、趋势预测等组件。下位机可编程控制器PLC 采用美国GE 公司的PLC，完成开环控制、模拟量闭环、数字量控制、数据采集监控[5]。整个控制系统的结构如图1所示：

图1 控制系统结构图

系统方案设计：采用iFix设计上位机界面，包含数据库的建立、变量的关联、图形的显示、趋势以及图表的生成，同时建立用户权限管理；采用GEPLC 设计控制系统，包含各种数字量和模拟量的采集与输出，建立控制算法，驱动执行机构动作。

工控机通过光纤以太网与PLC 分站进行通讯，PLC 控制分站安装在原煤配电室，PLC 控制分站与监控主机相接，并根据接收的控制命令控制变频器、仓下胶带输送机及电子皮带秤的运转。同时PLC控制分站根据配煤要求驱动执行机构调整配煤量[6-7]。

4 定制配煤应用试验

4.1 原煤储运改造方案

针对原煤储运环节，实施方案如下：120 上仓皮带已安装无源在线测灰仪检测每个原煤仓原煤灰分值，将综采原煤分别存入原煤1号和2号仓，将掘进煤存入原煤3 号仓，4 号仓备用，为配煤提供数据依据。原来每个仓下各自有6 台给煤机，现将每个仓下给煤机中的4台更换为变频给煤机，用于精准控制煤量。在150皮带机头安装皮带秤和无源在线测灰仪，皮带秤数据作为洗选过程总煤量的数据参考，同时以150 皮带上灰分仪数据为反馈环节，仓下变频给煤机为执行机构，实现精确配煤灰分控制，在仓与仓之间增加一台皮带秤，通过计算获得三种灰分煤的比例配比，为自动配煤做参考。

具体执行步骤：第一步，先由调度员输入目标灰分确定配煤仓号及煤种；第二步，依据配煤的灰分指标和各煤仓原煤的灰分算出各煤种的给煤流量，确定给煤机的开动台数，由现场岗位工粗调给煤量；第三步，通过实时监测产品带式输送机上配煤的灰分与设定的灰分指标进行比较，再由系统进行计算，指导变频器动作细调给煤量，调节给煤机的瞬时流量，使入洗原煤灰分最大限度接近产品煤灰分指标。同时，皮带秤、灰分仪、电机频率、仓下给煤机的闸板开度等数值会实时显示在调度大屏上，对精煤产品的洗选指标进行检测，并将检测数据回传给PLC 控制分站，以便对配煤量进行校准，达到精准自动配煤的目的。配煤流程见图2。

图2 原煤储运示意图

4.2 地销环节改造方案

针对地销环节，具体实施方案如下：在703 和704皮带中部分别安装无源在线测灰仪，用于末原煤和洗精煤之间自动配煤的灰分检测和反馈。洗精煤来源有两个：306 块精煤和323 末精煤，通过改造209 刮板机电液推杆控制闸板用于调节落入703 和704 皮带上的煤量。在实际生产过程中在701 和702 皮带上分别安装无源在线测灰仪和皮带秤用于检测306 块精煤和323 末精煤的灰分和煤量X1、X2,703 和704 实际煤量为Y1、Y2，209 下703 和704 配煤量为Z1=Y1-X1,Z2=Y2-X2。根据产品灰分指标和306块精煤、323末精煤的灰分和煤量X1、X2由配煤软件计算出配煤量Z1和Z2的数值，由PLC 配煤控制系统控制209 刮板机电液推杆控制闸板，用于调节落入703 和704 皮带上的配煤量，最终再由703 和704 无源在线测灰仪对产品的洗选指标进行检测，并将检测数据传给PLC控制分站，以便对配煤量进行校准，达到精准自动配煤的目的。配煤流程如图3所示。

图3 配煤系统示意图

4.3 煤流控制系统优化应用前后分选指标对比

表1 和表2 为煤流控制系统优化与定制配煤系统应用前后指标对比。

表1 煤流控制系统应用前后入洗原煤混配洗精煤分选指标对比

表2 煤流控制系统应用前后入洗原煤混配及产品混配洗混煤分选指标对比

改造后的配煤洗选系统对地质构造期间提升的含矸量较多、硫份偏高的原煤进行了洗选配比，有效缓解了产品煤销售的压力，同时将精煤产率提高了0.1~0.3个百分点。李村煤矿年入洗原煤300 万t，按照精煤产率提高0.2%计算，可多产精煤6 000 t，按照每吨2 000 元计算，可增加收益1 200 万元；按照洗混煤产率提高0.15%计算，可多产混煤4 500 t，按照每吨1 350元计算，可增加收益607.5 万元，经济效益十分显著。

5 结语

1）改造后可根据产品仓位进行实时调控，极大提高了配煤的精准性，同时还杜绝了震动给煤机给料不均匀造成的偏振、偏量，降低了工人维护设备的劳动强度，进一步优化了启车时间，保障了生产的稳定，提高了生产效率，降低了设备空载电耗。

2）配煤过程实现了远程集控操作，避免了调度员与现场岗位工之间的沟通误差和时间延迟，有效减少了现场的岗位人数，降低了劳动强度，便于实现选煤管理的无人化运行，达到减人增效的目的。

3）执行配煤作业的给煤机是在现有基础上进行的自主改造，增设了闸板开度标尺和变频电机，可自行组装，节省设备购置费用。

4）减少了配煤设备的启停和频繁操作，日常检修、维护工作量大大减小。

5）提高了产品配煤的精度、可靠性和质量，提高了经济效益。