选煤装置自动控制解决方案20111009.doc

浙江正泰中自控制工程有限公司苯胺装置技术方案洗煤厂洗煤装置自动控制解决方案一、 前言浙江正泰中自控制工程有限公司是正泰集团旗下从事工业自动化产业的专业公司，它以正泰集团为强大后盾，秉承浙江大学优秀科技源泉，集聚国内一流人才，以先进的技术，科学的管理，全方位的服务，力创自动化领域优质品牌。正泰中自积聚了产品研发、工程设计、服务实施等方面深度服务于行业用户的能力，提供满足石油石化、精细化工、生物制药、环保水处理、热电、建材、纺织、造纸等行业自动控制需求的完整的自动控制解决方案，成为“控制工程领域的经典专家”。大型、高效、耐用的选煤设备，已成为现代化煤矿产资源不可缺少的一部分。西方国家对煤焦精煤的灰分要求是。美国规定电站不准使用硫分超过的动力煤。因此，无论是炼焦煤还是动力煤，都必须进行洗选或筛分。德、英、法、日等国原煤几乎全部入选，美国不入选的原煤是低灰分的动力煤，但也都进行筛分，用选择性破碎机除去大块矸石。目前跳汰机和重介质分选机的最大处理能力均已达吨时，最大浮选机为吨时。德国海里希罗伯特矿新建洗煤厂，采用组合洗选系统，即每道工序只用一套大型设备，没有备用，使整个流程大大简化。主要设备只用一台块煤跳汰机和一台专煤跳汰机以及一台吨时离心脱水机。用跳汰机选煤现仍占主要地位。德国在引进日本高桑式筛下空气跳汰机基础上研制成功的巴塔克型跳汰机，处理煤的分选指标与重介质选煤不相上下。重介质选煤则流程简单，占地面积小，选精煤回收率高，美、法、波、澳、捷等国多用重介选。采用大直径重介质旋流器作主选设备，原煤破碎到毫米以下。因环保要求，对煤泥水处理十分重视。法国选煤厂已基本实现洗水闭路循环。处理方法一般是先加凝聚剂浓缩，再用压滤机脱水。同时，选煤厂自动化已进入全厂工艺过程集中控制阶段。美国一个自动化选煤厂年处理能力万吨，每班仅需人工作。二、典型重介法工艺流程重介选煤工艺的优点是毋庸置疑的，但在实际的工业应用中，并非所有的情况都适用于重介工艺，应根据实际的煤质情况、产品要求，合理进行工艺选择，以下为选用重介选煤工艺的几点注意事项： (1)块煤中矸石含量较高时，宜采用排矸跳汰机或动筛跳汰机进行预排矸，切不可简单套用三产品直接分选工艺。(2)0.5mm以下煤泥量较大时，需要进行预先脱泥。 (3)在分选易选煤时，跳汰选的分选精度不亚于重介选，且跳汰选成本又低于重介选，固对待易选煤要慎重选择分选工艺，不可随波逐流。 (4)当排矸密度大于1.8kg/L时，重介悬浮液难以实现，此时单段跳汰机的优势较为突出。 (5)对于个人所有的选煤厂，煤源不稳定，若采用简单的重介选，极有可能回因为矸石量和煤泥量等煤质因素的变化而导致分选效果变差，且重介质的消耗很难保证在合理范围内，使生产成本偏高，不利于经济效益的提高。另外，洗煤厂若采用预排矸或预脱泥技术，首先系统的复杂性将大大增加，不利于系统的管理维护，同时设备基础投资也要大的多。重介选煤设备从整体来划分可分为三大类：一类为早期应用较多的重介质分选机；第二类主要为近年来逐渐趋于完善成熟的重介质旋流器；第三类是近几年开发设计的干法重介质选煤设备。重介质分选机在现阶段来看，主要还是应用于块煤分选，对于粒度级较小（-13mm）的煤，分选效果不是很理想。目前，我国在生产中应用的块煤重介质分选机主要有斜轮重介质分选机、立论重介质分选机和刮板重介质分选机（即浅槽）三种类型。它们的共同之处为：主体均为矩形椎体分选槽，槽中充满具有一定密度的悬浮液，原煤从一端给入到分选槽中，大于介质密度的物料下沉，从分选槽底部排出，小于介质密度的物料浮起，随介质水平流从分选槽另一端排出。其不同方式，主要为下沉物料的排出方式，斜轮分选机采用倾斜放置的提升轮排料：立轮分选机采用垂直放置的提升轮排料；浅槽刮板分选机则采用刮板输送机排料。重介质旋流器按给料方式划分可分为三种：一种是将物料和悬浮液混合后用泵打入旋流器。入料压力0.1Mpa以上。此种给料方式导致物料粉碎严重，且增加了设备磨损。