節(jié)能減排示范項(xiàng)目多流程皮帶輸送系統(tǒng)逆向啟動節(jié)能技術(shù)

1、節(jié)能減排示范項(xiàng)目多流程皮帶輸送系統(tǒng)逆向啟動節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施單位秦皇島港股份有限公司專家點(diǎn)評：秦皇島港是以能源運(yùn)輸為主的綜合性國際貿(mào)易口岸，世界上最大的煤炭輸出港，主要承擔(dān)煤炭、石油、雜貨、集裝箱等物流輸送業(yè)務(wù)。秦皇島港以為國分憂為己任，高度重視節(jié)能減排工作，依靠科技創(chuàng)新，實(shí)施了多項(xiàng)節(jié)能減排措施，取得了明顯的效果，提前達(dá)到了河北省“雙三十”重點(diǎn)企業(yè)2010年節(jié)能減排考核指標(biāo)，并為建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型港口起到了良好的示范作用。秦皇島港設(shè)計(jì)年通過能力2.23億噸，其中煤炭通過能力為1.93億噸。秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司（九公司）是目前國內(nèi)規(guī)模最大、設(shè)備最先進(jìn)的煤炭碼頭，年設(shè)計(jì)通過能力

2、5000萬噸，帶式輸送機(jī)總長為30km，為全港帶式輸送機(jī)總長151km的五分之一，其能耗占九公司能源消耗的70犯上。九公司抓住問題的關(guān)鍵，組成技術(shù)攻關(guān)小組，通過創(chuàng)新思維對工藝流程中帶式輸送機(jī)啟動空運(yùn)轉(zhuǎn)時間過長問題進(jìn)行了研究，提出多流程皮帶輸送系統(tǒng)逆向啟動節(jié)能技術(shù)。通過精確的程序設(shè)計(jì)，在不增加硬件投資，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的情況下，采用逆向啟動模式使帶式輸送機(jī)系統(tǒng)空載啟動運(yùn)行時間縮短了77%，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗降低4%。該技術(shù)徹底改變了散貨輸送系統(tǒng)的傳統(tǒng)流程啟動模式，在散貨輸送行業(yè)中屬首創(chuàng)。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，系統(tǒng)安全可靠，節(jié)能效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。該技術(shù)原理清晰，實(shí)施簡便，具有明

3、顯的示范作用和廣闊的推廣應(yīng)用價值?！岸嗔鞒唐л斔拖到y(tǒng)逆向啟動節(jié)能技術(shù)”推廣材料交通運(yùn)輸部節(jié)能減排專家工作組一、概況秦皇島港作為以能源運(yùn)輸為主的綜合性國際貿(mào)易口岸，是世界上最大的煤炭輸出港和散貨港，主要承載煤炭、石油、雜貨、集裝箱等運(yùn)輸業(yè)務(wù)。港口地處渤海北岸，河北省東北部，自然條件優(yōu)良，港闊水深，不凍不淤，共有12.2公里碼頭岸線，陸域面積11.3平方公里，水域面積226.9平方公里。港口現(xiàn)有生產(chǎn)泊位45個，其中萬噸級以上泊位42個，最大可接卸15萬噸級船舶，設(shè)計(jì)年通過能力2.23億噸，其中煤炭通過能力為1.93億噸。秦皇島港作為河北省節(jié)能減排“雙三十”重點(diǎn)企業(yè)，在“十一五”期間單位生產(chǎn)綜合能

4、耗要降低16%以上，由2005年的7.5噸標(biāo)煤/萬噸吞吐量，下降到2010年的6.3噸標(biāo)煤/萬噸吞吐量。2008年完成貨物吞吐量2.49億噸，實(shí)際完成散貨吞吐量2.22億噸，能源消耗總量達(dá)到20.02萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，按能源品種分，電力、煤炭、燃油，分別占68%、19%、13%；按能源用途分，生產(chǎn)用能占87%，其它用能占13%。秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司（九公司）是目前國內(nèi)規(guī)模最大、設(shè)備最先進(jìn)的煤炭碼頭，年設(shè)計(jì)通過能力5000萬噸，擁有6個萬噸級以上泊位，最大可?？?5萬噸散貨船，堆場設(shè)計(jì)堆存能力400萬噸?？傃b機(jī)功率為76660kW其中帶式輸送機(jī)系統(tǒng)裝機(jī)功率51660kW。2007年九公司

