选煤厂煤流系统启停车技术优化.pdf

第 4 4卷 第 1 期 2 0 1 8年 1月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n V0 1 ． 4 4 NO ．1 J a n ．2 0 1 8 。 ’ i 经验交流 _ ◆ ◆ ◆ ． 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 8 0 1 0 0 9 5 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 8 ． 0 1 ． 2 0 1 7 0 7 0 0 3 6 选煤厂煤流系统启停车技术优化 周成 军 ， 张新 明 ， 陶亚 东 1 ． 中国神华能源股份有限公司 神东煤炭分公 司， 陕西 榆林 7 1 9 3 1 5 ； 2 ． 神华神东煤炭集团有限责任公司，陕西 榆林7 1 9 3 1 5 摘 要 针 对现 有 选煤 厂煤 流 系统启停 车技 术存 在 启停 车时 间长 、 耗 电量较 大的 问题 ， 提 出了一 种 选煤 厂 煤 流 系统启停 车技 术优 化 方案 。 以 同一 台变压 器供 电的煤 流 系统设 备 为启动 单 元 ， 根 据 变压 器 负荷 率 ， 同一 启 动单 元 内设备 同时启动 或按 设 定顺序 分批 启动 ， 且 不 同启动 单元 同时启动 ； 人 工测 定煤 流 系统各 设备 无煤 时间节点， 在此基础上延后 3 ～5 S 作为设备停车时间节点 ， 按顺煤流方向实现各设备无煤即停 。实际应 用 结 果表 明 ， 采 用优 化 的启停 车技 术后 ， 启 车 时间 下降 了 5 7 ． 9 ， 停 车 时 间 下降 了 3 5 ． 2 ％ ， 取 得 了良好 的 节 能 效 果 。 关键 词 选煤 厂 ；煤 流 系统 ；启 车 ；停 车 中图分类号 T D9 4 8 ／ 6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 7 1 2 2 7 1 1 2 1 网络 出 版地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 1 2 2 6 ． 1 1 4 4 ． 0 0 2 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 7 0 7 1 1 ； 修回 日期 2 0 1 7 - 1 2 1 5 ； 责任编辑 盛男。 作者简介 周 成军 1 9 7 1 ～ ， 男 ， 江苏沭 阳人 ， 高级工程师 ， 从事企业节能管理工作 ， E ma i l 8 3 9 5 1 6 2 8 0 q q ． c o m。 引用格式 周成 军， 张新 明， 陶亚东． 选煤厂煤流系统启停车技术优化E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 8 ， 4 4 1 9 5 9 8 ． Z HOU Ch e n g i u n ， Z HANG Xi n mi n g ， T AO Y a d o n g ．Op t i mi z a t i o n o f s t a r t i n g a n d s t o p p i n g t e c h n o l o g y f o r c o a l f l o w s y s t e m o f c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t C J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 8 ， 4 4 1 9 5 9 8 ． [- 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] SU Che n gl i ，SH I H u i y ua n， LI Pi ng， et a 1 ． I n c r e me n t a l mu l t i v a r i a b l e p r e d i c t i v e f u n c t i o n a l c o n t r o l a n d i t s a p p l i c a t i o n i n g a s f r a c t i o n a t i o n u n i t [ J ] ． J o u r n a l o f Na n i i n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Na t u r e S c i e n c e ， 2 0 1 5 ， 3 9 5 6 25 631 ． 单博 ， 高哲 ． MP C F OP I D控制 器 在 串级控 制 系统 中 的应用[ J ] ． 中国仪器仪 表 ， 2 0 1 6 3 4 9 5 1 ． S H AN B o。GA0 Z h e ． Th e a p p l i c a t i o n o f M P C F OP I D c o n t r o l l e r s i n c a s c a d e c o n t r o l s y s t e m [ J ] ． Ch i n a I n s t r u me n t a t i o n，2 0 1 6 3 4 9 5 1 ． 何同祥 ， 房芳 ． 一类 非 自衡对 象 的预测 函数控 制 [ J ] ． 