重介質(zhì)旋流器堵塞報警系統(tǒng)的研究

李 鵬

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電公司洗煤廠，山西 呂梁 033100）

引言

由于我國煤炭分布范圍廣，各個區(qū)域的煤炭特性存在著較大的差異性，因此選煤廠需要對煤炭進(jìn)行分選。特別是隨著各類化工行業(yè)對煤炭品質(zhì)要求的不斷提升，對煤炭的分選精度和效率提出了更高的需求。重介質(zhì)旋流器是一種廣泛應(yīng)用在煤炭分選中的設(shè)備，其分選效率和穩(wěn)定性直接決定了對煤炭分選的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。通過對重介質(zhì)旋流器故障情況的分析，其連接管堵塞已經(jīng)成為影響分選效率和穩(wěn)定性的主要因素，重介質(zhì)旋流器連接管的堵塞是一個漸進(jìn)的過程，由于缺乏監(jiān)測手段，在堵塞前期往往難以發(fā)現(xiàn)，直到堵塞嚴(yán)重、影響分選工作的時候才能變現(xiàn)出來，嚴(yán)重影響了煤炭的分選效率和分選精度。

通過對重介質(zhì)旋流器堵塞情況的分析，在堵塞過程中旋流器入口的壓力會發(fā)生一定的變化，不同的堵塞情況下其壓力情況不一致，因此通過對其入口壓力變化情況進(jìn)行監(jiān)測，即可判斷出連接管的堵塞情況。本文提出了一種重介質(zhì)旋流器堵塞報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)χ亟橘|(zhì)旋流器在工作時的壓力變化情況進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)超出警戒壓力后及時進(jìn)行報警，提醒工作人員及時進(jìn)行清理。根據(jù)實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)的報警精確性達(dá)99.89%，能夠有效提升重介質(zhì)旋流器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 重介質(zhì)旋流器工作原理

當(dāng)懸浮液進(jìn)入到旋流器后，在旋流器作用下從入料口到旋流器的內(nèi)，表面處產(chǎn)生一個向上的外螺旋渦流，在旋流器的軸心位置形成一個向下旋轉(zhuǎn)的內(nèi)螺旋流，在內(nèi)螺旋流的作用下使旋流器內(nèi)形成一個局部負(fù)壓，進(jìn)而不斷地從入料口處吸附原煤和空氣。在旋流器內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的作用下，在旋流器內(nèi)部會形成一個具有不同密度分布的密度場。當(dāng)密度場大于旋流器所產(chǎn)生的分離密度時，向著外螺旋方向偏移，當(dāng)密度場小于旋流器所產(chǎn)生的分離密度時，則向著內(nèi)螺旋方向偏移。最終密度較低的精煤從旋流器中間的出口處流出。密度較大的中煤及煤矸石則從旋流器上側(cè)的分離口進(jìn)入到二段分離器進(jìn)一步的分離，最終分離形成中煤和煤矸石，重介質(zhì)旋流器的工作原理如圖1 所示[1]。

圖1 重介質(zhì)旋流器工作原理示意圖

2 連接管堵塞原因

旋流器連接管堵塞的原因分為多種，通過對其堵塞原因的統(tǒng)計分析，主要原因包括入料粒度過大、雜物堵塞、煤質(zhì)變化，以上三類原因占據(jù)了連接管堵塞原因的95%以上[2]。

1）入料粒度過大。目前旋流器一般要求入料的煤炭顆粒直徑不大于50 mm，當(dāng)多個粒度過大的顆粒集聚在連接管處時就會形成一個堵塞體，最終逐漸地堵塞整個連接管。對該類型的堵塞可以通過控制破碎機(jī)煤粒度并在進(jìn)入旋流器前進(jìn)行篩分，來降低因入料粒度過大而導(dǎo)致的堵塞。

2）雜物堵塞。雜物堵塞是指煤炭中含有鐵絲、線絨等，這些物體能夠纏繞在一起，形成一個大塊的堵塞體，導(dǎo)致連接管堵塞。

3）煤質(zhì)變化。煤質(zhì)對旋流器的工作穩(wěn)定性影響極大，當(dāng)進(jìn)入到旋流器內(nèi)的煤炭精煤量降低后，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的中煤和煤矸石的混合體數(shù)量增加，因此就會影響到連接管的通暢率，導(dǎo)致堵塞。

