基于硫分判定煤質的重介密度閉環控制技術研究

呂小剛

汾西礦業集團 雙柳煤礦選煤廠, 山西 柳林 033300)

雙柳煤礦選煤廠的設計處理能力為150萬t/年,2003年3月7日投產。選煤工藝采用不脫泥、不分級混合無壓給料三產品重介旋流器+煤泥重介+煤泥浮選聯合工藝,主要入選雙柳煤礦上組(3+4)號和下組(8+9)號原煤。上組原煤和下組原煤煤質有著較大差異,由于礦井不能對原煤進行分提分儲,因此入洗原煤可能是上組煤、下組煤或上下組混合煤,煤質的無規律變化導致重介分選控制系統無法快速調整,密度調整遲于煤質變化,導致產品灰分波動大,易造成產品質量過剩或不合格。因此,亟需研發一套能夠快速判定入選煤質進而靈敏調整分選密度的重介分選控制系統。

1 重介密度閉環控制方案

上組(3+4)號原煤與下組(8+9)號原煤灰分較為接近,通過原煤灰分在線檢測很難判定入洗煤種。化驗灰分會滯后于生產過程約2 h,化驗硫分滯后約30 min,若利用化驗灰分和硫分進行反饋調節,不能有效保證產品的質量穩定。但是上組原煤和下組原煤的硫分存在顯著性差異,通過硫分可以判定入洗煤質,并可大致計算出兩種原煤的混合比例。因此,依據硫分這一顯著性差異特征準確判定入洗原煤煤質具有很強的可行性。

通過以上分析,結合選煤廠密度控制系統運行過程中存在的問題,構建以硫分在線檢測為煤質判定依據,重介懸浮液密度調整為目標,通過自動補水、分流和加介實現基于產品灰分指標反饋的閉環密度自動控制系統,最終實現不同煤質條件下的重介精準分選[1-3].

2 整體方案的實現

2.1 硫分及灰分的在線檢測

在選煤廠重介精煤皮帶上新增一臺X射線儀,能夠同時檢測重介精煤的實時硫分和灰分。根據硫分值判斷所洗煤種,作為密控系統密度設定值的選擇依據。灰分值用于密控系統的實際灰分指標控制,參與密度控制的外環閉環中,并且預留與X射線在線灰分儀的兩種接口,一種是4～20 mA的輸入接口,預留2路,用于灰分和硫分數據的接入,另預留一路RS-485的通訊接口,采用MODBUSRTU的通訊規約,用于采集X射線在線灰分儀的信號,采用通訊方式,可以把灰分儀所測量的更多變量接入密控系統中。

2.2 重介分選系統硬件改造

1) 將重介分選系統原有的密度實時檢測儀表、磁性物含量儀表、原煤合介桶桶位儀表、旋流器入料壓力信號等全部接入新建設的密度控制系統,并將泵前補水閥門、桶上補水閥門、反分流閥門、磁選機下原煤合介桶分流閥等全部更換為自動閥門,同樣將控制信號接入新建的密度控制系統內,通過硬件改造,重介分選系統能夠實現密度控制系統遠程自動操作,為閉環控制提供基礎。

2) 對加介系統進行智能化升級改造,從備介、鼓風、啟泵、分流、補水全過程實現遠程自動操作。新增濃介桶雷達液位計和靜壓式液位計,可以計算出濃介桶中的密度值。當系統需要快速提高密度時,密度控制系統能自動進行快速加介的操作。

2.3 重介系統密度閉環控制策略

1) 硫分判定指導。

建立煤質變化與測量硫分之間的控制關系,把硫分作為密控系統的先決條件。在控制系統運行的過程中,對生產過程中的煤質(化驗室化驗數據)、在線硫分等相關的參數進行收集、分析、整理,進而建立一個基于SPC統計方法的模型。把在線硫分作為模型的輸入變量,煤質判定結果作為模型的輸出變量。采用統計學的方法,基于采集到的實時數據,對三者之間的關系分析判斷,生成模型,并用于對當前硫分指標下煤質判定的指導。再根據實際所獲取的數據,對模型中煤質設判定結果進行驗證,驗證的結果回饋至模型中。通過這種方法,精準判定上下組煤質的不同特性,為后續密度設定值的精準模型給定和最優控制提供基礎保障。

2) 灰分及密度閉環控制。

建立密度設定值與測量灰分之間的閉環控制系統,把灰分作為密控系統的外環。在密度灰分閉環系統運行的過程中,對生產過程中的密度值、在線灰分等與密控相關的參數進行收集、分析、整理,進而建立一個基于SPC統計方法的模型。把在線灰分作為模型的輸入變量,密度實際值作為模型的輸出變量。采用統計學的方法,基于采集到的實時數據,對兩者之間的關系分析判斷,生成模型,并用于對當前灰分指標下,密度設定值的指導。再根據實際所獲取的數據,對模型中密度設定值數據進行驗證,驗證的結果回饋至模型中。通過這種方法,采用“卡邊”生產的控制策略,對密度設定值進行必要的修改,以達到產率最大化。同樣,對不同的煤質采用相同的方法進行優化處理,從而適應上下組煤質的不同特性,最終實現不同煤質情況下密度設定值的精準模型給定和最優控制。

3) 密度與煤泥含量雙變量控制。

在重介洗選過程中,適量比例的煤泥能改變密度懸浮液的特性,提高分選效果,從而提高產率[4].在新的密控系統中,采用密度和煤泥含量雙變量控制策略。建立一個模型,把在實際生產過程中產生的數據作為模型的訓練數據,對影響密度和煤泥含量這些變量相互之間的作用關系進行研究。通過控制過程中參數的獲取,尋找它們與密控控制和煤泥含量控制之間的關系,對相關數據之間的耦合進行解耦操作,優化控制模型,最終實現控制平穩、系統擾動小的目標。在該控制策略中,密度控制與煤泥含量的控制優先級是不同的,密度控制為最高優先級,在密度控制可以滿足系統要求的條件下,才進行煤泥含量的調節。

4) 上下組煤入洗密度切換控制 。

通過在線測量硫分儀能夠在線識別上下組煤的煤質。所以,在硫分儀測量準確的情況下,系統可以檢測到目前所洗的煤種,同時可以檢測到煤種切換的過程,并反饋至密度自動控制系統,控制系統根據煤種切換而采用不同的控制參數進行控制。

基于硫分判定煤質的重介密度閉環控制流程圖見圖1.

圖1 基于硫分判定煤質的重介密度閉環控制流程圖

3 應用效果

1) 基于硫分判定煤質的重介密度閉環控制系統在該選煤廠投入運行后,能夠迅速實現入洗煤種的判定,時間由30 min縮短至5 min.

2) 煤質判定準確,后續密度調整波動小,運行期間密度調整波動統計見圖2.

3) 實現了重介分選系統設備的自動控制和工藝參數的自動調節,使設備在最佳工況下運行,充分釋放設備的工藝性能,保證產品數質量的穩定。經統計,精煤產率提高0.20%左右。

4 結 語

基于硫分判定煤質的重介密度閉環控制系統依據硫分在線測量反饋入洗煤種,根據歷史數據迅速調整密度,然后通過在線灰分檢測反饋,重新校準分選懸浮液的密度,并通過自動分流、補水、補介方式穩定分選密度。與依靠人工化驗硫分和灰分數據對分選密度進行調整相比,具有調節快、準、穩的優勢,提高了產品質量的穩定性及回收率。

圖2 運行期間密度波動圖