仪器仪表用户 ， 2 0 1 6 ， 2 3 3 4 6 4 7 ． H E To n g x i a n g， F ANG Fa n g ． P r e d i c t i v e f u n c t i o n a l c o n t r o l i n a k i n d o f n o s e l f - r e g u l a t i n g p r o c e s s [ J ] ． I n s t r u me n t a t i o n Cu s t o me r ， 2 0 1 6， 2 3 3 4 6 - 4 7 ． 张云 ， 刘 红波 ， 王思军． 一类非 白衡过程预测 P I D控制 [ 1 6 ] [ 1 7 ] 器 的设计 及鲁棒稳定 性 的分析研 究 F J ] ． 计算机 应用 研 究 ， 2 0 1 0， 2 7 8 3 0 2 0 3 0 2 3 ． ZHANG Yu n，LI U Ho n g b o ，W ANG S ij u n ．De s i g n of pr e d i c t i v e PI D c ont r ol l e r a n d a na l ys i s on r o bus t s t a b i l i t y f o r a u t o u nb a l a n c e p l u s t i me d e l a y p r o c e s s [ J ] ． Ap p l i c a t i o n R e s e a r c h o f C o mp u t e r s ，2 0 1 0 ， 2 7 8 3 0 2 0 3 0 2 3 ． 席裕庚 ， 李德伟 ， 林 姝． 模型预测控制 现状与挑 战 [ J ] ． 自动 化学报 ， 2 0 1 3 ， 3 9 3 2 2 2 2 3 6 ． XI Yu g e n g，LI De we i ， LI N S h u ． M o d e l p r e d i c t i v e c o n t r o l -- s t a t u s a n d c h a l l e n g e s [ J ] ．Ac t a Au t o ma t i c a S i n i c a ， 2 0 1 3， 3 9 3 2 2 2 2 3 6 ． ZHANG B， W ANG X Y， TANG Y C， e t a l _ Pr e d i c t i v e f u n c t i o n a l c o n t r o l a n d s t a b i l i t y a n a l y s i s o f MI MO b i l i n e a r s y s t e ms [ C 3 ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 6 Am e r i c a n Co n t r o l Co n f e r e n c e ， M i n n e a p o l i s Mi n ne s o t a， 2 00 6 1 7 7 1 82 ． 9 6 工矿 自动 化 2 0 1 8年 第 4 4卷 Opt i mi z a t i o n o f s t a r t i n g a n d s t o pp i n g t e c h no l o g y f o r c o a l f l o w s y s t e m o f c o a l pr e p a r a t i o n p l a nt ZHOU Ch e n g j u n ， Z HANG Xi n mi n g ， TAO Ya d o n g 。 1 ． S h e n d o n g Co a l B r a n c h，Ch i n a S h e n h u a En e r g y C o． ，L t d ． ，Yu l i n 7 1 9 3 1 5 ，Ch i n a 2 ． S h e n h u a S h e n d o n g Co a l Gr o u p Co ． ，L t d． ，Yu l i n 7 1 9 3 1 5 ，C h i n a Ab s t r a c t Fo r p r o bl e ms o f l on g s t a r t i n g a nd s t o pp i n g t i me a nd l a r g e p o we r c o ns umpt i o n e xi s t e d i n c u r r e n t s t a r t i n g a n d s t o p p i n g t e c h n o l o g y f o r c o a l f l o w s y s t e m o f c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t ，a n o p t i mi z a t i o n s c h e me o f s t a r t i ng a nd s t o pp i ng t e c hn ol o g y f o r c o a l f l o w s y s t e m o f c o al pr e p a r a t i on p l a nt wa s p r op o s e d． Eq u i p me n t s o f c o a l f l o w s y s t e m p o we r e d b y t h e s a me t r a n s f o r me r a r e t a k e n a s s t a r t i n g u n i t ．