灰分控制系統(tǒng)在沙曲選煤廠的應(yīng)用

薛學(xué)勇，郭世明，趙洪濤，連春宇，王志偉

(1.華晉焦煤沙曲選煤廠， 山西 呂梁 033300； 2. 丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司， 遼寧 丹東 118000)

華晉焦煤沙曲選煤廠作為山西焦煤最大的煉焦煤分選基地，主要入選低灰、低硫、特低磷、高發(fā)熱量、強(qiáng)黏結(jié)性的優(yōu)質(zhì)主焦煤。

沙曲選煤廠重介分選系統(tǒng)采用兩段兩產(chǎn)品分選工藝，存在的主要問題是入選原煤煤質(zhì)波動(dòng)大(4#、5#原煤配比比例沒有控制措施)，無法實(shí)現(xiàn)原煤均質(zhì)化入選，分選密度調(diào)整幅度大，且依靠操作人員根據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)分選密度進(jìn)行調(diào)整，因此重介懸浮液的密度得不到及時(shí)有效地調(diào)整，導(dǎo)致精煤灰分波動(dòng)大，易造成產(chǎn)品質(zhì)量過?；虿缓细?。

傳統(tǒng)的密度調(diào)節(jié)由于操作過程周期長、人工調(diào)節(jié)滯后以及工作人員責(zé)任心不強(qiáng)等原因，使得密度調(diào)整不穩(wěn)，人為因素誤差占比較大[1]. 快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地調(diào)節(jié)重介懸浮液的密度是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。為此，沙曲選煤廠研發(fā)了重介精煤灰分控制系統(tǒng)，以解決洗選密度調(diào)節(jié)滯后性問題，實(shí)現(xiàn)分選過程智能化，達(dá)到穩(wěn)定精煤產(chǎn)品灰分、提質(zhì)增效的目的。

1 重介灰分系統(tǒng)控制路線

重介灰分控制系統(tǒng)是基于人機(jī)交互模式，建立基于煤質(zhì)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的煤質(zhì)判斷和重介懸浮液密度優(yōu)化設(shè)定模型，灰分系統(tǒng)通過采集重選精煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)過程控制方法(SPC)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)重介系統(tǒng)懸浮液密度值的自動(dòng)設(shè)定。同時(shí)，結(jié)合重介分選過程懸浮液密度智能控制系統(tǒng)，構(gòu)建適應(yīng)煤質(zhì)波動(dòng)和變化的重介懸浮液密度智能控制系統(tǒng)[2].

2 重介灰分系統(tǒng)控制原理

首先通過在線儀表實(shí)時(shí)獲取懸浮液密度、磁性物含量、產(chǎn)品煤灰分等技術(shù)數(shù)據(jù)；其次，通過密度智能計(jì)算模塊控制器計(jì)算出重介分選懸浮液密度目標(biāo)值：先測(cè)算出原煤經(jīng)過重介分選到灰分測(cè)量裝置反饋出產(chǎn)品煤灰分的滯后時(shí)間T1，再根據(jù)實(shí)際工藝條件確定一個(gè)調(diào)節(jié)周期T2,然后依據(jù)密度測(cè)量裝置反饋的懸浮液密度，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)的平均分選密度ρ，依據(jù)灰分測(cè)量裝置反饋的產(chǎn)品煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合灰分?jǐn)?shù)據(jù)滯后時(shí)間T1，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出原煤在懸浮液平均密度ρ條件下分選出來的產(chǎn)品煤的平均灰分Ad，最后依據(jù)產(chǎn)品煤平均灰分Ad與目標(biāo)灰分設(shè)定值A(chǔ)d設(shè)定的偏差值ΔAd、相應(yīng)的懸浮液平均密度ρ等參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出重介分選懸浮液密度的目標(biāo)值，作為下一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期的密度目標(biāo)值。計(jì)算懸浮液密度目標(biāo)值用到的相關(guān)參數(shù)依據(jù)輸入系統(tǒng)的煤質(zhì)信息，通過控制器1分析計(jì)算得到。通過密度智能控制模塊，依靠PID+模糊控制器將重介分選懸浮液密度調(diào)節(jié)至目標(biāo)密度[3]：密度智能調(diào)節(jié)模塊主要是對(duì)重介分選密度的控制調(diào)節(jié)，但不局限于密度調(diào)節(jié)，同時(shí)還參考混料桶液位、補(bǔ)水閥開度和磁性物含量等工藝參數(shù)；調(diào)節(jié)手段主要有合格介質(zhì)管道補(bǔ)加水控制、分流控制、串介控制和濃介自動(dòng)添加控制等；補(bǔ)加水的主要作用是當(dāng)懸浮液密度偏高時(shí)，通過加水快速降低懸浮液密度；分流控制和串介控制時(shí)，分流閥門和串介閥門的動(dòng)作方向和動(dòng)作幅度綜合考慮了懸浮液密度、混料桶液位、補(bǔ)水閥開度和磁性物含量等工藝參數(shù)進(jìn)行控制；當(dāng)判斷系統(tǒng)缺少介質(zhì)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)加介泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)介[4]. 原理圖見圖1.