5、完成吞吐量5853萬噸，電能消耗總量9751萬kWh，2008年九公司完成吞吐量6100萬噸，電能消耗總量9504萬kWh。九公司帶式輸送機(jī)總長為30kmi為全港帶式輸送機(jī)總廠151km的五分之一，占九公司能源消耗的70%以上。因此，降低帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的能耗是九公司節(jié)能減排工作的關(guān)鍵。在散物料輸送系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的流程工藝啟動時設(shè)備待料運(yùn)轉(zhuǎn)時間較長，空載能耗量較大，九公司通過優(yōu)化軟件，在保障系統(tǒng)安全性的前提下采用逆流程啟動工藝，有效地縮短了帶式輸送機(jī)啟動時設(shè)備待料運(yùn)轉(zhuǎn)時間，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗降低4%。本項(xiàng)目改變了傳統(tǒng)工藝流程帶式輸送機(jī)的啟動次序，大大減少了帶式輸送機(jī)的啟動空運(yùn)轉(zhuǎn)時間，不僅達(dá)到了節(jié)能

6、降耗的目的，同時也減少了機(jī)械損耗，延長了設(shè)備的使用壽命，降低了生產(chǎn)運(yùn)營成本。二、基本原理九公司翻堆線工藝設(shè)備布置示意圖如圖1。以九公司翻堆線距離最短的一條流程為例，其名稱、皮帶長度、裝機(jī)功率、傳統(tǒng)工藝的啟動次序及帶式輸送機(jī)由啟動至上料的空載運(yùn)行時間見表1。從表1可以看出，傳統(tǒng)啟動工藝中，ST為下游受料設(shè)備，最先啟動，空載運(yùn)行時間也最長，為17.5分鐘（1052秒），其他轉(zhuǎn)接皮帶的空載時間由下游向上游依次減少。整個流程中各條皮帶的空載時間相加為44.6分鐘（2678秒）。流程從啟動到受料設(shè)備上料用時1062秒即17.7分鐘，粗略估算空載損耗在200kWh&右，這個流程是所有流程中最短的一個。而其

7、他流程，隨著帶式輸送機(jī)的數(shù)量增多，距離加長，帶式輸送機(jī)空載時間和空載損耗也相應(yīng)增加。圖1翻堆線工藝設(shè)備布置示意圖注：圖中的符號及意義CD67、8翻車機(jī)代號，皮帶上的料流來自翻車機(jī)底層給料器；S8S131堆料機(jī)代號，將來自帶式輸送機(jī)的料流卸到堆場；BF*翻車機(jī)給料器下方帶式輸送機(jī)代號，是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的最上游帶式輸送機(jī)；BD*與堆料機(jī)相連的帶式輸送機(jī)代號，是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的最下游帶式輸送機(jī)；BH*-*接力轉(zhuǎn)接帶式輸送機(jī)代號，用于將BF皮帶上的料流輸送至堆場；T5-*上下游帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)接塔，上游帶式輸送機(jī)將料流經(jīng)轉(zhuǎn)接塔的下料斗注入下游帶式輸送機(jī)。表1傳統(tǒng)工藝的啟動次序及帶式輸送機(jī)由啟動至上料的空

