灰分控制系統在沙曲選煤廠的應用

薛學勇，郭世明，趙洪濤，連春宇，王志偉

(1.華晉焦煤沙曲選煤廠， 山西 呂梁 033300； 2. 丹東東方測控技術股份有限公司， 遼寧 丹東 118000)

華晉焦煤沙曲選煤廠作為山西焦煤最大的煉焦煤分選基地，主要入選低灰、低硫、特低磷、高發熱量、強黏結性的優質主焦煤。

沙曲選煤廠重介分選系統采用兩段兩產品分選工藝，存在的主要問題是入選原煤煤質波動大(4#、5#原煤配比比例沒有控制措施)，無法實現原煤均質化入選，分選密度調整幅度大，且依靠操作人員根據煤質化驗數據對分選密度進行調整，因此重介懸浮液的密度得不到及時有效地調整，導致精煤灰分波動大，易造成產品質量過剩或不合格。

傳統的密度調節由于操作過程周期長、人工調節滯后以及工作人員責任心不強等原因，使得密度調整不穩，人為因素誤差占比較大[1]. 快速、準確、及時地調節重介懸浮液的密度是穩定產品質量、提高經濟效益的關鍵。為此，沙曲選煤廠研發了重介精煤灰分控制系統，以解決洗選密度調節滯后性問題，實現分選過程智能化，達到穩定精煤產品灰分、提質增效的目的。

1 重介灰分系統控制路線

重介灰分控制系統是基于人機交互模式，建立基于煤質自動識別系統的煤質判斷和重介懸浮液密度優化設定模型，灰分系統通過采集重選精煤灰分數據，運用統計過程控制方法(SPC)進行產品質量監測，實現重介系統懸浮液密度值的自動設定。同時，結合重介分選過程懸浮液密度智能控制系統，構建適應煤質波動和變化的重介懸浮液密度智能控制系統[2].

2 重介灰分系統控制原理

首先通過在線儀表實時獲取懸浮液密度、磁性物含量、產品煤灰分等技術數據；其次，通過密度智能計算模塊控制器計算出重介分選懸浮液密度目標值：先測算出原煤經過重介分選到灰分測量裝置反饋出產品煤灰分的滯后時間T1，再根據實際工藝條件確定一個調節周期T2,然后依據密度測量裝置反饋的懸浮液密度，統計計算出一個調節周期內的平均分選密度ρ，依據灰分測量裝置反饋的產品煤灰分數據，結合灰分數據滯后時間T1，統計計算出原煤在懸浮液平均密度ρ條件下分選出來的產品煤的平均灰分Ad，最后依據產品煤平均灰分Ad與目標灰分設定值Ad設定的偏差值ΔAd、相應的懸浮液平均密度ρ等參數，自動計算出重介分選懸浮液密度的目標值，作為下一個統計周期的密度目標值。計算懸浮液密度目標值用到的相關參數依據輸入系統的煤質信息，通過控制器1分析計算得到。通過密度智能控制模塊，依靠PID+模糊控制器將重介分選懸浮液密度調節至目標密度[3]：密度智能調節模塊主要是對重介分選密度的控制調節，但不局限于密度調節，同時還參考混料桶液位、補水閥開度和磁性物含量等工藝參數；調節手段主要有合格介質管道補加水控制、分流控制、串介控制和濃介自動添加控制等；補加水的主要作用是當懸浮液密度偏高時，通過加水快速降低懸浮液密度；分流控制和串介控制時，分流閥門和串介閥門的動作方向和動作幅度綜合考慮了懸浮液密度、混料桶液位、補水閥開度和磁性物含量等工藝參數進行控制；當判斷系統缺少介質時，自動啟動加介泵對系統進行補介[4]. 原理圖見圖1.

圖1 灰分控制系統原理圖

3 現場應用方案

首先打開主選補水閥門的控制面板，在操作員設定值一欄中輸入密度目標值，然后將手自動按鈕切換至自動狀態；將分流閥和串介閥門切換至自動狀態，再將控制源切換至灰分控制即可，操作員可以在補水控制二級彈窗中的控制源選擇為專家，或者在智能控制彈窗右上角將控制源選擇切換為灰分控制。

灰分控制預設目標即精煤灰分目標值。灰分控制密度輸出：灰分控制時，自動控制系統輸出的密度目標值。密度系數：默認值根據實際情況輸入，一般不建議改動。灰分高限：需要設定，一般為灰分目標值+(0.1～0.2). 灰分低限：需要設定，一般為灰分目標值-(0.1～0.2). 密度高限：需要設定，灰分控制的最大輸出密度。密度低限：需要設定，灰分控制的最小輸出密度。灰分系數：當密度變動值為密度系數時，精煤產品的灰分變動值反映了原煤對密度的敏感程度，影響灰分控制的密度調節幅度大小。灰分控制系統操作界面見圖2.

圖2 灰分控制系統操作界面圖

4 沙曲選煤廠應用效果

2020年11月，重介灰分控制系統在該廠應用后，灰分穩定率及精煤回收率得到了提高。通過國家煤質監督檢驗中心(西安)檢測，灰分小時檢測值與化驗值的偏差平均值小于0.2%，按照國標計算的灰分標準偏差接近于0.

4.1 灰分穩定率

通過對2020年12月近半個月的生產數據進行統計計算，重介精煤灰分值標準偏差為0.242，重介精煤灰分在目標值±0.35%范圍內的灰分數量達85%以上。

4.2 產品回收率

精煤產品回收率與精煤灰分有直接關系，一般來說，在同等條件下，當灰分較高時，精煤產率就會提升，反之下降。通過一段時間的人工快灰數據與灰分控制系統數據比對(表1)可以看出，兩個時段的灰分平均值與標準偏差數據均有明顯不同。考慮到沙曲選煤廠實際生產情況，兩個時段的灰分目標值不太相同，所以不能采用灰分平均值進行對比。在這種情況下，采用灰分標準差進行對比。

表1 灰分控制系統精煤灰分指標表

通過數據分析，系統控制時的灰分標準差為0.47，人工化驗時的標準差為0.65，對比降低了0.18，說明灰分波動幅度明顯降低。同時通過兩個時段的極差值看出，灰分控制系統明顯提升了精煤質量。同樣生產12級精煤，在保證灰分不超11%的情況下，重介精煤灰分目標值可提高0.18%，通過可選性曲線查得對應的回收率提高約1%.

4.3 經濟效益

入洗原煤5.0 Mt/a，重介精煤在總精煤占比50%，重介精煤理論回收率提高1%，按精煤售價1 450元/t，中煤售價150元/t計算，僅此一項每年可創造經濟效益約3 250萬元。經濟效益計算見表2.

表2 經濟效益計算表

5 結 論

灰分控制系統是依據灰分測量裝置反饋的產品煤灰分數據，與目標灰分設定值進行對比，自動計算出重介分選懸浮液密度的目標值，并通過自動分流、補水、補介方式穩定分選密度。現場應用表明，灰分控制系統運行穩定，與傳統的依靠人工化驗數據對分選密度進行調整相比，具有調節快、準、穩的優勢，解決了人工控制滯后的問題，提高了產品質量的穩定性及回收率。