圖1 灰分控制系統(tǒng)原理圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案

首先打開主選補(bǔ)水閥門的控制面板，在操作員設(shè)定值一欄中輸入密度目標(biāo)值，然后將手自動(dòng)按鈕切換至自動(dòng)狀態(tài)；將分流閥和串介閥門切換至自動(dòng)狀態(tài)，再將控制源切換至灰分控制即可，操作員可以在補(bǔ)水控制二級(jí)彈窗中的控制源選擇為專家，或者在智能控制彈窗右上角將控制源選擇切換為灰分控制。

灰分控制預(yù)設(shè)目標(biāo)即精煤灰分目標(biāo)值。灰分控制密度輸出：灰分控制時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)輸出的密度目標(biāo)值。密度系數(shù)：默認(rèn)值根據(jù)實(shí)際情況輸入，一般不建議改動(dòng)。灰分高限：需要設(shè)定，一般為灰分目標(biāo)值+(0.1～0.2). 灰分低限：需要設(shè)定，一般為灰分目標(biāo)值-(0.1～0.2). 密度高限：需要設(shè)定，灰分控制的最大輸出密度。密度低限：需要設(shè)定，灰分控制的最小輸出密度?；曳窒禂?shù)：當(dāng)密度變動(dòng)值為密度系數(shù)時(shí)，精煤產(chǎn)品的灰分變動(dòng)值反映了原煤對(duì)密度的敏感程度，影響灰分控制的密度調(diào)節(jié)幅度大小?；曳挚刂葡到y(tǒng)操作界面見圖2.

圖2 灰分控制系統(tǒng)操作界面圖

4 沙曲選煤廠應(yīng)用效果

2020年11月，重介灰分控制系統(tǒng)在該廠應(yīng)用后，灰分穩(wěn)定率及精煤回收率得到了提高。通過國家煤質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)中心(西安)檢測(cè)，灰分小時(shí)檢測(cè)值與化驗(yàn)值的偏差平均值小于0.2%，按照國標(biāo)計(jì)算的灰分標(biāo)準(zhǔn)偏差接近于0.

4.1 灰分穩(wěn)定率

通過對(duì)2020年12月近半個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，重介精煤灰分值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.242，重介精煤灰分在目標(biāo)值±0.35%范圍內(nèi)的灰分?jǐn)?shù)量達(dá)85%以上。

4.2 產(chǎn)品回收率

精煤產(chǎn)品回收率與精煤灰分有直接關(guān)系，一般來說，在同等條件下，當(dāng)灰分較高時(shí)，精煤產(chǎn)率就會(huì)提升，反之下降。通過一段時(shí)間的人工快灰數(shù)據(jù)與灰分控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對(duì)(表1)可以看出，兩個(gè)時(shí)段的灰分平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)均有明顯不同。考慮到沙曲選煤廠實(shí)際生產(chǎn)情況，兩個(gè)時(shí)段的灰分目標(biāo)值不太相同，所以不能采用灰分平均值進(jìn)行對(duì)比。在這種情況下，采用灰分標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行對(duì)比。

表1 灰分控制系統(tǒng)精煤灰分指標(biāo)表

通過數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)控制時(shí)的灰分標(biāo)準(zhǔn)差為0.47，人工化驗(yàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差為0.65，對(duì)比降低了0.18，說明灰分波動(dòng)幅度明顯降低。同時(shí)通過兩個(gè)時(shí)段的極差值看出，灰分控制系統(tǒng)明顯提升了精煤質(zhì)量。同樣生產(chǎn)12級(jí)精煤，在保證灰分不超11%的情況下，重介精煤灰分目標(biāo)值可提高0.18%，通過可選性曲線查得對(duì)應(yīng)的回收率提高約1%.

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

入洗原煤5.0 Mt/a，重介精煤在總精煤占比50%，重介精煤理論回收率提高1%，按精煤售價(jià)1 450元/t，中煤售價(jià)150元/t計(jì)算，僅此一項(xiàng)每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約3 250萬元。經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算見表2.

表2 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算表

5 結(jié) 論

灰分控制系統(tǒng)是依據(jù)灰分測(cè)量裝置反饋的產(chǎn)品煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)，與目標(biāo)灰分設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)計(jì)算出重介分選懸浮液密度的目標(biāo)值，并通過自動(dòng)分流、補(bǔ)水、補(bǔ)介方式穩(wěn)定分選密度?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，灰分控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，與傳統(tǒng)的依靠人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)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(shì)，解決了人工控制滯后的問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及回收率。