8、載運(yùn)行時間表帶式輸送機(jī)名稱最短長度（m）裝機(jī)功率（kW）啟動次序啟動完畢時亥（第秒）上料時刻（第秒）空載運(yùn)行時間（秒）ST503151下游設(shè)備取兀啟動1010621052BD11501200260832772BH*-4P1250P12003110582472BH*-5P920P1250160398238BH*-62706305210344134BF37015006上游設(shè)備最后啟動26027010帶式輸送機(jī)總長度4010總功率5465kW合計(jì)空載時間2678注：啟動完畢時刻及上料時刻以發(fā)出流程啟動指令為第0秒開始計(jì)算為減少順向啟動工藝造成的帶式輸送機(jī)空載損耗，考慮實(shí)行逆向啟動工藝，即：先啟動上游

9、給料設(shè)備BF,啟動后即上料，根據(jù)BF的長度及皮帶運(yùn)行速度，可知料流到達(dá)下一條轉(zhuǎn)接帶式輸送機(jī)BH*-6的具體時刻，在該時刻前提前啟動BH*-6。提前量T=BH*-6的啟動時間+BF的安全制動時間+安全余量。以此類推，依次啟動全部帶式輸送機(jī)，其啟動順序見表2表2逆向啟動順序帶式輸送機(jī)名稱啟動次序ST6下游設(shè)備最后啟動BD5TBH*-44TBH*-53TBH*-62TBF1上游設(shè)備最先啟動從表2可以看出，在逆向啟動工藝中，ST做為下游受料設(shè)備,最后啟動，BF作為上游給料設(shè)備，首先啟動，其啟動順序與傳統(tǒng)工藝正好相反。逆向啟動的核心問題是確定各下游皮帶啟動的準(zhǔn)確時間。因此，必須進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。三、實(shí)施方

10、案（一）明確逆向啟動條件1、流程中上游帶式輸送機(jī)長度要求足夠長的上游帶式輸送機(jī)可以保證啟動上料后，料流不會立即到達(dá)與之相近下游帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)接點(diǎn)，并且有足夠的自由制動距離。帶式輸送機(jī)的長度下游帶式輸送機(jī)啟動時間X帶速+上游帶式輸送機(jī)的制動距離。按帶式輸送機(jī)現(xiàn)有狀況，平均啟動時間為40秒，帶速5米/秒，安全制動距離為50米，則皮帶長度應(yīng)大于250米，流程中的每條帶式輸送機(jī)長度均滿足要求。2、帶式輸送機(jī)的驅(qū)動能力帶式輸送機(jī)應(yīng)能滿足重載啟動的要求，一旦下游設(shè)備在啟動中出現(xiàn)問題，所有其上游帶式輸送機(jī)均可以在重載的狀態(tài)下重新啟動。逆向啟動一般僅在空載狀態(tài)下使用。3、流程中帶式輸送機(jī)數(shù)量帶式輸送機(jī)的數(shù)量越

11、多，轉(zhuǎn)接過程所需的空載時間越長，逆向啟動節(jié)能的作用越明顯。（二）確定逆向啟動的安全時間問隔1、啟動時間確定首先啟動BF皮帶，BF啟動完成后開始給料；BF啟動完成A秒后，發(fā)出啟動BH*-6啟動命令。A=BF上料流到達(dá)轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時間一TT為提前量，T=BF的安全制動時間+BH*-6啟動時間+安全余量時間以九公司翻堆線距離最短的一條流程為例，BF帶式輸送機(jī)長度為370米，帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度為5米/秒，則BF上料流到達(dá)轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時間為370/5=74秒。BF的安全制動時間=10秒BH*-6啟動時間為35秒安全余量時間取9秒（BF較短，所以留時間較長）則提前量T=BF的安全制動時間+BH*-6啟動時間+安全

12、余量時間=10+35+9=54秒A=BF上料流到達(dá)轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時間-T=74-54=20秒即：BF啟動完成20秒后，發(fā)出啟動BH*-6啟動命令。2、安全驗(yàn)證：啟動BH*-6命令發(fā)出后，安裝在BF末端的料流開關(guān)如果接收到料流信號，表示料流已接近轉(zhuǎn)接點(diǎn)，程序自動檢測BH*-6運(yùn)行信號，若未收到其運(yùn)行信號則停止BF,已確保安全。BH*-5、BH*-4的啟動依次類推。一旦在空載逆啟過程中發(fā)現(xiàn)中間帶式輸送機(jī)未運(yùn)行造成流程啟動中斷，PLC程序?qū)⒁罁?jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行累計(jì)時間判斷料流頭部位置，依據(jù)其位置，判斷是否下游皮帶仍具備逆啟動條件（到達(dá)下一轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時間大于時問T）,則逆向啟動，上游皮帶保持順向啟動。以此保證

