煤炭质量检测分析系统(张学松高工：“双碳”背景下智能化选煤厂建设思路探讨)
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篇首语：事常与人违，事总在人为。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了煤炭质量检测分析系统(张学松高工：“双碳”背景下智能化选煤厂建设思路探讨)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
煤炭质量检测分析系统(张学松高工：“双碳”背景下智能化选煤厂建设思路探讨)
文章来源：《智能矿山》2022年第10期“选煤厂智能化建设”专题
第一作者：张学松， 教授级高级工程师，现任中煤科工开采研究院有限公司设计院主任工程师，主要从事矿山供配电、自动化、智能化设计及管理方面的工作
引用格式：张学松，范燕飞，宋英杰.“双碳”背景下智能化选煤厂建设思路探讨[J].智能矿山，2022，3（10）：62-65.
2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。煤炭作为碳排放的主要来源之一, 在实现“双碳”目标的过程中，煤炭企业有着重要的责任与义务，面对挑战，首先要在建设、生产、管理等方面进行革命性变革，才能适应智能、绿色为代表的新一轮技术革命与产业发展要求，这也是企业提升核心竞争力的必由之路。相比于在井工煤矿开展以创新发展为目标的革新和建设，选煤厂的生产环境、技术条件有较大优势，“双碳”背景下选煤厂的建设思路可为煤炭企业转型升级和探索发展道路提供宝贵经验。
01 “双碳”背景下选煤厂发展方向
创新发展
“双碳”目标下煤炭企业必须具备较强的改革创新能力，为实现“双碳”目标加快煤炭减量步伐，“十四五”时期严控煤炭消费增长，“十五五”时期将逐步减少。煤炭开采行业将逐步进入存量市场的竞争，企业通过粗放扩张来提高经济效益的做法将不可持续。面对新的形势，煤炭企业应通过创新发展提高管理水平，盘活内部资源以提高企业的经济效益，创新发展是企业生存基础发展的内生动力。
绿色发展
“双碳”目标下煤炭企业必须具备可持续发展能力，企业的生存发展必须符合国家方针政策的要求。煤炭的自然属性赋予了煤炭在绿色减碳中的重要作用，煤炭企业要从源头控制，通过发展煤炭洗选加工，提高煤炭质量，提升煤炭利用效率，降低碳排放。绿色减碳是保证煤炭企业可持续发展的外在动力。
02 “双碳”背景下选煤厂发展思路
创新发展思路
创新发展的首要目标是提高选煤厂经济效益，通过降低生产成本提高生产效率，才能经得住市场竞争的压力。《煤炭工业选煤厂设计规范》规定选煤厂工作制度为年工作330天，每天工作16 h，推算出设备年利用率为60.3%，对标《有色金属选矿厂工艺设计规范》中67.8%～92%的设备年作业率（年利用率），选煤厂设备的年利用率是偏于保守的，如将选煤厂主洗工艺工作制度改为312天，每周工作6天，每天工作24 h，设备年利用率提升为85.5%，将大幅度提升选煤厂的经济效益，提高设备年利用率可为选煤厂带来以下4点效益：
（1）选煤厂生产能力的适应性更强，为提高经济效益创造了条件，群矿型选煤厂可直接增加42%的产能，更加适应不均衡的季节性生产；矿井型选煤厂可满足矿井生产能力提升42%的要求，更加适应不均衡的井下生产。
（2）新建选煤厂时，可降低系统的小时处理能力，节省建设投资；选煤厂扩建时，可在系统小时处理能力不变的情况下，提升年处理能力，降低改造难度。
（3）正常生产时，工艺系统不必每日启停车，启停车次数较设计规范规定的工作制度减少630%，工艺系统空载运行时间每年将减少270 h以上，可节约运行成本，同时可避免介质、药剂配比因启停车而产生的波动，提高系统运行的稳定性。
（4）可最大限度地发挥智能化选煤厂的作用，实现选煤厂生产中的少人或无人，使选煤厂的管理更加科学、合理、简便，利于实现多座选煤厂集约化管理，降低用人工成本和生产成本。
创新发展思路下的实现途径
选煤厂要改变工作制度，提高设备利用率，工艺设备首先应能适应选煤厂工作制度的改变，选煤厂选用的主要工艺设备均为通用设备，已实现标准化、系列化，设备自身支持长时间连续工作，类似设备在冶金选矿、水泥、环保等行业均有应用，并普遍按照每天三班24 h组织生产，这对选煤厂改变工作制度具有较好的借鉴作用。因此，选煤厂具备改变工作制度的基本条件，还要结合选煤厂的生产特点重点考虑以下3点问题：
（1）煤炭仓储容量应适应选煤厂工作制度的改变
