基于硫分判定煤质的重介密度闭环控制技术研究

吕小刚

汾西矿业集团 双柳煤矿选煤厂, 山西 柳林 033300)

双柳煤矿选煤厂的设计处理能力为150万t/年,2003年3月7日投产。选煤工艺采用不脱泥、不分级混合无压给料三产品重介旋流器+煤泥重介+煤泥浮选联合工艺,主要入选双柳煤矿上组(3+4)号和下组(8+9)号原煤。上组原煤和下组原煤煤质有着较大差异,由于矿井不能对原煤进行分提分储,因此入洗原煤可能是上组煤、下组煤或上下组混合煤,煤质的无规律变化导致重介分选控制系统无法快速调整,密度调整迟于煤质变化,导致产品灰分波动大,易造成产品质量过剩或不合格。因此,亟需研发一套能够快速判定入选煤质进而灵敏调整分选密度的重介分选控制系统。

1 重介密度闭环控制方案

上组(3+4)号原煤与下组(8+9)号原煤灰分较为接近,通过原煤灰分在线检测很难判定入洗煤种。化验灰分会滞后于生产过程约2 h,化验硫分滞后约30 min,若利用化验灰分和硫分进行反馈调节,不能有效保证产品的质量稳定。但是上组原煤和下组原煤的硫分存在显著性差异,通过硫分可以判定入洗煤质,并可大致计算出两种原煤的混合比例。因此,依据硫分这一显著性差异特征准确判定入洗原煤煤质具有很强的可行性。

通过以上分析,结合选煤厂密度控制系统运行过程中存在的问题,构建以硫分在线检测为煤质判定依据,重介悬浮液密度调整为目标,通过自动补水、分流和加介实现基于产品灰分指标反馈的闭环密度自动控制系统,最终实现不同煤质条件下的重介精准分选[1-3].

2 整体方案的实现

2.1 硫分及灰分的在线检测

在选煤厂重介精煤皮带上新增一台X射线仪,能够同时检测重介精煤的实时硫分和灰分。根据硫分值判断所洗煤种,作为密控系统密度设定值的选择依据。灰分值用于密控系统的实际灰分指标控制,参与密度控制的外环闭环中,并且预留与X射线在线灰分仪的两种接口,一种是4～20 mA的输入接口,预留2路,用于灰分和硫分数据的接入,另预留一路RS-485的通讯接口,采用MODBUSRTU的通讯规约,用于采集X射线在线灰分仪的信号,采用通讯方式,可以把灰分仪所测量的更多变量接入密控系统中。

2.2 重介分选系统硬件改造

1) 将重介分选系统原有的密度实时检测仪表、磁性物含量仪表、原煤合介桶桶位仪表、旋流器入料压力信号等全部接入新建设的密度控制系统,并将泵前补水阀门、桶上补水阀门、反分流阀门、磁选机下原煤合介桶分流阀等全部更换为自动阀门,同样将控制信号接入新建的密度控制系统内,通过硬件改造,重介分选系统能够实现密度控制系统远程自动操作,为闭环控制提供基础。

2) 对加介系统进行智能化升级改造,从备介、鼓风、启泵、分流、补水全过程实现远程自动操作。新增浓介桶雷达液位计和静压式液位计,可以计算出浓介桶中的密度值。当系统需要快速提高密度时,密度控制系统能自动进行快速加介的操作。

2.3 重介系统密度闭环控制策略

1) 硫分判定指导。

建立煤质变化与测量硫分之间的控制关系,把硫分作为密控系统的先决条件。在控制系统运行的过程中,对生产过程中的煤质(化验室化验数据)、在线硫分等相关的参数进行收集、分析、整理,进而建立一个基于SPC统计方法的模型。把在线硫分作为模型的输入变量,煤质判定结果作为模型的输出变量。采用统计学的方法,基于采集到的实时数据,对三者之间的关系分析判断,生成模型,并用于对当前硫分指标下煤质判定的指导。再根据实际所获取的数据,对模型中煤质设判定结果进行验证,验证的结果回馈至模型中。通过这种方法,精准判定上下组煤质的不同特性,为后续密度设定值的精准模型给定和最优控制提供基础保障。

2) 灰分及密度闭环控制。

建立密度设定值与测量灰分之间的闭环控制系统,把灰分作为密控系统的外环。在密度灰分闭环系统运行的过程中,对生产过程中的密度值、在线灰分等与密控相关的参数进行收集、分析、整理,进而建立一个基于SPC统计方法的模型。把在线灰分作为模型的输入变量,密度实际值作为模型的输出变量。采用统计学的方法,基于采集到的实时数据,对两者之间的关系分析判断,生成模型,并用于对当前灰分指标下,密度设定值的指导。再根据实际所获取的数据,对模型中密度设定值数据进行验证,验证的结果回馈至模型中。通过这种方法,采用“卡边”生产的控制策略,对密度设定值进行必要的修改,以达到产率最大化。同样,对不同的煤质采用相同的方法进行优化处理,从而适应上下组煤质的不同特性,最终实现不同煤质情况下密度设定值的精准模型给定和最优控制。

3) 密度与煤泥含量双变量控制。

在重介洗选过程中,适量比例的煤泥能改变密度悬浮液的特性,提高分选效果,从而提高产率[4].在新的密控系统中,采用密度和煤泥含量双变量控制策略。建立一个模型,把在实际生产过程中产生的数据作为模型的训练数据,对影响密度和煤泥含量这些变量相互之间的作用关系进行研究。通过控制过程中参数的获取,寻找它们与密控控制和煤泥含量控制之间的关系,对相关数据之间的耦合进行解耦操作,优化控制模型,最终实现控制平稳、系统扰动小的目标。在该控制策略中,密度控制与煤泥含量的控制优先级是不同的,密度控制为最高优先级,在密度控制可以满足系统要求的条件下,才进行煤泥含量的调节。

4) 上下组煤入洗密度切换控制 。

通过在线测量硫分仪能够在线识别上下组煤的煤质。所以,在硫分仪测量准确的情况下,系统可以检测到目前所洗的煤种,同时可以检测到煤种切换的过程,并反馈至密度自动控制系统,控制系统根据煤种切换而采用不同的控制参数进行控制。

基于硫分判定煤质的重介密度闭环控制流程图见图1.

图1 基于硫分判定煤质的重介密度闭环控制流程图

3 应用效果

1) 基于硫分判定煤质的重介密度闭环控制系统在该选煤厂投入运行后,能够迅速实现入洗煤种的判定,时间由30 min缩短至5 min.

2) 煤质判定准确,后续密度调整波动小,运行期间密度调整波动统计见图2.

3) 实现了重介分选系统设备的自动控制和工艺参数的自动调节,使设备在最佳工况下运行,充分释放设备的工艺性能,保证产品数质量的稳定。经统计,精煤产率提高0.20%左右。

4 结 语

基于硫分判定煤质的重介密度闭环控制系统依据硫分在线测量反馈入洗煤种,根据历史数据迅速调整密度,然后通过在线灰分检测反馈,重新校准分选悬浮液的密度,并通过自动分流、补水、补介方式稳定分选密度。与依靠人工化验硫分和灰分数据对分选密度进行调整相比,具有调节快、准、稳的优势,提高了产品质量的稳定性及回收率。

图2 运行期间密度波动图