智能压滤系统在新巨龙选煤厂的改造实践

王 齐 张 鹏 潘 立

（山东新巨龙能源有限责任公司，山东 菏泽 274000）

煤泥水处理环节是制约湿法选煤的一大难题[1-3]，目前新巨龙选煤厂煤泥水处理过程中使用加药机、浓缩机、压滤机等单机自动化设备作为主要处理设备，岗位人员在生产区域不定期巡察浓缩池溢流及压滤滤液情况，无法实时掌握生产状况，生产效率低下。

为改善新巨龙公司选煤厂（以下简称新巨龙）压滤现状，开展智能压滤系统在新巨龙的应用研究与改造实践。

1 压滤系统概况

新巨龙作为炼焦煤选煤厂，采用动筛/TDS 预排矸+原煤预先脱泥+有压两产品重介旋流器主选+有压三产品重介旋流器再选+粗煤泥TCS 分选+细煤泥浮选+尾煤浓缩压滤的联合洗选工艺，分选环节多，重介部分为有压工艺，破碎及次生煤泥较多，加之原生煤泥较高，导致最终煤泥处理量大。

当前新巨龙尾煤压滤系统工艺情况大致如下：正常生产期间使用2 台浓缩机作为尾煤浓缩用（备用1 台），每台浓缩机配备1 台底流泵（无热备），底流泵出料管路汇总后进入尾煤压滤车间，压滤车间内共有6 台压滤机入料桶，桶上均有入料阀门。

目前每个压滤机入料桶均配置有2 台入料泵，每台压滤机入料泵对应一台压滤机与一台收集刮板。当前在用的6 台压滤机除8054 压滤机外均由同一条皮带收集转载。系统设备流程关系图如图1。

图1 新巨龙尾煤压滤系统设备流程

当前新巨龙尾煤压滤系统使用情况如下：

1）压滤进料结束由人工判断，常见的判断标准为滤液水排出时的滴水不成线现象。

2）在煤泥转运环节，当本轮压滤机全部卸料完成后，本轮卸料压滤机进入进料状态而下游转载设备仍处于空转状态时，岗位人员需及时通知调度人员停止下游设备，其人工依赖性强。

3）由于设备陈旧，压滤机无法实现基础自动化，人工巡视操作6 台压滤机，劳动强度大，且易出现多台压滤机同时达到卸料条件，但只能单台卸料，增加了压滤的整体周期长度。

2 系统设计

为了提升尾煤压滤效率，改变长期人工操作、信息流转不畅的情况，结合新巨龙实际，设计并开发了智能压滤系统[4-6]。

系统架构上，新巨龙采用IFIX5.8 原有集控平台作为上位监控，采用原有GE PACSystems RX3i型号CPU 作为数据采集中枢。通过原有CPU 采集压滤机工作状态、上游底流泵-阀门-入料桶液位状态及下游刮板-转载皮带工作状态，上位程序修改后，按照既定逻辑控制压滤机等设备，组成完整的智能压滤系统。智能压滤系统逻辑设计如图1。

2.1 自动补料逻辑设计

压滤机作为单机自动化设备，前序浓缩底流来料、管道阀门切换、入料缓冲搅拌、入料泵开启为外围条件，未纳入单机自动化执行范畴。若要实现智能压滤，需将前序入料环节与压滤自动控制形成有机结合[7]。

由于新巨龙选煤厂尾煤浓缩池为2 台常开，1台检修备用，且尾煤浓缩池与中煤浓缩池存在轮换检修要求，因此尾煤浓缩池底流外排管道与压滤机入料缓冲桶无固定对应关系，仅靠人工手动控制阀门切换完成入料缓冲桶来料切换。此外，入料缓冲桶上原液位计测量精度较差且液位与压滤机入料泵无闭锁关系，存在缓冲桶抽空与冒桶风险。基于以上情况，设计自动补料逻辑如下：

1）缓冲桶自动补料

定义缓冲桶的极限高/低液位、安全高/低液位，当缓冲桶液位处于安全高-低液位之间，尾煤浓缩池底流泵不开启；当缓冲桶液位处于安全低-极限低液位时，尾煤浓缩池底流泵开启进行补料，直至液位超过安全高液位，底流泵关闭，补料结束。

