沙曲選煤廠重介分選智能化的研究與實踐

張治軍，周海淵，郭世明，薛學勇

(1.山西焦煤集團 洗選加工部， 山西 太原 030024； 2.華晉焦煤集團 沙曲選煤廠， 山西 呂梁 033300)

重介分選密度智能控制是重介選煤廠的核心和關鍵技術，目前絕大部分重介選煤廠基本實現了重介分選密度自動補水，但未實現自動分流，補介更是需要人工參與。基于重介精煤灰分進行密度智能設定與控制，受限于精煤灰分在線檢測存在難度，目前實現重介密度智能設定與控制沒有得到很好地解決。

沙曲選煤廠是一座處理能力8 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠。重介分選采用兩段兩產品重介旋流器主再洗分選工藝。從控制角度講，密度控制獨立實現，具備控制靈活性，但現重介分選系統存在如下問題：沙曲礦井不同工作面煤質差別較大，礦井無法實現分裝、分運，地面無法實現分儲，以致煤質均值化難以實現；重介分選目前依靠手動遠程調節密度，手動調節分流量，煤質波動和工況波動時，密控系統適應性存在較大問題，選后產品質量穩定性不易控制。選煤廠為保證用戶權益，只能生產低灰分產品，即要求灰分11%的產品，只能考慮按精煤產品灰分10%～10.5%生產。這樣，保證了產品質量合格，但精煤損失大，未能實現效益最大化。為此，亟需開發應對煤質波動和工況波動的密度智能設定與控制系統，實現自動補水、自動分流、自動補介。

1 系統建設目標

開發重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量寬域智能控制系統，保證重介分選精度，保證重介精煤產品質量；開發基于重介精煤灰分的重介懸浮液密度智能設定控制系統，實現產品質量穩定前提下最大限度提高精煤回收率。

2 系統設計與實施方案

2.1 重介分選智能化整體架構設計

該廠重介分選智能控制主要包括以下部分：1) 旋流器入口壓力閉環控制。2) 重介懸浮液密度、煤泥含量智能控制。3) 重介分選相關桶位閉環控制。4) 重介懸浮液密度設定值智能控制。其全流程控制結構見圖1.

圖1 重介分選全流程控制結構圖

2.2 高精度重介精煤灰分檢測設計

安裝中子活化多元素煤質分析儀1臺，安裝于704精煤皮帶上方。該分析儀自帶自動采制樣系統一套，為提高中子活化儀采集精度，系統設計了旁線采集方式，取樣源自精煤離心機下溜槽，樣品經取樣器、皮帶輸送、破碎、斗提機、分析儀進行分析(分析過程同步留樣，用于驗證和標定用)，其他分析完料樣返回到704皮帶中，整個采制樣過程連續自動運行。自動采制樣裝置工藝見圖2.

圖2 重介精煤自動采制樣裝置圖

中子活化多元素煤質分析儀采用中子活化瞬發γ分析(PGNAA)技術，慢化后的熱中子照射煤樣，煤中各元素原子核與中子發生熱中子俘獲反應，放射出不同能量的特征γ射線，通過檢測特征γ射線的能量辨識物料中元素種類，通過檢測特定能量γ射線的強度計算出元素含量。中子活化原理見圖3.

圖3 PGNAA原理圖

中子活化技術采用中子源做為激發源，中子呈電中性，具有極強穿透能力，可實現物料全斷面檢測，檢測代表性更強。探測器接收到能量較高的伽瑪射線，不受水汽、粉塵等惡劣環境的影響，現場適應性更好。中子活化技術可實現對煤中灰成分分析，灰分檢測精度不受灰成分變化影響。檢測精度高，精煤檢測精度優于0.3%. 中子活化多元素煤質分析儀安裝后，經標定并進行了實驗室化驗灰分與檢測灰分的對比分析，數據分析結果見圖4，分析儀和人工采制化之間的標準誤差為0.21.

圖4 分析儀測量值和人工化驗值曲線圖

2.3 重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量智能控制

重介旋流器入口壓力自動控制是實現重介分選的基本條件，采用PID控制算法即可實現。桶位控制和密度、煤泥含量控制密切相關。

重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量智能控制是典型的多輸入多輸出控制系統，分析重介懸浮液密度、磁性物含量、煤泥含量、合介桶桶位、補水閥開度等變量的耦合特性。針對重介懸浮液密度、煤泥含量控制系統是一個多輸入(密度值、磁性物含量給定、桶位和自動補水閥開度給定)和多輸出(自動補水閥、自動分流閥、自動補介泵)系統，建立基于PID控制的補水閥開度控制和基于預測控制的分流閥開度、補水泵變頻器頻率預測模型，從而實現自動補水、自動分流和自動加介，保證懸浮液密度在設定值上下波動范圍不超過±0.005 g/cm3，控制基本框架見圖5.

圖5 重介懸浮液密度煤泥含量雙變量寬域智能控制架構圖

2.4 基于灰分的重介懸浮液密度設定值智能控制

采集重選精煤灰分在線檢測值，基于重介精煤灰分統計過程控制(SPC)分析，確立合理的煤質波動模型，以此為基礎，建立基于預測控制算法來實現密度值自動設定的復雜控制系統，系統包含內環和外環，其中內環為密度、煤泥含量雙變量智能控制，外環為基于灰分的重介密度智能設定，控制邏輯見圖6.

圖6 基于精煤灰分的重介懸浮液密度智能設定控制系統架構圖

3 運行效果

系統在沙曲選煤廠進行了工業性試驗，通過2個月的調試運行，目前已經實現了重介分選過程的透明檢測，實現了重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量寬域調節，實現了基于精煤灰分指標的重介分選密度的智能設定，監控界面見圖7，圖8，目前系統進入實際運行階段。

圖7 重介懸浮液密度、煤泥含量智能控制界面

圖8 基于灰分的密度智能設定運行曲線圖

實施重介分選智能控制后，對1分鐘灰分值、10分鐘灰分值和1小時灰分值進行統計分析，結果見表1. 從表1可以看出，小時灰分值在目標值要求10.5%的情形下，實際控制到10.356%，標準差為0.196%，實現了高精度控制。

表1 重介分選過程智能控制下的灰分指標表

經濟效益估算：按沙曲選煤廠2018年的生產任務，單系統入洗能力為4.5 Mt/a，精煤260萬t，當年精煤售價為1 400元/t，中煤售價150元/t，按照重介精煤回收率提高0.8%考慮，產生利潤為：260×0.8%×(1 400-150)=2 700萬元，則每年可創造經濟效益2 700萬元以上。

4 結 語

重介分選智能化系統的實施，有效提升了沙曲礦選煤廠重介分選的智能化水平，降低了操作人員的勞動強度，提高了選煤廠的經濟效益和社會效益。