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1、节能减排示范项目多流程皮带输送系统逆向启动节能技术项目实施单位 秦皇岛港股份有限公司专家点评：秦皇岛港是以能源运输为主的综合性国际贸易口岸，世界上最大的煤炭输出港，主要承担煤炭、石油、杂货、集装箱等物流输送业务。秦皇岛港以为国分忧为己任，高度重视节能减排工作，依靠科技创新，实施了多项节能减排措施，取得了明显的效果，提前达到了河北省“双三十”重点企业 2010 年节能减排考核指标，并为建设环境友好型、资源节约型港口起到了良好的示范作用。秦皇岛港设计年通过能力 2.23 亿吨，其中煤炭通过能力为 1.93 亿吨。秦皇岛港股份有限公司第九港务分公司（九公司）是目前国内规模最大、设备最先进的煤炭码头，
2、年设计通过能力 5000 万吨，带式输送机总长为 30km，为全港带式输送机总长 151km 的五分之一，其能耗占九公司能源消耗的 70%以上。九公司抓住问题的关键，组成技术攻关小组，通过创新思维对工艺流程中带式输送机启动空运转时间过长问题进行了研究，提出多流程皮带输送系统逆向启动节能技术。通过精确的程序设计，在不增加硬件投资，确保系统安全可靠运行的情况下，采用逆向启动模式使带式输送机系统空载启动运行时间缩短了 77%，带式输送机系统能耗降低 4%。该技术彻底改变了散货输送系统的传统流程启动模式，在散货输送行业中属首创。经过一年多的运行，系统安全可靠，节能效果显著，取得了良好的经济和社会效益。
3、该技术原理清晰，实施简便，具有明显的示范作用和广阔的推广应用价值。“多流程皮带输送系统逆向启动节能技术”推广材料交通运输部节能减排专家工作组一、概况秦皇岛港作为以能源运输为主的综合性国际贸易口岸，是世界上最大的煤炭输出港和散货港，主要承载煤炭、石油、杂货、集装箱等运输业务。港口地处渤海北岸，河北省东北部，自然条件优良，港阔水深，不冻不淤，共有 12.2公里码头岸线，陆域面积 11.3 平方公里，水域面积 226.9 平方公里。港口现有生产泊位 45 个，其中万吨级以上泊位 42 个，最大可接卸 15 万吨级船舶，设计年通过能力 2.23 亿吨，其中煤炭通过能力为 1.93 亿吨。秦皇岛港作为河
4、北省节能减排“双三十”重点企业，在“十一五”期间单位生产综合能耗要降低 16%以上，由 2005 年的 7.5 吨标煤/万吨吞吐量，下降到 2010 年的 6.3 吨标煤/万吨吞吐量。2008 年完成货物吞吐量 2.49 亿吨，实际完成散货吞吐量 2.22 亿吨，能源消耗总量达到 20.02 万吨标准煤，按能源品种分，电力、煤炭、燃油，分别占 68%、19%、13%；按能源用途分，生产用能占 87%，其它用能占 13%。秦皇岛港股份有限公司第九港务分公司（九公司）是目前国内规模最大、设备最先进的煤炭码头，年设计通过能力 5000 万吨，拥有 6 个万吨级以上泊位，最大可停靠 15 万吨散货船，
5、堆场设计堆存能力 400 万吨。总装机功率为76660kW，其中带式输送机系统装机功率 51660kW。2007 年九公司完成吞吐量5853 万吨，电能消耗总量 9751 万 kWh，2008 年九公司完成吞吐量 6100 万吨，电能消耗总量 9504 万 kWh。九公司带式输送机总长为 30km，为全港带式输送机总厂 151km 的五分之一，占九公司能源消耗的 70%以上。因此，降低带式输送机系统的能耗是九公司节能减排工作的关键。在散物料输送系统中，传统的流程工艺启动时设备待料运转时间较长，空载能耗量较大，九公司通过优化软件，在保障系统安全性的前提下采用逆流程启动工艺，有效地缩短了带式输送机
