重介质选煤自动控制技术研究.pdf

第 4 O卷 第 6期 2 0 1 4年 6月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 ． 4 0 NO ． 6 J un ．2 Ol 4 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 4 0 6 0 0 3 4 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 9 郭楠 ， 陈震 ， 罗旭辉． 重介质选煤 自动控制技术研究[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 4 ， 4 0 6 3 4 3 6 ． 重介质选煤自动控制技术研究 郭楠 ， 陈震 ， 罗旭辉 1 ． 安徽 理工 大学 材料 科学 与工程 学 院 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ； 2 ． 山西潞 安集 团 司马煤 业有 限公 司 ，山西 长治0 4 6 0 0 0 摘要 介 绍 了重介 质 选煤 自动控制 技 术的现 状及特 点 ， 简述 了当前 重介质 选煤 自动控 制 包含 的几个 系统 以及重介质选煤过程 中常用的控制仪表 ， 最后分析 了重介质选煤 自动控制存在的问题。 关键 词 重介 质 选煤 ；自动控制 ；选煤 工艺控制 ； 控 制 器 中图分 类号 T D9 4 8 ． 9 文献 标志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 4 0 5 3 0 0 9 5 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d o i ／ 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 9 ． h t ml Re s e a r c h o f a u t o ma t i c c o n t r o l t e c hn o l o g y o f d e n s e me d i u m c o a l p r e pa r a t i o n GUO Na n ， CH EN Zhe n ．LUO Xu hui 0 1． Sc ho ol o f M a t e r i a l s Sc i e nc e a nd Eng i ne e r i n g，An hui Uni v e r s i t y o f S c i e nc e a nd Te c hn ol o gy， Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，Ch i n a ；2 ． S i ma Co a l I n d u s t r y Co ． ，Lt d ． ，S h a n x i Lu a n Gr o u p，Ch a n g z h i 0 4 6 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t The p a p e r i nt r o d uc e d e x i s t i ng s t a t us a nd c h a r a c t e r i s t i c s o f a u t o ma t i c c o n t r ol t e c h no l o gy of d e ns e me d i um c o a l p r e p a r a t i o n， o ut l i ne d s e ve r a l s y s t e m s i nc l ud e d i n a u t o m a t i c c on t r o l o f d