重介质旋流器堵塞报警系统的研究

李 鹏

（霍州煤电集团吕梁山煤电公司洗煤厂，山西 吕梁 033100）

引言

由于我国煤炭分布范围广，各个区域的煤炭特性存在着较大的差异性，因此选煤厂需要对煤炭进行分选。特别是随着各类化工行业对煤炭品质要求的不断提升，对煤炭的分选精度和效率提出了更高的需求。重介质旋流器是一种广泛应用在煤炭分选中的设备，其分选效率和稳定性直接决定了对煤炭分选的可靠性和经济性。通过对重介质旋流器故障情况的分析，其连接管堵塞已经成为影响分选效率和稳定性的主要因素，重介质旋流器连接管的堵塞是一个渐进的过程，由于缺乏监测手段，在堵塞前期往往难以发现，直到堵塞严重、影响分选工作的时候才能变现出来，严重影响了煤炭的分选效率和分选精度。

通过对重介质旋流器堵塞情况的分析，在堵塞过程中旋流器入口的压力会发生一定的变化，不同的堵塞情况下其压力情况不一致，因此通过对其入口压力变化情况进行监测，即可判断出连接管的堵塞情况。本文提出了一种重介质旋流器堵塞报警系统，该系统能够对重介质旋流器在工作时的压力变化情况进行实时监测，当超出警戒压力后及时进行报警，提醒工作人员及时进行清理。根据实际应用表明，该系统的报警精确性达99.89%，能够有效提升重介质旋流器的运行稳定性。

1 重介质旋流器工作原理

当悬浮液进入到旋流器后，在旋流器作用下从入料口到旋流器的内，表面处产生一个向上的外螺旋涡流，在旋流器的轴心位置形成一个向下旋转的内螺旋流，在内螺旋流的作用下使旋流器内形成一个局部负压，进而不断地从入料口处吸附原煤和空气。在旋流器内部高速旋转的作用下，在旋流器内部会形成一个具有不同密度分布的密度场。当密度场大于旋流器所产生的分离密度时，向着外螺旋方向偏移，当密度场小于旋流器所产生的分离密度时，则向着内螺旋方向偏移。最终密度较低的精煤从旋流器中间的出口处流出。密度较大的中煤及煤矸石则从旋流器上侧的分离口进入到二段分离器进一步的分离，最终分离形成中煤和煤矸石，重介质旋流器的工作原理如图1 所示[1]。

图1 重介质旋流器工作原理示意图

2 连接管堵塞原因

旋流器连接管堵塞的原因分为多种，通过对其堵塞原因的统计分析，主要原因包括入料粒度过大、杂物堵塞、煤质变化，以上三类原因占据了连接管堵塞原因的95%以上[2]。

1）入料粒度过大。目前旋流器一般要求入料的煤炭颗粒直径不大于50 mm，当多个粒度过大的颗粒集聚在连接管处时就会形成一个堵塞体，最终逐渐地堵塞整个连接管。对该类型的堵塞可以通过控制破碎机煤粒度并在进入旋流器前进行筛分，来降低因入料粒度过大而导致的堵塞。

2）杂物堵塞。杂物堵塞是指煤炭中含有铁丝、线绒等，这些物体能够缠绕在一起，形成一个大块的堵塞体，导致连接管堵塞。

3）煤质变化。煤质对旋流器的工作稳定性影响极大，当进入到旋流器内的煤炭精煤量降低后，单位时间内产生的中煤和煤矸石的混合体数量增加，因此就会影响到连接管的通畅率，导致堵塞。

在旋流器工作的时候，随着分流的进行，在入料口处会形成一定的压力，若连接管出现堵塞，则入料口处的压力将会发生变化，而且压力变化情况将随着入料口堵塞程度的不同呈现出显著的差异性，因此只需要对入料口处的工作压力进行监测，即可对入料口的堵塞情况进行准确判断。

3 堵塞报警控制系统结构

为了满足对旋流器入料口压力变化情况的监测，本文提出了一种新的压力联动监测系统[3]，在重介质旋流器入料口的水平段设置一个范围为0～0.5 MPa的压力表，在监测时以电流信号来对应压力信号的变化，通过屏蔽电缆将系统各个仪表设备进行连接，形成一个闭环反馈控制系统，该堵塞报警控制系统结构如图2 所示，图中KINGVIW 表示组态王控制软件。

图2 堵塞报警控制系统结构示意图

由图2 可知，该控制系统中压力表用于对入料口处的工作压力变化情况进行监测，将监测结果传输给西门子300PLC 控制系统，同时控制系统调取数据库内的“压力-堵塞”情况匹配表[4]，对连接管处的堵塞情况进行判断，当超过系统设定的警戒值后，开始进行报警。若系统的堵塞情况继续升高超过系统设定的停机点后，自动控制重介质旋流器停止运行，以保证设备的运行安全性。

在该堵塞报警控制系统中，还加入了组态王控制软件[5]，能够对监测过程中的压力显示曲线进行记录、实时调取，同时能够定期输出旋流器运行状态分析报告，对运行过程中的堵塞异常进行分析，从而为从源头解决堵塞、提高旋流器运行可靠性奠定基础。

4 重介质旋流器控制逻辑及应用

为了保证重介质旋流器堵塞报警系统的工作，系统采用了“电流-压力”转换控制逻辑[6]，在系统内设置了不同阶段的预警值，不同的数据存储在不同的存储器内，从而能够有效提升数据的提取效率和便捷性。在系统内设置了数据的存储属性[7]，便于每次关机再启动后能够保持前一次的数据设定情况。在控制逻辑中加入了超低限压力判断逻辑，以持续的低压力情况作为触发停机控制逻辑。在上位机界面内设置压力信号转换控制程序，将系统压力实时转换为动态的逻辑存储信号，便于追溯在监测期间重介质旋流器的工作情况。

目前该重介质旋流器堵塞监测报警系统已经投入使用，根据实际监测，该系统在1 839 次报警中，有2 次报警为入料口入料情况波动导致的误报警，其他报警状态均与实际相符，报警准确性达到了99.89%，极大地提升了重介质旋流器的运行稳定性和可靠性。

5 结语

1）旋流器连接管堵塞的原因包括入料粒度过大、杂物堵塞、煤质变化，三类原因占据了连接管堵塞原因的95%以上。

2）重介质旋流器压力监测报警系统，能够对入料口处的压力变化情况进行实时监测和预警，监测准确率高达99.89%，能够有效提升重介质旋流器的运行稳定性。