張治軍，周海淵，郭世明，薛學(xué)勇

(1.山西焦煤集團(tuán) 洗選加工部， 山西 太原 030024； 2.華晉焦煤集團(tuán) 沙曲選煤廠， 山西 呂梁 033300)

重介分選密度智能控制是重介選煤廠的核心和關(guān)鍵技術(shù)，目前絕大部分重介選煤廠基本實(shí)現(xiàn)了重介分選密度自動(dòng)補(bǔ)水，但未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分流，補(bǔ)介更是需要人工參與?；谥亟榫夯曳诌M(jìn)行密度智能設(shè)定與控制，受限于精煤灰分在線(xiàn)檢測(cè)存在難度，目前實(shí)現(xiàn)重介密度智能設(shè)定與控制沒(méi)有得到很好地解決。

沙曲選煤廠是一座處理能力8 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠。重介分選采用兩段兩產(chǎn)品重介旋流器主再洗分選工藝。從控制角度講，密度控制獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，具備控制靈活性，但現(xiàn)重介分選系統(tǒng)存在如下問(wèn)題：沙曲礦井不同工作面煤質(zhì)差別較大，礦井無(wú)法實(shí)現(xiàn)分裝、分運(yùn)，地面無(wú)法實(shí)現(xiàn)分儲(chǔ)，以致煤質(zhì)均值化難以實(shí)現(xiàn)；重介分選目前依靠手動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)密度，手動(dòng)調(diào)節(jié)分流量，煤質(zhì)波動(dòng)和工況波動(dòng)時(shí)，密控系統(tǒng)適應(yīng)性存在較大問(wèn)題，選后產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不易控制。選煤廠為保證用戶(hù)權(quán)益，只能生產(chǎn)低灰分產(chǎn)品，即要求灰分11%的產(chǎn)品，只能考慮按精煤產(chǎn)品灰分10%～10.5%生產(chǎn)。這樣，保證了產(chǎn)品質(zhì)量合格，但精煤損失大，未能實(shí)現(xiàn)效益最大化。為此，亟需開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)煤質(zhì)波動(dòng)和工況波動(dòng)的密度智能設(shè)定與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水、自動(dòng)分流、自動(dòng)補(bǔ)介。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

開(kāi)發(fā)重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量寬域智能控制系統(tǒng)，保證重介分選精度，保證重介精煤產(chǎn)品質(zhì)量；開(kāi)發(fā)基于重介精煤灰分的重介懸浮液密度智能設(shè)定控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定前提下最大限度提高精煤回收率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

2.1 重介分選智能化整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

該廠重介分選智能控制主要包括以下部分：1) 旋流器入口壓力閉環(huán)控制。2) 重介懸浮液密度、煤泥含量智能控制。3) 重介分選相關(guān)桶位閉環(huán)控制。4) 重介懸浮液密度設(shè)定值智能控制。其全流程控制結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

圖1 重介分選全流程控制結(jié)構(gòu)圖

2.2 高精度重介精煤灰分檢測(cè)設(shè)計(jì)

安裝中子活化多元素煤質(zhì)分析儀1臺(tái)，安裝于704精煤皮帶上方。該分析儀自帶自動(dòng)采制樣系統(tǒng)一套，為提高中子活化儀采集精度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了旁線(xiàn)采集方式，取樣源自精煤離心機(jī)下溜槽，樣品經(jīng)取樣器、皮帶輸送、破碎、斗提機(jī)、分析儀進(jìn)行分析(分析過(guò)程同步留樣，用于驗(yàn)證和標(biāo)定用)，其他分析完料樣返回到704皮帶中，整個(gè)采制樣過(guò)程連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)采制樣裝置工藝見(jiàn)圖2.

圖2 重介精煤自動(dòng)采制樣裝置圖

中子活化多元素煤質(zhì)分析儀采用中子活化瞬發(fā)γ分析(PGNAA)技術(shù)，慢化后的熱中子照射煤樣，煤中各元素原子核與中子發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放射出不同能量的特征γ射線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)特征γ射線(xiàn)的能量辨識(shí)物料中元素種類(lèi)，通過(guò)檢測(cè)特定能量γ射線(xiàn)的強(qiáng)度計(jì)算出元素含量。中子活化原理見(jiàn)圖3.