为保证选煤厂生产的连续性，必须保证原料煤的稳定供应，当选煤厂原煤与产品煤仓储总容量在《煤炭洗选工程设计规范》规定的1.5倍以上时即可满足要求。目前，群矿型选煤厂普遍可以适应工作制度的改变，矿井型选煤厂应根据现场实际进行新建或改造。
（2）选煤厂工艺系统的可靠性应适应选煤厂工作制度的改变
笔者对所管理的选煤厂进行了为期1年的统计（表1）。统计表明，影响选煤厂故障停车的主要因素：煤流中混入大块锚杆、铁器、木料异物引起的设备故障；产品加工中转载、排料过程引起的溜槽、管路卡堵；设备维护不及时引起的机械、电气设备故障等。
表1 选煤厂生产故障因素统计
1）“异物”是由于入洗原料在捡杂环节处理不充分，导致井下煤炭开采过程产生的异物随原煤直接进入原煤加工环节，造成入洗原料指标普遍达不到设计标准，不但容易引起后续设备故障，还会使后续加工环节生产不稳定。因此，首先应加强井下生产管理，避免异物混入煤流；其次对原煤准备环节进行优化，增加智能化排矸、捡杂设备，确保在原煤入洗前将异物捡除干净。智能捡杂机器人如图1所示。
图1 智能捡杂机器人
2）“卡堵”是由于煤炭和煤泥水转载、排料的设计环节以经验为主，缺乏对物料流动的针对性分析和计算，因此，需要通过引进先进的计算机仿真设计，如BIM三维协同设计（图2）、数值模拟等，通过模拟生产中造成堵塞和降低产品品质的环节，优化物料输送的空间布局，控制溜槽角度和高差，避免堵塞和对设备的冲击，降低运输环节的事故率。旋溜槽计算机仿真模拟如图3所示。
图2 BIM三维协同设计
图3 旋溜槽计算机仿真模拟
3）“设备维修不及时”主要是被动检修造成，需要引入先进科学的运维管理系统来改变。
（3）生产管理应适应选煤厂工作制度的改变
提高生产效率需要高效的管理、决策系统，建设智能化系统可有效解决这个问题。首先，建立基于大数据、人工智能的设备运维管理平台（图4），通过专业运维算法提前预测设备的大修、中修周期并制定维修计划；其次，通过对设备的全面感知采集设备的电流、温度、振动、润滑等信息，实现自动检测与健康预测报警，进而依据大数据进行小修等预测性主动维护，避免设备因机械疲劳引发事故；最后，通过建立生产全流程的集中监控，完善煤质在线检测、分选比重自动调节、介质药剂自动添加、浓缩压滤等系统的自动检测与调节，让集控系统实时感知生产条件变化，迅速判断调节工艺运行参数，主动响应和预测突发事件。此外，还要依靠智能照明、巡检机器人、AI智能摄像监控、火灾自动报警等手段实现无人值守，降低人员安全风险和劳动强度。
图4 选煤厂智能运维平台架构
绿色发展
研究表明每1亿t标准煤洁净度提高1%，每年可节约能量1.7×105 tec，SO2减排约1.1×104 t，CO2减排约3.8×105 t。因此，去除杂质提升煤炭品质，满足下游煤炭企业对煤质要求，是煤炭企业基本的发展目标，也是减碳应当承担的责任和义务。选煤厂提升煤炭品质需要重点考虑以下2点问题：
（1）适应“双碳”背景下客户对煤炭质量的要求
首先，采用先进技术提升洗选加工工艺的灵活性和稳定性，建设基于智能化的排矸除杂和重介、浮选等核心洗选工艺系统，实现全流程数据采集与在线智能分析和调节，提高产品回收率，保证产品质量稳定，降低产品消耗；其次，采用计算机仿真技术优化选煤厂空间布局，控制煤流的运动轨迹、跌落速度及撞击点，既可降低产品的线下率，也可避免煤炭流转过程中的卡、堵。
（2）适应煤炭分级梯级利用的要求
首先，建立智能化的在线配煤系统，按照终端用户的煤质需求销售煤炭，减少或避免用户对煤炭的二次加工处理，既可扩大市场销售范围，也可间接降低客户的碳排放；其次，还要变废为宝，转变观念将洗选加工产生的煤矸石等固废弃物作为产品对待，结合煤矸石综合利用技术对其进行分类加工，使其适应固废弃物综合利用的要求。
此外，选煤厂还应自觉降低生产运行中产生的碳排放，建设时要使工艺总布置简捷、顺畅，合理利用地形地势的高差减少中间转载；生产时要建设智能化的设备管理和维修体系，避免生产中的非计划提车，提高生产效率。
03 结 语
“双碳”背景下煤炭企业创新发展和绿色减碳是煤矿智能化建设的主线，两者之间相辅相成，煤炭企业需要结合行业特点和企业具体情况进行分析，思考建设目标，突破传统观念的束缚，了解未来市场需求，借鉴其他行业的成功经验，以企业生存发展为基本目标，在坚持新发展理念的总要求下，以创新的思维探索双碳背景下煤炭企业的建设路径。
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