重介選煤智能化對(duì)磁性物含量動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)控

李 峰

(山西焦煤有限責(zé)任公司華晉焦煤沙曲選煤廠，山西 呂梁 033000)

1 概 述

隨著重介質(zhì)選煤工藝的普及，磁鐵礦粉因其物化性能穩(wěn)定、真密度高、原料分布廣、易于回收等優(yōu)勢(shì)，被選煤廠作為主要分選介質(zhì)廣泛使用，已成為重介質(zhì)洗選生產(chǎn)工藝的主要成本構(gòu)成[2]。在重介選煤工藝中，由磁鐵礦粉組成的懸浮液，因其含量的多少，對(duì)洗選效果起決定性作用，然而重介質(zhì)消耗水平又是衡量全廠生產(chǎn)工藝和管理水平的重要技術(shù)指標(biāo)。

沙曲選煤廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為800萬t/a，主要入洗2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤，煤質(zhì)為低灰、低硫、特低磷、高發(fā)熱量、強(qiáng)粘結(jié)性的優(yōu)質(zhì)主焦煤。產(chǎn)品為12級(jí)、14級(jí)焦精煤，洗混煤。選煤工藝為毛煤動(dòng)篩(淺槽)排矸，原煤預(yù)脫泥有壓兩產(chǎn)品旋流器主再選(A、B兩套系統(tǒng)，產(chǎn)品外運(yùn)膠帶共用)，粗煤泥TBS分選，煤泥水浮選工藝。

重介質(zhì)性質(zhì)的好壞及其懸浮液性質(zhì)的穩(wěn)定成為精確分選的先決條件[3]。當(dāng)前，精益化管理在山西焦煤集團(tuán)的大力推廣下，本著節(jié)約資源、降低消耗的原則。沙曲選煤廠通過生產(chǎn)實(shí)踐逐漸在磁鐵礦粉的進(jìn)廠檢驗(yàn)、減少產(chǎn)品帶介及優(yōu)化介質(zhì)回收工藝等方面，及時(shí)分析和查找各種不足，采取相應(yīng)的技術(shù)手段或管理措施，通過在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用磁性物含量測(cè)量?jī)x技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中的磁性物含量全方位跟蹤、監(jiān)測(cè)。

2 重介懸浮液中磁性物及煤泥含量的測(cè)定與動(dòng)態(tài)平衡

懸浮液中的磁性物濃度主要是通過在線和離線2種方式來檢測(cè)，在線檢測(cè)的方式主要由傳感器和轉(zhuǎn)換器(傳感器和轉(zhuǎn)換器為一體式)及連接電纜等組成，運(yùn)用測(cè)試技術(shù)原理，將檢測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)換成易于監(jiān)測(cè)和處理的電信號(hào)，再參照特定的計(jì)算方式，從而得到鐵礦漿中磁性物含量的具體數(shù)據(jù)。通過電流信號(hào)讀取密度計(jì)和磁性物含量計(jì)的檢測(cè)數(shù)值，再由特定的數(shù)學(xué)模型公式[4]，計(jì)算得出的重介懸浮液中煤泥百分含量。

在重介選煤工藝流程中，懸浮液中煤泥的含量是影響分選效果的重要因素之一，煤泥含量太低，不利于介質(zhì)的穩(wěn)定；煤泥含量太高，則會(huì)影響分選效果，并增大介耗[5]。在重介選煤智能化項(xiàng)目中，為精益化管控生產(chǎn)系統(tǒng)中懸浮液重介質(zhì)的分布情況，在生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)流程上安裝磁性物含量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)密度調(diào)節(jié)滯后的問題，設(shè)計(jì)了一套濃介質(zhì)添加系統(tǒng)，通過智能密控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)灰分、密度快速調(diào)節(jié)的目的。

3 濃介質(zhì)懸浮液動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)控

3.1 濃介添加階段的監(jiān)控

濃介質(zhì)添加系統(tǒng)參與重介選煤智能化系統(tǒng)的連鎖控制，見圖1。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)再選合介桶液位高于再選合介桶液位設(shè)定值、再選密度高于再選密度設(shè)定值、串介分流閥門閥位低于串介閥門開度設(shè)定值、濃介桶液位低于濃介桶液位設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉FV3002、打開FV3004，對(duì)濃介桶進(jìn)行補(bǔ)介；當(dāng)濃介桶液位超過濃介桶液位設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開FV3002、FV3004停止補(bǔ)介。

