GPJ-120型加压过滤机升级改造研究

王冠博

（山西省煤炭建设监理有限公司， 山西 太原 030006）

1 GPJ-120型加压过滤机工作原理和存在的问题

1.1 工作原理

GPJ-120型加压过滤机属于圆盘式加压过滤机。圆盘式加压过滤机在运转时的工序主要包含以下过程：过滤、干燥、反吹、卸料。

加压过滤过程：入料泵将末精煤悬浮液给入过滤仓，悬浮液的40%～50%浸没过滤盘，将过压缩空气充入加压仓内，使气水分离机与滤盘之间形成压力差，液体透过滤扇依次流过滤管、分配阀再排出过滤机，煤块和其他大块的固体会截留在滤盘上，形成一整块含水量较高的滤饼。

干燥脱水过程：滤盘在启动后逆时针旋转，如图1所示，装载着滤饼的滤扇逐渐转出液面，加压室内的压缩空气和过热蒸汽作用于滤饼，气体通过置换作用将液体从原来的空间挤出，被挤出的混合液体透过滤扇从滤管中流出。

图1 加压过滤原理图

卸料过程：经过干燥的滤饼被反吹风吹下，落在刮板输送机上，当滤饼质量达到一定量时，操作密封排料器的闸板上下开合，将滤饼运输到下一个工序中，紧接着滤盘继续转动，开始下一个工作的循环[1-2]。

1.2 存在的问题

整个加压过滤的过程中，滤盘一直处于转动状态中。由上述加压过滤机的工作原理可知，滤盘的转速决定了一个加压过滤工序的周期和速率。为GPJ-120型加压过滤机滤盘提供转动动力的是加压过滤机的主轴，所以加压过滤机的工作周期最终是由主轴转速决定的。传统的GPJ-120型加压过滤机的主轴是根据选煤厂的实际工艺流程选择电机的，其电机的转速是固定的，这样做的好处是降低了成本。但是，随着时代的发展，固定转速的主轴逐渐暴露了它存在的问题[3]。突出的问题如下：

1）由于主轴电机是固定的，所以当选煤厂的产能改变或者工艺改变时，主轴转速将无法匹配加压过滤的工序需要，使得选煤厂必须更换电机来匹配工艺。

2）选煤工艺的特点决定了煤泥水的量不是固定的，而固定转速的电机速度是按照最大煤泥水量设计的，这就使得加压过滤机在相当长的一段时间内不是满载的，既浪费了资源，又因为长时间大功率工作使得设备的故障率升高，影响设备的稳定性，同时消耗了大量电能。

3）传统的GPJ-120型加压过滤机在运行时需要操作员全程紧盯设备的各个仪表，工作强度大，易出错，短时的峰值经常引起设备报警，导致容错率降低[4]。

2 GPJ-120型加压过滤机改造

2.1 硬件改造

通过对现场加压过滤机调研可以发现，其主轴的功率为11 kW，处理能力为60 t/h，功率和处理能力的设定是依据现场最大煤泥水的量。所以是由主轴电机直接对滤盘进行驱动，这样带来的问题是无法根据煤泥水的量来改变主轴电机的转速，为了改变这种现状需增加变频器实现主轴电机的变频驱动[5]。

经过硬件的改造增设了主轴转速调节系统。主轴转速调节系统主要是来控制电机主轴的转动速度，其机理是通过主轴转速的变化来实现对过滤机圆盘卸料的有效控制，而转速的调节是通过变频器来控制实现的。在这个速度调节系统中主要包括的元件有执行元件滤盘、加压过滤器的电机、控制电机转动速度的变频器、带有可编程控制器的控制柜以及上位机。控制系统需要根据速度要求对变频器进行实时的控制，首先是通过利用控制柜连接的传感器对煤泥水的信息进行采集和处理，根据处理的结果计算出主轴电机需要提供的能量，然后再通过对变频器的控制完成能量的传递[6]。其硬件结构如图2所示。

图2 变频调速控制原理图

在改造之后进行数据的测量，通过对硬件设备的测量可以发现调节后处理能力由原来的60 t/h调整为40～85 t/h，分别对应煤质波动和工况波动条件下的可调处理量，在保证产品水份的前提下，形成了动态处理能力，适应了漳村选煤厂的生产实际。

2.2 软件改造

为了对主轴转速调节系统进行在线监控，为主轴转速设定组态界面，人机交互界面的设计可以方便工作人员对现场的工况条件进行实时掌控，并且可以通过组态的编辑完成硬件设备的远程控制。主轴调速系统作为加压过滤机工作过程中不可或缺的一部分，在界面中设计了电机的运行状态监控以及变频的数据监测和控制。根据原理可以得知主轴转速通过变频器调速来实现，用于调节处理能力和水分量，所以对于加压过滤过程涉及到的重要变量和调整量进行数据的显示、存储和分析[7]。

3 改造后调试运行

在确定了加压过滤机能够自动完成所有工序后，开始进行加压过滤机的正式生产调试与运行。首次运行时，先由给料口少量均匀给入煤泥水，观察加压过滤机能否正常工作，过滤机内是否有异常撞击声响，高压、低压风机的声音是否正常，闸板能否正常开合，液压泵工作是否流畅，密封充放气是否正常，排料口给出的精煤水分含量是否满足生产要求。若在试运行60个周期后，以上部分没有出现异常，精煤的水含量也满足生产要求，给料口开始按照设计产能给料，工作人员继续进行上述观察。

改造后的加压过滤机控制系统在漳村矿洗煤厂进行了一段时间的工业性试运行，运行过程中对于主轴调速系统中所涉及到的数据进行监测和存储。通过对数据的分析和处理可以得出主轴调速系统可以根据不同的工况条件来进行主轴电机的变频调速，并且通过控制柜内置的PID算法实现平滑地进行主轴电机的调整，并且提高了处理能力的契合度。因为能量的供给是根据不同的工况条件而设定的，这样就会对电能的消耗有了一定的节省，根据漳村矿变电站数据统计，在同一时间段内电能的消耗下降了9.4%。

在集控室内对加压过滤机控制系统进行监控，对于恶劣的工作环境以及复杂的工况条件通过集控室的上位机软件进行显示和控制，不但减少了安全事故的发生率，还缩减工人的劳动强度，通过数据的分析可以得知，现场的工人由当初的3人，减到了目前的1人，对于集控室的工人增加没有变化，而且现场的故障率也下降了3%。从经济角度讲，对于漳村矿选煤场有了一个提升。

4 结论

此次针对GPJ-120型加压过滤机的改造以主轴调速改造为主，改造过程中增加了入料口流速传感器，增加了配套的执行机构，设计了一套与之相匹配的PID算法，解决了GPJ-120型加压过滤机自动化程度低、容错率低、稳定性差的问题，实现了主轴根据工况的动态调速，减少了水资源的使用，节省了电能，降低了成本，保护了环境；降低了机械损耗，降低了故障率，提高了设备的稳定性，提高了产品质量，提高了精煤回收率；引入了上位机监控系统，降低了员工的工作强度，同时减少了工作现场的员工数量，减少了噪声污染，降低了管理维护成本，综合效益显著提高。

（编辑：张卓娅）