臨渙選煤廠浮選灰分閉環(huán)控制系統(tǒng)改造的探索與應(yīng)用

孫自強(qiáng)

[摘? ? 要]文章介紹了臨渙選煤廠生產(chǎn)過(guò)程中浮精灰分檢測(cè)及控制手段落后，對(duì)生產(chǎn)操作指導(dǎo)滯后的技術(shù)難題，總結(jié)臨渙選煤廠西區(qū)浮選灰分閉環(huán)控制改造的紀(jì)實(shí)，并對(duì)整體探索改造的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析改造推廣應(yīng)用的前景。

[關(guān)鍵詞]浮選灰分;閉環(huán)控制;系統(tǒng)改造

[中圖分類號(hào)]TD94 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–0–02

Exploration and Application of the Reformation of the Flotation Ash Closed-Loop Control System at Linhuan Coal Preparation Plant

Sun Zi-qiang

[Abstract]This article introduces the technical problems of backward float ash detection and control methods in the production process of Linhuan Coal Preparation Plant， and lags behind the production operation guidance. It summarizes the documentary of the closed-loop control transformation of flotation ash in the west area of Linhuan Coal Preparation Plant， and provides an overall Explore the economic benefits of the transformation to evaluate， and analyze the prospects for the promotion and application of the transformation.

[Keywords]flotation ash; closed-loop control; system transformation

1 概況

臨渙選煤廠是一座原設(shè)計(jì)入選原煤3.0 Mt/a的中央型煉焦煤選煤廠，該廠主要精煤產(chǎn)品為煉焦精煤。近年來(lái)，通過(guò)不斷的技術(shù)改造及工程擴(kuò)建，目前該廠生產(chǎn)能力已達(dá)到16.0 Mt/a以上。

臨渙選煤廠西區(qū)采用全原煤重介-精煤泥截粗+浮選-尾煤壓濾的工藝流程。其中浮選崗位是質(zhì)量崗位，是選煤生產(chǎn)效益的源頭，目前臨渙選煤廠生產(chǎn)過(guò)程浮精灰分檢測(cè)、控制手段主要依靠人工操控，對(duì)生產(chǎn)操作指導(dǎo)相對(duì)滯后且不確定因素較多，影響產(chǎn)品指標(biāo)穩(wěn)定控制和產(chǎn)率挖潛。

2 改造前技術(shù)難題分析

目前生產(chǎn)過(guò)程浮精灰分檢測(cè)主要依靠人工采樣化驗(yàn)，每小時(shí)得出一組數(shù)據(jù)，且人工采樣不可控因素太多，而且臨渙選煤廠入洗礦別原煤多，煤質(zhì)煤種和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多，一個(gè)小時(shí)一次灰分化驗(yàn)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)操作指導(dǎo)滯后，影響產(chǎn)品指標(biāo)控制和產(chǎn)率挖潛。

現(xiàn)階段對(duì)浮選機(jī)尾礦閘板、藥劑添加主要依靠人工憑經(jīng)驗(yàn)的操控，不確定因素較多。人工手動(dòng)控制加藥量難以精確，易造成藥劑浪費(fèi)，且直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，且浮選藥劑是化學(xué)藥劑，生產(chǎn)環(huán)境氣味刺鼻，藥劑揮發(fā)及長(zhǎng)時(shí)間接觸也會(huì)對(duì)職工身體造成一定的傷害。

浮選精煤產(chǎn)率是選煤廠主要效益來(lái)源，要實(shí)現(xiàn)效益最大，浮選精準(zhǔn)操控是關(guān)鍵。為提高浮精檢測(cè)及時(shí)和準(zhǔn)確性，有效指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)，產(chǎn)率最大化，改善職工工作環(huán)境，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)行浮選灰分閉環(huán)控制改造十分必要。

3 改造技術(shù)方案及發(fā)明要點(diǎn)