2）管路阀门切换

将浓缩池底流泵、管路阀门、入料缓冲桶进行分类绑定，同时设计浓缩池启用选择功能，作为智能压滤的初始化条件，避免因检修等环节引起的浓缩池切换，但逻辑无法更改。

3）缓冲桶自动排料

现场单台缓冲桶具备2 台排料泵，可同时供2台压滤机入料，且具备对应关系，缓冲桶排料的启动需联动压滤机的运行状态与工作进程。当压滤机无故障，且处于入料进程时，对应缓冲桶的排料泵开启，进行排料，当压滤机工作进程为进料结束，缓冲桶排料泵关闭。

2.2 进料结束条件设计

新巨龙尾煤压滤机为三次取拉板型板框压滤机，入料压榨过程即为整体脱水过程，脱水完成时刻即可定义为压滤机入料结束时刻，只需检测压滤机的脱水状态变化，并判断是否脱水完成，即可实现压滤机入料结束时机判断。

煤泥压榨过程中，滤液水的状态变化可直接反映压滤进程中煤泥压榨的变化。通常在一个压滤周期内，滤液水遵循清澈（清水）-浑浊（掺杂细泥）-再次清澈（清水）的变化，分别代表入料初期-入料中期-入料结束三个阶段。同时，滤液水的流量也遵循少量（清水）-大量（掺杂细泥）-再次少量直至滴水不成线（清水）的基本规律，同样也可代表入料初期-入料中期-入料结束三个阶段[8-9]。选煤厂人工判断进料结束基本依赖以上2 种基本规律，本次新巨龙智能压滤改造，也采取同样的策略。

结合上述基本规律，新巨龙智能压滤改造选取滤液水流量作为压滤机结束进料时机（完成脱水过程）的主要参考指标，通过设定合理的滤液水流量范围，同时辅以压滤机工作进程监测，作为尾煤压滤机结束进料时机的主要判断条件。此外，为了增强智能压滤环节的可靠性，结合大量生产数据及人工经验，以压滤入料进程的常用时间作为辅助判断依据。具体控制逻辑如图2。

图2 压滤机进料结束判断逻辑

1）历史进料结束流量/获取

因压滤机进料结束后存在卸料等待情况，故压滤机结束入料后的松开进程无法作为进料结束判断依据。因此采集事先安装的滤液水流量检测装置与压滤机手动操作进程数据，截取入料泵开启至入料泵关闭的时间内的流量数据，剔除异常数据（无小-大-小变化的数据）后，总结流量值由大变小后的斜率近似0 部分流量上限，多组数据取平均后，得到历史进料结束流量。

2）历史进料结束时长

采集压滤机手动操作进程数据，收集入料泵开启至关闭的历史时刻，剔除异常数据（过短/过长的时间）后，取平均值，得到历史进料结束时长。

3）滤液水流量与进料时长综合判断

滤液水流量与压滤机进料时长共同判断，二者均达成时系统判断压滤机可停止入料，并与入料泵连锁，同步关闭入料泵，否则压滤机继续入料。

2.3 排队卸料设计

新巨龙尾煤压滤车间较宽，可容纳10 台压滤机工作，车间左右各分布5 台，压滤机下游经刮板收集后，分别经左/右2 条转载皮带运输至煤泥大棚落地皮带，2 条转载皮带的前序压滤机需分别考虑排队卸料逻辑[10]。

自动排队卸料控制通过在上位侧设定参与排队卸料逻辑的压滤机台数，并根据压滤机进程和下游刮板/转载皮带工作状态，经过上位侧排队卸料逻辑计算实现压滤机的统筹卸料。新巨龙自动排队卸料逻辑如图3。

