選煤廠重介質(zhì)密度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

師華星

霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦 山西 霍州 031400

重介選煤因其分選效果好、粒度區(qū)間大等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。該方法的核心在于懸浮液密度的設(shè)定，通過利用矸石、煤等密度的差異，控制密度低于懸浮液的煤上浮，而密度高于懸浮液的矸石下沉，從而達(dá)到原煤分選的目的。然而，在控制懸浮液密度方面仍存在許多問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化控制，以穩(wěn)定推動原煤分選的過程。

1 重介質(zhì)懸浮液概述

重介質(zhì)懸浮液由水、加重質(zhì)的顆粒狀固體混配而成，其中固體粒度處于1～500μm 范圍內(nèi)，是一種粗分散懸浮液，整體比較不穩(wěn)定，處于靜置狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)沉降分層，由于分選機(jī)內(nèi)各個(gè)位置的密度不同，造成分選實(shí)際密度與重懸浮液平均密度間出現(xiàn)差異，是否具備抵抗浮降能力是衡量具體性質(zhì)的重要指標(biāo)。此外，重介質(zhì)懸浮液類似于均勻流體，具體一定粘度，并受到溫度、固體形狀、濃度、粒度、表面性質(zhì)等因素影響，處于靜置與其他運(yùn)動狀態(tài)時(shí)粘度會發(fā)生變化，這使得在預(yù)測被分選顆粒在其中的運(yùn)動、分選設(shè)備的具體能力時(shí)面臨較大的困難，然而在相應(yīng)生產(chǎn)條件、一定區(qū)間范圍內(nèi)，可將重懸浮液視作均勻流體，將表觀密度當(dāng)作其密度，將表觀粘度當(dāng)作其粘度。

2 選煤廠重介質(zhì)懸浮液密度控制方案設(shè)計(jì)

2.1 控制體系建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)懸浮液密度智能控制，應(yīng)借助信息化技術(shù)關(guān)聯(lián)各項(xiàng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整體化管理，以此來實(shí)現(xiàn)對懸浮液密度控制的快速反應(yīng)、干預(yù)。具體包括以下三部分內(nèi)容：①結(jié)合煤種硫分/灰分含量、精煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，選擇適宜的自動配煤分站，對其加以智能化控制，實(shí)現(xiàn)智能配煤。②對重介質(zhì)分選設(shè)備分站展開智能化控制，加裝高清攝像裝置或者傳感器設(shè)備等，保證分選設(shè)備工作的持續(xù)性。③主站與各個(gè)分站通過WIFI或者TCP/IP通信進(jìn)行控制指令、數(shù)據(jù)信息交互，加強(qiáng)管理人員對整個(gè)控制體系的把握，方便制定相應(yīng)的控制方案，提升控制效果。

2.2 傳感器布置

影響重介分選的因素有：合介桶液位、重介密度、煤泥含量等，故而需參考實(shí)際需求進(jìn)行傳感器布置，具體布置方式見圖 1 所示。其中，密度傳感器 1 用于檢測合介桶重介質(zhì)懸浮液各個(gè)階段的密度；傳感器 2 用于檢測淺槽分選機(jī)中的重介懸浮液密度，加水閥的作用可隨時(shí)向合介桶補(bǔ)水粗調(diào)合介桶的重介懸浮液的密度，借助加水調(diào)節(jié)閥可以向重介懸浮液管路中補(bǔ)水用于調(diào)節(jié)送入淺槽洗選槽中的重介密度。通過磁性物傳感器得出重介懸浮液磁性介質(zhì)含量，計(jì)算煤泥含量，再借助分流機(jī)構(gòu)完成固定篩輸出重介懸浮液的分流，具體的分流比例可按照實(shí)際所需設(shè)定。

圖1 傳感器布置圖

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在傳感器收集到各項(xiàng)設(shè)備、各個(gè)位置的重介質(zhì)懸浮液密度信息后，輸送到選煤廠控制中心，由控制中心對其進(jìn)行分類、處理、歸納，按照其具體類型分別納入到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，包括相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)、故障信息、重介質(zhì)懸浮液實(shí)時(shí)密度、形態(tài)等，以此來實(shí)現(xiàn)對重介質(zhì)懸浮液密度的有效、全程控制； 后續(xù)可根據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對比分析各個(gè)階段的數(shù)據(jù)值，判定其是否處于正常狀態(tài)，方便對其隨時(shí)調(diào)整。

2.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

很多選煤廠的控制系統(tǒng)只能簡單地完成起車、停車等基本操作，難以滿足懸浮液密度全過程智能控制所需，針對這種情況，進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：第一，在保持原有控制軟件功能、組織框架不變的狀況下，加入重介懸浮液密度控制軟件，包括以下功能模塊：人機(jī)交互模塊、系統(tǒng)總控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、原集中控制軟件模塊、重介懸浮液密度控制模塊、煤泥含量控制模塊、合介桶密度與液位控制模塊。

3 選煤廠重介質(zhì)懸浮液密度控制方案實(shí)現(xiàn)

3.1 工藝流程

工藝流程包括：①求出BRF預(yù)測模型、懸浮液密度設(shè)定值差值，輸入控制系統(tǒng)，根據(jù)密度差值，PID 控制器定向調(diào)整補(bǔ)水閥，模糊控制器在分析密度差值的基礎(chǔ)上給出液位給定值、磁性物含量給定值、補(bǔ)水閥開度給定值，基于此進(jìn)行分流閥調(diào)節(jié)，以此來完成重介質(zhì)分選。

