智能化粗煤泥分选控制系统的设计

侯宗波，余家辉，王宇昊，郭 通

(1.新矿内蒙古能源有限责任公司 洗煤分公司，内蒙古 鄂尔多斯 016299；2.新汶矿业集团有限责任公司 洗煤分公司，山东 泰安 271219)

粗煤泥分选技术的出现对煤炭洗选加工行业的发展有着重要意义，不但能提高选煤效率，降低煤炭能源的损耗，对保护环境减少污染也有着重要意义[1]。伴随着矿井采掘机械化程度的提高，选煤厂入选原煤中的细粒煤泥含量增加。为了优化生产过程控制，提高选煤分选效率，适应入选原煤煤质不断的发生变化，选煤厂粗煤泥分选系统应实现智能控制，自动化调节TBS干扰床分选机床层密度、顶水流量等相关工艺参数，提高粗煤泥分选效果，降低工人劳动强度，进一步提高粗煤泥分选系统的智能化、自动化水平。

1 粗煤泥干扰床分选机的工作原理

粗煤泥干扰床分选机(TBS)在近20年广泛应用在选煤工艺中，并取得了较好的效果，具有结构简单、能耗低、分选效率高、对煤质适应性强等优势[2]。粗煤泥干扰床分选机工作时通过设备槽体底部向上喷射的底水射流与从设备槽体流态室内的自生介质床层中产生干扰沉降，由于粒度和密度的差异，颗粒的干扰沉降速度不同，低密度的矿物颗粒沉降速度小，在自生介质床层中上升进入轻产物中，通过溢流堰随大量水流收集到溢流槽，高密度的矿物颗粒沉降速度快，在自生床层中下沉进入槽体底部的重产物中经排料阀排出[3]。

2 粗煤泥干扰床分选机应用现状分析

TBS干扰床在国内应用较多，在选煤厂实际生产操作过程中，多通过人工根据生产经验对不同煤种设定不同上升水流压力，依据脱泥筛带料情况以及实测粗精煤泥灰分设置额定密度。现有条件下无法实现对TBS干扰床分选机的精确化控制，影响粗煤泥分选机分选效果。

同时现场实践发现，TBS干扰床分选机对于由易选煤或中等可选性煤组成的粗煤泥颗粒分选回收效果较好，而对于难选煤组成的粗煤泥颗粒分选回收效果较差。特别是床层压力不稳时，分选效果差[4]。

(1)干扰床分选机的主要优点：① 有效分选密度在1.20～1.80 g/cm3范围内可调；② 可对粒度在0.25～3.0 mm的矿粒进行有效分选；③ 对煤种的适应性宽；④ 集控水平高，可实现智能操控。

(2)干扰床分选机的主要缺点：① 对难选性煤种分选精度较低；② 对细颗粒物料分选精度不高，在分选过程中，低密度粗颗粒和宽级别入料的高密度细颗粒极易发生错配，高密度细颗粒进入溢流而污染精煤。所以，矿浆中粗颗粒和细颗粒直径差距过大时，分选效果较差[5]。

(3)当前大部分TBS干扰床分选机集控存在问题：① 排料阀只能设置上限无法设置下限，导致粗煤泥分选过程中，当实际密度过低，排料阀完全关闭，增加积料可能性；② 干扰床床层密度需人工设定，无法根据实际生产情况智能调节分选密度，导致入洗煤质发生变化时，溢流灰分存在超限可能性。

3 粗煤泥分选智能化控制方案

基于对上述分选原理和存在问题的研究，TBS干扰床层的密度决定着粗煤泥的分选密度和分选效果，而分选床层的密度受到入料性质、上升水流和排料的影响，当入料性质和上升水流这2个因素稳定以后，床层密度大小根据排料情况而定[6]；溢流灰分也是TBS干扰床分选机的重要参数。因此，需要开展入料性质、上升水流、排料阀开度以及溢流灰分对干扰床密度影响的试验研究，实现TBS干扰床的智能化分选。