图3 压滤机排队卸料控制逻辑

1）根据实际情况，将压滤机与对应的转载皮带进行绑定，并做A/B 分组，压滤卸料逻辑可单独应用于A/B 组压滤机，整体遵循先进先卸原则。

2）由于A/B 皮带最终汇总至煤泥落地皮带，因此提供压滤机使用台数选择，若只开A/B 其中一组压滤机，卸料逻辑只开一侧即可；若A/B 两组压滤机同时使用，则A/B 组逻辑需遵循左右均衡，避免出现一侧配套设备（入料泵、刮板机、皮带等）过度磨损现象。

2.4 下游设备控制设计

为了降低下游设备因空转导致的高能耗，根据新巨龙尾煤压滤实际情况设计了压滤下游设备控制逻辑如图4。通过在上位侧预设压滤进料时长和下游设备停车延迟时长，结合压滤进程监测判断下游设备的启停时间，实现压滤下游设备的自动启停[11]。

图4 压滤下游设备控制逻辑

1）当至少一台压滤机即将满足卸料条件时，检测对应的下游刮板/皮带故障情况，若具备启车条件则进行启车，若不具备启车条件则报警提醒。

2）根据压滤机入料结束时长设定值，判断一段时间内，A/B 组无卸料计划，则将对应的下游设备关闭。

3 系统实施

3.1 基础改造

智能化系统的效果往往依赖基础硬件设施的工作状态，在脱离硬件设备的可靠性时，智能化的设计就是无根浮萍。因此，结合新巨龙现场实际，对原压滤相关设备做了如下改造。

1）阀门远程控制

由于新巨龙选煤厂此前对煤泥水处理系统进行了深度改造，煤泥水处理工艺较为复杂，且管道走向较为灵活，工艺变化或浓缩池轮换检修时需通过就地开/关管路阀门以实现煤泥水走向切换。根据管路阀门切换设计，对新巨龙尾煤浓缩池底流外排管道上阀门的就地控制箱进行了改造：① 更换原阀门就地控制按钮箱，并于按钮箱上新增就地/远程切换旋钮；② 于阀体新增接近开关两个，用于检测阀门开、关到位信号，并将接近开关输出信号引入新增按钮箱；③ 同步，阀门开闭控制信号与到位信号以硬接线方式接入压滤车间PLC 分站；④ 依照前序阀门自动切换设计进行PLC 闭锁逻辑编写，实现不同压滤机、浓缩机启用后，阀门自动开启、煤泥水走向自动切换的工艺闭锁。

2）浓缩池底流泵远程控制

新巨龙浓缩池底流泵此前仅有就地控制按钮箱，且在底流泵附近和压滤车间均可实现就地控制，压滤机入料缓冲桶原液位计已无法使用。为了实现自动补料功能，进行了如下改造：

① 对原浓缩池底流泵就地控制箱进行改造，新增就地/远程切换旋钮，并引出底流泵开/闭控制信号接入压滤车间PLC 分站；② 更换压滤机入料缓冲桶上原有静压式液位计，液位信号一并接入压滤车间PLC 分站；③ 增高入料缓冲桶上沿高度与溢流口高度，对入料缓冲桶进行扩容；④ 依照前序缓冲桶自动补料设计进行PLC 闭锁逻辑编写，实现根据压滤机入料缓冲桶液位自动控制底流泵开启效果。

3）新增滤液水流量计

于尾煤压滤机一侧滤液水槽中间处下方开孔，并焊接DN50 不锈钢管路作为排液支管引出滤液水；支管引出后，下方焊接DN50 横管，略有坡度，横管两端安装盲板；于横管中间位置安装DN50 电磁流量计，并将电磁流量计模拟量信号引入压滤车间PLC 分站；参照前序压滤机入料结束条件或滤液水流量历史数据，取对应的历史进料结束流量值作为流量阈值，于PLC 中设置阈值比较，当流量值小于阈值时，PLC 给出压滤结束进料信号；为保证流量计始终为满管测量，在电磁流量计之后的支管上做垂直支管焊接，垂直支管再接横管后进入压滤车间滤液水汇总管道，整体无滤液水外溢。

