选煤厂重介质密度控制系统的研究与应用

师华星

霍州煤电集团辛置煤矿 山西 霍州 031400

重介选煤因其分选效果好、粒度区间大等优势而被广泛应用。该方法的核心在于悬浮液密度的设定，通过利用矸石、煤等密度的差异，控制密度低于悬浮液的煤上浮，而密度高于悬浮液的矸石下沉，从而达到原煤分选的目的。然而，在控制悬浮液密度方面仍存在许多问题，需要进一步优化控制，以稳定推动原煤分选的过程。

1 重介质悬浮液概述

重介质悬浮液由水、加重质的颗粒状固体混配而成，其中固体粒度处于1～500µm 范围内，是一种粗分散悬浮液，整体比较不稳定，处于静置状态时出现沉降分层，由于分选机内各个位置的密度不同，造成分选实际密度与重悬浮液平均密度间出现差异，是否具备抵抗浮降能力是衡量具体性质的重要指标。此外，重介质悬浮液类似于均匀流体，具体一定粘度，并受到温度、固体形状、浓度、粒度、表面性质等因素影响，处于静置与其他运动状态时粘度会发生变化，这使得在预测被分选颗粒在其中的运动、分选设备的具体能力时面临较大的困难，然而在相应生产条件、一定区间范围内，可将重悬浮液视作均匀流体，将表观密度当作其密度，将表观粘度当作其粘度。

2 选煤厂重介质悬浮液密度控制方案设计

2.1 控制体系建设

为实现重介质悬浮液密度智能控制，应借助信息化技术关联各项设备，实现整体化管理，以此来实现对悬浮液密度控制的快速反应、干预。具体包括以下三部分内容：①结合煤种硫分/灰分含量、精煤质量标准，选择适宜的自动配煤分站，对其加以智能化控制，实现智能配煤。②对重介质分选设备分站展开智能化控制，加装高清摄像装置或者传感器设备等，保证分选设备工作的持续性。③主站与各个分站通过WIFI或者TCP/IP通信进行控制指令、数据信息交互，加强管理人员对整个控制体系的把握，方便制定相应的控制方案，提升控制效果。

2.2 传感器布置

影响重介分选的因素有：合介桶液位、重介密度、煤泥含量等，故而需参考实际需求进行传感器布置，具体布置方式见图 1 所示。其中，密度传感器 1 用于检测合介桶重介质悬浮液各个阶段的密度；传感器 2 用于检测浅槽分选机中的重介悬浮液密度，加水阀的作用可随时向合介桶补水粗调合介桶的重介悬浮液的密度，借助加水调节阀可以向重介悬浮液管路中补水用于调节送入浅槽洗选槽中的重介密度。通过磁性物传感器得出重介悬浮液磁性介质含量，计算煤泥含量，再借助分流机构完成固定筛输出重介悬浮液的分流，具体的分流比例可按照实际所需设定。

图1 传感器布置图

2.3 数据库设计

在传感器收集到各项设备、各个位置的重介质悬浮液密度信息后，输送到选煤厂控制中心，由控制中心对其进行分类、处理、归纳，按照其具体类型分别纳入到对应的数据库中，包括相关设备的状态参数、故障信息、重介质悬浮液实时密度、形态等，以此来实现对重介质悬浮液密度的有效、全程控制； 后续可根据数据库数据对比分析各个阶段的数据值，判定其是否处于正常状态，方便对其随时调整。

2.4 控制系统软件设计

很多选煤厂的控制系统只能简单地完成起车、停车等基本操作，难以满足悬浮液密度全过程智能控制所需，针对这种情况，进行控制系统软件设计：第一，在保持原有控制软件功能、组织框架不变的状况下，加入重介悬浮液密度控制软件，包括以下功能模块：人机交互模块、系统总控模块、数据采集模块、原集中控制软件模块、重介悬浮液密度控制模块、煤泥含量控制模块、合介桶密度与液位控制模块。

