曹 令

(山西西山晋兴能源斜沟煤矿选煤厂，山西 兴县 033602)

1 概 述

斜沟煤矿选煤厂是矿井配套15.00 Mt/a选煤厂，主要采用的是块煤重介质浅槽+末煤两产品重介质旋流器+TCS煤泥分选工艺。分两期平行镜像布置，共有4套块煤重介浅槽分选系统和12套末煤两产品重介质旋流器分选系统[1]，重介质悬浮液用量较大，厂房内介质桶和混料桶等有40个，每个桶上都有5个鼓风球阀(DN50)，其中须经常开关使用的阀门有40个。鼓风风源来自于6台空气压缩机，每台空气压缩机配有1个风包，每台风包设有1个放水阀(DN20)。这些阀门是鼓风系统的控制关键，在日常停车时段以及启车生产前的准备期间，岗位人员通过开关阀门给各个桶内供风，确保桶内介质(磁铁矿粉)始终处于悬浮状态，不发生坐桶、压泵等事故[2]，保障桶内重介质悬浮液随时能正常稳定流动，并满足洗选生产需求。

2 存在问题

(1)鼓风过程中，岗位人员需借助扳手等工具，按时开启各个桶上手动阀，逐个鼓风，工作量大、耗时长且操作不便、工作效率低。此外，为保障风包的安全使用，还需要定时手动为各个风包放水，附加工作增多。

(2)因人员手动操控阀门的时间和频次不能保证一致且稳定，为保证充足的供风压力，空气压缩机必须处于长时间不间断运行，因此空气压缩设备的电耗高、磨损较大。

(3)空气压缩机的操作只能在设备控制面板上进行，操控受限制。从现场发现问题再到操控设备，时间滞后、效率低下。

3 系统升级改造

3.1 阀门

向桶内鼓风主要依靠手动闸阀控制开关，但因人为操作时间缓慢、效率低，所以斜沟选煤厂将鼓风用手动阀都改成气动阀+电磁阀的组合控制模式[3]，通过电气控制的方式来实现快速、灵敏操控，也为实现远程监测和控制奠定了基础。

如图1所示。气动阀就是借助压缩空气驱动阀门的启闭，其作用是控制管道内气流开关；电磁阀通过接收电信号动作，从而带动气动阀的开关启闭。但由于气动阀实现的是全开或全闭动作，不能对供风量大小有所调节，所以选煤厂在气动阀后端增设1组手动控制阀，作为限制管内鼓风流量和应急控制备用阀使用。

图1 气动阀+电磁阀

此外，因鼓风系统使用的是压缩空气，易形成水汽，凝结渗入阀体内电子元件，造成阀门不动作或运行迟滞。需要定期检点阀门情况，及时排放水汽，防止其对阀门造成侵蚀损坏；同时机修维护人员需定期清理阀芯及动铁芯内的杂物，保障阀门的正常稳定使用。

3.2 管道

如图2所示，斜沟选煤厂各个桶上的鼓风管设定位置主要在周边和泵的连接管上，经常使用的鼓风阀设在与泵的连接管上，阀门位置均低于桶内液面，个别鼓风阀甚至在低于液面5 m位置。在压差作用下，细颗粒介质易通过阀门缝隙挤入主风管，在管道内沉淀积聚造成堵塞。安装的自动控制阀在短时间内就出现失效，阀体内介质粘粘堆积严重、故障率高发。所以对连接管也进行了改造，如图2所示。

图2 鼓风管道设置位置

将连接管竖直延长超过液面最高点，形成倒U形管路后再与主风管连通，在倒U形管道中形成安全高度[4]，有效避免了桶内介质悬浮液回流挤入风管和阀门造成的损失。

3.3 压力值监测

因主风管管内气压与风包压力有一定偏差，稳定时也会有0.03～0.10 MPa范围波动。尤其随着鼓风的动作，管道内压力会在短时间内骤降，若仅以风包压力为参考标准，鼓风阀动作错误率较高，实际鼓风效果也会大打折扣。对此，斜沟选煤厂在主风管上增设2组压力检测表，并将检测值连入操控系统实现在线监测。