e ns e m e d i u m c oa l pr e pa r a t i o n a nd c ommon i ns t r u m e nt s u s e d i n de ns e m e di u m c o a l pr e p a r a t i on p r o c e s s ， a n d f i na l l y a na l y z e d p r o b l e ms e x i s t e d i n d e ns e me d i um c o a l p r e p a r a t i on a u t o ma t i c c o nt r o 1 ． Ke y wo r d sd e ns e me di u m c o a l p r e pa r a t i o n； a u t o ma t i c c o nt r o l ； c o a l p r e p a r a t i o n pr o c e s s c o nt r o l ； c On t r 0 e r 0引言 1 重 介质 选煤 自动控 制技 术的现 状 目前 重 介 质 选 煤 工 艺 在 很 多选 煤 厂 中得 到应 用n ] 。在重介质选煤过程中， 选煤 的工艺参数发生 了变化 ， 这些参数对分选效果有显著影响， 如果单靠 人 工控 制 ， 很 难达 到最佳 控制 效果 。因此 ， 重介 质选 煤 自动控制 显得尤 为重 要 。 自动控 制系 统不仅 能改 善产品质量 ， 提高分选效率 ， 还能减少人员劳动力 ， 降低损耗 ， 提高选煤厂的经济效益 ] 。发达国家的 重介质选煤几乎完全实现 了自动控制 ， 如选煤厂集 中监控 、 悬浮液密度 自动控制 、 悬浮液黏度 自动控 制、 旋流器入 口压力 自动控制 、 灰分 自动控制等 。本 文介绍 了重介质选煤过程中常用的控制仪表以及控 制 系统 ， 并分 析 了 目前 重 介 质 选煤 自动 控 制 系 统存 在 的 问题 。 1 ． 1 密度 自动控 制 在 重 介质 选 煤过 程 中 ， 悬 浮 液密 度是 影 响精煤 质量的重要参数之一。因此， 稳定悬浮液密度可提 高产品精度 。常用 的密度计有水柱平衡式密度计 、 差压式密度计 、 浮子式密度计 、 放射性密度计。由波 兰和前 苏联 引进 的设 备 多 是水 柱 平 衡 式 密 度计 ， 这 种密度计结构 简单 ， 但不便 于维 护， 不少 厂已经拆 除 。浮子式 密度计 过 去多 用 于 选矿 厂 ， 而 在 选 煤 厂 中很少使用口 ] 。选煤厂使用最多的是差压密度计和 放射性密度计， 如滴道盛和煤矿洗煤厂用 的是差压 密度计_ 4 ] ， 而像屯兰矿选煤厂 、 安太堡选煤 厂、 桃山 选煤厂 、 镇城底矿选煤厂、 漳村 矿选煤厂、 石板选煤 厂等使用的是放射性密度计[ 5 。 。 。 。由于差压密度计 收稿 日期 2 O 1 3 1 0 1 6 ； 修回 日期 2 0 1 4 0 3 2 7 ； 责任编辑 胡娴。 作者简介 郭楠 1 9 8 8 一 ， 女 ， 河南新乡人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方向为选煤 自动化 ， E - ma i l g n l u c k l y 1 2 6 ． c o m。 2 0 1 4年第 6期 郭楠等 重介质选煤 自动控制技术研究 3 5 所 测 的密 度 和实 际 密度 相 差 较 大 ， 现 在 大 部 分 选 煤 厂 已经使 用放 射性 密度 计 。放射 性密 度计 将测 得 的 密度值转换为 4 ～2 O mA的模拟信号并送 到集 中控 制 室 。 悬浮液密度 自动控制技术 已经相当成熟 ， 并在 国 内外 的重介 质选 煤 自动 控 制 中广泛 应 用 ， 尤 其 在 新 建 的重介 选煤 厂 ， 而部 分 老 厂 改 进 后 也 采用 了密 度 自动控制系统 ， 使用 P I D算法实现控制口 ] 。