智能化粗煤泥分選控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

侯宗波，余家輝，王宇昊，郭 通

(1.新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司 洗煤分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 洗煤分公司，山東 泰安 271219)

粗煤泥分選技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)煤炭洗選加工行業(yè)的發(fā)展有著重要意義，不但能提高選煤效率，降低煤炭能源的損耗，對(duì)保護(hù)環(huán)境減少污染也有著重要意義[1]。伴隨著礦井采掘機(jī)械化程度的提高，選煤廠入選原煤中的細(xì)粒煤泥含量增加。為了優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程控制，提高選煤分選效率，適應(yīng)入選原煤煤質(zhì)不斷的發(fā)生變化，選煤廠粗煤泥分選系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能控制，自動(dòng)化調(diào)節(jié)TBS干擾床分選機(jī)床層密度、頂水流量等相關(guān)工藝參數(shù)，提高粗煤泥分選效果，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高粗煤泥分選系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化水平。

1 粗煤泥干擾床分選機(jī)的工作原理

粗煤泥干擾床分選機(jī)(TBS)在近20年廣泛應(yīng)用在選煤工藝中，并取得了較好的效果，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、分選效率高、對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[2]。粗煤泥干擾床分選機(jī)工作時(shí)通過(guò)設(shè)備槽體底部向上噴射的底水射流與從設(shè)備槽體流態(tài)室內(nèi)的自生介質(zhì)床層中產(chǎn)生干擾沉降，由于粒度和密度的差異，顆粒的干擾沉降速度不同，低密度的礦物顆粒沉降速度小，在自生介質(zhì)床層中上升進(jìn)入輕產(chǎn)物中，通過(guò)溢流堰隨大量水流收集到溢流槽，高密度的礦物顆粒沉降速度快，在自生床層中下沉進(jìn)入槽體底部的重產(chǎn)物中經(jīng)排料閥排出[3]。

2 粗煤泥干擾床分選機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

TBS干擾床在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多，在選煤廠實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中，多通過(guò)人工根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同煤種設(shè)定不同上升水流壓力，依據(jù)脫泥篩帶料情況以及實(shí)測(cè)粗精煤泥灰分設(shè)置額定密度?，F(xiàn)有條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)TBS干擾床分選機(jī)的精確化控制，影響粗煤泥分選機(jī)分選效果。

同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，TBS干擾床分選機(jī)對(duì)于由易選煤或中等可選性煤組成的粗煤泥顆粒分選回收效果較好，而對(duì)于難選煤組成的粗煤泥顆粒分選回收效果較差。特別是床層壓力不穩(wěn)時(shí)，分選效果差[4]。

(1)干擾床分選機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：① 有效分選密度在1.20～1.80 g/cm3范圍內(nèi)可調(diào)；② 可對(duì)粒度在0.25～3.0 mm的礦粒進(jìn)行有效分選；③ 對(duì)煤種的適應(yīng)性寬；④ 集控水平高，可實(shí)現(xiàn)智能操控。

(2)干擾床分選機(jī)的主要缺點(diǎn)：① 對(duì)難選性煤種分選精度較低；② 對(duì)細(xì)顆粒物料分選精度不高，在分選過(guò)程中，低密度粗顆粒和寬級(jí)別入料的高密度細(xì)顆粒極易發(fā)生錯(cuò)配，高密度細(xì)顆粒進(jìn)入溢流而污染精煤。所以，礦漿中粗顆粒和細(xì)顆粒直徑差距過(guò)大時(shí)，分選效果較差[5]。

(3)當(dāng)前大部分TBS干擾床分選機(jī)集控存在問(wèn)題：① 排料閥只能設(shè)置上限無(wú)法設(shè)置下限，導(dǎo)致粗煤泥分選過(guò)程中，當(dāng)實(shí)際密度過(guò)低，排料閥完全關(guān)閉，增加積料可能性；② 干擾床床層密度需人工設(shè)定，無(wú)法根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況智能調(diào)節(jié)分選密度，導(dǎo)致入洗煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，溢流灰分存在超限可能性。

3 粗煤泥分選智能化控制方案

基于對(duì)上述分選原理和存在問(wèn)題的研究，TBS干擾床層的密度決定著粗煤泥的分選密度和分選效果，而分選床層的密度受到入料性質(zhì)、上升水流和排料的影響，當(dāng)入料性質(zhì)和上升水流這2個(gè)因素穩(wěn)定以后，床層密度大小根據(jù)排料情況而定[6]；溢流灰分也是TBS干擾床分選機(jī)的重要參數(shù)。因此，需要開(kāi)展入料性質(zhì)、上升水流、排料閥開(kāi)度以及溢流灰分對(duì)干擾床密度影響的試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)TBS干擾床的智能化分選。

3.1 溢流灰分與溢流濃度的研究

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要浮沉工對(duì)溢流產(chǎn)品采、制樣后送往化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)，此過(guò)程耗費(fèi)大量時(shí)間，導(dǎo)致TBS干擾床床層密度不能及時(shí)調(diào)整，影響分選效率。通過(guò)在TBS干擾床溢流管中增加濃度計(jì)，實(shí)時(shí)反饋入料濃度，后續(xù)通過(guò)大量采制樣數(shù)據(jù)積累，研究相同煤層相似煤質(zhì)對(duì)應(yīng)溢流濃度與TBS干擾床溢流灰分關(guān)系，確定各個(gè)煤層不同煤質(zhì)及不同入料濃度條件下的TBS干擾床溢流濃度對(duì)應(yīng)的溢流灰分范圍，以便更高效智能地實(shí)現(xiàn)對(duì)TBS干擾床分選過(guò)程的控制。

