重介選煤工藝存在問題及自動化控制技術(shù)優(yōu)化研究

侯劍

摘要：選煤工藝直接決定選煤效率，重介選煤技術(shù)作為選煤廠常用的選煤工藝，主要利用煤炭與其他礦物不同的物理、化學(xué)性質(zhì)，采用物理和化學(xué)方法降低原煤中的灰分、硫分和矸石等雜質(zhì)含量，并經(jīng)過洗選后加工成質(zhì)量均勻、用途不同的成品煤。采用重介選煤的主要優(yōu)點(diǎn)是分選效果好、效率高、選煤的粒度范圍大、操作工藝過程易于實(shí)現(xiàn)自動化。為此，在接下來的文章中，將圍繞重介選煤工藝存在問題及自動化控制技術(shù)優(yōu)化方面進(jìn)行詳細(xì)分析，希望能夠給相關(guān)人士提供重要的參考價值。

關(guān)鍵詞：重介選煤;問題;自動化控制

引言：文章主要針對當(dāng)前選煤廠存在的問題為切入點(diǎn)，重點(diǎn)給出了重介選煤自動化控制優(yōu)化方案，希望能給相關(guān)人士提供參考依據(jù)。

1.選煤廠概況及存在的問題

某地區(qū)選煤廠年設(shè)計(jì)選煤產(chǎn)量5.0Mt/a，在2010年將原采用的跳汰選煤升級為重介旋流器選煤。改造后主要存在如下問題：①雖然重介旋流器中安裝了磁性物含量儀，但實(shí)際工作過程完全憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，造成介耗損失嚴(yán)重，選煤成本增加;②由于選煤廠房高度有限，選煤系統(tǒng)內(nèi)的稀介不能直接流入磁選機(jī)，需要另外設(shè)計(jì)稀介桶利用泵站打入磁選機(jī)，工人勞動強(qiáng)度大且入料不穩(wěn)定，稀介回收不均勻;③煤介桶和精煤磁尾桶內(nèi)的液位高度以及磁選機(jī)入料口的壓力全靠手動控制，選煤效果差，選煤設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)損壞等。鑒于上述問題，選煤廠決定進(jìn)行自動化控制技術(shù)改造。

2.重介選煤自動化控制優(yōu)化方案

2.1介質(zhì)桶液位自動調(diào)節(jié)控制

懸浮液循環(huán)使用過程中，由于煤體內(nèi)帶水，所以會引起介質(zhì)桶內(nèi)的液位不斷變化，液位過高會引起懸浮液泄露，液位過低會導(dǎo)致懸浮液被抽空而影響正常生產(chǎn)。液位的不穩(wěn)定會導(dǎo)致選煤參數(shù)調(diào)整困難，影響選煤質(zhì)量。通過設(shè)置連續(xù)測量液位計(jì)，自動檢測各類介質(zhì)桶的液位，可以實(shí)現(xiàn)介質(zhì)桶液位自動調(diào)節(jié)控制。懸浮液液位檢測信號被輸送至控制主機(jī)，控制主機(jī)將實(shí)際液位與設(shè)定工作液位進(jìn)行對比后，通過PLC的運(yùn)算輸出結(jié)果控制分流閥門開度，保證介質(zhì)桶的液位維持在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

2.2煤泥含量自動調(diào)節(jié)控制

根據(jù)本廠入選煤質(zhì)，重介選煤過程中，懸浮液的煤泥含量要求控制在50%～60%范圍內(nèi)，當(dāng)煤泥含量過高時，精煤弧形篩下的合格懸浮液分流去精煤介質(zhì)桶，經(jīng)過磁選機(jī)進(jìn)行脫泥處理，保證煤泥含量達(dá)標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)煤泥含量自動控制，可以設(shè)置連續(xù)測量磁性物含量計(jì)，自動檢測各類介質(zhì)桶煤泥含量。測量信號傳輸至控制主機(jī)，主機(jī)的運(yùn)算結(jié)果直接決定分流閥門開度。通過設(shè)置連續(xù)測量磁性物含量計(jì)，可以保證介質(zhì)桶的煤泥含量維持在設(shè)定范圍內(nèi)。

2.3重介懸浮液密度自動控制

在重介選煤過程中，對懸浮液密度的監(jiān)測和控制是關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)密度不同，重介懸浮液可以分為低密度懸浮液（密度<1500kg/m3）、高密度懸浮液（密度>1600kg/m3）、稀懸浮液（密度<1000kg/m3）。懸浮液密度自動調(diào)節(jié)控制過程可以概括為：①在介質(zhì)泵出口處設(shè)置γ射線懸浮液介質(zhì)密度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將介質(zhì)密度值轉(zhuǎn)換為電流信號，電流值區(qū)間范圍4mA～20mA，電流信號傳輸至PLC;②PLC經(jīng)過運(yùn)算后，同樣可以輸出電流值區(qū)間范圍4mA～20mA的電流信號，該信號可以控制補(bǔ)水電動調(diào)節(jié)閥。通過以上兩個步驟，可以在重介選煤過程中實(shí)現(xiàn)對重介懸浮液密度的實(shí)時監(jiān)測，保證懸浮液的密度保持在設(shè)定值。在懸浮液密度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的主要功能是將檢測懸浮液密度的過程變量與設(shè)定值進(jìn)行對比，確定補(bǔ)水電動調(diào)節(jié)閥是否動作，保證懸浮液密度始終維持在合理范圍。

