選煤廠重介質(zhì)懸浮液密度控制方案研究

王 俊

（西山煤電（集團）有限責任公司官地選煤廠，山西 太原 030022）

選煤廠生產(chǎn)過程的分選工藝主要有跳汰選煤、重介選煤、浮游選煤等。 其中重介選煤分選粒度范圍大、分選效果明顯，成為主要選煤工藝。 重介選煤的關(guān)鍵是設(shè)定懸浮液密度，根據(jù)煤與矸石的密度差異，比懸浮液密度低的煤上浮，比懸浮液密度高的矸石下沉，進而將煤與矸石分離，實現(xiàn)原煤分選。 由于原煤中的灰分、硫分值動態(tài)變化，重介選煤時需不斷調(diào)整懸浮液密度值，以達到提高原煤利用率，保證重介分選效果的目的[1-2]。官地洗煤廠綜合考慮不同種原煤配送分選時的特點，利用模糊PID算法智能預(yù)測原煤配比，并預(yù)測該配比下重介質(zhì)懸浮液的密度設(shè)定值，實現(xiàn)可變煤種的重介質(zhì)懸浮液密度智能控制方案。

1 總體設(shè)計

多種原煤同時進入重介質(zhì)分選工藝時，原煤的灰分、 硫分含量，原煤配比直接影響懸浮液密度。 設(shè)計的多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度控制總體設(shè)計方案如圖1 所示，由采集層、控制層、管理層、智能層四部分組成。

圖1 多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度總體控制方案

1.1 采集層

（1）自動配煤分站。 控制膠帶秤組稱量原煤，并由給煤機組完成輸送。

（2）重介質(zhì)分選設(shè)備分站。 完成對重介質(zhì)懸浮液的監(jiān)測、補水、分流等控制，達到實時調(diào)節(jié)重介質(zhì)懸浮液密度的目的。 液位計用于監(jiān)測重介質(zhì)懸浮液的液位；密度計用于監(jiān)測重介質(zhì)懸浮液的密度；磁性物檢測儀用于檢測重介懸浮液中磁性物的含量。 補水閥、分流閥完成調(diào)節(jié)重介質(zhì)懸浮液密度。

1.2 控制層

主要完成對重介質(zhì)懸浮液密度的智能控制，包含PLC控制柜主站、自動配煤分站、重介質(zhì)分選設(shè)備分站三部分組成[3-5]。

（1）PLC控制柜主站根據(jù)不同煤種灰分、 硫分的含量以及精煤質(zhì)量要求，對自動配煤分站進行智能控制，完成智能配煤過程；對重介質(zhì)分選設(shè)備分站進行智能控制，完成懸浮液密度智能控制過程。

（2）主站與分站之間以TCP/IP通信完成數(shù)據(jù)、控制指令的交互。

1.3 管理層

主要完成自動配煤、 重介質(zhì)分選密度控制的在線展示，同時存儲各設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)以及故障信息。

1.4 智能層

可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測，同時可遠程調(diào)整配煤比例、控制重介質(zhì)懸浮液的補水閥、分流閥。

2 控制方案

2.1 方案工藝流程

多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度智能控制系統(tǒng)框圖如圖2 所示。 RBF預(yù)測模型與設(shè)定值的差值作為系統(tǒng)輸入，通過PID控制器控制補水閥的開度，通過模糊控制器對分流閥進行控制，密度計實時反饋重介質(zhì)懸浮液的實際密度值。

圖2 重介質(zhì)懸浮液密度智能控制系統(tǒng)框圖

2.2 自動配煤過程實現(xiàn)

根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法對A號原煤配煤量、B號原煤配煤量以及配比值進行預(yù)測，按照預(yù)測值進行配煤。定義A號原煤的累計流量為Qa、B號原煤的累計流量為Qb，則原煤實際配比為：