当 自 动调控 悬 浮液 密度 、 液 位 时 ， 有 较 明显 的 大惯 性 、 大 滞 后 的 特性 。针对 这 些 问题 ， 相 继提 出 了 S mi t h预 估控制算法、 复合模糊 P I D预测控制算法 等。由于 重介质 选煤过 程 中的很多 参数 是非 线性 的 ， 传统 P I D控制算法效果没有预期 的好 ， 近年逐渐 出现 了 神经网络、 模糊控制、 遗传算法、 自适应 等现代控制 算法， 这些算法在处理非线性 、 强耦合 、 多 目标等 问 题 时具 有很 大 的优势 。 1 ． 2介质 桶液 位 自动控 制 在 给 料量 不 变 的情况 下 ， 介 质 桶 液 位 的波 动 会 影 响分 选 系统 中煤 与介 质 的混 合 比_ 1 。因此 ， 控 制 介 质桶 的液 位是 保证 产 品质量 的 重要 因素 之一 。检 测介质桶液位 的仪表有压力式液位计、 浮球式液位 计 、 射 线 式 液 位 计 、 超 声 波 液 位 计 等 。 安 太 堡 选 煤 厂、 桃山选煤厂用 的是压力传感器， 屯兰矿选煤厂、 石板 选煤 厂 、 临涣 选 煤 厂 、 镇 城 底 矿 选 煤 厂 、 马 家 沟 矿选 煤 厂用 的是 超声 波液 位计E l z 1 3 1 。超 声 波液 位计 具有 性能 稳定 、 精 度 高 、 抗 干 扰 能 力 强 、 安 装 调 试 方 便等优点 ， 目前越来越多的选煤厂使用超声波液位 计。使用超声波液位计检测液位高度时 ， 若液位高， 可调 节介 质 的分流 ； 若 液位 低 ， 可 添加 水或 浓介 质 。 1 ． 3 旋 流 器入 口压 力 自动 控制 如果 旋 流 器 人 口压 力 较 大 ， 可 以在 一 定 程 度上 提高分选效果 ， 但是若压力过大 ， 不仅增大 了矿粒的 实际 分离 密 度 ， 还 会 使 密 度 分 布 不 均 匀 ， 对 分 选 不 利 。因此 ， 维持旋流器人 口压力稳定是决定分选效 果好坏的重要因素 。旋流器入口压力常用压力传感 器 来 检测 。 1 ． 4 磁 性 物含 量检 测 在重介质选煤过程 中， 悬浮液中煤泥含量跟磁 性物含量有密切 的关系 磁性物含量低及粒度 大是 因为煤泥含量高 ， 因而得不到好 的分选效果 ； 如果煤 泥 含量 低 ， 也 得 不到好 的分 选效 果 l 1 。安 装磁 性 物 含量测量仪可以测得磁 性物 的含量 ， 用所测磁性物 含量与测得的密度进行运算来控制分流阀的开度大 小 ， 使煤 泥含 量 维持适 当大小 。 1 ． 5煤 泥含 量 自动控 制 悬 浮液 的密 度 和黏度 都 是重介 质选 煤工 艺 的重 要参数 ， 黏度计可用于测量悬浮液的黏度， 但悬浮液 黏 度 的测控 还没 有很 好 的解决 方案 。悬 浮液 的黏度 和煤泥含量相关 ， 常用煤泥含量代表黏度 。悬浮液 的黏度 越 大 ， 稳 定 性越 好 ， 但 会 使 煤 泥 量 增 高 ， 对矿 物分 选 效果 产生 影 响 ； 如 果煤 泥量 较低 ， 则 会 降低悬 浮 液 的稳定 性 。 因此 ， 煤 泥含 量 一般 稳 定 在 4 O ～ 5 O 。煤泥 含量 很 难 用 仪 表 直接 测 量 ， 一 般 都是 通 过 密度 和磁 性物 含量 来 间接计算 的 。 1 ． 6 灰分 自动 测控 精 煤 灰 分 的检 测 效 果 直 接 影 响 最 终 产 品 的质 量 ， 因此 ， 要对精煤灰分进行在线检测， 来实现灰分 的回控 。2 O世 纪 9 0年代 普遍 认 为 重介 质 选 煤 厂不 适合使用双能量 7透射法在线灰分仪 ， 因为灰分仪 对铁元素很敏感 ， 使用重介 质法选 出的煤会有残 留 的铁 ， 有可能使灰 分测量结果 出现很大的误差口 。 