2.4煤介桶和精煤磁尾桶液位自動調(diào)控

重介選煤過程中，煤介桶內(nèi)的物料需要經(jīng)過泵站壓入煤介旋流器進(jìn)行分選，精煤磁尾桶內(nèi)的物料也需要經(jīng)過煤泥旋流器進(jìn)行分級濃縮。由于泵站壓力不穩(wěn)定，所以會引起桶內(nèi)來料不均勻，經(jīng)常在桶內(nèi)出現(xiàn)抽空現(xiàn)象。針對這一問題，選煤廠通過在煤介桶和精煤磁尾桶內(nèi)加入液位計(jì)、補(bǔ)水閥和出料閥實(shí)現(xiàn)液位自動控制。自控控制系統(tǒng)會實(shí)時采集煤介桶和精煤磁尾桶內(nèi)的液位、壓力及閥門開度信號，經(jīng)過PLC處理后，控制補(bǔ)水閥和出料閥的開度。

2.5實(shí)現(xiàn)從單機(jī)自動化到全廠自動化

當(dāng)前，大部分的選洗設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了單一的自動化，例如跳汰與重介選煤，但如何將這些設(shè)備作為一個整體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)全廠綜合治理，例如國外一些企業(yè)，每班只需2人就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)[1]，這將是我國未來發(fā)展的一個趨勢。而對于全廠自動化趨勢，當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)就是一項(xiàng)不可多得的技術(shù)選擇。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走進(jìn)人們生活，企業(yè)的應(yīng)用更是較為廣泛。特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，更是加速了自動化趨勢進(jìn)程。對于重介選煤來說，合格介質(zhì)中煤泥的含量一般控制在40%～60%，如果煤泥含量太低，不利于介質(zhì)穩(wěn)定;如果過高，則影響介耗與分選效果。此外，旋流器介質(zhì)入口壓力也是一個重要的工藝參數(shù)，當(dāng)壓力突然增大時，通常可判斷為管路或旋流器堵塞，減小則為液位過低或管路、旋流器有跑漏情況。鑒于此，可借助傳感器節(jié)點(diǎn)來實(shí)時采集重介旋流器中重介給料管道的重介密度（磁性物濃度）及介質(zhì)入口壓力，然后利用無線自組織網(wǎng)絡(luò)LEPS協(xié)議，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳入至控制中心或上位機(jī)，系統(tǒng)流程如圖1所示;或者利用控制總線、I/O總線等技術(shù)，將I/O模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)I/O總線上傳至控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器或邏輯運(yùn)算器等模塊，再經(jīng)控制總線將數(shù)據(jù)上傳至工控機(jī)等管理級網(wǎng)絡(luò)中.這樣當(dāng)系統(tǒng)某生產(chǎn)指標(biāo)發(fā)生突發(fā)情況時，一方面控制系統(tǒng)會立刻進(jìn)行報警，將故障情況迅速傳至相關(guān)負(fù)責(zé)人手持設(shè)備;另一方面，可直接去總控制室查看旋流器等設(shè)備的運(yùn)行及參數(shù)情況，而這些參數(shù)也是肉眼所無法獲得的，從而快速、準(zhǔn)確地獲取到問題的所在[2]。此外，企業(yè)負(fù)責(zé)人還可通過手持設(shè)備登錄控制系統(tǒng)查看廠區(qū)生產(chǎn)情況，從而實(shí)現(xiàn)單一設(shè)備自動化到全廠自動化的改進(jìn)。

2.6優(yōu)化參數(shù)及控制目標(biāo)

作為當(dāng)前制約自動化技術(shù)發(fā)展的瓶頸，參數(shù)設(shè)置及控制目標(biāo)確立，一直是研發(fā)人員的痛點(diǎn)。眾所周知，對于軟件開發(fā)或傳感器數(shù)據(jù)的采集及傳輸較易實(shí)現(xiàn)。而在煤炭選洗過程中，不同的設(shè)備在同一時間點(diǎn)同時運(yùn)行，需要多設(shè)備相互配合。這種配合，不僅體現(xiàn)在運(yùn)行狀態(tài)上，更多為產(chǎn)物質(zhì)量上。例如，對于磁選、分級、浮選等一系列過程，如果某一環(huán)節(jié)出料不符合下一環(huán)節(jié)進(jìn)料標(biāo)準(zhǔn)，就會影響到最后產(chǎn)品品質(zhì)。所以，根據(jù)本企業(yè)煤質(zhì)情況，設(shè)計(jì)對應(yīng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及控制目標(biāo)，對于最后產(chǎn)物至關(guān)重要。而這也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)控制的基礎(chǔ)。

結(jié)論：

簡而言之，該地區(qū)選煤廠采用自動控制技術(shù)優(yōu)化后的效果，在對原有選煤工藝進(jìn)行自動化控制改造后，對選煤工藝各類技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。通過實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，精煤產(chǎn)率在40%左右，重介耗量在1.4左右，精煤灰分<6.2%，精煤水分不超過4%，噸煤月平均耗電量11.5kWh/t。從監(jiān)測結(jié)果可以看出，經(jīng)過自動化改造后，重介選煤工藝優(yōu)勢明顯[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王學(xué)明.自動化技術(shù)在選煤中的應(yīng)用分析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2017，32（7）：119-120，176.

[2]孫天虎，王金磊.中國選煤存在的不足與改進(jìn)對策[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（17）：61.

[3]李東東，王作棠，辛林，等.數(shù)字礦山及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2015，34（2）：269-271.