13、料流不發(fā)生轉(zhuǎn)接點(diǎn)堵塞。（三）逆向啟動過程中空載時間測算逆向啟動實(shí)施后的各帶式輸送機(jī)啟動時刻及空載運(yùn)行時間見表3。從表3中可以看出，原空載運(yùn)行時間最長的BD帶式輸送機(jī)現(xiàn)空載時間僅為5.6分鐘（337秒）。比傳統(tǒng)啟動方式減少12分鐘。整個流程中各條皮帶的空載時間相加為10.4分鐘（623秒），比傳統(tǒng)方式縮短空載時間34分鐘。大大節(jié)約了能源消耗。整個流程從啟動到受料設(shè)備上料用時812秒，即13.5分鐘，提高近5分鐘效率。表3逆向啟動實(shí)施后的各帶式輸送機(jī)啟動時刻及空載運(yùn)行時間帶式輸送機(jī)名稱啟動次序啟動完畢時刻（第秒）上料時刻（第秒）空載運(yùn)行時問（秒）ST6下游設(shè)備最后啟動475812337BD5T47

14、5582107BH*-44T25533277BH*-53T9514853BH*-62T559439BF1上游設(shè)畬取兒啟動01010合計(jì)空載時間623四、主要措施（一）在PLC程序中建立各條帶式輸送機(jī)的啟動間隔時間計(jì)時器，將計(jì)算出的上下級帶式輸送機(jī)間逆向啟動時間間隔T的數(shù)值存儲到各相應(yīng)的計(jì)時器的預(yù)設(shè)值中，各計(jì)時器只有在其上游帶式輸送機(jī)運(yùn)行后才開始計(jì)時。（二）對故障的判斷方法逆向啟動工藝中重要的是，如何保證下游設(shè)備一旦發(fā)生故障，上游帶式輸送機(jī)不會將料流運(yùn)至就近的轉(zhuǎn)接點(diǎn)造成料流阻塞。因此應(yīng)做如下設(shè)計(jì)：1、在PLC程序中建立上游帶式輸送機(jī)和其下游所有帶式輸送機(jī)故障狀態(tài)中問寄存器。當(dāng)任一帶式輸送機(jī)或相應(yīng)

15、的下游帶式輸送機(jī)發(fā)生故障時，中間寄存器的狀態(tài)發(fā)生改變，PLC程序不允許向故障帶式輸送機(jī)及其上游帶式輸送機(jī)發(fā)送啟動指令。2、利用各條帶式輸送機(jī)的啟動間隔時間計(jì)時器與下游帶式輸送機(jī)的運(yùn)行信號進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)上游帶式輸送機(jī)啟動間隔時間計(jì)時器到時后的規(guī)定的時間內(nèi)下游帶式輸送機(jī)仍沒有運(yùn)行，則判斷為啟動故障，PLC程序取消流程的啟動。（三）流程中斷后的處理一旦在空載逆啟過程中發(fā)現(xiàn)中間帶式輸送機(jī)未運(yùn)行造成流程啟動中斷，PLC程序?qū)⒁罁?jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行累計(jì)時間判斷料流頭部位置，依據(jù)其位置，判斷是否下游皮帶仍具備逆啟動條件（到達(dá)下一轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時間大于時間T）,則逆向啟動，上游皮帶保持順向啟動，從而保證料流不發(fā)生轉(zhuǎn)

