卢永涛

（江苏徐矿能源股份有限公司庞庄分公司芦家窑煤矿，山西 朔州 036807）

引言

随着当前科技的迅猛发展，绿色环保发展理念普及，国家对环保的要求不断提高，2018年7月3日国务院公开发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，提出以下目标：经过3年努力，大幅减少主要大气污染物排放总量，协同减少温室气体排放，进一步明显降低PM2.5浓度，明显减少重污染天数，明显改善环境空气质量，明显增强人民的蓝天幸福感。同时要求，有效推进北方地区清洁取暖，坚持从实际出发，宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热。

芦家窑煤矿位于山西省朔州市平鲁区，芦家窑煤矿每年10月至次年5月为冬季供暖期，冬季平均气温为-3℃，1月份最冷，气温为-9.4～-14.9℃，地面和井下供暖、防寒防冻是矿井在冬季的一项重要任务。芦家窑煤矿原有的供暖设备已经陈旧，存在环保质量差、供暖效率低等问题，不能满足当前需要。因此，为防止因寒冷天气给职工生活和矿井安全生产带来不利影响，采取更加环保、可靠、有效的供暖系统十分必要。

1 芦家窑煤矿原供暖系统存在的问题

鉴于芦家窑煤矿建设在远离城区位置，集中供暖存在维护难度大、成本较高、经济性较差等实际困难。通过考察，使用天然气、电力、空气能等洁净能源供暖也存在供暖能力小、成本高、经济性差等问题，因此决定选用新型燃煤锅炉替代原供暖设施，同时要求新锅炉必须大大提高环保质量、提高供暖效率，降低企业成本。新锅炉在满足降低烟气中有害成分的排放基础上，必须要实现自动化、智能化控制，从而达到简化操作流程，减少作业人员的数量，降低作业人员的人为因素影响，降低职工劳动强度，设备运行安全可靠等目的。

2 新购置锅炉本体与自动化控制

2.1 锅炉本体技术参数，如表1所示

表1 锅炉本体技术参数

2.2 锅炉本体性能

SZL14-1.0/115/70-AⅡ型热水锅炉具备了散装锅炉高效率、机械化程度高和使用寿命长等特点，符合TSGG0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》的要求。该型锅炉的燃烧过程为：燃料由胶带输送机运输至煤斗落入炉排面进行充分燃烧，燃烧所需空气由鼓风机送入炉排下部，由炉排间隙进入燃烧层，燃烧产生的高温烟气由炉膛辐射受热面、对流管束以及尾部省煤器充分吸热后，再经布袋除尘器、双碱法脱硫塔后排向大气[1]。

2.3 锅炉本体智能控制流程

锅炉全自动智能化运行：设置1个锅炉出水温度传感器，由温度传感器将温度电信号（4～20 mA）传递给PLC、由PLC智能控制炉排减速机运行频率,炉排减速机运行频率数据（该数据决定锅炉负荷）再传递给PLC、由PLC智能控制锅炉鼓风机变频运行，自动实现锅炉鼓风机进风量（氧量）与炉排减速机运行频率（煤量）协同调节。

设置1个锅炉负压压力变送器，适时检测锅炉炉膛压力状况（微负压0～50 Pa），将其压力电信号（4～20 mA）传递给PLC、由PLC智能控制引风机变频运行。

合适的炉膛配风，一是确保炉内燃煤的燃烧效果，二是锅炉排放的烟气含氧量低于基准含氧量（9%），利于环保排放指标的折算值。

2.4 综合电控系统与自动控制

锅炉控制系统由锅炉本体控制系统和仪器仪表检测系统组成，留有开放的以太网接口和标准的Modbus RTU接口，可实现远程光纤或GPRS无线通信与上层控制网交互。

工控通讯网络为光纤冗余环型工业以太网，通讯波特率≥100 Mbit/s，系统自适应恢复时间<300 ms，通讯距离（无中继器）≥1 km，网络介质要求使用可直埋的光缆，出现故障时，可在线增加或删除任意一个节点，不会影响到其他设备的运行和通讯。系统采用先进的监控操作站控制系统，即采用全开放式、关系型、面向对象的系统结构，支持不同厂家的硬件在同一网络中运行，并支持实时多任务、多用户的操作特点[2]。

控制系统能够在工业环境下长期、稳定地运行。系统组件的选型符合工业等级，满足国内、国际的安全标准。具有易配置、易接线、易维护、隔离性好、结构坚固、抗腐蚀性强等特点，能适应较大的温度变化范围。系统具备良好的电磁兼容性，支持I/O模板在系统运行过程中进行带电热插拔，能够适应工业环境的严格要求。

控制系统自带一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点以及相关信息。在系统发生故障后，I/O状态返回到系统工艺要求的预设置状态。

为了保证锅炉满足不同的控制要求，控制系统具有很强的扩展能力，且在系统设计时预留不少于40%的I/O接口。控制系统主要用于锅炉的控制、运行操作和监视管理等。不仅有可靠的硬件设备，还有延伸功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。监控系统的数据库结构为面向对象的、关系型数据库。操作系统和监控软件具有容错及灾难性恢复等功能[3]。

3 结论

1）与传统供暖系统相比，在相对独立区域供暖实现自动化操作，各个系统设备运转情况可实现24 h监测，值班人员通过监测画面可以直观观测设备运行状态，判断故障发生点，从而提高检修维护效率，节约时间和成本，保障供暖的稳定性。整个供暖系统的上煤、出渣、药剂添加等各个环节实现了过程封闭化，当排放烟气含硫量或者烟气不达标时，系统会自动启动设备，有效杜绝了供暖环节的扬尘污染，具备极强的环保性。整体系统监测通讯，预留备用接口，后期可根据实际运行情况及要求，进行升级和扩展，降低后期建设成本。整个系统可实现对监测监控数据的自动存储，并有效存储3个月，以备后期对故障以及系统各部分的数据实现随时调阅查询，为后期系统改造升级提供原始数据支持。

2）通过系统该改造，排放的烟气能达到山西省最新的《锅炉大气污染物排放标准》（DB 14/1929—2019）燃煤锅炉标准，将烟气中颗粒物、二氧化硫及氮氧化物含量（质量浓度）分别由30 mg/m3、200 mg/m3和200 mg/m3降至到20 mg/m3、100 mg/m3和150 mg/m3以下，烟气黑度（林格曼黑度）≤1，有效保护了大气环境，有利于改善当地的生态环境，促进矿区的可持续发展。锅炉综合热效率大大提高，热有效利用率达到85%，有力地保障了矿井井下供暖，确保矿井冬季的安全生产。

3）系统改造后，可以对锅炉内的汽压、水位、水温、循环泵和烟气温度等关键环节、关键设施进行监控，当监测发现异常情况，及时触发警报，启用补救措施，避免出现炉内压力过大、缺水等事故的发生，保障锅炉运行期间的安全。实际作业过程中实现自动添加药剂、自动卸炉灰炉渣等作业环节，避免人员直接接触，防止人员烫伤和药剂对人体的伤害。

4）系统改造后，一个供暖季可节约用煤量1 510 t，材料费用可节约61 250元，从业人员可减少17人，按目前煤炭400元/t的市场价格、从业人员按4000元/月的工资来计算，一个供暖季共可节约869 250元。