圖1 濃介質(zhì)添加系統(tǒng)自動(dòng)控制示意

在濃介泵出料管上的磁性物含量計(jì)不僅可以實(shí)時(shí)檢測(cè)濃介質(zhì)中磁性物的含量；還可以檢測(cè)濃介添加泵出料管清洗過程的時(shí)間和效果，精準(zhǔn)控制濃介系統(tǒng)停機(jī)后自動(dòng)補(bǔ)水。

3.2 主再洗分選階段的監(jiān)控

根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)，重介質(zhì)懸浮液密度在正常生產(chǎn)過程中，合格介質(zhì)桶中懸浮液密度隨生產(chǎn)時(shí)間的推移逐漸減小，而合介桶液位呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)[6]。重介智能化項(xiàng)目投入運(yùn)行后，在主再洗合介管道上設(shè)旁路增加磁性物含量測(cè)量?jī)x，主再洗合介桶磁性物含量監(jiān)測(cè)見圖2。通過以太網(wǎng)通訊將合格介質(zhì)密度測(cè)量?jī)x和磁性物含量測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)綇S調(diào)度顯示屏上[7]，利用下位機(jī)程序?qū)z測(cè)到的磁性物含量值、桶位及密度值分析計(jì)算，智能控制合介分流閥和補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥，使調(diào)度操作員實(shí)時(shí)掌握懸浮液的黏度(煤泥含量)，進(jìn)而通過控制固定篩下分流閥門來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行脫泥，從而降低懸浮液的黏度，滿足重介選煤工藝要求[8]。

圖2 主再洗合介桶磁性物含量監(jiān)測(cè)示意

4 稀介質(zhì)懸浮液動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)控

重介選煤智能化項(xiàng)目建設(shè)過程中，對(duì)原有生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造優(yōu)化，將固定篩和振動(dòng)脫介篩前1/3部分排出的介質(zhì)懸浮液，一部分直接返回合格介質(zhì)桶循環(huán)復(fù)用，另一部分返回濃介桶作為濃介系統(tǒng)添加使用；將系統(tǒng)分流及振動(dòng)篩后2/3部分排出的懸浮液作為稀介質(zhì)流，經(jīng)噴水凈化、磁性回收等工藝返回合介桶。

4.1 振動(dòng)篩凈化過程

在脫介振動(dòng)篩中部上方安裝噴水管，配置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，基于PID控制的噴水流量調(diào)節(jié)閥智能控制的方法，使噴水流量始終穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。在噴水系統(tǒng)上采用了“一管雙噴”的方式，使物料的噴水面積增大；同時(shí)將噴頭采用錯(cuò)位的方式安裝，可縮短噴嘴間的距離，有效避免水幕斷層、斷檔的現(xiàn)象。

觀察發(fā)現(xiàn)，噴水角度對(duì)物料的影響較大，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)整角度后，物料受水幕的沖洗面積和沖洗時(shí)間大幅度提高，物料翻滾、浮動(dòng)的效果明顯改善；同時(shí)重介質(zhì)受物料的自身翻滾運(yùn)動(dòng)，相互碰撞摩擦，對(duì)脫介效果起到積極的促進(jìn)作用。振動(dòng)篩的有效脫介，可以充分降低磁選機(jī)入料濃度，有助于提高磁選機(jī)分選效果。

4.2 磁選機(jī)回收過程

磁選機(jī)的工作效果不僅與其本身的結(jié)構(gòu)與性能有關(guān)，還與磁選機(jī)入料懸浮液中的磁性物含量及粒度組成等因素有關(guān)[9]，重介選煤智能化項(xiàng)目中，對(duì)A系統(tǒng)主再洗9臺(tái)磁選機(jī)的運(yùn)行工況、磁選效果進(jìn)行升級(jí)改造。在磁選機(jī)選礦箱上安裝導(dǎo)向脈沖液位計(jì)，用于監(jiān)測(cè)選礦箱液位，實(shí)時(shí)判斷磁選機(jī)箱體內(nèi)物料集聚和流動(dòng)情況，間接判斷磁選機(jī)運(yùn)行效果；在電氣控制回路上增加電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流監(jiān)測(cè)裝置，通過以太網(wǎng)通訊傳輸技術(shù)，集控室上位機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)選礦箱液位、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流及磁選尾礦分選效果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)磁選機(jī)異常工況進(jìn)行報(bào)警。

