工控自动化技术文摘：ROCKWELL在煤炭洗选自动化中的应用

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ROCKWELL在煤炭洗选自动化中的应用
北京首科力通机电设备有限责任公司

ROCKWELL在煤炭洗选自动化中的应用

　　1.地面生产系统工艺流程
　　煤炭资源储量世界第一可采储量世界第二位2005年煤炭总产量19亿吨2004年原煤入洗能力为6.5亿吨(35％)2020年原煤入洗要达到90％----市场前景十分巨大
　　•煤炭洗选的作用
　　–提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放
　　•煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%~80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿吨动力煤一般可减排60～70万吨SO2，去除矸石16M吨
　　–提高煤炭利用效率，节约能源
　　•炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%~8%；
　　–优化产品结构，提高产品竞争能力
　　•利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。煤炭消费的用户对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%
　　–减少运力浪费
　　•由于平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。
　　
　　2.工艺分项介绍
　　原煤准备—筛分破碎车间—主厂房—浓缩压滤—装仓系统—装车站
　　2.1 原煤筛分破碎系统
　　2.1.1.筛分破碎系统在带孔的筛面上使物体按照粒度大小进行分级作业称为筛分.使块煤分裂成更小颗粒的过程叫做破碎，用于破碎的设备既为破碎机•选煤时对粒度要求•煤与矸石共生的夹矸煤，需要破碎才能将矸石和精煤分开•满足用户对粒度的要求
　　

　　
　　a. 筛分：从井下采运出来的毛煤，是块度大小不一的混合物其中颗粒直径最大的达到100～200mm以上，最小颗粒可为飞扬的煤尘。因此再入选前要按粒度要求进行分级处理。筛分按其作用不同，可分为：选前筛分、最终筛分、辅助筛分等。筛分机按其工作原理分为：固定筛、滚轴筛、摇动筛、震动筛等。
　　

　　
　　b.拣矸
　　最简单的拣矸办法是手选，它是将筛上物运送至缓慢运行的输送胶带机上，根据煤和矸石的颜色、外形特点，用手工拣除大块矸石及其他杂物的一种作业
　　手选是一种占用大量劳力的原始方法，拣矸效率低，劳动条件差，应逐步采用现代拣矸方法。如电力拣矸、放射性同位素拣矸及重介质选矸。
　　c. 破碎为满足精选机械对入选原煤粒度的要求，经过手选后的块煤，粒度超过限度时，要经过破碎后才能入选。例如，采用跳汰机选煤时，块煤粒度不得超过50～100mm，否则就要经破碎后才能入选。块煤破碎采用破碎机。根据破碎粒度可分为粗碎（25～50mm以上的破碎）、中碎（25～6mm的破碎）、细碎（6～1mm的破碎）及粉碎（1mm一下的破碎）四种。
　　
　　1. 原煤筛分破碎系统主要控制设备包括:给煤机、胶带输送机、分级筛、手选胶带输送机、破碎机、除铁器、分煤器、溜槽、漏斗、煤仓、刮板机等主要设备。
　　2. 系统构成：控制站、MCC室、仪表系统仪表系统主要是以下几类：皮带保护仪表[跑偏、拉绳、速度、堵煤、烟雾等]料仓类[料位计等]测温类[电机轴温]计量类[皮带秤、电量表、流量计等]
　　3. 系统点数:DI:300~500 DO: 60~200 AI:10~30 AO:0~8
　　
　　2.2 选煤系统
　　选煤的主要目的在于排除煤中的杂质，使煤中的可燃物得以富集，成为有用产品。选煤的方法很多，有跳汰选煤、重介选煤、浮游选煤等。
　　原煤洗选的主要任务是：降低煤的灰分，使混杂在煤中的矸石，煤矸共生的夹矸煤与煤炭按其相对密度，外型及物理性质方面的差别加以分离。同时降低原煤中的无机硫含量，如煤中的黄铁硫矿(FeS2)，它以单体混杂在煤中，且相对密度很大，在重力洗选过程中，容易将其除去。
　　

　　
　　2.2.1 跳汰选煤系统
　　跳汰选煤系统是在上下脉动为主的介质体实现物料分选的重力选煤方法，它不改变煤的物理性质。主要以水为分选介质。跳汰过程的实质是矿粒(煤，矸石及其他伴生矿物)在水或风力作用下按各自的物理性质运动的过程。
　　