16、接點(diǎn)堵塞。逆向啟動控制程序的啟動步驟如下：1、首先啟動上游帶式輸送機(jī)運(yùn)行PLC程序判斷上游帶式輸送機(jī)和其所有下游帶式輸送機(jī)均無故障后，PLC系統(tǒng)發(fā)送啟動指令給上游帶式輸送機(jī)MCC巨，上游帶式輸送機(jī)開始運(yùn)行。上游帶式輸送機(jī)運(yùn)行后,如果其運(yùn)行反饋信號正確則PLC序?qū)⒃搸捷斔蜋C(jī)的運(yùn)行存儲器置位,并發(fā)送啟動信號給上游給料機(jī)。2、上游給料機(jī)對上游帶式輸送機(jī)上料上游給料機(jī)接收到啟動信號后，給料機(jī)開始啟動放料，同時PLC程序?qū)⒔o料機(jī)上料存儲器置位。3、PLC系統(tǒng)檢測到給料機(jī)放料信號后，PLC程序中的上游帶式輸送機(jī)的啟動問隔時間計(jì)時器開始計(jì)時，當(dāng)計(jì)時器達(dá)到預(yù)設(shè)值時，PLC系統(tǒng)發(fā)出下游帶式輸送機(jī)運(yùn)行指令，連接

17、其下游的帶式輸送機(jī)開始運(yùn)行。4、該下游帶式輸送機(jī)運(yùn)行后，PLC程序中相應(yīng)該帶式輸送機(jī)的啟動間隔時間計(jì)時器開始計(jì)時，計(jì)時器到達(dá)預(yù)設(shè)值后，PLC系統(tǒng)啟動第二條下游帶式輸送機(jī)，以次類推啟動各條帶式輸送機(jī)。5、當(dāng)最下游的帶式輸送機(jī)運(yùn)行后，PLC程序中該帶式輸送機(jī)的運(yùn)行時間計(jì)時器開始計(jì)時，計(jì)時結(jié)束后，PLC系統(tǒng)發(fā)出下游卸料機(jī)的運(yùn)行指令，下游卸料機(jī)開始運(yùn)行，流程中所有帶式輸送機(jī)全部啟動。圖2是PLC控制程序流程框圖，圖3是PLC控制程序電腦演示圖。因此程序中加入了如下控制：采用保持型的計(jì)時器對運(yùn)行電機(jī)計(jì)時，這樣電機(jī)啟動的時間就是累計(jì)量，并不會受斷電及計(jì)時邏輯不滿足的影響；當(dāng)啟動中帶式輸送機(jī)發(fā)生故障將通過計(jì)

18、時器的值和帶式輸送機(jī)已經(jīng)啟動的次數(shù)判斷最惡劣的情況下料流到達(dá)的位置，帶式輸送機(jī)的啟動次數(shù)必須加以考慮，如果當(dāng)前帶式輸送機(jī)在啟動過程中失敗(大多數(shù)為測速或運(yùn)行反饋故障)，由于PLC為收到帶式輸送機(jī)運(yùn)行信號計(jì)時器不計(jì)時，但是由于帶式輸送機(jī)的啟動慣性皮帶可能會運(yùn)轉(zhuǎn)一定的長度，這樣有可能造成對料流位置的估算誤差。一旦判斷料流已到達(dá)當(dāng)前啟動皮帶上的極限位置，即皮帶啟動完成后，等到下游帶式輸送機(jī)運(yùn)行完畢，料流與就近的轉(zhuǎn)接點(diǎn)之間沒有足夠的安全距離，逆啟程序?qū)⒆詣舆x擇下游就近的皮帶為最先啟動的皮帶，這樣逆啟終端的帶式輸送機(jī)下游設(shè)備繼續(xù)逆向啟動，而其上游的帶式輸送機(jī)由于已上料的緣故將順序啟動。圖2PLC控制程序