第二种是利用定压箱给料，物料和悬浮液在定压箱中混合后依靠自身重力给入到旋流器。第三种给料方式是悬浮液与物料分别给入到旋流器中，称为无压旋流器。重介旋流器按产品数目主要分为两产品旋流器和三产品旋流器。空气重介质分选设备主要为空气重介质流化床干法分选机。该设备可有效分选外在水分小于5%的650（80）mm粒级煤。分选精度高，可能偏差在0.050.07范围内，可以较好的满足干旱缺水地区和易泥化煤炭的分选要求。重介选煤在解决了设备耐磨、介质回收、工艺简化等问题后，重介质选煤以其分选效率高，对煤质适应性强、可实现低密度分选和易于实现自动化控制等优点，深受世界各大选煤国的重视。重介质选煤方法在美国、澳大利亚和南非分别占到56%、90%和90%以上。1996年，国家计委下达了“九五”国家科技攻关课题“大型高效全重介选煤简化流程新工艺及设备”。本方案是一套全新、简化的重介质选煤工艺流程；能实现这一流程的大型高效设备及与之配套的自动化过程控制和生产管理系统。课题由某设计院提出并承担责任，某选煤厂协助实施。经过双方共同努力，主体工程已完成并投入生产。 “十五”期间，在政策引导和市场拉动下，我国的重介质旋流器选煤技术迅速法杖，开发了具有自主知识产权的新工艺、新设备，为重介质选煤技术的推广应用和煤炭企业经济效益的提升做出了贡献。近年来，我国重介质选煤技术创新在简化工艺系统、设备大型化、提高重介质入料上限、降低有效分选下限以及生产过程自动控制等方面取得了突破性成就，为生产现场广泛采用重介质选煤法，降低基本建设投资和生产费用，迅速提升我国重介质选煤入选比例，提高经济效益、社会效益和环境效益起到了重要作用。 根据入洗的原煤粒度及产品结构不同，重介质选煤工艺有多种，分选效果各不相同。下面为目前应用较成功的重介质选煤工艺流程。 （1） 块煤重介质分选机末煤重介质旋流器分选工艺。该流程主要适用于煤泥含量较大，矸石易泥化，或对块煤产品有特殊用途的大型洗煤厂。但该工艺流程介质回收系统复杂，管理不方便。 （2） 块煤跳汰末煤重介质旋流器分选工艺。该工艺充分发挥了跳汰分选成本低，处理量大，以及重介旋流分选精度高的特点。适用于分选块煤可选性好、末煤可选性难的选煤厂。 （3） 跳汰粗选重介质旋流器精选工艺。该工艺流程适用于原煤可选性好，排矸密度约1.80KG/L，采用跳汰方法即可实现高效分选的洗煤厂。采用跳汰进行预排矸，可以有效降低矸石含量波动对重介旋流器分选的影响，并减少重介入料量和旋流器的磨损，且精煤产品质量较高。 （4） 重介旋流器两次分选工艺。该工艺充分发挥了重介旋流器分选效率高的优点，保证了精煤质量和精煤产率。但该工艺流程较为复杂，需要两套介质回收系统，基建费用高，运行成本高，管理不方便。 （5） 两产品重介旋流器分选工艺。该工艺主要应用于中煤含量较低、原煤可选性好以及要求精煤灰分较高的原煤分选。因为各厂普遍存在中煤，所以实际应用较少。此外，该工艺流程较复杂，管理不方便。 （6） 三产品重介质旋流器分选工艺。该工艺可用单一低密度悬浮液一次性分选出精煤、中煤、矸石三种质量合格的产品，较二产品重介质旋流器分选工艺可以省去一套高密度悬浮液的制备、输送、回收系统。该工艺可分为有压给料机无压给料，无压给料可以显著减少此生煤泥量，因此被越来越多的洗煤厂所采用。三、典型重介法控制方案1、集中控制系统及主要生产环节自动控制子系统即单机过程控制系统。单机过程控制系统包括： 重介工艺参数自动测控子系统（含煤泥重介） 浮选工艺参数自动测控子系统 水池液位控制子系统选煤厂工艺系统设备的集中控制系统采用集散式网络结构，包括5 个智能I/O 分站。智能I/O 分站为： 原煤准备系统I/O 分站 重介系统I/O 分站 浮选系统I/O 分站 浓缩压滤车间I/O 分站 产品运输I/O 分站水池液位控制子系统不设独立分站，就近融入PLC 各智能I/O 分站；重介工艺参数自动测控子系统和浮选工艺参数自动测控子系统分别作为独立子系统，与5 个智能I/O 分站共同组成车间控制级网络，可实现各生产系统设备的控制、检测和对重要生产工艺参数的实时检测和调节。