天龙洁净煤厂综合自动化系统初步设计.doc

天龙洁净煤厂综合自动化系统初步设计 李遂红 （贵州煤矿设计研究院，贵州 贵阳 550025） 摘 要以贵州天龙洁净煤厂综合自动化系统设计为例，阐述了计算机管理技术、计算机配比优化技术、生产控制自动化技术在现代化洁净配煤厂中的应用。 关键词配煤；综合自动化系统；设计 中图分类号TD948.9；TQ536.9；TQ534.9 文献标识码B 0 引 言 贵州省素有“江南煤海”的美誉，煤炭资源储量居江南之首，但已开采的煤炭资源却以中高硫煤为主，燃煤排烟中的SO2含量过高是造成贵州频降酸雨的主要原因。为解决煤炭资源利用和环境保护之间的矛盾，中日环境合作示范城市（贵阳）林东洁净煤工程应运而生。该工程包括天龙和蒿芝塘两个洁净煤厂，采用洁净动力配煤技术，将贵阳近郊所产的高硫原煤（硫分在2.32－2.66）洗选后，与从织金矿区调入的优质低硫煤（硫分在0.54－0.55）按一定比例混配并添加固硫剂后，可将洁净商品煤的硫分控制在1.6以下固硫添加剂按40固硫率考虑，燃烧时排放SO2量相当于燃烧硫分0.96的燃煤排放的效果，从而减轻燃煤造成的SO2污染问题。 作为中日环境示范项目，日方要求洁净煤厂工艺先进，自动化程度高，并能体现现代化工厂的先进管理理念。为此，在设计方案中，广泛地采用了计算机网络和控制技术，实现了从生产、管理、销售等过程的全面自动化。下面以天龙洁净煤厂为例，阐述其管理、监控系统、生产工艺过程自动化以及配煤方案优化等初步设计。 1 综合自动化系统的构成及功能 作为现代化洁净煤厂，建立管理、生产、营销、财务一体化的信息管理系统，提升企业的综合竞争力是必不可少的。天龙洁净煤厂的综合自动化系统由管理信息化系统和生产控制自动化系统组成，二者通过计算机局域网实现信息交换和共享。其组成结构如图1所示。 图1 天龙洁净煤厂综合自动化系统结构图 1.1 管理信息化系统 管理信息化系统是以企业管理局域网为基础，通过相关应用软件系统实现整个企业生产、技术、质量、运销、成本、财务、人事、经营等科目管理和效益分析的最高管理层次功能。它的作用是为企业高层管理者提供生产经营过程中的历史资料和最新管理数据信息，让各部门的最高管理者通过计算机网络技术手段及时处理企业各部门生产、经营过程中的问题，针对市场需求的变化及时制定新的生产经营决策，并及时将指令送到生产自动化控制系统适时调整生产工艺、优化产品方案，提高生产效率和经济效益。 管理信息化系统应用软件由以下子系统组成 煤质化验子系统根据化验结果，建立原煤煤质数据台帐、商品煤煤质台帐，生成产品质量日/月报表。 配比优化子系统根据原料煤煤质数据和商品煤煤质要求计算出最佳配比方案提供给生产自动化系统。 技术检查子系统根据月综合数据，计算并绘制、生成各种技术报表。 生产统计子系统生成主要产品产量报表。 运销管理子系统建立原煤台帐、商品煤台帐，形成运销日报表、供煤户明细表、发出成品煤登记表。 设备管理子系统建立设备台帐、报废设备台帐，主要设备状况并制定检修计划，生成事故月报表。 材料管理子系统生成主要材料入、耗、库存表和年终物资清查表。 财务管理子系统完成成本核算、日常财务管理。 以上各应用子系统，可根据具体需求独立开发或选用市场成熟的管理应用软件。 1.2 生产自动化系统 生产自动化控制系统采用主从式结构，配有在线快速灰分分析仪。工控机（上位机）与数据采集控制模块间采用RS-485总线接口方式完成数据通信，最高传输速率可达115.2kbps，同时上位机通过网卡接入厂管理自动化局域网中，为管理系统提供生产数据，同时亦可接受生产控制数据。 该洁净煤厂配煤生产工艺流程为对进场的高硫煤进行风选得到中、精煤，与优质低硫煤按优化配比通过给料机由输送胶带机完成混配，同时按一定比例添加固硫剂，然后进入动力煤成品仓。其工艺流程图如图2所示。 图2 天龙洁净煤厂配煤生产线工艺流程图 生产自动化系统完成生产流水线设备集中控制功能和配煤生产自动调节功能。按配煤生产流水线设备工作流程，由控制程序完成参控设备逆煤流启，顺煤流停。同时通过传感器监控设备工作状态，在发生皮带跑偏、撕裂、温升等异常状态时提供保护和报警功能；并设有现场紧急停车系统，岗位司机只能就地停车，不能启车。 在输煤（中煤、精煤、低硫煤）给料机和添加剂给料机设有电子皮带称和速度传感器，上位机根据预置配比数据，通过变频调速器控制给料机皮带电机的转速，实现原料煤和添加剂给料量的自动控制。在线灰分分析仪可实时测出配后商品煤的灰分值发送至上位机，由上位机将实测值与给定值进行比较，对其偏差进行运算，经D/A转换送至给料机电机变频器，改变给料机皮带速度，对给料流量进行修正，从而实现给煤量的闭环控制。 上位机采用运行于Windows中文平台的工控组态软件，一方面及时接受来自信息管理级的各种指令，根据管理指令及时向远程控制模块下达控制指令，同时还要及时接收来自远程数据采集模块的设备运行状态和过程控制参数的反馈与检测信息，并自动进行比较、运算，对被控对象输出控制或PID调节指令。通过大屏幕显示器和触摸屏以图形化的方式动态显示生产流水线的工作状态和数据，并能方便地完成设备控制工作。 1.3 工业电视监视系统 工业电视监视系统是管理自动化和生产自动化的辅助系统，利用该系统可远程监视配煤生产线主要设备工作状况和场区的其他情况，可实现岗位无人化管理。为充分利用厂管理局域网的功能，通过网络传输视频数据流，网络中的任一工作站通过相应的浏览控制软件可查看摄像头所摄取的图像。