Eq u i p me n t s i n t h e s a me s t a r t i n g u n i t s t a r t s i mu l t a n e o u s l y o r s t a r t i n b a t c h e s i n s e t s e q u e n c e a c c o r d i n g t O l o a d f a c t o r o f t h e t r a ns f o r m e r，a nd di f f e r e nt s t a r t i n g un i t s s t a r t s i m u l t a n e o us l y．No c o a l t i m e no d e o f e a c h e q u i pme n t o f c o a l f l ow s y s t e m i s m e a s ur e d ma nu a l l y，a nd e q ui p m e nt s t op pi n g t i me no d e de l a y s 3 - 5 s e c o nd s be hi n d t h e n o c oa l t i m e n od e，S O a s t o r e a l i z e e a c h e q u i pme n t s t op pi n g wi hou t c o a l i mm e di a t e l y a c c o r d i ng t O d i r e c t i o n of c o a l f l ow ．The a c t u a l a p pl i c a t i on r e s u l t s s ho w t h a t s t a r t i n g t i m e r e du c e s 5 7． 9 a n d s t o pp i ng t i me r e d uc e s 3 5 ． 2 ％ b y u s e o f t h e o p t i mi z a t i o n s c h e me ，wh i c h a c h i e v e s g o o d e n e r g y s a v i n g e f f e c t ． Ke y wo r d s c o a l pr e p a r a t i on pl a n t；c o a l f l o w s ys t e m ；s t a r t i n g e q ui pme nt ；s t o pp i n g e q ui p me nt 0 引言 近年来， 选煤厂大多采用基于 P L C技术的集中 控制系统来实现对煤流系统各设备的启停车功能 ， 简化 了设备启停操作 ， 减少了岗位操作人员口 _ 6 ] 。大 部分选煤厂煤流系统启停车仍采用原有的人工启停 顺序 ] 设备启车时 ， 为防止堆煤事故发生 ， 煤流 系统所有设备须沿逆煤流方 向逐台顺序启动 ， 且煤 流 系统相 邻设 备之 间 存 在 闭锁 关 系 ， 当上 一 台设 备 启动完成后 ， 下一台设备方可启 动； 设备停车时， 为 防止设备上留有余煤 ， 当所有设备均处于空载运行 状态时 ， 停止煤流系统所有设备。但该启停车技术 存在煤流系统设备启停车时间长 、 耗电量较大 的问 题 。笔者通过优化启停车技术 ， 可最大限度减少启 停 车时设 备空 载运 行时 间 ， 实现 节能 运行 目的 。 1启停 车技 术优化 1 ． 1 启 车 优 化 以重介 浅槽选 煤工艺 的煤 流 系统 为例u ， 启 车 优 化步骤 如下 。 1 先 启 动 压 风 系 统 、 循 环 水 系 统 、 介 质 流 系 统 。煤 流 系统 正 常选 煤 时 ， 需 压 风 系 统 、 循 环 水 系 统 、 介质 流 系统运行 参数 先达 到生产 要求 ， 因此先 启 动各系统， 这样在煤流系统设备启动后可直接加煤， 减少设备空载运行时间n 。 。压风系统、 循环水系 统 、 介质流系统的启动顺序 先开启压风系统 ， 保证 各类控制阀门的执行机构能够顺利动 作； 然后开启 循环水系统 ， 为介质流系统提供载体 ； 最后开启介质 流系统 ， 完成生产准备工作 。各系统间设备按压力 或流量 如风压或水流量 等设定闭锁关系。 2 以同一台变压器供电的煤流系统设备为启 动单元 ， 同一启动单元 内设备 同时启动或按设定顺 序分批启动。 启 动 单元 内所 有设 备 同 时启 动时 ， 变 压 器应 满 足 以下条件 忌 SN≥ S 。 S 1 1 式中 k为变压器负载系数 ， 一般取 0 ． 9 ； S 为变压 器容 量 ， k VA； S 。 为变 压器供 电范 围 内的压 风 系统 、 循环水系统、 介质流系统等 已启动设备运行时总视 在功率 ， k VA； S 为变压器供 电范围内煤 流系统所 有设备同时启动时总视在功率， k VA。 若变压器负荷率不能满足上述条件 ， 同一启动 单元 内设备 同时 启 动会 导 致 变压 器 超 负荷 运 行 ， 此 时 可采取 启 动 单 元 内设 备 按设 定 顺 序 分 批 启 动 方 法 ， 并 对 变压器 负荷率 进行 监测 。 启 动单元内设备按设定顺序分批启动时， 变压 器应 满足 以下条 件 忌 SN≥ S o k 1 S 2 S 3 2 式中 k 为设备空载运行系数 ， 一般取 1 ． 5 ； S 。为煤 流系统已启动的各批次设备空载运行总视在功率 ， k VA； S 。 为煤流系统待启动批次设备启动时总视在 功率 ， k VA。 2 0 1 8年 第 1期 周成 军等 选 煤厂 煤 流 系统启停 车技 术优 化 9 7 通过监测变压器负荷率 ， 得出变压器允许启动 负荷 ； 当待启动批次设备启动时总视在功率小于变 压器允许启动负荷 时， 同时启 动该批次所 有设备 。 启动单元 内设备分批启动流程如图 1所示 。 监测变压器负荷率 童 同时启动该批次 内设备 按顺序选择下一批次设备 I I设备完成启动 图 1启 动 单 兀 内设 备 分 批 启 动 流 程 Fi g．