重介選煤加介工藝流程自動化改造

田 峰

（西銘礦選煤廠，山西 太原 030052）

引言

重介質(zhì)選煤是一種效率高、應(yīng)用廣泛的選煤工藝，在重介質(zhì)選煤過程中，懸浮液的介質(zhì)會產(chǎn)生損耗，從而改變懸浮液密度，若沒有及時補充重介質(zhì)，就會造成懸浮液密度降低，本該上浮的原煤就會下沉至浮選槽底部，和矸石一起被處理，降低了精煤產(chǎn)量。選煤廠采用人工開閉閥門向合介桶內(nèi)添加介質(zhì)的加介工藝，人工操作不但需要多人配合，對懸浮液密度的控制也不精確，容易造成介質(zhì)浪費，而且嚴(yán)重時還會產(chǎn)生生產(chǎn)事故。為了改變上述局面，對原有加介工藝進行自動化升級改造。

1 重介選煤工藝與加介原理

重介選煤工藝的具體做法：將混有矸石的原煤置于水中，加入某種介質(zhì)使混合液密度增加，密度小的精煤浮于上層，密度大的矸石沉淀在浮選槽底部，利用阿基米德原理將精煤與矸石分離開來。重介質(zhì)選煤工藝通過控制介質(zhì)的量調(diào)節(jié)混合液密度，該工藝具有分選精度高、效率高的優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用。重介選煤的四級分選步驟依次為塊煤淺槽分選、末煤重介旋流器分選、原煤脫泥分選、粗煤泥分選。選煤過程的各分選步驟中懸浮液內(nèi)的介質(zhì)會產(chǎn)生損耗，特別是塊煤淺槽分選和末煤重介旋流器分選環(huán)節(jié)的介質(zhì)損耗更為明顯，為了保持分選效果穩(wěn)定必須進行介質(zhì)動態(tài)補充，這一環(huán)節(jié)稱之為加介工藝[1-2]。

圖1 加介工藝示意圖

選煤廠加介工藝自動化改造前人工加介工藝如圖1所示，加介前的準(zhǔn)備工作：首先保持鼓風(fēng)閥和加介泵關(guān)閉，由工人將一定量介質(zhì)裝入介質(zhì)池，打開補水閥加水至指定液位高度，打開鼓風(fēng)閥向介質(zhì)池鼓風(fēng)，目的是攪拌懸浮液使其均勻。開始加介：保持鼓風(fēng)閥不停鼓風(fēng)作業(yè)，切換閥打開至指定合介桶，打開加介泵和加介閥，懸浮液在加介泵的作用下抽入合介桶，合介桶內(nèi)液位達(dá)到指定高度后關(guān)閉加介泵，完成加介工藝。上述加介工藝所有步驟均為人工操作，需加介調(diào)度員、介質(zhì)庫操作員、鏟車司機等人員共同配合，因此人工加介過程不可避免地存在以下問題：加介閥由人工操作，閥門開啟時間過長會引起介質(zhì)沉底；加介過程中閥門關(guān)閉不及時會導(dǎo)致液位過高破壞設(shè)備；介質(zhì)放置時間過長會凝固，造成介質(zhì)浪費[3-4]。

2 加介過程自動化改造需求

保持加介工藝和就地模式不變，自動化改造將手動操作閥門和泵等設(shè)備改造為電氣控制，并且增加了系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和自動邏輯判斷等功能，形成了根據(jù)生產(chǎn)需要三種模式可選的自動化加介系統(tǒng)。

1）就地模式。就地模式又稱為手動模式，在集控室和介質(zhì)庫均可對單個閥門進行開閉控制，就地模式適用于設(shè)備調(diào)試和檢修。

2）集控模式。集控室通過控制回路接收介質(zhì)庫和主廠房的設(shè)備狀態(tài)，并發(fā)送控制指令，通過對講機、指示燈等方式與現(xiàn)場工作人員信息通訊。集控模式中閥門和泵運行過程存在聯(lián)動或閉鎖關(guān)系，從而使加介工藝和密度控制連鎖，在液位超高或閥門位置異常等情況時發(fā)出報警信號，提醒集控工作人員進行處理，防止事故擴大。

3）自動模式。自動模式可根據(jù)懸浮液密度和液位等信息判斷加介需求，泵和閥門按照邏輯關(guān)系編寫為PLC程序，當(dāng)需要加介時自動執(zhí)行相關(guān)程序，液位滿足生產(chǎn)要求后自動停止加介。