重介選煤工藝中磁選法是凈化回收磁選鐵礦的最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法，磁選效率和磁性物回收率是磁選機(jī)回收效果的評(píng)定指標(biāo)[10]，因此，在各精煤磁選機(jī)和中煤磁選機(jī)尾礦匯合管道上分別安裝磁性物含量計(jì)，主再洗系統(tǒng)磁選機(jī)回收工藝磁性物含量監(jiān)測(cè)見圖3。

圖3 主再洗系統(tǒng)磁選機(jī)磁性物含量監(jiān)測(cè)示意

5 重介懸浮液密度調(diào)節(jié)滯后的解決方案

5.1 精煤灰分的精準(zhǔn)檢測(cè)

重介智能化的核心是在精煤皮帶上安裝1臺(tái)高精度煤質(zhì)分析儀，為洗選控制系統(tǒng)提供了精準(zhǔn)的灰分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“灰分+密度”智能調(diào)控。在使用過程中，通過對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)的采集，從后臺(tái)曲線中可以看出，當(dāng)重介精煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)超出限值后，系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整重介懸浮液分選密度，保證灰分?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定。如圖4所示，灰分控制目標(biāo)設(shè)定值為11.10%，通過對(duì)懸浮液分選密度與精煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)的智能分析，計(jì)算工藝滯后時(shí)間T0與分析儀容量滯后時(shí)間T1，確定系統(tǒng)執(zhí)行周期T為15 min。圖4為重介系統(tǒng)精煤灰分指標(biāo)智能模塊控制的連續(xù)6 h灰分曲線。

圖4 精煤灰分指標(biāo)連續(xù)6 h控制曲線

5.2 密度添加的智能化控制

濃介質(zhì)添加系統(tǒng)是重介智能化的另一個(gè)組成部分，通過PLC控制，當(dāng)主洗合介桶懸浮液密度降低到預(yù)設(shè)的密度時(shí)，密度偏差達(dá)到0.006 kg/L、持續(xù)時(shí)間150 s后，自動(dòng)啟動(dòng)濃介泵，由濃介桶向合介桶內(nèi)供應(yīng)磁性物含量高的重介質(zhì)。

在原有系統(tǒng)上增加濃介添加系統(tǒng)，密度控制方式有所改變。為了確保濃介添加系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證桶內(nèi)濃度均勻，在濃介桶底部安裝1根壓縮空氣管，對(duì)稱安裝8個(gè)進(jìn)風(fēng)口(手動(dòng)控制)，在濃介泵入料管上增加壓縮空氣，定期對(duì)桶內(nèi)重介質(zhì)吹風(fēng)，同時(shí)在桶上增加補(bǔ)水管。經(jīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，當(dāng)主洗合介桶密度偏差在0.01 kg/L時(shí)，通過對(duì)電動(dòng)、氣動(dòng)閥門的閉鎖控制，利用磁性物含量計(jì)檢測(cè)濃介添加泵出料管磁性物含量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用對(duì)添加泵變頻控制的方式，只需2 min就能完成密度差的調(diào)節(jié)。

5.3 應(yīng)用效果

通過應(yīng)用中子活化煤質(zhì)分析儀，配合智能密控系統(tǒng)，使得設(shè)備運(yùn)行期間灰分回控系統(tǒng)的灰分偏差為0.26%，較(調(diào)度數(shù)據(jù))傳統(tǒng)人工灰分標(biāo)準(zhǔn)偏差0.44%，降低了0.18個(gè)百分點(diǎn)。

6 結(jié) 語

沙曲選煤廠重介智能化項(xiàng)目在懸浮液磁性物流體變化環(huán)節(jié)上采取單獨(dú)監(jiān)測(cè)的方式，在凈化回收上采取一系列改進(jìn)措施，提高了系統(tǒng)回收穩(wěn)定性；同時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化改造，將分流合格介質(zhì)調(diào)節(jié)密度方式優(yōu)化為加介量大、密度高的濃介添加系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)密度，提高了重介懸浮液智能密度控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和靈敏性，得到了良好的控制效果，給選煤廠帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。