選煤廠重介質密度控制系統的研究與應用

師華星

霍州煤電集團辛置煤礦 山西 霍州 031400

重介選煤因其分選效果好、粒度區間大等優勢而被廣泛應用。該方法的核心在于懸浮液密度的設定，通過利用矸石、煤等密度的差異，控制密度低于懸浮液的煤上浮，而密度高于懸浮液的矸石下沉，從而達到原煤分選的目的。然而，在控制懸浮液密度方面仍存在許多問題，需要進一步優化控制，以穩定推動原煤分選的過程。

1 重介質懸浮液概述

重介質懸浮液由水、加重質的顆粒狀固體混配而成，其中固體粒度處于1～500μm 范圍內，是一種粗分散懸浮液，整體比較不穩定，處于靜置狀態時出現沉降分層，由于分選機內各個位置的密度不同，造成分選實際密度與重懸浮液平均密度間出現差異，是否具備抵抗浮降能力是衡量具體性質的重要指標。此外，重介質懸浮液類似于均勻流體，具體一定粘度，并受到溫度、固體形狀、濃度、粒度、表面性質等因素影響，處于靜置與其他運動狀態時粘度會發生變化，這使得在預測被分選顆粒在其中的運動、分選設備的具體能力時面臨較大的困難，然而在相應生產條件、一定區間范圍內，可將重懸浮液視作均勻流體，將表觀密度當作其密度，將表觀粘度當作其粘度。

2 選煤廠重介質懸浮液密度控制方案設計

2.1 控制體系建設

為實現重介質懸浮液密度智能控制，應借助信息化技術關聯各項設備，實現整體化管理，以此來實現對懸浮液密度控制的快速反應、干預。具體包括以下三部分內容：①結合煤種硫分/灰分含量、精煤質量標準，選擇適宜的自動配煤分站，對其加以智能化控制，實現智能配煤。②對重介質分選設備分站展開智能化控制，加裝高清攝像裝置或者傳感器設備等，保證分選設備工作的持續性。③主站與各個分站通過WIFI或者TCP/IP通信進行控制指令、數據信息交互，加強管理人員對整個控制體系的把握，方便制定相應的控制方案，提升控制效果。

2.2 傳感器布置

影響重介分選的因素有：合介桶液位、重介密度、煤泥含量等，故而需參考實際需求進行傳感器布置，具體布置方式見圖 1 所示。其中，密度傳感器 1 用于檢測合介桶重介質懸浮液各個階段的密度；傳感器 2 用于檢測淺槽分選機中的重介懸浮液密度，加水閥的作用可隨時向合介桶補水粗調合介桶的重介懸浮液的密度，借助加水調節閥可以向重介懸浮液管路中補水用于調節送入淺槽洗選槽中的重介密度。通過磁性物傳感器得出重介懸浮液磁性介質含量，計算煤泥含量，再借助分流機構完成固定篩輸出重介懸浮液的分流，具體的分流比例可按照實際所需設定。

圖1 傳感器布置圖

2.3 數據庫設計

在傳感器收集到各項設備、各個位置的重介質懸浮液密度信息后，輸送到選煤廠控制中心，由控制中心對其進行分類、處理、歸納，按照其具體類型分別納入到對應的數據庫中，包括相關設備的狀態參數、故障信息、重介質懸浮液實時密度、形態等，以此來實現對重介質懸浮液密度的有效、全程控制； 后續可根據數據庫數據對比分析各個階段的數據值，判定其是否處于正常狀態，方便對其隨時調整。

2.4 控制系統軟件設計

很多選煤廠的控制系統只能簡單地完成起車、停車等基本操作，難以滿足懸浮液密度全過程智能控制所需，針對這種情況，進行控制系統軟件設計：第一，在保持原有控制軟件功能、組織框架不變的狀況下，加入重介懸浮液密度控制軟件，包括以下功能模塊：人機交互模塊、系統總控模塊、數據采集模塊、原集中控制軟件模塊、重介懸浮液密度控制模塊、煤泥含量控制模塊、合介桶密度與液位控制模塊。