PLC 主站、分站通过工业现场网络进行数据通讯。2、基于PLC 控制网络的上位计算机监控系统，可实时监视各控制系统画面，向上发送有关数据并接收有关指令，向下发送控制指令。3、全厂物流的计质计量系统。4、工业电视监视系统5、生产通讯调度系统四、典型重介法方案介绍（一）集控系统功能 系统控制方式为集中联锁和就地解锁。对选煤厂工艺系统的所有机电设备全部纳入集控，对煤流线上的参控设备进行集中联锁控制，对不参控设备进行远程控制或就地解锁控制。 控制方式由集控调度室操作人员在多功能操作台上进行选择。 系统选择功能。 试车功能。 具有予告和设备禁启功能。参控设备逆煤流启，顺煤流停。备用设备可实现在线启、停，所有设备均具有现场紧急停车功能。集中运行时，岗位司机只能就地停车，不能启车。 事故处理功能，包括预告故障、启、停车故障，运行故障以及检测信号等故障的处理和声光报警。 故障诊断功能，借助PLC 本身所具有的诊断功能，开发对系统主机、功能模块、通讯线路等故障的诊断，并有声、光报警和历史记录。 设备保护功能，对关键设备实现一级报警、二级停车功能，以保护设备、降低事故损失。（二）上位机监控系统1、配置监控系统的功能由上位监控计算机完成。上位监控计算机设三台。两台为互为备用的操作计算机，用于生产监控子系统的控制操作，取代了传统的多功能操作台。另一台可作为工程师站，用于编程、修改参数、改变画面等操作。三台操作站选用21 英寸大屏幕彩色显示器，取代传统的大型模拟屏。上位监控计算机安装在主厂房集控室。集控室室内设置上位监控计算机系统，工业电视墙及主机，通讯调度系统主机。集控室内要求光线柔和，安装柜式空调，铺设防火防静电活动地板，设专用可靠接地极一套。2、计算机监控系统的功能 操作、控制功能工程师站作为DCS 的编程终端，对计算机生产监控子系统程序进行多种语言的实时编制及修改，该计算机并兼做WEB 服务器；操作员站作为指令操作终端，所有控制指令的下达，如集中控制预告，系统启停，控制方式转换，系统的选择，单台设备的远方控制等均通过键盘或鼠标完成；并把各分站处理的各类生产数据，开关量（设备的运行、停止、故障信号、胶带输送机的保护信号等），模拟量（煤量、灰分、料位、液位等）集中管理，建立数据库，做为生产管理的数据来源。 图形显示功能在大屏幕彩色显示器上对选煤厂的工艺流程，全厂设备运行状态，入洗原煤量，精煤产率，液位，原煤准备、重介、浮选、浓缩压滤等主要系统画面；生产环节的实时数据和最终数据，故障信号等以填充、趋势曲线、旋转、闪烁、变色等多种形式进行实时动态显示。动态图形画面设置：图一 洗煤上煤系统a) 单个设备的启动停止。操作器如图。b) 顺序启动。c) 方式A：块煤皮2#皮带机块煤1#皮带机原煤振动筛加层破碎机原煤大倾斜脚对应电振原煤皮带机对应电振d) 方式B：块煤皮2#皮带机块煤1#皮带机加层2#皮带原煤震动筛加层破碎机原煤大倾斜脚对应电振e) 顺序停止。f) 连锁故障跳停。图二 洗煤系统a) 单个设备的启动停止。操作器如图。b) 顺序启动。c) 顺序停止。d) 连锁故障跳停。图三 洗煤烘干系统a) 单个设备的启动停止。操作器如图。b) 顺序启动。c) 顺序停止。d) 连锁故障跳停。3、与计算机管理网络通讯功能上位监控计算机将生产系统中的工艺参数、生产数据、设备运行状况等生产信息进行加工处理和筛选，将重要信息送到计算机管理网络上，以实现生产信息全厂共享。通过WEB 服务器管理网络上的各工作站可实时地浏览生产系统的各画面。选煤厂主要生产环节自动控制子系统（三）重介工艺参数自动测控子系统为实现在线检测、监视及稳定控制重介质选煤过程中的工艺参数，保证重介质选煤过程的分选效果和提高生产管理水平，根据选煤厂工艺流程特点和要求，我们设计、选用了DMAC-型重介工艺参数自动测控系统。DMAC-型重介工艺参数自动测控系统是针对选煤厂大型无压给料三产品重介质旋流器不脱泥、不分级选煤工艺而开发的。