2 O世纪 9 0年 代 末 期 ， 很 多 现 代 化 的 重 介 质 选 煤 厂 的介耗已经普遍降低 ， 使得灰分仪的应用成为可能。 而现在 ， 大部分重介质选煤 厂使用的灰分仪都取得 了很 好 的效果 。已经使 用 了较长 时 间的选 煤厂有 后 所煤 矿 选 煤 厂L 1 、 华 丰 煤矿 选 煤 厂E “ ] 、 山 西太 原 选 煤厂、 重庆南桐选煤厂等。选煤厂采用灰分仪检测 重介 质精 煤产 品 ， 将 测得 的结 果 反 馈 给 自动控 制 子 系统 或操 作人 员 ， 为 自动控 制系统 提供数 据 。 1 ． 7 集控 系统 集控 系统 能够 实现 集 中连锁 与就地 解锁 相互 转 换的控制方式。集 中控制方式在正常运行时启用 ， 就地控制方式在调试 、 检修 时启用 。集控系统不仅 有报警 、 单台设备启停车等功能， 还可以监控设备的 运行 情 况 。 1 ． 8重介 质选 煤过 程控 制 器的选 择 选 煤过 程 中常用 的控 制器 有 P I D控 制 器 、 模 糊 控制器 、 复合型控制器。人们把模糊控制器与专家 系统、 神经网络等智能技术结合在一起 ， 形成了模糊 专家 系统 、 模 糊 神 经 网络 控 制 。最 初 常 用 的控 制 器 是 P I D控制器 ， 但 由于 P I D控制器将液位和密度分 开独立控制 ， 达不到精度要求 。重介质选煤过程 中 的压 力 、 煤泥 含量 、 密度 、 加 水 阀流 量 以及 液位 等 因 素都会对悬浮液的密度产生影响 ， 这些 因素很难用 精确的数学模型表达。因此 ， 人们尝试用模糊控制 器和模糊神经 网络来解决以上问题 ， 近年来 ， 经常用 模糊神经 网络构建重介质选煤控制模型。 3 6 工矿 自动化 2 0 1 4年 第 4 0卷 2 几种典型的重介质选煤工艺控制流程 煤企业的经济效益和现代化管理水平 。 1 跳汰粗 选一 重介旋 流 器精 选 。这 种工 艺 流 程适 合于原 煤可 选性 好 、 用 跳 汰 可 以 实现 分 选 的选 煤厂[ 1 ， 桃山选煤 厂、 兴隆庄选煤 厂等使用 的是该 工艺 流程 。悬 浮 液 密 度 控 制 系 统 采用 P I D 控 制 系 统 ， 密 度计 采用 放射性 密度计 。 2 块煤 重介分选机末煤 重介旋 流器 的分 选 。该流程 适合 于煤 泥 含 量 大 、 矸石 易泥 化 的选 煤 厂 。因为煤 泥量 大 ， 所 以必须 严格 控制好 煤 泥含量 。 这种 工艺 流程 的介质 回收 比较复 杂 。 3 重介 质旋流 器二 次分 选 。该流 程 先要 用 两 产 品重介 旋流器 进 行粗 选 排 矸 ， 然 后将 破 碎 好 的 块 精煤与粗精煤一起 投入旋流器进行精选 】 。重 介 质旋流器二次分选要 2套介质回收系统 ， 成本较高 ， 管理 不便 ， 实现 自控较 复杂 。 4 三产 品重介 旋流器 分 选 。该工 艺 流程 使用 单一密度的悬浮液 ， 可以一次分选出精煤 、 中煤 、 矸 石 ， 工艺简单 ， 投资少 ， 操作方便 ， 已成为我国主要的 选煤 工艺 ， 石板选 煤 厂 、 马家 沟选 煤 厂 、 双 柳 选 煤 厂 等用的都是该工艺。 参考文献 [1 ] [ 2] [ 3] [ 4] [5 ] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] 3 重 介质 选煤 自动控 制 系统存在 的 问题 [ 。 ] 1 由于黏度 不 仅 与 煤 泥 含 量 有关 ， 还 与煤 泥 粒度组成及物理性质等有关 ， 所以， 现有技术用煤泥 含量 来 间接测量 黏度 ， 不能 准确 反应实 际黏度 。 2 现场的恶劣环境及繁重的控制任务易造成 控制设备或现场总线网络故障 ， 最好设立监控系统 冗余 。 3 采集 的数 据 信 息 不 够 丰 富 ， 应 该 增 加所 采 集 的信 息量 ， 如 原 料煤 灰 分 、 流量 、 粒 度 、 水 分 、 设 备 运行 参数 等 ， 以使 重 介 质选 煤 控 制 系 统 更 加 准 确 、 全 面 。 