19、流程框圖逆向啟動工藝中至關(guān)重要的是，如何保證下游設(shè)備一旦發(fā)生故障，上游帶式輸送機(jī)不會將料流運(yùn)至就近的轉(zhuǎn)接點(diǎn)造成料流阻塞；解決此問題的方法是，運(yùn)用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)時器(保持型)與下游帶式輸送機(jī)的運(yùn)行信號組合進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)上游帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后規(guī)定的時間內(nèi)下游帶式輸送機(jī)沒有運(yùn)行，流程的啟動信號將撤銷。圖3PLC控制程序演示圖五、項(xiàng)目成效（一）經(jīng)濟(jì)效益流程逆向啟動工藝實(shí)施后，秦皇島市能源監(jiān)測所對項(xiàng)目的節(jié)電效果進(jìn)行了測試。測試時間：2008年11月2021日計(jì)量電表：DSS86例三相有功電度表（上海金陵）測試對象：7086流程順向啟動及608流程逆向啟動（7086流程與608流程帶式輸送機(jī)參數(shù)相近，可進(jìn)行

20、對比測試）測試周期：作業(yè)開始至作業(yè)結(jié)束測試工況：102節(jié)列車，6000t/h流量計(jì)算公式：耗電=（結(jié)束電表值一啟動電表值）X變比X驅(qū)動電機(jī)數(shù)量表4兩種啟動方式耗電量測試結(jié)果7086流程順向啟動（2008年11月20日，S8,5-1#堆場6）,流量6000t/h帶式輸送機(jī)名稱單電機(jī)功率（kW）啟動電表值結(jié)束電表值電表變比列車耗電（kWh）BF71#5002973.402973.909001350BH6-61#1315899.578899.735900282.61BH6-51#4501914.001914.429001134BH6-41#4002064.602065.029001134BD81#4

21、00780.40780.809001093.5合計(jì)4994.1608流程逆向啟動，（2008年11月21日,S8,5-1#堆場6）,流量6000t/h帶式輸送機(jī)名稱單電機(jī)功率（kW）啟動電表值結(jié)束電表值電表變比單列車耗電（kWh）BF61#5002713.922714.429001350BH6-61#13151901.56901.689002791BH6-51#4501918.011918.409001053BH6-41#4002068.872069.269001039.5BD81#400781.31781.679900996.3合計(jì)4717.8臺電機(jī)驅(qū)動，BH*-6由兩臺電機(jī)驅(qū)動。注：BF*

22、、BH*-5、BH*-4及BD*由3測試結(jié)論：逆向啟動工藝與順向啟動工藝相比較，單流程逆向啟動節(jié)約電能276.3kWh。下游帶式輸送機(jī)每條均存在不同程度能耗降低，其中BD8降低能耗97.2kWhBH6-4降低94.5kWh,BH6-5降低81kWh,BH6-6降低3.6kWh。單流程節(jié)電率為5.5%。從圖4和圖5可明顯看出節(jié)能效果。圖42009年、2008年單耗對比圖52009年、2008年操作量對比以九公司年吞吐能力6000萬噸計(jì)算，流程啟動次數(shù)約為8500次，則全年節(jié)約電能在200萬度以上，年度新增利潤近140萬元，相應(yīng)減少CO2排放量2105噸。（二）社會效益秦皇島港上下高度重視節(jié)能減排工作，實(shí)施了多項(xiàng)節(jié)能減排有力措施，綜合能源單耗以每年3%的速度連續(xù)遞減，其中以多流程皮帶輸送系統(tǒng)逆向啟動節(jié)能技術(shù)為代表創(chuàng)新性工藝變革，在其中發(fā)揮了重要的作用。在本項(xiàng)目中，秦皇島港股份有限公司對煤炭碼頭沿用多年的傳統(tǒng)流程啟動工藝提出了創(chuàng)新設(shè)想，不僅簡單改變了傳統(tǒng)順序啟動工藝的設(shè)備啟動次序，而且充分考慮了煤炭碼頭作業(yè)的實(shí)際工況，在逆向啟動工藝的框架下，融入了空載逆向啟動、重載順向啟動的混合啟動工藝，融入了逆向啟動與順序停止并