有控制权限的工作站还可控制摄像头的镜头变焦和云台转动，得到需要监视的图像。系统中还配置了一台多通道数字硬盘录像机，用于对生产过程进行记录和重放。 2 配煤方案的优化 在目前实际应用中，考察配煤与单煤之间的主要质量指标有挥发分（Vdaf）、发热量Qnet,ar、硫分（St,d）、灰分（Ad）和灰熔融性，对配煤质量指标的预测是基于主要煤质指标与单煤之间有较好的可加性（即可加权平均性）。由于水分（Mad）经常变动，因而配煤水分必须实测，而不宜用可加性计算。干基和干燥无灰基指标还分别受水分（Mad或Mt）和灰分（Ad）的影响，除了含分析水的一些配煤指标（如Mad、Aad、Vad、FCad、Qgr,ad等）符合常规的计算方法外，其他指标都必须考虑消除水分（如Xd）和灰分（如Xdaf）的影响，而配煤的灰熔融性温度和灰成分还必须考虑各单煤的灰分产率的影响。由于煤炭在燃烧过程中的物理、化学反应极其复杂，几种煤质的混合，会导致燃烧过程中化学反应有较大的变化，因此研究配煤主要质量指标与单煤之间的量变关系是动力配煤理论的一项课题。但在具体工程应用中，一般应用煤质线性可加性的特征，并依照燃烧试验所获得的数据对理论数据修正。 以配煤干燥基灰分（Ad）为例，其配煤结果按可加性计算如下 （1）把各单煤含分析水的配比扣除其水分后折算成干煤的配比。即 干燥配比（）含分析水分煤的配比（）100-Mad/100 （2）用上式算出的各种单煤的干燥配比再乘以Ad，并求出几种单煤的Ad的乘积。 （3）把上述各单煤的Ad的乘积之和再除以各单煤的干煤配比之和，即为配煤的Ad. 具体的计算公式如下 Ad（）Σ［（A、B、C几种单煤的配比）（A、B、C几种单煤的Ad）］［Σ（A、B、C几种单煤的配比）（A、B、C几种单煤的Ad100/100-Mad）］ 该式同样适合用于计算配煤的硫分St,d，只需将式中Ad换成St,d. 天龙洁净煤厂配煤的主要目标是降低成品洁净煤的含硫量，因此含硫量控制是配煤软件中配比计算的首要约束条件。但是过多地增加低硫煤的比例，势必造成成品煤成本的上升。因此，在该厂配煤方案中使用了固硫添加剂。 配煤方案优化的主要原则是在配煤产品质量指标完全满足用户需要的前提下，得到成本最低的几种单煤的配比，以取得最大的经济效益。其实质是在完全满足约束条件下求解出目标函数的极值问题。具体可概括为如下三个步骤①确定约束条件；②确定目标函数；③求解。 目前比较普遍采用的数学模型可概括如下 上述的数学模型是建立在如下假设条件下的①所选定的各煤质指标均具有线性可加性；②各指标间没有相互影响；③各单煤的煤质指标是一个常量。 当约束条件和目标函数确定后，求解的问题便成为一个纯数学的问题。求解的方法有许多种，常用的有图解法和单纯形法，但现在已较多地采用计算机软件来完成求解工作。 在天龙洁净煤厂综合自动化系统中，编制计算机配比优化软件时，将计算程序与单煤煤质数据库结合在一起。每种单煤进场后，将进行化验得到的煤质数据和品种、产地、价格、数量等输入数据库，并随生产情况动态调整。计算得到的配煤方案可根据需要进行数据修正，同时将最终配比传送给生产控制计算机系统，完成自动化配煤。在生产控制计算机系统中装有在线煤质快速分析系统，除完成生产线的闭环控制外，还可将配后成品煤的煤质数据反馈给配比数据库，以完成对配比数据的修正，得到更精确的数学模型。当然，也可以通过对成品煤的化学分析来得到更精确的煤质数据。 3 结 语 该洁净煤厂综合自动化系统初步设计方案已通过专家评审，已进入施工图设计阶段，预计在2004年即将投入施工。 参考文献 ［1］ 陈文敏,张自劭,陈怀珍.动力配煤［M］.北京煤炭工业出版社，1999. ［2］ 杨松君,陈怀珍.动力煤利用技术［M］.北京中国标准出版社，1999. ［3］ 刘志红.洁净动力配煤技术在拟建天龙洁净煤厂的应用［J］.洁净煤技术，2002，8128-30. ［4］ 周义礼.大中型选煤厂集散式监控系统的设计与应用［J］.煤炭工程，2002，414-17. Preliminary Design of Integrated Automation System in Tianlong Clean Coal Plant LI Sui-hong Guizhou Colliery Design and Research Institute,Guiyang 550025,China AbstractApplication of computer management technology,computer optimization technology and manufacture controlling automation technology in a modern clean coal-blending factory is illustrated by the design of integrated automation system in Guizhou Tianlong Clean Coal Plant. Key wordscoal blending；integrated automation system；design 收稿日期2003-04-18 作者简介李遂红1968-,女,工程师,1989年毕业于桂林电子工业学院,现在贵州省煤矿设计研究院从事电气设计工作.