到目前为止已经在近五十家选煤厂应用，效果显著，是一项很成熟的技术。1、系统的基本工作原理 合格介质密度的控制由于介质密度直接影响产品质量及产率，所以在选煤过程中，必须控制介质密度并使其稳定在某一给定值上，以保证选煤产品质量及产率。介质密度高于给定值，会导致精煤产品灰分高而不合格；介质密度低于给定值，会导致精煤产品灰分低而产率低、损失精煤；唯有使介质密度等于并稳定在给定值上（由原煤煤质决定），才能保证分选效果，产品质量合格且产率高，经济效益最好。 分流量的控制由本厂不分级、不脱泥入选的重介选煤工艺决定着在正常生产过程中合格介质中的煤泥含量是呈逐渐上升趋势的。重介质选煤工艺要求合格介质中的煤泥含量在一个适当的范围内，煤泥含量太低，不利于合格介质的稳定；煤泥含量太高，则会影响分选效果，增大介耗。所以本系统中设有自动分流箱，当煤泥含量超过允许的范围时，自动多分流一部分回流介质去磁选机进行脱泥处理，以降低煤泥含量。 合格介质桶液位的在线检测合格介质桶的液位是生产过程中的重要参数。液位过高（一般由加水加介引起），密度调节滞后，且当停止生产时由于管道和旋流器中的介质回流，会引起介质桶溢流，造成介质损失；而液位过低，则旋流器压力难以保证，影响正常生产。在正常生产过程中，合格介质桶的液位应是比较平稳的、缓慢的逐渐下降过程。 旋流器介质入口压力的在线检测旋流器介质入口压力是一个重要的工艺参数。在本系统中旋流器入口压力由在线压力传感器在线测量。在工艺环节调节正常以后，旋流器的入口压力稳定在一定值上（依旋流器的参数、原煤性质而选取），对保证产品质量有重要意义。2、集控系统功能及技术指标：该系统的主要功能包括： 实现原煤合格介质悬浮液密度自动测量及控制，密度控制精度为：设定值0.005g/cm3； 实现合格介质悬浮液磁性物含量的在线检测与煤泥含量的稳定控制，测控范围满足工艺生产要求； 实现合格介质桶液位的自动检测和超限报警； 实现原煤重介质旋流器入口压力自动测量及超限报警； 计算机系统实现重介质选煤工艺各种工艺参数的实时采集、监视、记录；煤泥含量及其控制算法的计算、历史生产数据查询、打印报表、以及与上位机通讯等功能； 系统具有手动/自动两种控制方式；（四）浮选工艺参数自动测控子系统浮选过程是一个复杂的物理化学过程，有许多相关的工艺参数需要配合才能得到高质量的产品。浮选自动化的最终目标就是检测出各种相关的工艺参数，按照特定的算法对工艺参数进行优化控制，以达到稳定产品质量及减轻劳动强度的目的。本方案的提出将吸取国内外先进测控装置的优点，同时考虑选煤厂工艺条件及对浮选测控装置建设的要求进行。本方案将浮选测控系统作为全厂综合自动化系统的一个分站，本地人机接口采用就地操作站，进行过程参数的设定及显示，其显示方式为数字、动态图形、趋势曲线等。该子系统选用国内最新研制的FXFX-型浮选工艺参数自动测控系统。在线检测的主要工艺参数有以下：A.入浮煤浆量：在集料池底流泵出口到矿浆预处理器的管道上设置一台电磁流量计，用来计量煤浆入料量。B.入料煤浆浓度：在煤浆入料管道上设置一台同位素浓度计，用于检测入料浓度。C.入浮干煤泥量：通过入料流量及入料浓度，由计算机自动计算出入浮的干煤泥量。D.浮选剂添加量：捕收剂和起泡剂各由一套微小流量测量装置来分别在线测量实际添加量。技术指标及特点：1.实现原矿浆流量及浓度的测量及显示2.浮选剂流量的测量及显示3.浮选剂量实现多点按比例自动跟踪加药4.浮选剂测量误差1%5.浓度计检测误差5g/L6.浮选剂测量范围0-2000g（可调）7.浮选剂添加量的自动/手动控制（五）选煤厂的计量系统现代化的选煤厂要求对全厂的物流进行全面的数、质量检测，从入厂原煤、生产过程中各种中间物、各种生产工艺参数直到各规格出厂产品通过各种传感器或仪表自动检测，并通过DCS 控制网络采集、上传给管理网络，形成各种形式的报表，供选煤厂领导和管理人员分析、判断、决策使用。计量系统根据工艺要求主要包括以下内容：电子皮带秤：5 台。分别安装在入洗