3.1 控制浮選機(jī)入料濃度、流量穩(wěn)定，藥劑量的控制采用前饋+反饋控制方案

前饋控制主要根據(jù)進(jìn)入浮選機(jī)的濃度和流量計(jì)算出入浮的實(shí)時(shí)干煤泥量，根據(jù)該煤種在該浮選機(jī)下的噸煤藥耗，藥劑添加量=干煤泥量×噸煤藥耗+修正值;反饋控制是將浮選精煤灰分引入控制中，形成浮選精煤質(zhì)量的閉環(huán)控制，根據(jù)分步釋放試驗(yàn)，研究浮精灰分偏差（反饋灰分與設(shè)定灰分之差）與藥劑量之間的關(guān)系，構(gòu)建灰分偏差下藥劑用量偏差，根據(jù)藥劑用量偏差的大小調(diào)整當(dāng)前藥劑流量，如圖1所示。

系統(tǒng)一共有3種控制模式，手動(dòng)模式下操作人員直接設(shè)定當(dāng)前兩種藥劑的流量值即可，忽略干煤泥量和精煤灰分的影響。自動(dòng)模式主要由前饋控制方式實(shí)現(xiàn)。智能模式是前饋控制方式和反饋控制方式相結(jié)合。如圖2所示。

3.2 檢測(cè)單元部分

3.2.1 使用E+H濃度計(jì)和流量計(jì)分別檢測(cè)浮選入料濃度和流量

濃度計(jì)采用的是壓差式密度計(jì)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算出濃度，由于壓差式密度計(jì)安裝時(shí)兩個(gè)壓力檢測(cè)元件的高度差是已知且恒定的，根據(jù)公式ΔP=ρgh，測(cè)量壓差即可換算出對(duì)應(yīng)的密度，通過(guò)密度濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系，將密度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的濃度。通過(guò)安裝在管道上的流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前入料的煤泥水流量，已知當(dāng)前的入浮濃度和流量，即可計(jì)算出當(dāng)前浮選機(jī)入浮的干煤泥量的大小，如圖3所示。

3.2.2 使用在線γ-射線測(cè)灰儀測(cè)得的浮選精煤灰分

通過(guò)在加壓過(guò)濾機(jī)下游的皮帶運(yùn)輸機(jī)上安裝γ-射線測(cè)灰儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前下料的浮選精煤灰分大小。由于浮選精煤的粒度、水分、形狀等性質(zhì)較為穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)校正后，能夠消除對(duì)γ-射線測(cè)灰儀測(cè)量的影響;但浮選精煤在皮帶運(yùn)輸機(jī)上的厚度對(duì)精煤灰分的測(cè)量影響較大，為了實(shí)現(xiàn)浮選精煤下料的均勻性，加壓過(guò)濾機(jī)下料通過(guò)圓盤給料機(jī)均勻下料;同時(shí)，加藥過(guò)濾機(jī)的下料是間斷性，為了能夠讓?duì)?射線測(cè)灰儀較準(zhǔn)確的檢測(cè)浮選精煤灰分，對(duì)測(cè)灰儀的檢測(cè)算法進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)加壓過(guò)濾機(jī)的下料周期進(jìn)行灰分算法計(jì)算，保證浮選精煤灰分的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)。

3.2.3 使用超聲波液位計(jì)檢測(cè)浮選機(jī)槽體液位

通過(guò)超聲波液位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浮選機(jī)的液位高低，因?yàn)橐何坏母叩蜁?huì)影響浮選機(jī)的浮選工況，包括泡沫層厚度、底流跑粗、二次富集等，為了使浮選機(jī)處在最佳工況條件下運(yùn)行，對(duì)浮選機(jī)的液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2.4 使用E+H質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)浮選藥劑給藥量

浮選藥劑的添加通過(guò)小流量調(diào)節(jié)閥和質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行控制和檢測(cè)，通過(guò)上位機(jī)控制閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)藥劑流量的大小，再通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)藥劑流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得當(dāng)前的藥劑流量是所需要的流量大小，并將所建立的藥劑預(yù)測(cè)模型，融合到控制系統(tǒng)中，通過(guò)用ABPLC系統(tǒng)比例、積分PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)在線檢測(cè)得到的變量作為控制系統(tǒng)的輸入量，能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)計(jì)量出當(dāng)前藥劑添加量，實(shí)現(xiàn)藥劑精準(zhǔn)計(jì)量的智能控制。