6、启动时设备待料运转时间，带式输送机系统能耗降低 4%。本项目改变了传统工艺流程带式输送机的启动次序，大大减少了带式输送机的启动空运转时间，不仅达到了节能降耗的目的，同时也减少了机械损耗，延长了设备的使用寿命，降低了生产运营成本。二、基本原理九公司翻堆线工艺设备布置示意图如图 1。以九公司翻堆线距离最短的一条流程为例，其名称、皮带长度、装机功率、传统工艺的启动次序及带式输送机由启动至上料的空载运行时间见表 1。 从表 1 可以看出，传统启动工艺中，ST 为下游受料设备，最先启动，空载运行时间也最长，为 17.5 分钟(1052 秒)，其他转接皮带的空载时间由下游向上游依次减少。整个流程中各条皮带
7、的空载时间相加为 44.6 分钟(2678 秒)。流程从启动到受料设备上料用时 1062 秒即 17.7 分钟，粗略估算空载损耗在200kWh 左右，这个流程是所有流程中最短的一个。而其他流程，随着带式输送机的数量增多，距离加长，带式输送机空载时间和空载损耗也相应增加。图 1 翻堆线工艺设备布置示意图注：图中的符号及意义CD6、7、8 翻车机代号，皮带上的料流来自翻车机底层给料器；S8S13 堆料机代号，将来自带式输送机的料流卸到堆场；BF* 翻车机给料器下方带式输送机代号，是带式输送机系统的最上游带式输送机；BD* 与堆料机相连的带式输送机代号，是带式输送机系统的最下游带式输送机；BH*-*
8、 接力转接带式输送机代号，用于将 BF 皮带上的料流输送至堆场；T5-* 上下游带式输送机的转接塔，上游带式输送机将料流经转接塔的下料斗注入下游带式输送机。表 1 传统工艺的启动次序及带式输送机由启动至上料的空载运行时间表带式输送机名称最短长度(m)装机功率(kW) 启动次序启动完毕时刻(第秒)上料时刻(第秒)空载运行时间(秒)ST 50 315 1 下游设备最先启动 10 1062 1052BD 1150 1200 2 60 832 772BH*-4 1250 1200 3 110 582 472BH*-5 920 1250 4 160 398 238BH*-6 270 630 5 210
9、344 134BF 370 1500 6 上游设备最后启动 260 270 10带式输送机总长度4010 总功率5465 kW 合计空载 时间 2678注：启动完毕时刻及上料时刻以发出流程启动指令为第 0 秒开始计算。为减少顺向启动工艺造成的带式输送机空载损耗，考虑实行逆向启动工艺，即：先启动上游给料设备 BF，启动后即上料，根据 BF 的长度及皮带运行速度，可知料流到达下一条转接带式输送机 BH*-6 的具体时刻，在该时刻前提前启动BH*-6。提前量 T=BH*-6 的启动时间+BF 的安全制动时间+安全余量。以此类推，依次启动全部带式输送机，其启动顺序见表 2。表 2 逆向启动顺序带式输送
10、机名称 启动次序ST 6 下游设备最后启动BD 5 BH*-4 4 BH*-5 3 BH*-6 2 BF 1 上游设备最先启动从表 2 可以看出，在逆向启动工艺中，ST 做为下游受料设备，最后启动，BF 作为上游给料设备，首先启动，其启动顺序与传统工艺正好相反。逆向启动的核心问题是确定各下游皮带启动的准确时间。因此，必须进行准确的计算。三、实施方案(一)明确逆向启动条件1、流程中上游带式输送机长度要求足够长的上游带式输送机可以保证启动上料后，料流不会立即到达与之相近下游带式输送机的转接点，并且有足够的自由制动距离。带式输送机的长度下游带式输送机启动时间带速+上游带式输送机的制动距离。按带式输送
11、机现有状况，平均启动时间为 40 秒，带速 5 米/秒，安全制动距离为 50 米，则皮带长度应大于 250 米，流程中的每条带式输送机长度均满足要求。2、带式输送机的驱动能力带式输送机应能满足重载启动的要求，一旦下游设备在启动中出现问题，所有其上游带式输送机均可以在重载的状态下重新启动。逆向启动一般仅在空载状态下使用。3、流程中带式输送机数量带式输送机的数量越多，转接过程所需的空载时间越长，逆向启动节能的作用越明显。(二)确定逆向启动的安全时间间隔1、启动时间确定首先启动 BF 皮带，BF 启动完成后开始给料；BF 启动完成 A 秒后，发出启动 BH*-6 启动命令。ABF 上料流到达转接点的
