基于硫分判定煤質(zhì)的重介密度閉環(huán)控制技術(shù)研究

呂小剛

汾西礦業(yè)集團(tuán) 雙柳煤礦選煤廠, 山西 柳林 033300)

雙柳煤礦選煤廠的設(shè)計(jì)處理能力為150萬t/年,2003年3月7日投產(chǎn)。選煤工藝采用不脫泥、不分級混合無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥重介+煤泥浮選聯(lián)合工藝,主要入選雙柳煤礦上組(3+4)號和下組(8+9)號原煤。上組原煤和下組原煤煤質(zhì)有著較大差異,由于礦井不能對原煤進(jìn)行分提分儲(chǔ),因此入洗原煤可能是上組煤、下組煤或上下組混合煤,煤質(zhì)的無規(guī)律變化導(dǎo)致重介分選控制系統(tǒng)無法快速調(diào)整,密度調(diào)整遲于煤質(zhì)變化,導(dǎo)致產(chǎn)品灰分波動(dòng)大,易造成產(chǎn)品質(zhì)量過?；虿缓细瘛Ｒ虼?亟需研發(fā)一套能夠快速判定入選煤質(zhì)進(jìn)而靈敏調(diào)整分選密度的重介分選控制系統(tǒng)。

1 重介密度閉環(huán)控制方案

上組(3+4)號原煤與下組(8+9)號原煤灰分較為接近,通過原煤灰分在線檢測很難判定入洗煤種?；?yàn)灰分會(huì)滯后于生產(chǎn)過程約2 h,化驗(yàn)硫分滯后約30 min,若利用化驗(yàn)灰分和硫分進(jìn)行反饋調(diào)節(jié),不能有效保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。但是上組原煤和下組原煤的硫分存在顯著性差異,通過硫分可以判定入洗煤質(zhì),并可大致計(jì)算出兩種原煤的混合比例。因此,依據(jù)硫分這一顯著性差異特征準(zhǔn)確判定入洗原煤煤質(zhì)具有很強(qiáng)的可行性。

通過以上分析,結(jié)合選煤廠密度控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題,構(gòu)建以硫分在線檢測為煤質(zhì)判定依據(jù),重介懸浮液密度調(diào)整為目標(biāo),通過自動(dòng)補(bǔ)水、分流和加介實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品灰分指標(biāo)反饋的閉環(huán)密度自動(dòng)控制系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)不同煤質(zhì)條件下的重介精準(zhǔn)分選[1-3].

2 整體方案的實(shí)現(xiàn)

2.1 硫分及灰分的在線檢測

在選煤廠重介精煤皮帶上新增一臺X射線儀,能夠同時(shí)檢測重介精煤的實(shí)時(shí)硫分和灰分。根據(jù)硫分值判斷所洗煤種,作為密控系統(tǒng)密度設(shè)定值的選擇依據(jù)?；曳种涤糜诿芸叵到y(tǒng)的實(shí)際灰分指標(biāo)控制,參與密度控制的外環(huán)閉環(huán)中,并且預(yù)留與X射線在線灰分儀的兩種接口,一種是4～20 mA的輸入接口,預(yù)留2路,用于灰分和硫分?jǐn)?shù)據(jù)的接入,另預(yù)留一路RS-485的通訊接口,采用MODBUSRTU的通訊規(guī)約,用于采集X射線在線灰分儀的信號,采用通訊方式,可以把灰分儀所測量的更多變量接入密控系統(tǒng)中。

2.2 重介分選系統(tǒng)硬件改造

1) 將重介分選系統(tǒng)原有的密度實(shí)時(shí)檢測儀表、磁性物含量儀表、原煤合介桶桶位儀表、旋流器入料壓力信號等全部接入新建設(shè)的密度控制系統(tǒng),并將泵前補(bǔ)水閥門、桶上補(bǔ)水閥門、反分流閥門、磁選機(jī)下原煤合介桶分流閥等全部更換為自動(dòng)閥門,同樣將控制信號接入新建的密度控制系統(tǒng)內(nèi),通過硬件改造,重介分選系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)密度控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)操作,為閉環(huán)控制提供基礎(chǔ)。

2) 對加介系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級改造,從備介、鼓風(fēng)、啟泵、分流、補(bǔ)水全過程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操作。新增濃介桶雷達(dá)液位計(jì)和靜壓式液位計(jì),可以計(jì)算出濃介桶中的密度值。當(dāng)系統(tǒng)需要快速提高密度時(shí),密度控制系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行快速加介的操作。

2.3 重介系統(tǒng)密度閉環(huán)控制策略

1) 硫分判定指導(dǎo)。

建立煤質(zhì)變化與測量硫分之間的控制關(guān)系,把硫分作為密控系統(tǒng)的先決條件。在控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中,對生產(chǎn)過程中的煤質(zhì)(化驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù))、在線硫分等相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行收集、分析、整理,進(jìn)而建立一個(gè)基于SPC統(tǒng)計(jì)方法的模型。把在線硫分作為模型的輸入變量,煤質(zhì)判定結(jié)果作為模型的輸出變量。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,基于采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對三者之間的關(guān)系分析判斷,生成模型,并用于對當(dāng)前硫分指標(biāo)下煤質(zhì)判定的指導(dǎo)。再根據(jù)實(shí)際所獲取的數(shù)據(jù),對模型中煤質(zhì)設(shè)判定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證的結(jié)果回饋至模型中。通過這種方法,精準(zhǔn)判定上下組煤質(zhì)的不同特性,為后續(xù)密度設(shè)定值的精準(zhǔn)模型給定和最優(yōu)控制提供基礎(chǔ)保障。