3.2 自動配煤

引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法預(yù)測各個(gè)位置的原煤配煤量、配比值，設(shè)定A號原煤、B號原煤對應(yīng)的累計(jì)流量分別為Qa、Qb，計(jì)算其實(shí)際配比，可按照公式（1）和（2）進(jìn)行：

式中：Q1指的是B號原煤真實(shí)累計(jì)流量 y 指的是原煤真實(shí)配比。在進(jìn)行自動配煤進(jìn)程中，在膠帶機(jī)輸送機(jī)上適宜位置裝設(shè)膠帶秤，檢測原煤在各個(gè)階段的累計(jì)流量、瞬時(shí)流量，后續(xù)將不超過20mA電流信號傳輸?shù)阶詣优涿悍终究刂破鬟M(jìn)行原煤檢測。

3.3 自動補(bǔ)水實(shí)現(xiàn)

按照 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法對各處原煤分選懸浮液密度預(yù)測，預(yù)測值、實(shí)際值密度差值在較小區(qū)間內(nèi)持續(xù)波動，可借助調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥開度保持密度處于動態(tài)平衡狀態(tài)?？筛聝?yōu)化相關(guān)設(shè)備布置，比如可選擇將補(bǔ)水閥裝設(shè)在旋流器、介質(zhì)桶間管路，并在補(bǔ)水閥后裝設(shè)密度計(jì)， 依靠密度計(jì)測出懸浮液實(shí)際值，通過不高于4～20mA 電流信號傳輸?shù)綄?yīng)的重介質(zhì)分選設(shè)備分站。若是密度值與預(yù)測值出現(xiàn)差異，需操作分站控制器借助模糊算法智能化調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥各個(gè)階段開度。若是懸浮液密度實(shí)際值＜預(yù)測值，代表控制器控制補(bǔ)水閥實(shí)際開度變小，對其加以調(diào)節(jié)后，讓密度實(shí)際值接近預(yù)測值后，維持補(bǔ)水閥在一段時(shí)間內(nèi)不變。

3.4 自動分流

自動分流，包括以下兩項(xiàng)內(nèi)容：①操控分流閥開度，將重介質(zhì)懸浮液輸送到稀介質(zhì)桶，通過分流閥開度設(shè)定注入量。②因分流閥控制本身的多耦合性、滯后性特征，要求在調(diào)節(jié)分流閥開度時(shí)按照以下步驟：若重介質(zhì)懸浮液真實(shí)密度＞預(yù)測值，依靠補(bǔ)水閥難以進(jìn)行密度調(diào)節(jié)，此時(shí)需操作分流閥減小開度，反之加大開度。若是懸浮液中磁性物含量過高，需要減小分流閥開度，以此來增加煤泥含量。若是介質(zhì)桶液位過低，適當(dāng)增加分流閥開度；若是補(bǔ)水閥開度過大，需適當(dāng)減小分流閥開度。

4 應(yīng)用效果分析

結(jié)合相關(guān)案例，探究選煤廠重介質(zhì)懸浮液密度控制方案應(yīng)用實(shí)效。選擇國內(nèi)某地洗煤廠展開試驗(yàn)，選定 A號、B 號各 20 組原煤配比預(yù)測值、實(shí)際值，其中 A 號煤選擇上述控制方案進(jìn)行密度控制調(diào)節(jié)；B 號煤選擇常規(guī)手動調(diào)節(jié)方式。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，手動調(diào)節(jié)存在調(diào)節(jié)區(qū)間受限、反應(yīng)時(shí)間慢、調(diào)節(jié)時(shí)間長、實(shí)效性差等各種問題。應(yīng)用智能控制方案，在經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后得出結(jié)論：調(diào)節(jié)懸浮液密度，控制其下降0.02g/cm3，大約耗時(shí)3min，控制其上升 0.02g/cm3，大約耗時(shí) 5min，有著較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，可滿足各個(gè)階段的重介質(zhì)懸浮液靈活調(diào)整所需。懸浮液處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，密度波動區(qū)間為上下0.005g/cm，大大提升了其穩(wěn)定性。若是要進(jìn)行懸浮液密度大幅度調(diào)整，可調(diào)整控制模式為密度下降模式或者上升模式，以此來避免受到調(diào)節(jié)區(qū)間受限的影響，取得更好的調(diào)節(jié)效果，亦可保證懸浮液密度實(shí)際值、預(yù)測值高度吻合。

5 結(jié)束語

選煤廠重介質(zhì)懸浮液密度控制方案在設(shè)計(jì)、實(shí)踐中具備一定的優(yōu)勢，結(jié)合具體的案例發(fā)現(xiàn)，手動調(diào)節(jié)存在調(diào)節(jié)區(qū)間受限、反應(yīng)時(shí)間慢、調(diào)節(jié)時(shí)間長、實(shí)效性差等問題；應(yīng)用智能控制方案，調(diào)節(jié)懸浮液密度下降 0.02g/cm3耗時(shí)約 3min；控制上升 0.02g/cm3耗時(shí)約5min。證明智能控制方案有著較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，說明重介質(zhì)懸浮液靈活調(diào)整方案的可行性、實(shí)效性。