洗煤廠入洗原煤煤量均衡化系統(tǒng)研究

韓春陽，劉巖峰，高燕軍

(1.國家能源集團 烏海能源有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，內(nèi)蒙古 烏海 016000； 2.天津美騰科技股份有限公司軟件開發(fā)部，天津 300110； 3.國家能源集團 烏海能源有限責(zé)任公司駱駝山洗煤廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

由于駱駝山煤礦沒有按期投產(chǎn)，駱駝山選煤廠入洗原煤主要來源為周邊礦原煤，主要是蘇海圖原煤和周邊礦井原煤，煤種總數(shù)量達到30種以上，煤種豐富的同時帶來配煤的復(fù)雜性，煤種入廠化驗結(jié)果記錄，煤種堆放位置提前規(guī)劃；配煤煤種計算配煤策略使得效益最大化。配煤過程要達到精準(zhǔn)的量的控制，入料流量與粒級、水分等多種影響因素[1-5]。現(xiàn)有選煤廠的集控配比工藝由經(jīng)驗豐富的操作工人工核驗配比結(jié)果，通常出現(xiàn)流量偏差大、調(diào)節(jié)及時性差、質(zhì)量不穩(wěn)定[6-10]。駱駝山現(xiàn)場升級改造通過加裝精準(zhǔn)膠帶秤來驗證調(diào)控的結(jié)果形成反向反饋來調(diào)節(jié)PLC下發(fā)到給煤的頻率調(diào)節(jié)流量。預(yù)計2022年礦井投產(chǎn)后主要入洗本礦煤，同時仍兼顧入洗周邊煤礦原煤，由于外購原煤煤質(zhì)波動比較大，為了穩(wěn)定入洗原煤煤質(zhì)與煤量，需通過入選前配煤實現(xiàn)自產(chǎn)煤與外購煤系統(tǒng)順延，保證系統(tǒng)原煤煤量、煤質(zhì)穩(wěn)定。為了實現(xiàn)配煤量、質(zhì)穩(wěn)定的目標(biāo)，從數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)擬合、PID自動控制來等多學(xué)科技術(shù)引入，消除了升級改造項目的技術(shù)風(fēng)險。

1 選前配煤及存在問題

1.1 入選前配煤

外購原煤根據(jù)煤質(zhì)差異在儲煤場分堆儲存，現(xiàn)有混原煤方案為根據(jù)所采煤樣化驗結(jié)果對2～3種煤進行分儲。

原煤有8個受煤坑，坑底加裝有8臺給煤機，編號分別為123、124、125、126、127、128、129、130?，F(xiàn)已對編號為123、125、127、129給煤機進行了升級改造加裝變頻器實現(xiàn)遠(yuǎn)程、就地頻率控制。

主運洗301膠帶機頭加裝有301A電子膠帶秤，通過觀察膠帶帶煤情況、301A電子膠帶秤的計量結(jié)果，手動調(diào)節(jié)變頻器頻率實現(xiàn)不同坑煤的煤量傳輸進行配洗[11-13]。改造前入選工藝如圖1所示。

圖1 改造前入選工藝示意Fig.1 Schematic diagram of selected process before transformation

1.2 存在問題分析

(1)由于無在線檢測煤質(zhì)儀器，僅通過人工化驗數(shù)據(jù)判斷煤質(zhì)變化，存在1～2 h的滯后。

(2)301A膠帶秤距坑煤距離較遠(yuǎn)反饋調(diào)節(jié)存在幾分鐘的滯后，入料發(fā)生改變時無法在第一時間發(fā)出指令進行系統(tǒng)調(diào)優(yōu)。

(3)不同的坑煤流量與頻率并非單純的線性關(guān)系。

(4)人工經(jīng)驗調(diào)整存在不確定性。經(jīng)驗豐富的崗位操作工可以嫻熟地操控系統(tǒng)，但精神高度緊張長時間工作易疲勞。

1.3 系統(tǒng)需達到目標(biāo)