　　
　　跳汰选煤的应用
　　大柳塔选煤厂一座大型现代化跳汰选煤厂，占地395公顷，设计生产能力1200万吨/年，原煤来自大柳塔煤矿大柳塔井（600万吨/年），活鸡兔井（500万吨/年）和地方煤矿（100万吨／年）。经技术改造，最终能力可达到2100万吨／年，既适应大柳塔矿井和活鸡兔矿井各1000万吨／年，地方煤矿100万吨／年的原煤处理能力。
　　选煤厂系统控制中采用ControLogixPLC。在跳汰、浓缩、真空过滤机等单机自动化控制中，采用了SLC500小型PLC。
　　在重载单元装车系统控制中采用了PLC5，完成洗后产品煤任意组合的灰分自动配比定量装车控制。
　　全厂生产监控网总计连接PLC18台。工控网与信息网的接口采用ControlLogix作为网关传输实时生产数据。
　　在厂生产调度控制中心的上位系统中，DI/DO点数为6130点，AI/AO点数为1100点，总计7230点。
　　经实测,在系统上位机的操作控制的I/O响应时间为300～400毫秒,在PLC层的控制响应时间为100毫秒以内,充分满足了实时控制的要求。
　　
　　2.2.2 重介选煤系统
　　重介选煤系统重介选煤是用密度介于精煤与矸石(或中煤)之间的液体作为介质进行分选的方法。密度低于介质的精煤漂浮，而密度高于介质的矸石或中煤则下沉。重介选煤能达到很高的分选精度，可以获得高的分选效率。
　　

　　
　　
　　重介选煤厂主要特点
　　–占地面积小：相同处理能力时，重介选煤厂体积仅为传统选煤厂的50％；
　　–施工周期短：仅需6～9个月的时间即可建成投产；
　　–效率高：洗选效率达97％以上；
　　–产品质量稳定：分选比重的波动范围小于0．005；
　　–具有扩展性：可根据需要增加模块，以提高入洗能力和改变洗选工艺；
　　–基础处理简单：原地夯实后，做200～300mm的混凝土即可；
　　–工艺指标先进：电耗小于5度／t入洗原煤，介耗小于lkg／t入洗原煤，水耗小于80kg／t入洗原煤，吨原煤加工费少于7元人民币；
　　–自动化程度高：全厂每班只需2～3人
　　

　　
　　
　　杏花洗煤厂罗克韦尔自动化控制系统结构图
　　

　　
　　
　　2.2.2 重介选煤应用实例
　　
　　顾北煤矿调度指挥控制中心
　　
　　中控室操作站上集中操作和分站操作员接口触摸屏上分别操作，由操作人员对运行系统和控制方式进行选择，以实现集中控制单台设备启动和自动顺序启停功能。
　　•启动预告功能：系统启动前，设备启车预告功能通过笛、铃和语音向现场设备发启动预告信号，以提醒工作人员注意安全。
　　•具有设备禁止启动功能：在预告期间，监控系统上位机若接收到现场禁启信号，则禁止启动设备，并自动记录禁启设备号；否则按逆煤流顺序启车。
　　•启动/暂停功能：在启车过程中，若有任一台设备故障或禁启，系统立即暂停启车过程，闭锁来煤设备，延时一定时间，在延时时间内，已启动的设备不停，若故障能短时排除，可继续启车；否则，瞬时停止已启动的设备。
　　•事故处理、暂停/解除功能：在设备运行过程中，当某台设备发生故障时，故障台设备至煤源侧各设备立即停车，故障点沿煤流方向以后的设备煤流运空延时停车。若故障能尽快处理，现场人员可解除故障。这时停车过程自动停止，未停完的设备不再继续停车。系统向各设备重新发启动预告信号，预告结束后便自动启车至煤源，使系统恢复正常运行，以减少设备的频繁启停，降低设备的损坏率。
　　•诊断功能：系统具有先进的综合诊断功能，能快速正确地识别模块配置错误、模拟量超程、线路断线等故障，并自动报告故障。
　　•网络功能：主控模件与I/O之间采用远程I/O体系结构，该远程I/O系统可将I/O分别设置在配电室及各配电点，以减少控制电缆，降低干扰，实现系统布线方式的优化。
　　•通讯功能：具有直接通讯、高速对等通讯和开放性标准通讯功能，使系统通讯结构简单，性能高，以满足计算机与控制器之间的紧密联系，完成实时数据的传送与统计。
　　•集控功能：
　　(1)系统设置集中、就地、试验三种工作方式。运行方式为集中联锁（具有集中起动单台设备的功能）、就地解锁；试验方式作为软件调试及硬件接线检查用。控制方式由集中控制室调度人员在计算机上进行选择。
　　(2)集中、就地两种方式可在系统运行中在线切换。
　　(3)具有预告信号、设备禁起信号功能。系统启、停车之前设启、停车预告信号。
　　(4)参与集控的设备逆煤流启车，顺煤流停车，一备一用可实现在线启、停备用设备。
　　(5)故障时参与集控的设备按程序自故障设备起逆煤流闭锁迅急停车,在集控室上位机显示器报警、显示故障原因并有语音提示、打印机自动打印故障信息。
　　•操作站功能：
　　–通过高清晰显示器，对工艺系统流程，全厂设备运行状态及闸门位置等实施动态图形显示。
　　–设备流程图：以不同颜色表示设备的运行、停止和故障状态.
　　–煤位、水位棒状图、显示煤仓煤位、水池水位、闸门位置等的变化趋势。
　　–生成各种报表。
　　
　　2.2.3 浮选系统
　　浮游选煤系统根据煤与矸石表面亲水性之间的差别将精煤与矸石分开。浮游选煤中使用捕集剂和起泡剂。捕集剂主要为煤油，扩大煤与矸石表面亲水性的差别。起泡剂主要为松根油、醇类。煤粒乘气泡上升到液面
　　
　　2.3 浓缩压滤系统
　　.浓缩压滤系统借助泵或压缩空气，将固、液两构成的矿浆在压力差的作用下，通过过滤介质（滤布）而实现固液分离的一种方法。压滤循环：•给料阶段•加压过滤阶段•卸料阶段•滤布清洗阶段
　　

