臨渙選煤廠浮選灰分閉環控制系統改造的探索與應用

孫自強

[摘? ? 要]文章介紹了臨渙選煤廠生產過程中浮精灰分檢測及控制手段落后，對生產操作指導滯后的技術難題，總結臨渙選煤廠西區浮選灰分閉環控制改造的紀實，并對整體探索改造的經濟效益進行評價，分析改造推廣應用的前景。

[關鍵詞]浮選灰分;閉環控制;系統改造

[中圖分類號]TD94 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–02

Exploration and Application of the Reformation of the Flotation Ash Closed-Loop Control System at Linhuan Coal Preparation Plant

Sun Zi-qiang

[Abstract]This article introduces the technical problems of backward float ash detection and control methods in the production process of Linhuan Coal Preparation Plant， and lags behind the production operation guidance. It summarizes the documentary of the closed-loop control transformation of flotation ash in the west area of Linhuan Coal Preparation Plant， and provides an overall Explore the economic benefits of the transformation to evaluate， and analyze the prospects for the promotion and application of the transformation.

[Keywords]flotation ash; closed-loop control; system transformation

1 概況

臨渙選煤廠是一座原設計入選原煤3.0 Mt/a的中央型煉焦煤選煤廠，該廠主要精煤產品為煉焦精煤。近年來，通過不斷的技術改造及工程擴建，目前該廠生產能力已達到16.0 Mt/a以上。

臨渙選煤廠西區采用全原煤重介-精煤泥截粗+浮選-尾煤壓濾的工藝流程。其中浮選崗位是質量崗位，是選煤生產效益的源頭，目前臨渙選煤廠生產過程浮精灰分檢測、控制手段主要依靠人工操控，對生產操作指導相對滯后且不確定因素較多，影響產品指標穩定控制和產率挖潛。

2 改造前技術難題分析

目前生產過程浮精灰分檢測主要依靠人工采樣化驗，每小時得出一組數據，且人工采樣不可控因素太多，而且臨渙選煤廠入洗礦別原煤多，煤質煤種和產品結構多，一個小時一次灰分化驗結果對生產操作指導滯后，影響產品指標控制和產率挖潛。

現階段對浮選機尾礦閘板、藥劑添加主要依靠人工憑經驗的操控，不確定因素較多。人工手動控制加藥量難以精確，易造成藥劑浪費，且直接影響產品質量，且浮選藥劑是化學藥劑，生產環境氣味刺鼻，藥劑揮發及長時間接觸也會對職工身體造成一定的傷害。

浮選精煤產率是選煤廠主要效益來源，要實現效益最大，浮選精準操控是關鍵。為提高浮精檢測及時和準確性，有效指導生產過程控制，實現產品質量最優，產率最大化，改善職工工作環境，降低職工勞動強度，進行浮選灰分閉環控制改造十分必要。

3 改造技術方案及發明要點

3.1 控制浮選機入料濃度、流量穩定，藥劑量的控制采用前饋+反饋控制方案

前饋控制主要根據進入浮選機的濃度和流量計算出入浮的實時干煤泥量，根據該煤種在該浮選機下的噸煤藥耗，藥劑添加量=干煤泥量×噸煤藥耗+修正值;反饋控制是將浮選精煤灰分引入控制中，形成浮選精煤質量的閉環控制，根據分步釋放試驗，研究浮精灰分偏差（反饋灰分與設定灰分之差）與藥劑量之間的關系，構建灰分偏差下藥劑用量偏差，根據藥劑用量偏差的大小調整當前藥劑流量，如圖1所示。

系統一共有3種控制模式，手動模式下操作人員直接設定當前兩種藥劑的流量值即可，忽略干煤泥量和精煤灰分的影響。自動模式主要由前饋控制方式實現。智能模式是前饋控制方式和反饋控制方式相結合。如圖2所示。

3.2 檢測單元部分

3.2.1 使用E+H濃度計和流量計分別檢測浮選入料濃度和流量

濃度計采用的是壓差式密度計，經過轉換計算出濃度，由于壓差式密度計安裝時兩個壓力檢測元件的高度差是已知且恒定的，根據公式ΔP=ρgh，測量壓差即可換算出對應的密度，通過密度濃度轉換關系，將密度轉換成相應的濃度。通過安裝在管道上的流量計實時檢測當前入料的煤泥水流量，已知當前的入浮濃度和流量，即可計算出當前浮選機入浮的干煤泥量的大小，如圖3所示。