1 St a r t i n g i n b at c he s f l ow of e q ui pme nt s i n s t a r t i ng u ni t 3 各启动单元同时启动。各启动单元为并列 关系， 各启动单元完成启 动所需 时间不 同。以时间 最长的启动单元为主单元 ， 主单元 内设备先启动， 其 他各单元设备延迟启动 ， 延迟时间为主单元启动时 间与该 单元 启动 时 间的差 值 。 1 ． 2 停 车优化 在煤流系统设备满载状态下 ， 从停给煤机开始 计时 ， 先顺煤流方 向人工测定每台设备上无煤 的时 间节点。为杜绝设备上留有余煤 ， 可在测定 的无煤 时间节点的基础上适 当延长 3 ～5 s作为设备停车 时间节点。向浅槽供煤的各设备无煤时按顺煤流方 向立 即自动停止。由于每次停车时拉空浅槽所需时 间不 同， 所以在入洗原煤带式输送机停止后 ， 将所有 循环设备及主洗、 上仓的混煤带式输送机全部改为 调度员手动停止。 动单元 ， 将煤流系统设备划分为若干启动单元 。 3 测定煤流系统各设备的单台启动时间及启 动电流 ， 并计算各设备启动时视在功率 ， 从而可得各 启动单元 内所有设 备同时启动时总视在功率； 根据 变压器容量及负荷率 ， 计算变压器允许启动负荷 ， 筛 选出允许设备 同时启动的启动单元 。 4 对于变压器允许启动负荷不能满足设备同 时启动的启动单元 ， 根据变压器允许启动负荷划分 同时启动批次数 ， 设定 同一批次 内启动设备及各批 次启 动顺 序 。 5 原煤仓停止给煤 时， 测定浅槽 之前 煤流系 统各设备 的无煤 时间节点 ， 并在此基础 上延 长 5 s 作为设备停车时间节点。 6 绘 制设 备启 动及 停 止流 程 图 。标 注各 单 台 设备启动时间及闭锁关 系， 计算最长启动流程路径 时间， 给出各流程路径的启动开始时间。 7 绘 制启 动 流 程 逻 辑 关 系 图 ， 并 进 行 逻 辑分 析 ， 简化启动流程 ， 防止 出现启动错误 。 8 修改启停控制软件 ， 并进行试运行 ， 对软件 进行调试 ， 保证系统启停顺畅。 1 2个 选煤 厂启 停 车技 术优 化后 应 用效 果 见 表 1 。 从 表 1 可 看 出 ， 1 2个 选煤 厂 合 计启 车 时 间 由原 来 的 8 7 7 4 S 下 降 到 3 6 9 5 s ， 下 降 了 5 7 ． 9 ； 1 0个 选煤厂 合 计停 车 时 间 由原来 的 8 4 1 5 S下 降 到 5 4 5 7 s ， 下降了 3 5 ． 2 ； 1 2个选煤厂合计单次启停 车时间节约了 8 0 3 7 S 。按启停负荷系数为 0 ． 4 2 、 启 停车时 5 O ％设备处于运行状态计算 ， 可得各选煤厂 单次启停车节电量 ， 如上湾选煤厂单次启停 车节 电 量 一7 3 9 ／ 3 6 0 01 4 1 0 00 ． 50 ． 4 2 k W h ≈ 6 0 8 k W h 。1 2 个 选煤厂合计 单次启停 车节 电量 为 9 7 9 7 k W h。 2 技术 应用 及效 果 3 结 语 神华神东煤炭集团有限责任公司洗洗中心对所 属 1 2个 选煤 厂 启停 车 技 术进 行 优化 ， 主要 应 用 方案 1 对压风系统 、 循环水系统 、 介质流系统 内设 备按闭锁关系设定启 动顺序 ， 彼此 间不存在闭锁关 系的设备 同时启动 ， 3个系统启 动完成作为煤流系 统设 备 开始启 动 的条件 。 2 以同一台变压器供电的煤流系统设备为启 优 化 的选煤 厂 煤流 系统启 停 车技 术 以同一 台变 压器供电的煤流系统设备为启 动单元 ， 在变压器负 荷率允许的条件下 ， 最大程度实现煤流系统所有设 备 同时启车； 通过对煤流 系统各设备无煤时间节点 进行实测 ， 合理设定各设备停车时间节点 ， 实现各设 备无煤 即停 。该优化技术 的实际应用缩短了启停车 时间 ， 避 免 了设 备 空 载 运 行 ， 取 得 了 良好 的 节 电效 果 ， 对选煤厂节能 自动化发展具有一定的借鉴作用 。 9 8 工矿 自动化 2 0 1 8年 第 4 4卷 表 1 选煤厂启停车技术优化应用效果 Ta b l e 1 Ap p l i c a t i o n e f f e c t o f o p t i mi z e d s t a r t i n g a n d s t o p p i n g t e c h n o l o g y o f c o a l p r e p a r a t i o n p l a n t 参考文献 R e f e r e n c e s [1 ] [2 ] [3] [4] [5] [6 ] [7 ] [ 8] 石焕 ， 程宏志 ， 刘万超． 我国选煤技术现状及发 展趋 势 C J ] ． 煤 炭科 学技术 ， 2 0 1 6 ， 4 4 6 1 6 9 1 7 4 ． SH I Hua n， CHENG Ho ng z hi ， LI U W a nc h a o．Pr e s e nt s t a t u s a n d d e v e l o p me n t t r e n d o f Ch i n a S c o a l p r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y [ J] ． C o a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， 2 0 1 6 ， 4 4 6 1 6 9 1 7 4 ． 白明明． P L C在选煤厂 中的应用U3 ． 山西煤炭 ， 2 0 1 5 ， 3 5 1 8 2 - 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