12、时间TT 为提前量，T=BF 的安全制动时间+BH*-6 启动时间+安全余量时间以九公司翻堆线距离最短的一条流程为例，BF 带式输送机长度为 370 米，带式输送机运行速度为 5 米/秒，则 BF 上料流到达转接点的时间为 370/5=74 秒。BF 的安全制动时间=10 秒BH*-6 启动时间为 35 秒安全余量时间取 9 秒 (BF 较短，所以留时间较长)则提前量 T=BF 的安全制动时间+BH*-6 启动时间+安全余量时间= 10+35+9=54 秒A=BF 上料流到达转接点的时间-T=74-54=20 秒即：BF 启动完成 20 秒后，发出启动 BH*-6 启动命令。2、安全验证：启动
13、 BH*-6 命令发出后，安装在 BF 末端的料流开关如果接收到料流信号，表示料流已接近转接点，程序自动检测 BH*-6 运行信号，若未收到其运行信号则停止 BF，已确保安全。BH*-5、BH*-4 的启动依次类推。一旦在空载逆启过程中发现中间带式输送机未运行造成流程启动中断，PLC 程序将依据带式输送机的运行累计时间判断料流头部位置，依据其位置，判断是否下游皮带仍具备逆启动条件(到达下一转接点的时间大于时间 T)，则逆向启动，上游皮带保持顺向启动。以此保证料流不发生转接点堵塞。(三)逆向启动过程中空载时间测算逆向启动实施后的各带式输送机启动时刻及空载运行时间见表 3。从表 3中可以看出，原空
14、载运行时间最长的 BD 带式输送机现空载时间仅为 5.6 分钟(337 秒)。比传统启动方式减少 12 分钟。整个流程中各条皮带的空载时间相加为 10.4 分钟(623 秒)，比传统方式缩短空载时间 34 分钟。大大节约了能源消耗。整个流程从启动到受料设备上料用时 812 秒，即 13.5 分钟，提高近 5 分钟效率。 表 3 逆向启动实施后的各带式输送机启动时刻及空载运行时间带式输送机名称 启动次序启动完毕时刻(第秒)上料时刻(第秒) 空载运行时间(秒)ST 6下游设备最后启动475 812 337BD 5 475 582 107BH*-4 4 255 332 77BH*-5 3 95 14
15、8 53BH*-6 2 55 94 39BF 1上游设备最先启动0 10 10合计空载时间 623四、主要措施（一）在 PLC 程序中建立各条带式输送机的启动间隔时间计时器，将计算出的上下级带式输送机间逆向启动时间间隔 T 的数值存储到各相应的计时器的预设值中，各计时器只有在其上游带式输送机运行后才开始计时。（二）对故障的判断方法逆向启动工艺中重要的是，如何保证下游设备一旦发生故障，上游带式输送机不会将料流运至就近的转接点造成料流阻塞。因此应做如下设计：1、在 PLC 程序中建立上游带式输送机和其下游所有带式输送机故障状态中间寄存器。当任一带式输送机或相应的下游带式输送机发生故障时，中间寄存器
16、的状态发生改变，PLC 程序不允许向故障带式输送机及其上游带式输送机发送启动指令。2、利用各条带式输送机的启动间隔时间计时器与下游带式输送机的运行信号进行逻辑判断，当上游带式输送机启动间隔时间计时器到时后的规定的时间内下游带式输送机仍没有运行，则判断为启动故障，PLC 程序取消流程的启动。（三）流程中断后的处理一旦在空载逆启过程中发现中间带式输送机未运行造成流程启动中断，PLC程序将依据带式输送机的运行累计时间判断料流头部位置，依据其位置，判断是否下游皮带仍具备逆启动条件(到达下一转接点的时间大于时间 T)，则逆向启动，上游皮带保持顺向启动，从而保证料流不发生转接点堵塞。逆向启动控制程序的启动步骤如下：1、首先启动上游带式输送机运行PLC 程序判断上游带式输送机和其所有下游带式输送机均无故障后，PLC 系统发送启动指令给上游带式输送机 MCC 柜，上游带式输送机开始运行。上游带式输送机运行后，如果其运行反馈信号正确则 PLC 程序将该带式输送机的运