3.2.2 使用在線γ-射線測灰儀測得的浮選精煤灰分

通過在加壓過濾機下游的皮帶運輸機上安裝γ-射線測灰儀，實時檢測當前下料的浮選精煤灰分大小。由于浮選精煤的粒度、水分、形狀等性質較為穩定，經過校正后，能夠消除對γ-射線測灰儀測量的影響;但浮選精煤在皮帶運輸機上的厚度對精煤灰分的測量影響較大，為了實現浮選精煤下料的均勻性，加壓過濾機下料通過圓盤給料機均勻下料;同時，加藥過濾機的下料是間斷性，為了能夠讓γ-射線測灰儀較準確的檢測浮選精煤灰分，對測灰儀的檢測算法進行升級，通過加壓過濾機的下料周期進行灰分算法計算，保證浮選精煤灰分的實時準確的檢測。

3.2.3 使用超聲波液位計檢測浮選機槽體液位

通過超聲波液位計實時監測浮選機的液位高低，因為液位的高低會影響浮選機的浮選工況，包括泡沫層厚度、底流跑粗、二次富集等，為了使浮選機處在最佳工況條件下運行，對浮選機的液位實時監測。

3.2.4 使用E+H質量流量計檢測浮選藥劑給藥量

浮選藥劑的添加通過小流量調節閥和質量流量計進行控制和檢測，通過上位機控制閥門開度調節藥劑流量的大小，再通過質量流量計對藥劑流量進行實時監測，使得當前的藥劑流量是所需要的流量大小，并將所建立的藥劑預測模型，融合到控制系統中，通過用ABPLC系統比例、積分PID自動調節，實現通過在線檢測得到的變量作為控制系統的輸入量，能夠實時精準計量出當前藥劑添加量，實現藥劑精準計量的智能控制。

3.3 控制單元部分

（1）使用變頻入料泵閉環控制浮選機入料流量和濃度穩定在一定范圍。

（2）通過檢測到的浮選機槽體液位閉環控制浮選尾礦閘板開度，確保液位穩定和泡沫層厚度適中。

（3）通過檢測到的入浮煤泥量借助分步釋放實驗結果，建立浮選藥劑用量與煤泥量相關關系的數學模型，通過自動調節閥粗調浮選藥劑添加量。

（4）通過灰分儀測得的浮選精煤灰分，聯動浮選機上的具有數字通訊的功能的高精度在線測量質量流量計，實現捕收劑在線檢測功能;安裝專用小流量調節閥，根據煤質遠程調節閥門開度，借助智能控制理論和機器學習原理自動微調藥劑制度（用量、油比）。

4 改造應用情況

現已在臨渙選煤廠西區1#、2#、3#生產系統的浮選精煤皮帶4130#、4230#、4330#上分別安裝一臺雙探測器煤灰分檢測儀，煤灰分檢測儀系統設置一臺服務器，通過通信的方式采集安裝在三條浮煤皮帶上的灰分儀數據，經過理論分析、現場調試以及化驗灰分對比等在線灰分儀的參數，將煤種配比的自動識別和灰分儀參數實現聯動，并根據原煤煤泥含量變化自動調整浮選入料濃度和流量，保證了浮精灰分的穩定可靠精準測量。

對臨渙選煤廠西區1#、2#、3#生產系統的浮選藥劑的添加方式進行改造，采用每臺浮選機一個調節閥對應一個流量計的控制方式。自動狀態下，浮選崗位司機根據煤質的不同，在上位機設定不同的流速，小流量調節閥根據所設定的流速自動調整開度。前端快速切斷閥的開啟，手動或根據現場的給料信號啟動，實現了操作室上位機精確控制加藥量，不再需要人員到現場手動控制，徹底解決了系統在啟車或換煤時，調節穩定滯后時間長，嚴重影響產品質量穩定等問題，改善了職工工作環境，減少浮選藥劑浪費，實現減員提效目標。

5 效益分析

目前臨選廠的浮精合格率在65 %左右，考慮到臨渙選煤廠多煤種入洗的復雜性，浮精合格率可提高到85 %以上。同時解放了采制化人員的繁重勞動，綜合減少相應人員4名。因浮精合格率的提升，精煤產率（同樣煤質情況下）提高0.03 %以上。按照改造后1 000萬t的入洗量，精中煤價格差800元/t計算，提高產率效益：1 000萬t×0.03 %×800元/t=240萬元。

6 結束語

浮選灰分閉環控制系統改造后，能夠快速檢測入料濃度、流量、浮精灰分、藥劑用量，消除人為因素影響;通過先進的檢測、控制手段，降低了職工操作的勞動強度。同時避免了職工直接接觸浮選藥劑，改善了崗位職業健康環境;可根據處理量和不同原煤煤泥含量變化自動調整浮選入料濃度和流量;使用智能控制手段可以保證精煤灰分穩定，提高精煤產率。此項目的實施為智能化選煤廠建設打下基礎，亦可為行業內的其它選礦廠浮選系統升級改造提供借鑒。

參考文獻

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