重介選煤加介工藝流程自動化改造

田 峰

（西銘礦選煤廠，山西 太原 030052）

引言

重介質選煤是一種效率高、應用廣泛的選煤工藝，在重介質選煤過程中，懸浮液的介質會產生損耗，從而改變懸浮液密度，若沒有及時補充重介質，就會造成懸浮液密度降低，本該上浮的原煤就會下沉至浮選槽底部，和矸石一起被處理，降低了精煤產量。選煤廠采用人工開閉閥門向合介桶內添加介質的加介工藝，人工操作不但需要多人配合，對懸浮液密度的控制也不精確，容易造成介質浪費，而且嚴重時還會產生生產事故。為了改變上述局面，對原有加介工藝進行自動化升級改造。

1 重介選煤工藝與加介原理

重介選煤工藝的具體做法：將混有矸石的原煤置于水中，加入某種介質使混合液密度增加，密度小的精煤浮于上層，密度大的矸石沉淀在浮選槽底部，利用阿基米德原理將精煤與矸石分離開來。重介質選煤工藝通過控制介質的量調節混合液密度，該工藝具有分選精度高、效率高的優點，因此被廣泛應用。重介選煤的四級分選步驟依次為塊煤淺槽分選、末煤重介旋流器分選、原煤脫泥分選、粗煤泥分選。選煤過程的各分選步驟中懸浮液內的介質會產生損耗，特別是塊煤淺槽分選和末煤重介旋流器分選環節的介質損耗更為明顯，為了保持分選效果穩定必須進行介質動態補充，這一環節稱之為加介工藝[1-2]。

圖1 加介工藝示意圖

選煤廠加介工藝自動化改造前人工加介工藝如圖1所示，加介前的準備工作：首先保持鼓風閥和加介泵關閉，由工人將一定量介質裝入介質池，打開補水閥加水至指定液位高度，打開鼓風閥向介質池鼓風，目的是攪拌懸浮液使其均勻。開始加介：保持鼓風閥不停鼓風作業，切換閥打開至指定合介桶，打開加介泵和加介閥，懸浮液在加介泵的作用下抽入合介桶，合介桶內液位達到指定高度后關閉加介泵，完成加介工藝。上述加介工藝所有步驟均為人工操作，需加介調度員、介質庫操作員、鏟車司機等人員共同配合，因此人工加介過程不可避免地存在以下問題：加介閥由人工操作，閥門開啟時間過長會引起介質沉底；加介過程中閥門關閉不及時會導致液位過高破壞設備；介質放置時間過長會凝固，造成介質浪費[3-4]。

2 加介過程自動化改造需求

保持加介工藝和就地模式不變，自動化改造將手動操作閥門和泵等設備改造為電氣控制，并且增加了系統狀態監測和自動邏輯判斷等功能，形成了根據生產需要三種模式可選的自動化加介系統。

1）就地模式。就地模式又稱為手動模式，在集控室和介質庫均可對單個閥門進行開閉控制，就地模式適用于設備調試和檢修。

2）集控模式。集控室通過控制回路接收介質庫和主廠房的設備狀態，并發送控制指令，通過對講機、指示燈等方式與現場工作人員信息通訊。集控模式中閥門和泵運行過程存在聯動或閉鎖關系，從而使加介工藝和密度控制連鎖，在液位超高或閥門位置異常等情況時發出報警信號，提醒集控工作人員進行處理，防止事故擴大。

3）自動模式。自動模式可根據懸浮液密度和液位等信息判斷加介需求，泵和閥門按照邏輯關系編寫為PLC程序，當需要加介時自動執行相關程序，液位滿足生產要求后自動停止加介。

3 加介系統控制原理與硬件設計

3.1 控制原理

通過人工開閥加介，加介完成與否依靠工人的視覺判斷，沒有液位檢測設備，這是一種開環控制，從原理上造成了加介不準確。本文對原有人工加介系統改造為自動加介系統，是一種閉環控制，加介指令完成后還要進行液位反饋，因此加介更加準確。如圖2所示，懸浮液的密度和液位是加介過程的關鍵因素，也是本文的控制對象，利用超聲波液位計和密度計采集懸浮液的液位和密度信息，通過AD轉換得到測量值，位于集控室的上位機給定控制目標SP，默認工藝的控制目標SP為：1.5 m<液位h<3.5 m、懸浮液密度ρ<1.8 g/cm3[5]，將SP與測量值進行比較，若密度或液位達到加介條件，PLC的控制器就會發出加介控制信號，加介質系統的閥門接收控制信號后打開，向介質池添加介質，在整個閉環控制過程中，控制目標為介質池液位和密度達到上位機設置的定值SP。由于閉環控制的優越性，并不會受外界擾動改變控制結果。

圖2 自動加介控制系統原理圖

3.2 硬件設計

選煤廠的各類工藝十分復雜，五個大型車間與輔助車間之間進行連續性生產，單臺設備工作的情況很少，因此采用現場總線控制系統能夠方便實現各系統兼容。選擇ControlLogix型雙PLC冗余熱備，該PLC具有開關量輸入輸出模塊、模擬量輸出模塊、數字量輸入輸出模塊、通訊接口模塊等。超聲波液位計和密度計是系統的關鍵儀器儀表，在選擇時著重考慮選煤廠粉塵環境和防爆等性能要求，LB491型密度計是采用同位素原理設計的非直接接觸型濃度計，檢測過程不直接接觸煤泥礦漿，具有很高的防腐蝕性能。Berthold型超聲波液位計利用聲波在不同介質的傳播速度不同的原理制成，換能器利用壓電效應向礦漿發出聲波并記錄時間，超聲波經礦漿表面反射被換能器接收，根據此時間間隔計算得出此時液位高度，這種傳感器為非接觸式，抗腐蝕性能高。

4 智能加介工藝流程

如圖3所示，選煤廠共有3個介質池，1號介質池由1540加介泵供1321、2321兩個塊煤合介桶，2號介質池由1541加介泵供1358、1359、1360三個一期主洗合介桶和2358、2359、2360三個二期再洗合介桶，3號介質池由1542加介泵供1412、1413、1414三個一期再洗合介桶和2412、2413、2414三個一期主洗合介桶，所有介質池均通過補水閥與補水系統連接，并配置有鼓風系統，加介管道通過切換閥進行切換，達到加介泵復用的目的。

圖3 智能加介工藝流程圖

智能加介流程：加介指令觸發，自動模式下加介指令由密度和液位測量值和給定值SP比較產生，由PLC發出，集控模式下由工作人員通過上位機下發加介指令；加介泵工作，加介泵收到加介指令后開始工作，等待介質池介質配齊指令，配齊指令到達后開始加介直到滿足設定值SP，加介過程中如果介質泵出現故障，向集控系統發出介質泵故障信號。加介過程中加介泵、加介閥和切換閥同時處于開位；當合介桶內液位和密度達到給定值SP后，加介泵進入空閑階段，介質池液位達到設定最低液位時加介泵停止工作，補水泵開始工作，向介質池內補水，防止加介泵損壞。加介時間根據介質池懸浮液體積、當前液位、泵實際流量計算而來。