圖3 PGNAA原理圖

中子活化技術(shù)采用中子源做為激發(fā)源，中子呈電中性，具有極強(qiáng)穿透能力，可實(shí)現(xiàn)物料全斷面檢測(cè)，檢測(cè)代表性更強(qiáng)。探測(cè)器接收到能量較高的伽瑪射線(xiàn)，不受水汽、粉塵等惡劣環(huán)境的影響，現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性更好。中子活化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤中灰成分分析，灰分檢測(cè)精度不受灰成分變化影響。檢測(cè)精度高，精煤檢測(cè)精度優(yōu)于0.3%. 中子活化多元素煤質(zhì)分析儀安裝后，經(jīng)標(biāo)定并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)灰分與檢測(cè)灰分的對(duì)比分析，數(shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)圖4，分析儀和人工采制化之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.21.

圖4 分析儀測(cè)量值和人工化驗(yàn)值曲線(xiàn)圖

2.3 重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量智能控制

重介旋流器入口壓力自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)重介分選的基本條件，采用PID控制算法即可實(shí)現(xiàn)。桶位控制和密度、煤泥含量控制密切相關(guān)。

重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量智能控制是典型的多輸入多輸出控制系統(tǒng)，分析重介懸浮液密度、磁性物含量、煤泥含量、合介桶桶位、補(bǔ)水閥開(kāi)度等變量的耦合特性。針對(duì)重介懸浮液密度、煤泥含量控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入(密度值、磁性物含量給定、桶位和自動(dòng)補(bǔ)水閥開(kāi)度給定)和多輸出(自動(dòng)補(bǔ)水閥、自動(dòng)分流閥、自動(dòng)補(bǔ)介泵)系統(tǒng)，建立基于PID控制的補(bǔ)水閥開(kāi)度控制和基于預(yù)測(cè)控制的分流閥開(kāi)度、補(bǔ)水泵變頻器頻率預(yù)測(cè)模型，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水、自動(dòng)分流和自動(dòng)加介，保證懸浮液密度在設(shè)定值上下波動(dòng)范圍不超過(guò)±0.005 g/cm3，控制基本框架見(jiàn)圖5.

圖5 重介懸浮液密度煤泥含量雙變量寬域智能控制架構(gòu)圖

2.4 基于灰分的重介懸浮液密度設(shè)定值智能控制

采集重選精煤灰分在線(xiàn)檢測(cè)值，基于重介精煤灰分統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)分析，確立合理的煤質(zhì)波動(dòng)模型，以此為基礎(chǔ)，建立基于預(yù)測(cè)控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)密度值自動(dòng)設(shè)定的復(fù)雜控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包含內(nèi)環(huán)和外環(huán)，其中內(nèi)環(huán)為密度、煤泥含量雙變量智能控制，外環(huán)為基于灰分的重介密度智能設(shè)定，控制邏輯見(jiàn)圖6.

圖6 基于精煤灰分的重介懸浮液密度智能設(shè)定控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 運(yùn)行效果

系統(tǒng)在沙曲選煤廠進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，通過(guò)2個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重介分選過(guò)程的透明檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了重介懸浮液密度、煤泥含量雙變量寬域調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了基于精煤灰分指標(biāo)的重介分選密度的智能設(shè)定，監(jiān)控界面見(jiàn)圖7，圖8，目前系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)際運(yùn)行階段。

圖7 重介懸浮液密度、煤泥含量智能控制界面

圖8 基于灰分的密度智能設(shè)定運(yùn)行曲線(xiàn)圖

實(shí)施重介分選智能控制后，對(duì)1分鐘灰分值、10分鐘灰分值和1小時(shí)灰分值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1. 從表1可以看出，小時(shí)灰分值在目標(biāo)值要求10.5%的情形下，實(shí)際控制到10.356%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.196%，實(shí)現(xiàn)了高精度控制。

表1 重介分選過(guò)程智能控制下的灰分指標(biāo)表

經(jīng)濟(jì)效益估算：按沙曲選煤廠2018年的生產(chǎn)任務(wù)，單系統(tǒng)入洗能力為4.5 Mt/a，精煤260萬(wàn)t，當(dāng)年精煤售價(jià)為1 400元/t，中煤售價(jià)150元/t，按照重介精煤回收率提高0.8%考慮，產(chǎn)生利潤(rùn)為：260×0.8%×(1 400-150)=2 700萬(wàn)元，則每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2 700萬(wàn)元以上。

4 結(jié) 語(yǔ)

重介分選智能化系統(tǒng)的實(shí)施，有效提升了沙曲礦選煤廠重介分選的智能化水平，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。