3 选煤厂重介质悬浮液密度控制方案实现

3.1 工艺流程

工艺流程包括：①求出BRF预测模型、悬浮液密度设定值差值，输入控制系统，根据密度差值，PID 控制器定向调整补水阀，模糊控制器在分析密度差值的基础上给出液位给定值、磁性物含量给定值、补水阀开度给定值，基于此进行分流阀调节，以此来完成重介质分选。

3.2 自动配煤

引入RBF神经网络预测方法预测各个位置的原煤配煤量、配比值，设定A号原煤、B号原煤对应的累计流量分别为Qa、Qb，计算其实际配比，可按照公式（1）和（2）进行：

式中：Q1指的是B号原煤真实累计流量 y 指的是原煤真实配比。在进行自动配煤进程中，在胶带机输送机上适宜位置装设胶带秤，检测原煤在各个阶段的累计流量、瞬时流量，后续将不超过20mA电流信号传输到自动配煤分站控制器进行原煤检测。

3.3 自动补水实现

按照 RBF 神经网络预测方法对各处原煤分选悬浮液密度预测，预测值、实际值密度差值在较小区间内持续波动，可借助调节补水阀开度保持密度处于动态平衡状态。可更新优化相关设备布置，比如可选择将补水阀装设在旋流器、介质桶间管路，并在补水阀后装设密度计， 依靠密度计测出悬浮液实际值，通过不高于4～20mA 电流信号传输到对应的重介质分选设备分站。若是密度值与预测值出现差异，需操作分站控制器借助模糊算法智能化调节补水阀各个阶段开度。若是悬浮液密度实际值＜预测值，代表控制器控制补水阀实际开度变小，对其加以调节后，让密度实际值接近预测值后，维持补水阀在一段时间内不变。

3.4 自动分流

自动分流，包括以下两项内容：①操控分流阀开度，将重介质悬浮液输送到稀介质桶，通过分流阀开度设定注入量。②因分流阀控制本身的多耦合性、滞后性特征，要求在调节分流阀开度时按照以下步骤：若重介质悬浮液真实密度＞预测值，依靠补水阀难以进行密度调节，此时需操作分流阀减小开度，反之加大开度。若是悬浮液中磁性物含量过高，需要减小分流阀开度，以此来增加煤泥含量。若是介质桶液位过低，适当增加分流阀开度；若是补水阀开度过大，需适当减小分流阀开度。

4 应用效果分析

结合相关案例，探究选煤厂重介质悬浮液密度控制方案应用实效。选择国内某地洗煤厂展开试验，选定 A号、B 号各 20 组原煤配比预测值、实际值，其中 A 号煤选择上述控制方案进行密度控制调节；B 号煤选择常规手动调节方式。在试验中发现，手动调节存在调节区间受限、反应时间慢、调节时间长、实效性差等各种问题。应用智能控制方案，在经过数据统计后得出结论：调节悬浮液密度，控制其下降0.02g/cm3，大约耗时3min，控制其上升 0.02g/cm3，大约耗时 5min，有着较强的实时性，可满足各个阶段的重介质悬浮液灵活调整所需。悬浮液处于稳定状态时，密度波动区间为上下0.005g/cm，大大提升了其稳定性。若是要进行悬浮液密度大幅度调整，可调整控制模式为密度下降模式或者上升模式，以此来避免受到调节区间受限的影响，取得更好的调节效果，亦可保证悬浮液密度实际值、预测值高度吻合。

5 结束语

选煤厂重介质悬浮液密度控制方案在设计、实践中具备一定的优势，结合具体的案例发现，手动调节存在调节区间受限、反应时间慢、调节时间长、实效性差等问题；应用智能控制方案，调节悬浮液密度下降 0.02g/cm3耗时约 3min；控制上升 0.02g/cm3耗时约5min。证明智能控制方案有着较强的实时性，说明重介质悬浮液灵活调整方案的可行性、实效性。