选煤厂重介质悬浮液密度控制方案研究

选煤厂重介质悬浮液密度控制方案研究

韩燕清

华阳新材料集团 一矿选煤厂，山西省阳泉市，045000

摘要：重介质选煤是目前应用最广、分选效果最好的选煤工艺之一，在国内煤炭分选方法的占比很高。重介质选煤过程中，重介质悬浮液密度的检测与控制极其重要，重介悬浮液密度直接决定分选密度，进而对产品的最终质量及产率产生影响。本文基于重介质选煤过程，对重介质悬浮液近年来的主流检测与控制方法进行了研究，并预测发展趋势，为未来选煤行业的发展提供新的思路。

关键词：选煤厂；重介质悬浮液；密度控制方案；

引言

选煤厂生产过程的分选工艺主要有跳汰选煤、重介选煤、浮游选煤等。重心转移具有广泛的粒度，分散性明显，成为碳纤维工艺的主要选择。煤再结晶的关键在于确定硫水的密度。根据煤与砷密度的差异，低于硫水密度，岩石下沉，使煤与砷分离，使煤的初始选择成为可能。由于原煤灰值和硫值的动态变化，煤炭再选时必须不断调整流体密度值，以提高原煤的利用率，确保新选的目的。

一、悬浮液密度控制设计

对离心力公式进行变化可知，悬浮液密度不同对分选效果也会产生很大影响，密度过小，精煤会随矸石一同从底流口排出；密度过大矸石会混入精煤造成精煤灰分过大，因此进行悬浮液密度的精确控制十分重要。对于旋流器密度控制存在极大滞后性，且密度调节过程中会对物料桶内部液位变化产生影响，很容易影响到精煤的产率。因此本文通过设计算法优化来改善密度与液位之间的动态性能。F=FL-F0=V（m-ρ）v2/r.（3）式中：F为物料在悬浮液中受到的合力；FL为离心力；F0为悬浮液给物料的支撑力；V为物料体积，m3；m为密度，kg/m3；ρ为悬浮液密度，kg/m3；r为颗粒半径。图1为重介质旋流器洗选工艺流程，由图1可以看出，混料桶的作用是通过对悬浮液进行调配，并回收洗选结束后的介质。其中回收介质为洗选产物处理后所得，具体洗选流程为：物料桶对悬浮液进行密度调配并加入原煤，混合料进入重介质旋流器进行分选，分选产物在重力作用下将介质进行脱离流入混料桶，后一步产物在高压加水处理下与介质脱离，同样将介质流入混料桶中继续使用。可以看出混料桶中的液位及密度在洗选过程中发生了多次变化，为确保悬浮液密度控制在合理范围之内，决定对利用清水阀及加介阀对悬浮液密度及液位进行参数控制。1）清水阀。当清水阀处于打开状态时，混料桶的液位不会立刻上升而是出现一定的滞后性，随后液位会以一定速度增大，滞后时间一般为5s左右。悬浮液密度变化也呈现一个滞后性，但滞后时间要小很多，因此可以通过布设清水阀调节方式，实现对悬浮液密度的快速调节效果。2）加介阀。同样利用加介阀对混料桶液位悬浮液密度进行改变，对于混料桶液位的变化滞后时间为6s左右。而通过改变加介阀的开度可以看出悬浮液密度会增大，但也存在一个时间上的滞后性，而且悬浮液密度的增大趋势也在不断变小直至趋于平稳状态。通过两者之间的关系，实现对混料桶液位及悬浮液密度变化的控制效果，并进行DMC算法预测控制来对液位与密度进行仿真模拟控制调节。

图1

二、控制方案

（一）自动配煤过程实现

煤炭自动分配时，胶带输送机配备胶带秤，实时检测原煤的瞬时流量和累计流量，向自动分配的煤炭分配控制器发送4-20mA流量信号，完成原煤的初始测量。煤与煤的自动分配规律通过模糊PID控制算法确定了a、b号煤与煤原力的量和比例，并规范了煤电厂速度比例的调整。如果实际组合大于预测值，控制器会通过PID算法降低到变频调速柜的输出频率，从而降低电机的转速。