3.4 程序设置与控制

通过厂内网络平台将空气压缩设备与电—气阀门组合联网[5]，实现远程操控，同时增设移动控制端(PAD)。在空压机设备操作面板上有远程和就地控制选项，当选择远程后，就能直接在PAD端进行操作，可以人工远程点动启停，也可以选择智能控制。如图3。

图3 连接管倒U形改造

在智能控制状态下，空气压缩机按照设定的逻辑程序，根据管道压力、设备运行工况(温度、气压、油压等等)自动采集识别，再根据逻辑判断自行调节空气压缩机的运行启停。如管道风压不足0.3 MPa(可调)时，将自动把待机状态的空压机进行加载；当管道内风压达到0.65 MPa(可调)，将自动把运行状态的设备进行卸载，减少不必要的能耗。还可通过移动PAD端界面选择需要鼓风的桶，将其设定到鼓风程序队列中。

如图4，通过控制界面，可直接查看各个桶上鼓风阀门所处状态(智能/手动以及运行/停止)。当设定为智能鼓风队列后，系统将依次排队自动实现桶内鼓风；当选择手动控制时，可直接在PAD界面上操作相应阀门的开启、关闭，岗位人员工作更简便、效率得到很大提升。

图5 鼓风系统监控与操作界面

斜沟选煤厂通过现场反复尝试、观测，实际生产过程中介质沉淀状态以及鼓风过程中管道压力情况如下：

(1)1～2 h内介质桶内会出现明显蓬松沉积、流动性减弱，5～6 h底层介质挤压结实加剧，经常出现介质泵上料不畅现象；

(2)空压机设定保护压力值不超0.65 MPa[6]，向介质桶内鼓风就是将管内压缩空气挤入桶内，实际是管道排风泄压的过程；同时供风超过4个介质桶时，空压机给管道的供风量远低于排出风量，管内压力会骤降到0.25 MPa以下。对此，为保证管内足够的风压，将鼓风程序间隔时间设定为120 min(可调)，每组鼓风台数设定不超4个介质桶(可调)。

鼓风过程中若管道压力不足，极易出现重介悬浮液倒吸回流进风管，造成堵塞或阀门损坏。因此，斜沟选煤厂将气动阀开启压力限值设定在0.3 MPa以上(可调)，并将其写入运行程序，当风包内压力不足时，气动阀将自动锁定无法启动，避免因风压过低，导致介质悬浮液回流进阀体和管道内造成事故。另外，重介悬浮液在生产循环过程中始终处于流动状态，若此时鼓风，反而会产生气蚀现象[7]，造成上料不畅或不上料的状况，增加不必要的能耗，还会影响生产正常进行。对此，选煤厂通过连锁介质泵运转工况，设定泵运行频率超过7 Hz时，鼓风阀锁定不可开启。

4 改造效果

鼓风系统改造完成后，实现了鼓风设备的自动启停、各桶依照设定的顺序自动鼓风，岗位人员可远程操作空压机和阀门，工作量极大降低，空气压缩机的运行时间减少1/3，电耗同比降低超过50%，如表1[8]。岗位人员生产预准备时间由原有50～60 min缩短至15～20 min，工作效率增加、生产效能提升。

表1 改造前后电耗对比

5 功能迭代完善

原设计中，针对供风系统设备(空压机)的运行工况实现了实时监测、故障报警、远程操控等目的，但历史运行状态及故障查看等部分信息不足，尤其是单个阀门的信息，造成后续设备的使用、维护保养以及更换参考数据不足。对此，斜沟选煤厂通过程序的迭代完善，增加设备及系统运行信息存储及日志查看功能，包括各控制阀门的运行历史状况[9]、供风设备压力波动范围等等，进一步完善了系统及设备信息的大数据参考，为系统后续设备应用、维护提供可靠数据保障。

6 结 语

智能鼓风系统的良好应用是斜沟选煤厂反复尝试摸索获得的，期间为实现其与生产系统的完美契合度，走了不少弯路，现场岗位更是经历着“改—试用—再改—再试用”这类循环模式[10]。最终使鼓风系统能良好地为生产系统服务，保障了企业稳定持续高效生产。节支降耗、减劳增效的成果明显，在重介质选煤领域有着良好的应用前景。