3.1 溢流灰分与溢流浓度的研究

实际生产过程中，需要浮沉工对溢流产品采、制样后送往化验室进行化验，此过程耗费大量时间，导致TBS干扰床床层密度不能及时调整，影响分选效率。通过在TBS干扰床溢流管中增加浓度计，实时反馈入料浓度，后续通过大量采制样数据积累，研究相同煤层相似煤质对应溢流浓度与TBS干扰床溢流灰分关系，确定各个煤层不同煤质及不同入料浓度条件下的TBS干扰床溢流浓度对应的溢流灰分范围，以便更高效智能地实现对TBS干扰床分选过程的控制。

3.2 上升水流稳定控制

上升水流稳定控制是通过控制上升水流水泵的转速来稳定其流量，包括压力传感器、内置PID的变频器[7]、上升水泵等。具体控制回路如图1所示，SP为上升水流压力设定值，PV为压力传感器检测值。压力传感器将检测信号以4～20 mA的直流电流传输到控制器中，控制器根据传感器的信号大小反馈控制变频器的输出频率，调节上升水流水泵的转速，从而控制其流量。在上升水流的管道上安装1个流量计，在线显示其流量。计划在后续分选过程中，通过对特定TBS干扰床分选密度对应的不同上升水流压力设定值的研究，寻找最适合该分选密度的上升水流压力设定值。

图1 上升水流稳定控制系统

3.3 溢流灰分稳定控制

在TBS干扰床分选机入料井处设置浓度计，监控粗煤泥分选机入料浓度，通过对单一煤种的不同入料浓度、设定密度以及溢流灰分(溢流浓度)的持续检测监控，得到对应煤种的入料浓度—设定密度—溢流灰分数学模型，系统依据该模型，根据监测到的入料浓度以及设定的溢流灰分(使用溢流浓度表征)，自动调节设定密度。

3.4 智能化控制

智能化控制系统具备自我学习能力，自动采集、计算上述控制模型，实现不同煤种的入料浓度—设定密度—溢流灰分模型的数据积累，系统自动调节上升水流压力大小与排料阀限值，并根据手动设定的溢流灰分(溢流浓度)调节设定密度，以达到智能化粗煤泥分选目的[8]。

4 粗煤泥分选智能化改造方案

根据粗煤泥分选系统当前条件，制定以下改造措施：

(1)在TBS干扰床分选机溢流槽内增加浓度计，监控分选过程中粗煤泥分选溢流浓度，并可以手动输入与之对应的离线检测灰分数据，建立溢流浓度与溢流灰分关系。

(2)在TBS干扰床分选机入料井内增加浓度计，监控分选过程中粗煤泥分选机入料浓度变化，将采集数据传输至上位机控制系统。

(3)增加卸料阀的下限值，使卸料阀限值设定可以为特定范围值。

(4)通过系统编程，使系统可以通过入料浓度、洗选灰分(溢流浓度表征)以及设定密度的持续检测监控制定不同煤种的入料浓度—设定密度—溢流灰分模型，洗选过程中通过入料浓度以及设定的溢流灰分(溢流浓度)自动调节设定密度。

(5)增设智能学习系统，分模块对不同煤种上升水流压力大小，入料浓度—设定密度—溢流灰分数学模型进行记录，形成新的煤种备用参数。

5 效益分析

(1)精煤产率提升。通过智能化粗煤泥分选系统改造，能够保障TBS干扰床分选机运行的连续可靠性，预计投用后可提高精煤产率0.5%～1.0%。

(2)减少用工人数。智能化粗煤泥分选系统可大幅减少工人劳动量，按选煤厂两班生产制计算，可减少粗煤泥分选岗位工2～4人。

(3)精煤稳定率合格率提升。粗精煤指标波动是造成选煤厂精煤产品指标波动的一大问题，通过智能化控制可有效稳定粗精煤灰分，从而提高商品精煤合格率。

6 结 语

传统粗煤泥分选工作智能化程度低，程序相对复杂且耗时耗力。智能化粗煤泥分选控制系统的引用，不但能提高选煤技术水平，降低选煤岗位工人劳动负荷，减少企业对劳动力的投资成本，而且通过提高粗煤泥分选精度，使得煤炭使用效率得到有力提高[9]，有利于提高煤炭企业的经济效益和综合竞争力。