(1)通過流量實驗確定煤流量與頻率的函數(shù)關(guān)系，發(fā)生偏差動態(tài)調(diào)整頻率，保證原煤流量及時控制。

(2)實現(xiàn)301主入洗膠帶混煤料級穩(wěn)定及入洗量的自動調(diào)節(jié)。

(3)配煤過程中閉鎖邏輯由控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

(4)評價指標(biāo)：30 min的301主入洗膠帶煤量平均值與設(shè)定值的偏差在±7%。

2 技術(shù)方案

2.1 硬件升級

(1)增加3臺電子膠帶秤。稱重給料機將經(jīng)過膠帶上的物料，通過稱重秤架下的稱重傳感器進行檢測質(zhì)量，以確定膠帶上的物料質(zhì)量；裝在尾部滾筒或旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的數(shù)字式測速傳感器，連續(xù)測量給料速度，該速度傳感器的脈沖輸出正比于膠帶速度；速度信號與重量信號一起送入膠帶給料機控制器，產(chǎn)生并顯示累計量、瞬時流量。給料控制器將該流量與設(shè)定流量進行比較，由控制器輸出信號控制變頻器調(diào)速，實現(xiàn)定量給料的要求?？赏衔籔C機設(shè)定各種相關(guān)參數(shù)，并與PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。設(shè)備名稱及安裝位置見表1。

表1 設(shè)備名稱及安裝位置Tab.1 Equipment name and installation position

膠帶秤在安裝時應(yīng)滿足以下空間位置要求：落煤不對電子膠帶秤產(chǎn)生擊打，增加底托防止膠帶跳動影響計量精度。膠帶秤受料段縱向中心應(yīng)與料倉下料料流中心線重合，料流自然堆積應(yīng)均勻分布在膠帶秤受料段中心線兩側(cè)，且按料流方向距受料段前后沿各保持5 cm的距離，料流堆積高度不漫料。下料嘴不得與膠帶接觸，下端距膠帶保留5 mm或是2～3倍正常物料直徑的距離。同時自然堆積的物料邊緣距膠帶邊緣兩側(cè)均不小于3 cm的距離，當(dāng)采用裙邊膠帶時，物料自然堆積的斜面與裙邊的交線應(yīng)低于裙邊上緣至少1 cm的距離。膠帶秤下方距主膠帶高度不低于300 mm，并安裝輸料溜槽保證料流均勻分布在主膠帶中心。膠帶秤安裝適應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)木S修維護空間，以便于后期作業(yè)。

改造后入選工藝如圖2所示。

圖2 改造后入選工藝示意Fig.2 Schematic of selected process after transformation

(2)TDS智能干選機可調(diào)取工藝參數(shù)。TDS智能干選機通過X射線和圖像識別技術(shù)，運用深度學(xué)習(xí)算法等先進技術(shù)，對煤和矸進行識別，實現(xiàn)了對塊煤的精準(zhǔn)識別與分選。TDS智能干選機不用水、不產(chǎn)生煤泥、加工成本低、塊煤產(chǎn)率高。

2.2 主配煤邏輯

主配煤邏輯如圖3所示，主配煤配比計算邏輯如圖4所示，主配煤流量反饋如圖5所示。

圖3 主配煤邏輯Fig.3 Main coal blending logic

圖4 主配煤配比計算邏輯Fig.4 Calculation logic of main coal blending ratio

圖5 主配煤流量反饋Fig.5 Main coal blending flow feedback

顯示配煤任務(wù)的運行開始時間、運行情況(不同煤質(zhì)的處理量)、已運行時長、調(diào)節(jié)次數(shù)、目標(biāo)流量；膠帶秤流量曲線、總體啟、?？刂?；不同煤種的比例設(shè)定、總目標(biāo)流量的設(shè)置；不同現(xiàn)場運輸流程單獨定義；報警記錄，顯示最后報警且未消警記錄；配煤記錄主要是給煤機的啟、?？刂?、頻率的調(diào)整記錄。

