重介質選煤過程自動控制系統的應用實踐

馬 鑫

（大同煤礦集團大地選煤公司塔山選煤廠， 山西 大同 037000）

1 工程概述

同煤集團大地選煤公司塔山選煤廠地處山西省大同市南郊區境內，經多次技術改造，當前設計能力為2 800 萬t/年。當前采用0～50 mm 不分級、無壓重介三產品旋流器分選的選煤工藝，關鍵設備脫介篩、磁選機為進口設備，90%的設備采用了集中控制。

當前基于重介質選煤工藝分選精度高、原煤適應性強的特點，對重介質選煤工藝進行了優化改造。考慮到重介質選煤工藝的關鍵參數的控制情況，必須對重介質選煤過程進行自動化控制，從而可以準確、迅速地檢測懸浮液的密度、液位等關鍵參數，并及時進行調節，從而有效完成整個選煤過程[1]。

2 重介設備集中控制技術與特點分析

2.1 控制原理

塔山選煤廠全集成自動化集中控制系統，主要包括計算機集成控制及綜合自動化系統、計算機綜合信息管理系統、工業電視監視系統三部分。

重介質選煤過程的控制，其改造前的生產過程控制采用模擬盤實現，部分采用集中啟停車控制，對全廠幾百臺設備實行硬聯鎖（閉鎖）開車控制，并根據工藝要求設置了多個閉鎖控制系統，對全廠的密度、深度、流量料位、液位等工藝參數實行控制，該過程依靠人工無法達到最佳的控制效果。自動化集中控制系統采用PLC，實現對動力設備的集中控制和設備運轉的監視、設備故障自動處理和報警，以及全廠主要工藝參數的采集、檢測、跟蹤顯示，同時作為主控機實現與重介質密度自動控制系統的信號聯絡及數據傳送[2]。

2.2 構成與特點

塔山選煤廠生產集控系統主要由監控層、控制層和設備層組成。第一是監控層，由選煤廠的監控設備及監控軟件來實現。包括1 臺H3 千兆光交換機、4臺操作員站、GEiFix 監控組態軟件組成。第二是控制層，由選煤廠生產集中控制系統和工藝參數閉環控制系統組成，包括2 套AB 公司羅克韋爾的Logix-5000 可編程控制器做為主站、11 套各車間分站、浮選機單機自動化系統等。第三是設備層，即現場級儀表、傳感器、執行元氣件，包括電子皮帶稱、壓力變送器、密度計、流量計、料位計、自動閥門等儀表。整個系統采用MOXA EDS-G205A-4PoE 全千工業交換機組成的千兆光纖環網無縫集成為統一網絡傳輸平臺，實現信息共享，透明化交互傳輸。塔山選煤廠重介質選煤過程控制系統整體結構如圖1 所示[3]。

圖1 重介質選煤過程控制系統整體結構圖

3 自動控制系統關鍵技術分析

3.1 懸浮液密度的自動控制技術

從下頁圖2 可以看到重介質懸浮液密度自動控制系統。采用γ 射線密度儀測定從合格介質桶流出的重介質懸浮液的密度，傳送至密度控制器，與給定值比較，再將控制輸出信號傳輸給執行機構。當重介質懸浮液密度過高時，調整執行器2，增加補加水即可降低密度至給定值；當重介質懸浮液密度過低時，調整執行器1，可分流一部分懸浮液到稀介質處理系統磁選回收磁鐵礦，再補加回合格介質桶，從而提高重介質懸浮液密度；也可直接補加干磁鐵礦粉提高重介質懸浮液密度。總而言之，應使重介質懸浮液的密度維持在穩定的給定狀態，以獲得良好的分選效果[4]。

圖2 重介質密度控制系統

3.2 介質桶液位的自動控制技術

合格介質桶的液位調節（見圖3）主要采用分流以及補加介質和水的辦法。超聲波液位計測得液位信號，將液位信號送給調節器，自動控制分流閥門，調節分流量，使液位穩定。當液位過低時，發出報警信號，自動補加水。高密度介質補加由密度控制系統進行調節。介質桶液位自動控制的原理與密度自動控制原理相似。

圖3 合格介質桶液位自動調節控制系統示意圖

3.3 旋流器入口壓力的檢測及自動控制

重介質旋流器的入口壓力是旋流器的工作動力來源，必須把旋流器入口壓力控制在合適的范圍內。按照塔山選煤廠重介旋流器的入料壓力應保持在0.22～0.30 MPa。自動控制原理：在工控機的操作界面設定旋流器的入口壓力，壓力傳感器不斷采集實際測定值，由工控機與給定值進行比較，并控制合介泵電動機的變頻器或安裝在入料管上的電動閥門的開啟度，使入口壓力趨于穩定。

4 重介質選煤過程自動控制技術的特點分析

1）先進性。該自動控制技術可以完成生產環節工藝設備啟停車、設備運行狀態及主要檢測信號監視。

2）可靠性。該自動控制技術的系統在硬件、軟件的配置上相互關聯，功能上各自獨立，不僅具有設備啟停、閉鎖、順序控制功能，而且有數據處理及同計算機網絡連接的功能。

3）高性價比。該自動控制技術系統在設計和選型時多做比較分析，使得系統具有高性價比。

4）靈活性。該選煤廠重介質選煤自動化控制系統具有調整靈活、控制功能完善、數據處理方便、顯示操作集中等優點，加大了生產工藝的靈活性[5]。

5 經濟社會效益分析

減少啟停車時間，降低電耗。重介質選煤過程自動控制系統的應用，可根據選煤車間的實況進行合理的停車程序設置，提高運行效率，降低設備電耗。塔山選煤廠生產車間設備總功率為35 000 kW，按啟停車3 次/d 計算，可節省時間為20 min/次，1 年按300 個工作日計算，電費按1.15 元/kWh 計算，每年可節約電費為1 240 萬元。

提高分選精度。重介質選煤過程自動控制系統的應用，實現了生產中懸浮液密度控制精度穩定在±0.005 g/cm3，黏度控制精度穩定在±2%，有效提高了該選煤廠的精煤產率及產品質量。

減少事故處理時間。重介質選煤過程自動控制系統的應用，保障了選煤過程的穩定運行，降低了設備發生故障的概率，整個系統設備的維修量非常小。全面的自動化監控及監測系統能及時找到故障發生點，可及時做出正確的維修處理方案。可節約事故處理時間為72 h/年，按6 800 t/h 計算，車間可多加工689.6 萬t/年的原煤，增加精煤產量434.44 萬t/年。

減人提效。重介質選煤自動化控制系統的投運，可大幅度減少選煤廠車間崗位人員的配置，實現減人提效的目的。

6 結論

塔山選煤廠重介質選煤自動化控制系統的應用有效實現了對全廠生產設備的集中控制，完成對懸浮液的密度、液位等關鍵參數的監測，有效提高了選煤廠的經濟效益和安全效益。重介質選煤自動化控制系統改造完成后，實現了選煤廠管、監、控于一體的建設目標，同時實現了建成數字高效、引領選煤行業新水平現代化選煤廠的目標。