2) 灰分及密度閉環(huán)控制。

建立密度設(shè)定值與測量灰分之間的閉環(huán)控制系統(tǒng),把灰分作為密控系統(tǒng)的外環(huán)。在密度灰分閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中,對生產(chǎn)過程中的密度值、在線灰分等與密控相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行收集、分析、整理,進(jìn)而建立一個(gè)基于SPC統(tǒng)計(jì)方法的模型。把在線灰分作為模型的輸入變量,密度實(shí)際值作為模型的輸出變量。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,基于采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對兩者之間的關(guān)系分析判斷,生成模型,并用于對當(dāng)前灰分指標(biāo)下,密度設(shè)定值的指導(dǎo)。再根據(jù)實(shí)際所獲取的數(shù)據(jù),對模型中密度設(shè)定值數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證的結(jié)果回饋至模型中。通過這種方法,采用“卡邊”生產(chǎn)的控制策略,對密度設(shè)定值進(jìn)行必要的修改,以達(dá)到產(chǎn)率最大化。同樣,對不同的煤質(zhì)采用相同的方法進(jìn)行優(yōu)化處理,從而適應(yīng)上下組煤質(zhì)的不同特性,最終實(shí)現(xiàn)不同煤質(zhì)情況下密度設(shè)定值的精準(zhǔn)模型給定和最優(yōu)控制。

3) 密度與煤泥含量雙變量控制。

在重介洗選過程中,適量比例的煤泥能改變密度懸浮液的特性,提高分選效果,從而提高產(chǎn)率[4].在新的密控系統(tǒng)中,采用密度和煤泥含量雙變量控制策略。建立一個(gè)模型,把在實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù),對影響密度和煤泥含量這些變量相互之間的作用關(guān)系進(jìn)行研究。通過控制過程中參數(shù)的獲取,尋找它們與密控控制和煤泥含量控制之間的關(guān)系,對相關(guān)數(shù)據(jù)之間的耦合進(jìn)行解耦操作,優(yōu)化控制模型,最終實(shí)現(xiàn)控制平穩(wěn)、系統(tǒng)擾動(dòng)小的目標(biāo)。在該控制策略中,密度控制與煤泥含量的控制優(yōu)先級是不同的,密度控制為最高優(yōu)先級,在密度控制可以滿足系統(tǒng)要求的條件下,才進(jìn)行煤泥含量的調(diào)節(jié)。

4) 上下組煤入洗密度切換控制 。

通過在線測量硫分儀能夠在線識別上下組煤的煤質(zhì)。所以,在硫分儀測量準(zhǔn)確的情況下,系統(tǒng)可以檢測到目前所洗的煤種,同時(shí)可以檢測到煤種切換的過程,并反饋至密度自動(dòng)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)煤種切換而采用不同的控制參數(shù)進(jìn)行控制。

基于硫分判定煤質(zhì)的重介密度閉環(huán)控制流程圖見圖1.

圖1 基于硫分判定煤質(zhì)的重介密度閉環(huán)控制流程圖

3 應(yīng)用效果

1) 基于硫分判定煤質(zhì)的重介密度閉環(huán)控制系統(tǒng)在該選煤廠投入運(yùn)行后,能夠迅速實(shí)現(xiàn)入洗煤種的判定,時(shí)間由30 min縮短至5 min.

2) 煤質(zhì)判定準(zhǔn)確,后續(xù)密度調(diào)整波動(dòng)小,運(yùn)行期間密度調(diào)整波動(dòng)統(tǒng)計(jì)見圖2.

3) 實(shí)現(xiàn)了重介分選系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)控制和工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié),使設(shè)備在最佳工況下運(yùn)行,充分釋放設(shè)備的工藝性能,保證產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量的穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì),精煤產(chǎn)率提高0.20%左右。

4 結(jié) 語

基于硫分判定煤質(zhì)的重介密度閉環(huán)控制系統(tǒng)依據(jù)硫分在線測量反饋入洗煤種,根據(jù)歷史數(shù)據(jù)迅速調(diào)整密度,然后通過在線灰分檢測反饋,重新校準(zhǔn)分選懸浮液的密度,并通過自動(dòng)分流、補(bǔ)水、補(bǔ)介方式穩(wěn)定分選密度。與依靠人工化驗(yàn)硫分和灰分?jǐn)?shù)據(jù)對分選密度進(jìn)行調(diào)整相比,具有調(diào)節(jié)快、準(zhǔn)、穩(wěn)的優(yōu)勢,提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及回收率。

圖2 運(yùn)行期間密度波動(dòng)圖