4 结语 分析 了重介 质 选煤 自动 控制 技术 的现 状 ， 介 绍 了几种典型的重介质选煤工艺控制流程 ， 并指出了 其存在的问题。重介质选煤 自动控制技术可以满足 工艺要求 ， 直观地显示 出各个参数 ， 便 于控制调节 。 重介质选煤 自动控制技术的逐步完善有利于提高选 [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [- 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [- 1 8 ] 张士聪． 1 8 o 万 吨重介选煤 自动控制 系统 的设 计与 开 发 [ D ] ． 太原 太原理工大学 ， 2 0 1 l 2 - 5 ． 殷海 宁． 重介质选煤 自动控制技术的发展[ J ] ． 选煤技 术 ， 2 0 0 6 增刊 1 4 6 4 9 ． 白守义． 我 国重介质选煤 自动化现状及发展 [ J ] ． 煤矿 自动化 ， 1 9 9 3 4 4 0 4 4 ， 6 1 ． 韩方远 ， 车显生 ， 马鑫． 重介 洗煤 密度 测控 系统 的应用 研究 [ J ] ． 鸡 西大学学报 综 合版 ， 2 0 1 1 ， 1 1 9 5 0 5 1 ， 1 5 8． 吴斌 ． 屯兰矿选煤厂重介选煤 自动控制系统优 化[ J ] ． 山西焦煤科技 ， 2 0 1 2 ， 3 6 3 4 4 4 6 ． 任晓迪 ， 朱艳军． 安太堡 选煤厂重 介悬浮 液密度 及液 位检测与 自动控制 系统应用实践 [ J ] ． 选煤技 术 ， 2 0 1 2 2 6 4 6 8 ． 邹积 阳， 石新红 ， 李 明明． 桃 山选煤厂重介质悬 浮液 自 动测控 系统分析[ J ] ． 选煤技术 ， 2 0 0 7 6 6 1 6 3 ． 贾爱霞． 镇 城底矿 选煤 厂重 介选 煤工 艺 的参 数 测控 [ J ] ． 山西焦煤科 技 ， 2 0 0 9 ， 3 3 2 1 4 1 6 ． 刘翠 玲． 重介 密度 控制 系统 在漳 村矿 洗煤 厂 的应用 [ J ] ． 煤 ， 2 0 1 3 ， 2 2 1 6 2 6 4 ． 蔡先锋 ， 张鹏飞 ， 罗尔 明， 等． 重介 质选煤 过程 自动控 制系统在石板选煤厂 的应用[ J ] ． 选 煤技术 ， 2 0 1 0 4 5 8 61 ． 王士 国， 杨毓彬． S T D型重介 质选煤 多参数 自动测控 系统 [ J ] ． 选 煤技术 ， 1 9 9 5 2 3 1 3 2 ． 靳松． 临涣 选煤 厂重悬 浮液密 度 自动控 制 系统[ D ] ． 淮南 安徽理工大学 ， 2 0 1 0 7 - 8 ． 刘建全 ， 王世 国， 张勇 ， 等． 马家沟 矿选煤 厂重介 质选 煤 自动控 制 系统 的 改 造 [ J ] ． 选 煤 技 术 ， 2 0 0 6 1 45 47 ． 明利军． 磁性物含量测量仪在选煤厂 的应用 [ J ] ． 山西 焦煤科技 ， 2 0 0 4 ， 2 8 1 1 6 1 7 ． 衣宏 昌， 梁漫春 ， 林谦． 在线煤灰 分检测技术 在 中国的 应用 [ J ] ． 煤 炭 加 工 与 综 合 利 用 ， 2 0 0 6 5 3 9 4 2 ， 7 9 81 ． 刘光 昭． z Z 一8 9 A型在线测灰仪在后 所煤 矿选 煤厂 的 应用[ J ] ． 中国煤 炭， 2 0 1 0 ， 3 6 4 7 8 8 0 ． 王强 ， 孑 L 祥伟． 在线灰分 仪在华 丰煤矿选 煤厂 的应 用 [ J ] ． 洁净煤技术 ， 2 0 1 1 ， 1 7 5 1 4 1 5 ， 8 1 ． 关泽龙． 浅析重介质选煤技术的发展情况 [ J ] ． 中国科 技财富 ， 2 0 1 0 1 4 1 0 8 ．