（二）自动分流过程实现

通过控制分流阀开度可实现重介质悬浮液注人稀介质桶，注人量由分流阀的开度控制。该驱动器恢复了薄容器的自由流动流体，而浓度介质的累积容器提供了对高波动密度的间接控制。截止阀控制流程的特点是循环耦合，在阀口控制中可通过以下方式控制:(1)当浮液的实际密度大于预测值，加注阀无法完成密度调整时，减少截止阀的烧蚀开口；而是需要增加阀门开口。(2)如果磁性在重介质门限过高，应减小阀门开口以增加泥浆。(3)当I的液位。o .-介质箱过低，应增加进口开口。(4)充液阀开得过大时减少阀门开口。

三、智能控制模式及切换

选煤厂重介质料浆密度智能控制系统基于EPEC控制器，完成系统中所有电气部件的基本运动控制和模式控制及切换。主要运动控制主要包括周期性采集水平、密度传感器数据、分级阀、水阀、浓介质泵启动停止控制等。根据重介质浆料的性能和工艺流程，将控制过程分为添加、稳定、提高密度、降低密度四种模式，并可在模式间无缝切换。附加模式意味着减少浆料中的磁铁粉末，并需要补充浓缩介质。为了防止浆料密度在进一步工作时突然增加，应调整合格介质桶、浓缩介质桶的除湿阀，增加液体密度当量。稳态是指浆液密度接近分级密度值，需要稳定密度值来控制污泥含量。在模糊PID控制测量的基础上，实时调整阀门、分级阀的开度，将浆液密度值和粘液含量调整至合理区间。密度等级提升模式需要显着调节浆液密度值，通过浓缩介质泵、分级阀进行。也就是说，当浆液液位过高时，通过控制分类阀降低水位。当浆液密度过低时，控制浓缩介质泵来补充浓缩介质。密度降低模式是指需要对浆液密度值进行实质性调整，在浆液水平过低时控制水阀，直接降低密度。如果水位过高，控制逆流泵降低水位。通过控制系统模式切换按钮，可以平稳、自由地切换上述四种模式。

四、选煤重介悬浮液密度控制发展趋势

（1）检测控制实时化。选煤重介悬浮液密度的控制是在悬浮液密度的检测上进行的，密度检测是密度控制的一部分。密度检测的要求首先是实时。现下还存在的选煤厂基本上是较大的选煤厂，在进行生产运行时，单小时处理量将是庞大的，因而密度检测需要快速处理，以便调节悬浮液在合适范围内，进而有效指导生产实践。（2）检测精确化。密度检测需要准确，否则将会错误地指导实践，使产品质量不达标，造成产能浪费和资源损失。（3）系统设备维护简单化。装置的检修及维护要求简单，装置要求耐用性好，可靠性高。若设备使用不便，设备维护困难，相关技术人员的培训花费大，不利于提高选煤效率。因此，未来密度检测与控制设备必然是简单且容易操作的，可以提高选煤工作效率，节约人力物力。

结束语

重介悬浮液密度的检测与控制在选煤生产中发挥着重要作用，直接影响选煤产品的产率与质量。先进合理的检测与控制系统，能够在提高选煤厂经济效益、促进选煤工业发展方面产生很大影响。目前的检测与控制系统还存在一些不足，仍需要消耗大量人力物力，自动化、智能化是未来检测与控制系统乃至整个选煤行业的发展趋势，同时也有利于实现无人化分选生产，进而提高经济效益。

参考文献

［１］王然风，高建川，付翔．智能化选煤厂架构及关键技术［Ｊ］．常州：工矿自动化，２０１９，４５（７）：２８－３２．

［２］张平．选煤厂重介质分选过程悬浮液密度智能控制系统研究［Ｊ］．太原：机械管理开发，２０２０（１２）：２５０－２５２．

［３］张梦瑶．重介质选煤自动化控制系统的设计［Ｊ］．太原：机械管理开发，２０２０（１２）：２４６２４７，２５５．

作者简介：韩燕清 男 汉 1986.05.22 ，本科学历， 2016.6毕业于太原理工大学 电气工程及其自动化，工程师