3.2 上升水流穩(wěn)定控制

上升水流穩(wěn)定控制是通過(guò)控制上升水流水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)穩(wěn)定其流量，包括壓力傳感器、內(nèi)置PID的變頻器[7]、上升水泵等。具體控制回路如圖1所示，SP為上升水流壓力設(shè)定值，PV為壓力傳感器檢測(cè)值。壓力傳感器將檢測(cè)信號(hào)以4～20 mA的直流電流傳輸?shù)娇刂破髦校刂破鞲鶕?jù)傳感器的信號(hào)大小反饋控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)上升水流水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制其流量。在上升水流的管道上安裝1個(gè)流量計(jì)，在線顯示其流量。計(jì)劃在后續(xù)分選過(guò)程中，通過(guò)對(duì)特定TBS干擾床分選密度對(duì)應(yīng)的不同上升水流壓力設(shè)定值的研究，尋找最適合該分選密度的上升水流壓力設(shè)定值。

圖1 上升水流穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.3 溢流灰分穩(wěn)定控制

在TBS干擾床分選機(jī)入料井處設(shè)置濃度計(jì)，監(jiān)控粗煤泥分選機(jī)入料濃度，通過(guò)對(duì)單一煤種的不同入料濃度、設(shè)定密度以及溢流灰分(溢流濃度)的持續(xù)檢測(cè)監(jiān)控，得到對(duì)應(yīng)煤種的入料濃度—設(shè)定密度—溢流灰分?jǐn)?shù)學(xué)模型，系統(tǒng)依據(jù)該模型，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的入料濃度以及設(shè)定的溢流灰分(使用溢流濃度表征)，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定密度。

3.4 智能化控制

智能化控制系統(tǒng)具備自我學(xué)習(xí)能力，自動(dòng)采集、計(jì)算上述控制模型，實(shí)現(xiàn)不同煤種的入料濃度—設(shè)定密度—溢流灰分模型的數(shù)據(jù)積累，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)上升水流壓力大小與排料閥限值，并根據(jù)手動(dòng)設(shè)定的溢流灰分(溢流濃度)調(diào)節(jié)設(shè)定密度，以達(dá)到智能化粗煤泥分選目的[8]。

4 粗煤泥分選智能化改造方案

根據(jù)粗煤泥分選系統(tǒng)當(dāng)前條件，制定以下改造措施：

(1)在TBS干擾床分選機(jī)溢流槽內(nèi)增加濃度計(jì)，監(jiān)控分選過(guò)程中粗煤泥分選溢流濃度，并可以手動(dòng)輸入與之對(duì)應(yīng)的離線檢測(cè)灰分?jǐn)?shù)據(jù)，建立溢流濃度與溢流灰分關(guān)系。

(2)在TBS干擾床分選機(jī)入料井內(nèi)增加濃度計(jì)，監(jiān)控分選過(guò)程中粗煤泥分選機(jī)入料濃度變化，將采集數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)控制系統(tǒng)。

(3)增加卸料閥的下限值，使卸料閥限值設(shè)定可以為特定范圍值。

(4)通過(guò)系統(tǒng)編程，使系統(tǒng)可以通過(guò)入料濃度、洗選灰分(溢流濃度表征)以及設(shè)定密度的持續(xù)檢測(cè)監(jiān)控制定不同煤種的入料濃度—設(shè)定密度—溢流灰分模型，洗選過(guò)程中通過(guò)入料濃度以及設(shè)定的溢流灰分(溢流濃度)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定密度。

(5)增設(shè)智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，分模塊對(duì)不同煤種上升水流壓力大小，入料濃度—設(shè)定密度—溢流灰分?jǐn)?shù)學(xué)模型進(jìn)行記錄，形成新的煤種備用參數(shù)。

5 效益分析

(1)精煤產(chǎn)率提升。通過(guò)智能化粗煤泥分選系統(tǒng)改造，能夠保障TBS干擾床分選機(jī)運(yùn)行的連續(xù)可靠性，預(yù)計(jì)投用后可提高精煤產(chǎn)率0.5%～1.0%。

(2)減少用工人數(shù)。智能化粗煤泥分選系統(tǒng)可大幅減少工人勞動(dòng)量，按選煤廠兩班生產(chǎn)制計(jì)算，可減少粗煤泥分選崗位工2～4人。

(3)精煤穩(wěn)定率合格率提升。粗精煤指標(biāo)波動(dòng)是造成選煤廠精煤產(chǎn)品指標(biāo)波動(dòng)的一大問(wèn)題，通過(guò)智能化控制可有效穩(wěn)定粗精煤灰分，從而提高商品精煤合格率。

6 結(jié) 語(yǔ)

傳統(tǒng)粗煤泥分選工作智能化程度低，程序相對(duì)復(fù)雜且耗時(shí)耗力。智能化粗煤泥分選控制系統(tǒng)的引用，不但能提高選煤技術(shù)水平，降低選煤崗位工人勞動(dòng)負(fù)荷，減少企業(yè)對(duì)勞動(dòng)力的投資成本，而且通過(guò)提高粗煤泥分選精度，使得煤炭使用效率得到有力提高[9]，有利于提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。