3 選煤廠重介質懸浮液密度控制方案實現

3.1 工藝流程

工藝流程包括：①求出BRF預測模型、懸浮液密度設定值差值，輸入控制系統，根據密度差值，PID 控制器定向調整補水閥，模糊控制器在分析密度差值的基礎上給出液位給定值、磁性物含量給定值、補水閥開度給定值，基于此進行分流閥調節，以此來完成重介質分選。

3.2 自動配煤

引入RBF神經網絡預測方法預測各個位置的原煤配煤量、配比值，設定A號原煤、B號原煤對應的累計流量分別為Qa、Qb，計算其實際配比，可按照公式（1）和（2）進行：

式中：Q1指的是B號原煤真實累計流量 y 指的是原煤真實配比。在進行自動配煤進程中，在膠帶機輸送機上適宜位置裝設膠帶秤，檢測原煤在各個階段的累計流量、瞬時流量，后續將不超過20mA電流信號傳輸到自動配煤分站控制器進行原煤檢測。

3.3 自動補水實現

按照 RBF 神經網絡預測方法對各處原煤分選懸浮液密度預測，預測值、實際值密度差值在較小區間內持續波動，可借助調節補水閥開度保持密度處于動態平衡狀態。可更新優化相關設備布置，比如可選擇將補水閥裝設在旋流器、介質桶間管路，并在補水閥后裝設密度計， 依靠密度計測出懸浮液實際值，通過不高于4～20mA 電流信號傳輸到對應的重介質分選設備分站。若是密度值與預測值出現差異，需操作分站控制器借助模糊算法智能化調節補水閥各個階段開度。若是懸浮液密度實際值＜預測值，代表控制器控制補水閥實際開度變小，對其加以調節后，讓密度實際值接近預測值后，維持補水閥在一段時間內不變。

3.4 自動分流

自動分流，包括以下兩項內容：①操控分流閥開度，將重介質懸浮液輸送到稀介質桶，通過分流閥開度設定注入量。②因分流閥控制本身的多耦合性、滯后性特征，要求在調節分流閥開度時按照以下步驟：若重介質懸浮液真實密度＞預測值，依靠補水閥難以進行密度調節，此時需操作分流閥減小開度，反之加大開度。若是懸浮液中磁性物含量過高，需要減小分流閥開度，以此來增加煤泥含量。若是介質桶液位過低，適當增加分流閥開度；若是補水閥開度過大，需適當減小分流閥開度。

4 應用效果分析

結合相關案例，探究選煤廠重介質懸浮液密度控制方案應用實效。選擇國內某地洗煤廠展開試驗，選定 A號、B 號各 20 組原煤配比預測值、實際值，其中 A 號煤選擇上述控制方案進行密度控制調節；B 號煤選擇常規手動調節方式。在試驗中發現，手動調節存在調節區間受限、反應時間慢、調節時間長、實效性差等各種問題。應用智能控制方案，在經過數據統計后得出結論：調節懸浮液密度，控制其下降0.02g/cm3，大約耗時3min，控制其上升 0.02g/cm3，大約耗時 5min，有著較強的實時性，可滿足各個階段的重介質懸浮液靈活調整所需。懸浮液處于穩定狀態時，密度波動區間為上下0.005g/cm，大大提升了其穩定性。若是要進行懸浮液密度大幅度調整，可調整控制模式為密度下降模式或者上升模式，以此來避免受到調節區間受限的影響，取得更好的調節效果，亦可保證懸浮液密度實際值、預測值高度吻合。

5 結束語

選煤廠重介質懸浮液密度控制方案在設計、實踐中具備一定的優勢，結合具體的案例發現，手動調節存在調節區間受限、反應時間慢、調節時間長、實效性差等問題；應用智能控制方案，調節懸浮液密度下降 0.02g/cm3耗時約 3min；控制上升 0.02g/cm3耗時約5min。證明智能控制方案有著較強的實時性，說明重介質懸浮液靈活調整方案的可行性、實效性。