4）滤液水槽外移

新巨龙尾煤滤饼粘性大，在压滤机处于拉板进程时，部分滤饼为非垂直下落。滤饼处于倾斜下落状态时，滤饼边缘会与滤液水槽碰触，滤液水槽上边沿会对滤饼施加切割作用，导致滤饼上有小块（偶见大块，尺寸可达200 mm 以上）脱落至水槽中，若清理不及时，小块滤饼将在水槽内形成堆积。此外，滤液水近似无压水流，水槽内堆积滤饼，滤液水无法顺利进入下水孔。为避免滤液水槽内滤饼堆积，将滤液水槽向远离压滤机方向平移10 cm 左右，同时更换合适长度的滤液水嘴，保证滤液水正常进入滤液水槽。

5）滤板把手更换

新巨龙尾煤压滤车间原有A、B 两种品牌压滤机，后A 品牌压滤机逐渐弃用，仅使用B 品牌压滤机。压滤机日常维护更换滤板时，存在A、B 两种滤板混用情况，但两种品牌滤板规格不一致，把手位置也不一致，部分滤板在取、拉板过程中存在跳动现象。该现象会引起滤板两侧行程差异，进而引发滤饼倾斜，导致滤饼脱落困难，且加剧滤液水槽中小块掉落现场。基于此，将A 品牌滤板把手进行统一更换，并重新定位把手位置，实现拉板过程滤板左右两侧行程一致。

6）拉板链条及滚轮更换

新巨龙尾煤压滤机自投产以来未做大型升级，部分链条由于环境潮湿、附着煤泥导致链条存在生锈、固化现象。链条伸展时形态不一，也会导致滤板两侧行程差异引起拉板倾斜，故将原拉板链条取出，全部换新，以保证滤板间隙一致。此外，压滤机首板滚轮轴承损坏，也会破坏滤板两侧进程一致性，故对原压滤机首板滚轮进行修复或更换，进一步保证拉板过程中滤板两侧行程的一致性，保证多数滤饼为垂直脱落。

3.2 电控设施改造

新巨龙目前在用的尾煤压滤机多数为B 品牌2007 年生产设备，其CPU 选用为GE 品牌Versamax 型号，该型号仅有一路串行通信接口且已用于压滤机触摸屏通信，无法与选煤厂集控系统用GE PLC RX3i 实现通信。

为将压滤机接入集控系统统一管理，将原有压滤机小型CPU 升级为IC200CPUE05 型号并更换电源为IC200PWR102 电源模块，采用GE 自有EGD通信协议通过以太网实现压滤机与厂内主控CPU 的通信。另外，新增IC695 系列模拟量输入模块与数字量输入输出模块，将压滤机入料桶液位信号、滤液水流量信号、浓缩机底流泵与阀门的控制点位接入集控系统。

3.3 上位程序编写

新巨龙原有IFix 5.8单机版上位监控软件两套，在原有界面上重新设计压滤页面，按照前序智能压滤系统设计方案重新编写PLC 程序与上位监控程序。此外，在压滤车间增加上位分站一套，通过IFix 5.8 软件的授权功能，压滤区域岗位人员仅可查看与操作压滤上下游相关设备，实现了压滤区域内的集中监测与控制。

4 效果分析

新巨龙智能压滤系统自2022 年5 月开始研究，到2022 年10 月正式开始投用，目前压滤系统使用近3 个月。

智能压滤系统的实施极大程度上降低了岗位人员劳动强度，岗位人员可在区域控制上位处完成整个系统的监控与操作。在系统原煤入选量一致的情况下，单板压滤周期从约2.8 h 降低至2.3 h，单板压滤周期缩短约18%，有效地降低了压滤系统的运行时长，效果明显。具体如图5。

图5 单板压滤周期统计

5 结论

选煤厂智能压滤改造完成后，结束了新巨龙选煤厂依靠人工判断滤饼是否注干、设备转载环节依靠人工干预的状况，实现了新巨龙公司选煤厂尾煤压滤环节的智能化，保证了系统的可靠稳定运行。压滤智能化升级，可降低人工劳动强度，保证系统连续、稳定排料，避免因岗位响应不及时导致的卸料积压，提升压滤工作效率约18%。智能化系统的升级，形成了区域监控+集中监控的操作模式，生产控制更加灵活。