在旋流器工作的時候，隨著分流的進(jìn)行，在入料口處會形成一定的壓力，若連接管出現(xiàn)堵塞，則入料口處的壓力將會發(fā)生變化，而且壓力變化情況將隨著入料口堵塞程度的不同呈現(xiàn)出顯著的差異性，因此只需要對入料口處的工作壓力進(jìn)行監(jiān)測，即可對入料口的堵塞情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3 堵塞報警控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了滿足對旋流器入料口壓力變化情況的監(jiān)測，本文提出了一種新的壓力聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)[3]，在重介質(zhì)旋流器入料口的水平段設(shè)置一個范圍為0～0.5 MPa的壓力表，在監(jiān)測時以電流信號來對應(yīng)壓力信號的變化，通過屏蔽電纜將系統(tǒng)各個儀表設(shè)備進(jìn)行連接，形成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，該堵塞報警控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，圖中KINGVIW 表示組態(tài)王控制軟件。

圖2 堵塞報警控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該控制系統(tǒng)中壓力表用于對入料口處的工作壓力變化情況進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果傳輸給西門子300PLC 控制系統(tǒng)，同時控制系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的“壓力-堵塞”情況匹配表[4]，對連接管處的堵塞情況進(jìn)行判斷，當(dāng)超過系統(tǒng)設(shè)定的警戒值后，開始進(jìn)行報警。若系統(tǒng)的堵塞情況繼續(xù)升高超過系統(tǒng)設(shè)定的停機(jī)點后，自動控制重介質(zhì)旋流器停止運(yùn)行，以保證設(shè)備的運(yùn)行安全性。

在該堵塞報警控制系統(tǒng)中，還加入了組態(tài)王控制軟件[5]，能夠?qū)ΡO(jiān)測過程中的壓力顯示曲線進(jìn)行記錄、實時調(diào)取，同時能夠定期輸出旋流器運(yùn)行狀態(tài)分析報告，對運(yùn)行過程中的堵塞異常進(jìn)行分析，從而為從源頭解決堵塞、提高旋流器運(yùn)行可靠性奠定基礎(chǔ)。

4 重介質(zhì)旋流器控制邏輯及應(yīng)用

為了保證重介質(zhì)旋流器堵塞報警系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)采用了“電流-壓力”轉(zhuǎn)換控制邏輯[6]，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了不同階段的預(yù)警值，不同的數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲器內(nèi)，從而能夠有效提升數(shù)據(jù)的提取效率和便捷性。在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了數(shù)據(jù)的存儲屬性[7]，便于每次關(guān)機(jī)再啟動后能夠保持前一次的數(shù)據(jù)設(shè)定情況。在控制邏輯中加入了超低限壓力判斷邏輯，以持續(xù)的低壓力情況作為觸發(fā)停機(jī)控制邏輯。在上位機(jī)界面內(nèi)設(shè)置壓力信號轉(zhuǎn)換控制程序，將系統(tǒng)壓力實時轉(zhuǎn)換為動態(tài)的邏輯存儲信號，便于追溯在監(jiān)測期間重介質(zhì)旋流器的工作情況。

目前該重介質(zhì)旋流器堵塞監(jiān)測報警系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，根據(jù)實際監(jiān)測，該系統(tǒng)在1 839 次報警中，有2 次報警為入料口入料情況波動導(dǎo)致的誤報警，其他報警狀態(tài)均與實際相符，報警準(zhǔn)確性達(dá)到了99.89%，極大地提升了重介質(zhì)旋流器的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

5 結(jié)語

1）旋流器連接管堵塞的原因包括入料粒度過大、雜物堵塞、煤質(zhì)變化，三類原因占據(jù)了連接管堵塞原因的95%以上。

2）重介質(zhì)旋流器壓力監(jiān)測報警系統(tǒng)，能夠?qū)θ肓峡谔幍膲毫ψ兓闆r進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警，監(jiān)測準(zhǔn)確率高達(dá)99.89%，能夠有效提升重介質(zhì)旋流器的運(yùn)行穩(wěn)定性。