3 加介系統(tǒng)控制原理與硬件設(shè)計

3.1 控制原理

通過人工開閥加介，加介完成與否依靠工人的視覺判斷，沒有液位檢測設(shè)備，這是一種開環(huán)控制，從原理上造成了加介不準(zhǔn)確。本文對原有人工加介系統(tǒng)改造為自動加介系統(tǒng)，是一種閉環(huán)控制，加介指令完成后還要進行液位反饋，因此加介更加準(zhǔn)確。如圖2所示，懸浮液的密度和液位是加介過程的關(guān)鍵因素，也是本文的控制對象，利用超聲波液位計和密度計采集懸浮液的液位和密度信息，通過AD轉(zhuǎn)換得到測量值，位于集控室的上位機給定控制目標(biāo)SP，默認(rèn)工藝的控制目標(biāo)SP為：1.5 m<液位h<3.5 m、懸浮液密度ρ<1.8 g/cm3[5]，將SP與測量值進行比較，若密度或液位達(dá)到加介條件，PLC的控制器就會發(fā)出加介控制信號，加介質(zhì)系統(tǒng)的閥門接收控制信號后打開，向介質(zhì)池添加介質(zhì)，在整個閉環(huán)控制過程中，控制目標(biāo)為介質(zhì)池液位和密度達(dá)到上位機設(shè)置的定值SP。由于閉環(huán)控制的優(yōu)越性，并不會受外界擾動改變控制結(jié)果。

圖2 自動加介控制系統(tǒng)原理圖

3.2 硬件設(shè)計

選煤廠的各類工藝十分復(fù)雜，五個大型車間與輔助車間之間進行連續(xù)性生產(chǎn)，單臺設(shè)備工作的情況很少，因此采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)能夠方便實現(xiàn)各系統(tǒng)兼容。選擇ControlLogix型雙PLC冗余熱備，該PLC具有開關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、通訊接口模塊等。超聲波液位計和密度計是系統(tǒng)的關(guān)鍵儀器儀表，在選擇時著重考慮選煤廠粉塵環(huán)境和防爆等性能要求，LB491型密度計是采用同位素原理設(shè)計的非直接接觸型濃度計，檢測過程不直接接觸煤泥礦漿，具有很高的防腐蝕性能。Berthold型超聲波液位計利用聲波在不同介質(zhì)的傳播速度不同的原理制成，換能器利用壓電效應(yīng)向礦漿發(fā)出聲波并記錄時間，超聲波經(jīng)礦漿表面反射被換能器接收，根據(jù)此時間間隔計算得出此時液位高度，這種傳感器為非接觸式，抗腐蝕性能高。

4 智能加介工藝流程

如圖3所示，選煤廠共有3個介質(zhì)池，1號介質(zhì)池由1540加介泵供1321、2321兩個塊煤合介桶，2號介質(zhì)池由1541加介泵供1358、1359、1360三個一期主洗合介桶和2358、2359、2360三個二期再洗合介桶，3號介質(zhì)池由1542加介泵供1412、1413、1414三個一期再洗合介桶和2412、2413、2414三個一期主洗合介桶，所有介質(zhì)池均通過補水閥與補水系統(tǒng)連接，并配置有鼓風(fēng)系統(tǒng)，加介管道通過切換閥進行切換，達(dá)到加介泵復(fù)用的目的。

圖3 智能加介工藝流程圖

智能加介流程：加介指令觸發(fā)，自動模式下加介指令由密度和液位測量值和給定值SP比較產(chǎn)生，由PLC發(fā)出，集控模式下由工作人員通過上位機下發(fā)加介指令；加介泵工作，加介泵收到加介指令后開始工作，等待介質(zhì)池介質(zhì)配齊指令，配齊指令到達(dá)后開始加介直到滿足設(shè)定值SP，加介過程中如果介質(zhì)泵出現(xiàn)故障，向集控系統(tǒng)發(fā)出介質(zhì)泵故障信號。加介過程中加介泵、加介閥和切換閥同時處于開位；當(dāng)合介桶內(nèi)液位和密度達(dá)到給定值SP后，加介泵進入空閑階段，介質(zhì)池液位達(dá)到設(shè)定最低液位時加介泵停止工作，補水泵開始工作，向介質(zhì)池內(nèi)補水，防止加介泵損壞。加介時間根據(jù)介質(zhì)池懸浮液體積、當(dāng)前液位、泵實際流量計算而來。