式中：Q3為B號原煤的實際累計流量，yu為原煤實際配比。 自動配煤時，膠帶機輸送機機身安裝有膠帶秤，可實時檢測原煤的瞬時流量和累計流量，以4～20 mA電流信號傳送給自動配煤分站控制器并完成原煤測量。自動配煤分站控制通過模糊PID控制算法，檢測A號、B號原煤配煤量以及配比，并通過控制給煤機速度完成配煤量的調(diào)節(jié)[6]。當實際配煤量大于預(yù)測值時，控制器通過模糊PID算法給該號煤種的給煤機變頻器一個減小輸出頻率的信號，進而降低該給煤機的轉(zhuǎn)速，達到減少該號煤配煤量的目的。

2.3 自動補水過程實現(xiàn)

根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法對A號、B號原煤進行分選的重介質(zhì)懸浮液密度進行預(yù)測。 該懸浮液密度實際值與預(yù)測值的差值會在小范圍內(nèi)波動，需通過控制補水閥的開度實現(xiàn)懸浮液密度動態(tài)平衡。 補水閥安裝于合格介質(zhì)桶與旋流器之間的管路中，密度計位于補水閥后部。 密度計測量值為重介質(zhì)懸浮液的實際值，以4～20 mA電流信號傳送至重介質(zhì)分選設(shè)備分站。 當該密度值與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法的預(yù)測值不一致時，重介質(zhì)分選設(shè)備分站控制器通過模糊PID算法調(diào)節(jié)補水閥開度。 當懸浮液密度實際值小于預(yù)測值時，控制器控制補水閥開度變小，使得密度實際值趨近于預(yù)測值后維持補水閥開度不變；當懸浮液密度實際值大于預(yù)測值時，控制器控制補水閥開度變大，使得密度實際值趨近于預(yù)測后維持補水閥開度不變。

2.4 自動分流過程實現(xiàn)

通過控制分流閥開度可實現(xiàn)重介質(zhì)懸浮液注入稀介質(zhì)桶，注入量由分流閥的開度控制。 磁選機對稀介質(zhì)桶的懸浮液進行回收，將得到的濃介質(zhì)注入合格介質(zhì)桶，間接完成對重介質(zhì)懸浮液密度控制。 分流閥控制過程具有滯后性、多耦合性的特點，控制分流閥開度時可按照以下步驟進行控制：

（1）當重介質(zhì)懸浮液實際密度大于預(yù)測值且補水閥無法完成密度調(diào)節(jié)時，可減小分流閥開度；反之，需增大分流閥開度。

（2）重介質(zhì)懸浮液中的磁性物含量過高時，應(yīng)減小分流閥開度以提高煤泥含量。

（3）當合格介質(zhì)桶液位過低時，需增大分流閥開度。

（4）當補水閥開度過大時，可減小分流閥開度。

3 試驗分析

為驗證設(shè)計的多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度控制方案的可行性和有效性，在官地洗煤廠進行了試驗分析。 選取A號、B號原煤30 組原煤配比實際值與預(yù)測值，30 組該原煤配比方案下的重介質(zhì)懸浮液密度預(yù)測值與實際值進行試驗對比，形成圖3 以及圖4 關(guān)系曲線圖。 原煤配比的均方根誤差值為2.975 1，平均絕對誤差百分比為7.32%，預(yù)測精度為92.68%；重介質(zhì)懸浮液密度的均方根誤差為2.136 7，平均絕對誤差百分比為8.08%，預(yù)測精度為91.92%。即文中設(shè)計的預(yù)測模型的預(yù)測效果較好，預(yù)測值與實際值具有高度的吻合性。

圖3 原煤配比預(yù)測值與實際值關(guān)系曲線

圖4 重介質(zhì)懸浮液密度預(yù)測值與實際值關(guān)系曲線

4 結(jié)語

以RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的預(yù)測值為參考，利用模糊PID控制使得原煤配比、 懸浮液密度實際值趨近于預(yù)測值，進而完成懸浮液密度的智能控制。

該重介質(zhì)懸浮液密度控制方案能夠有效提高原煤利用率，增強精煤產(chǎn)率，具有較好的經(jīng)濟效益。