3.3 控制單元部分

（1）使用變頻入料泵閉環(huán)控制浮選機(jī)入料流量和濃度穩(wěn)定在一定范圍。

（2）通過(guò)檢測(cè)到的浮選機(jī)槽體液位閉環(huán)控制浮選尾礦閘板開(kāi)度，確保液位穩(wěn)定和泡沫層厚度適中。

（3）通過(guò)檢測(cè)到的入浮煤泥量借助分步釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立浮選藥劑用量與煤泥量相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥粗調(diào)浮選藥劑添加量。

（4）通過(guò)灰分儀測(cè)得的浮選精煤灰分，聯(lián)動(dòng)浮選機(jī)上的具有數(shù)字通訊的功能的高精度在線測(cè)量質(zhì)量流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)捕收劑在線檢測(cè)功能;安裝專用小流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)煤質(zhì)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，借助智能控制理論和機(jī)器學(xué)習(xí)原理自動(dòng)微調(diào)藥劑制度（用量、油比）。

4 改造應(yīng)用情況

現(xiàn)已在臨渙選煤廠西區(qū)1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)的浮選精煤皮帶4130#、4230#、4330#上分別安裝一臺(tái)雙探測(cè)器煤灰分檢測(cè)儀，煤灰分檢測(cè)儀系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)服務(wù)器，通過(guò)通信的方式采集安裝在三條浮煤皮帶上的灰分儀數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及化驗(yàn)灰分對(duì)比等在線灰分儀的參數(shù)，將煤種配比的自動(dòng)識(shí)別和灰分儀參數(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，并根據(jù)原煤煤泥含量變化自動(dòng)調(diào)整浮選入料濃度和流量，保證了浮精灰分的穩(wěn)定可靠精準(zhǔn)測(cè)量。

對(duì)臨渙選煤廠西區(qū)1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)的浮選藥劑的添加方式進(jìn)行改造，采用每臺(tái)浮選機(jī)一個(gè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)一個(gè)流量計(jì)的控制方式。自動(dòng)狀態(tài)下，浮選崗位司機(jī)根據(jù)煤質(zhì)的不同，在上位機(jī)設(shè)定不同的流速，小流量調(diào)節(jié)閥根據(jù)所設(shè)定的流速自動(dòng)調(diào)整開(kāi)度。前端快速切斷閥的開(kāi)啟，手動(dòng)或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的給料信號(hào)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了操作室上位機(jī)精確控制加藥量，不再需要人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，徹底解決了系統(tǒng)在啟車或換煤時(shí)，調(diào)節(jié)穩(wěn)定滯后時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等問(wèn)題，改善了職工工作環(huán)境，減少浮選藥劑浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)減員提效目標(biāo)。

5 效益分析

目前臨選廠的浮精合格率在65 %左右，考慮到臨渙選煤廠多煤種入洗的復(fù)雜性，浮精合格率可提高到85 %以上。同時(shí)解放了采制化人員的繁重勞動(dòng)，綜合減少相應(yīng)人員4名。因浮精合格率的提升，精煤產(chǎn)率（同樣煤質(zhì)情況下）提高0.03 %以上。按照改造后1 000萬(wàn)t的入洗量，精中煤價(jià)格差800元/t計(jì)算，提高產(chǎn)率效益：1 000萬(wàn)t×0.03 %×800元/t=240萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

浮選灰分閉環(huán)控制系統(tǒng)改造后，能夠快速檢測(cè)入料濃度、流量、浮精灰分、藥劑用量，消除人為因素影響;通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)、控制手段，降低了職工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)避免了職工直接接觸浮選藥劑，改善了崗位職業(yè)健康環(huán)境;可根據(jù)處理量和不同原煤煤泥含量變化自動(dòng)調(diào)整浮選入料濃度和流量;使用智能控制手段可以保證精煤灰分穩(wěn)定，提高精煤產(chǎn)率。此項(xiàng)目的實(shí)施為智能化選煤廠建設(shè)打下基礎(chǔ)，亦可為行業(yè)內(nèi)的其它選礦廠浮選系統(tǒng)升級(jí)改造提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧曉陽(yáng).選煤實(shí)用技術(shù)叢書[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2] 毛嫌德.袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3] 王振生.選煤廠生產(chǎn)技術(shù)管理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.