3 給煤機與流量函數(shù)關(guān)系

實驗過程中，震動給煤機每次調(diào)高1 Hz的變頻器頻率，運行1 min隨機記錄3次流量，流量為每小時取3次瞬時流量的平均值，并且通過累計運量進行流速驗證，取1 min流量均值得到的數(shù)據(jù)見表2。流量分布與擬合曲線如圖6所示。

表2 頻率與流量的關(guān)系Tab.2 Relationship between frequency and flow

圖6 流量分布與擬合曲線Fig.6 Flow distribution and fitting curve

通過以上數(shù)據(jù)擬合，得出煤流量與給煤機頻率的方程式：

Y=-0.000 232 5X3+0.022 49X2+9.54

4 均衡PID算法

PID算法是應(yīng)用非常廣泛的控制算法，小到控制一個元件的溫度，大到控制無人機的飛行姿態(tài)和飛行速度等，都可以使用PID來控制。從原理上來講，PID(Proportion Integration Differentiation)其實就是指比例、積分、微分控制，每項前都有一個系數(shù)，公式呈離散化，很適合用編程來實現(xiàn)。在工程實踐中，如果要確定3個項的系數(shù)，需要進行大量的實驗，選取合適的系數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)良的控制器，PID調(diào)節(jié)器原理如圖7所示。

圖7 PID調(diào)節(jié)器原理Fig.7 PID regulator principle

4.1 可調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)

(1)123、125、127、129給煤機的頻率、啟停。

(2)124、126、128、130給煤機的啟停。

4.2 調(diào)整邏輯

(1)設(shè)定131帶式輸送機輸送物料的瞬時量最大值為710 t/h(可配置)。

(2)設(shè)定301帶式輸送機輸送物料的瞬時量目標(biāo)值為330～560 t/h(人工根據(jù)煤質(zhì)變化配置)。

(3)根據(jù)原煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)(人工化驗)，設(shè)定131A膠帶秤的瞬時量目標(biāo)值為Q1，131B膠帶秤的瞬時量目標(biāo)值為Q2，Q1∶Q2的比例為m，此時理論計算的Q值應(yīng)為目標(biāo)Q值。

(4)301膠帶瞬時量的穩(wěn)定區(qū)間為目標(biāo)值Q±80 t/h(Q及80均可配置)，當(dāng)目標(biāo)帶煤量突破區(qū)間時，觸發(fā)調(diào)整邏輯。

(5)301膠帶瞬時量

(6)301膠帶瞬時量>Q+80 t/h時，Q1及Q2同比例降低，將301膠帶瞬時量穩(wěn)定在Q±80 t/h范圍內(nèi)。

(7)當(dāng)Q1+Q2≥710 t/h時，Q1及Q2同比例降低，確保131膠帶的瞬時量最大值不超過710 t/h。

(8)統(tǒng)計30 min的301膠帶瞬時煤量平均值Q與設(shè)定值的偏差是否在±7%，如果超過了±7%，需優(yōu)化PID參數(shù)及允許的瞬時量波動范圍。

(9)更換原煤后，需手動調(diào)整Q的目標(biāo)值，此時m不變，Q1和Q2值自動跟隨Q調(diào)整，人工可手動調(diào)整配比m，匹配原煤的粒度組成。

5 結(jié)論

(1)通過簡易的設(shè)備升級改造，解決了入洗原煤流量的穩(wěn)定，充分利用不同工藝保證入洗均衡。

(2)工藝前置生產(chǎn)條件有效監(jiān)控，防止入洗波動造成壓料、積料、欠料，降低故障影響生產(chǎn)時長。

(3)入洗混料中尚欠缺對于粒級準(zhǔn)確識別的系統(tǒng)，未細(xì)分0.25 mm以下脫泥分選比例、0.25～1.5 mm粗泥的分選比例以及磁選等工藝。主入洗給料過程將是后期精細(xì)化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，同時也是智能化升級改造不可或缺的工藝內(nèi)容。