　　
　　
　　2.4 入仓系统
　　入仓系统为调节产、运、销之间产生的不平衡，保证矿井和运输部门正常均衡生产而设置的有一定容量的煤仓,接受生产成品煤炭，保证其能够顺利出厂，进入最后的装车阶段。
　　

　　
　　
　　传送装置之一:胶带机 DI：9个跑偏开关拉绳开关堵料开关失速开关现场启动信运行信号号热继电器信号电源信号紧急停车按钮 DO：1个启动/停止 AI：2个皮带秤瞬时值皮带秤累加值
　　传送装置之二:单层刮板机 DI：7个闸门开到位闸门关到位现场启动信号运行信号热继电器信号电源信号紧急停车按钮 DO：1个启动/停止
　　2.5 装车系统
　　包括装车(船)、调车和计量。
　　

　　
　　
　　3. 煤炭系统对自动化的要求
　　综合自动化系统设计原则
　　1.先进性、成熟性使用在自动化领域先进成熟的、具有良好发展前景的HMI、MES、工业以太光纤环网等技术，使得整个系统具有较长的生命周期，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
　　2.开放性选用的网络设备及协议遵照国际标准的规范，符合国际标准的各厂家产品都可以接入本系统。以适应今后网络技术和矿井发展的需要。
　　3.可靠性网络架构要求达到局部出现故障点不影响整个网络及其它子系统的正常运行，并且便于故障的查找、排除。服务器、核心交换机等实现冗余。选用的软硬件产品是在实际中得到成功应用的国内外知名厂家的产品。特别考虑要适应煤矿的客观环境，以确保系统稳定。
　　4. 安全性设置防火墙、防毒软件设立完备的身份认证及操作权限机制系统具有快速恢复机制和远程维护能力保证信息网与基础自动化控制网的物理隔离，保证两网信息通信的安全，同时优化了网络中数据的流通。
　　5.实时性在注重各子系统的信息共享的同时，提高整个系统高效率的传输与运行能力，使各子系统的数据能够及时送到信息管理层进行监控和分析。
　　6.可扩展性提供的软件和网络系统平台与技术将充分满足未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。包括将来接入的数字音频系统。
　　
　　长期以来的自动化系统以孤岛的形式出现
　　

　　
　　
　　ROCKWELL的煤炭系统解决方案消除了自动化孤岛现象
　　

　　
　　
　　
　　4. 罗克韦尔在中国煤炭行业部分用户
　　

状　态：离线

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联系人：	范小姐
电　　话：	010-82709746
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地　　址：	北京市海淀区上地三街9号嘉华大厦B座401-404
邮　　编：	100085
主　　页：	http://www.bjklt.com.cn

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