重介選煤智能化對磁性物含量動態變化的監控

李 峰

(山西焦煤有限責任公司華晉焦煤沙曲選煤廠，山西 呂梁 033000)

1 概 述

隨著重介質選煤工藝的普及，磁鐵礦粉因其物化性能穩定、真密度高、原料分布廣、易于回收等優勢，被選煤廠作為主要分選介質廣泛使用，已成為重介質洗選生產工藝的主要成本構成[2]。在重介選煤工藝中，由磁鐵礦粉組成的懸浮液，因其含量的多少，對洗選效果起決定性作用，然而重介質消耗水平又是衡量全廠生產工藝和管理水平的重要技術指標。

沙曲選煤廠設計生產能力為800萬t/a，主要入洗2號、3號、4號、5號煤，煤質為低灰、低硫、特低磷、高發熱量、強粘結性的優質主焦煤。產品為12級、14級焦精煤，洗混煤。選煤工藝為毛煤動篩(淺槽)排矸，原煤預脫泥有壓兩產品旋流器主再選(A、B兩套系統，產品外運膠帶共用)，粗煤泥TBS分選，煤泥水浮選工藝。

重介質性質的好壞及其懸浮液性質的穩定成為精確分選的先決條件[3]。當前，精益化管理在山西焦煤集團的大力推廣下，本著節約資源、降低消耗的原則。沙曲選煤廠通過生產實踐逐漸在磁鐵礦粉的進廠檢驗、減少產品帶介及優化介質回收工藝等方面，及時分析和查找各種不足，采取相應的技術手段或管理措施，通過在各個生產環節采用磁性物含量測量儀技術，對生產工藝系統中的磁性物含量全方位跟蹤、監測。

2 重介懸浮液中磁性物及煤泥含量的測定與動態平衡

懸浮液中的磁性物濃度主要是通過在線和離線2種方式來檢測，在線檢測的方式主要由傳感器和轉換器(傳感器和轉換器為一體式)及連接電纜等組成，運用測試技術原理，將檢測到的物理量轉換成易于監測和處理的電信號，再參照特定的計算方式，從而得到鐵礦漿中磁性物含量的具體數據。通過電流信號讀取密度計和磁性物含量計的檢測數值，再由特定的數學模型公式[4]，計算得出的重介懸浮液中煤泥百分含量。

在重介選煤工藝流程中，懸浮液中煤泥的含量是影響分選效果的重要因素之一，煤泥含量太低，不利于介質的穩定；煤泥含量太高，則會影響分選效果，并增大介耗[5]。在重介選煤智能化項目中，為精益化管控生產系統中懸浮液重介質的分布情況，在生產系統各個流程上安裝磁性物含量計實時監測；為實現生產系統密度調節滯后的問題，設計了一套濃介質添加系統，通過智能密控系統實現灰分、密度快速調節的目的。

3 濃介質懸浮液動態變化的監控

3.1 濃介添加階段的監控

濃介質添加系統參與重介選煤智能化系統的連鎖控制，見圖1。在自動運行狀態下，當再選合介桶液位高于再選合介桶液位設定值、再選密度高于再選密度設定值、串介分流閥門閥位低于串介閥門開度設定值、濃介桶液位低于濃介桶液位設定值時，系統自動關閉FV3002、打開FV3004，對濃介桶進行補介；當濃介桶液位超過濃介桶液位設定值時，系統自動打開FV3002、FV3004停止補介。

圖1 濃介質添加系統自動控制示意

在濃介泵出料管上的磁性物含量計不僅可以實時檢測濃介質中磁性物的含量；還可以檢測濃介添加泵出料管清洗過程的時間和效果，精準控制濃介系統停機后自動補水。

3.2 主再洗分選階段的監控

根據工藝流程的特點，重介質懸浮液密度在正常生產過程中，合格介質桶中懸浮液密度隨生產時間的推移逐漸減小，而合介桶液位呈現出逐漸降低的趨勢[6]。重介智能化項目投入運行后，在主再洗合介管道上設旁路增加磁性物含量測量儀，主再洗合介桶磁性物含量監測見圖2。通過以太網通訊將合格介質密度測量儀和磁性物含量測量儀的數據同步傳輸到廠調度顯示屏上[7]，利用下位機程序對檢測到的磁性物含量值、桶位及密度值分析計算，智能控制合介分流閥和補水調節閥，使調度操作員實時掌握懸浮液的黏度(煤泥含量)，進而通過控制固定篩下分流閥門來對系統進行脫泥，從而降低懸浮液的黏度，滿足重介選煤工藝要求[8]。

圖2 主再洗合介桶磁性物含量監測示意

4 稀介質懸浮液動態變化的監控

重介選煤智能化項目建設過程中，對原有生產工藝進行改造優化，將固定篩和振動脫介篩前1/3部分排出的介質懸浮液，一部分直接返回合格介質桶循環復用，另一部分返回濃介桶作為濃介系統添加使用；將系統分流及振動篩后2/3部分排出的懸浮液作為稀介質流，經噴水凈化、磁性回收等工藝返回合介桶。

4.1 振動篩凈化過程

在脫介振動篩中部上方安裝噴水管，配置電動調節閥和流量計，基于PID控制的噴水流量調節閥智能控制的方法，使噴水流量始終穩定在合理范圍內。在噴水系統上采用了“一管雙噴”的方式，使物料的噴水面積增大；同時將噴頭采用錯位的方式安裝，可縮短噴嘴間的距離，有效避免水幕斷層、斷檔的現象。

觀察發現，噴水角度對物料的影響較大，經過現場多次調整角度后，物料受水幕的沖洗面積和沖洗時間大幅度提高，物料翻滾、浮動的效果明顯改善；同時重介質受物料的自身翻滾運動，相互碰撞摩擦，對脫介效果起到積極的促進作用。振動篩的有效脫介，可以充分降低磁選機入料濃度，有助于提高磁選機分選效果。

4.2 磁選機回收過程

磁選機的工作效果不僅與其本身的結構與性能有關，還與磁選機入料懸浮液中的磁性物含量及粒度組成等因素有關[9]，重介選煤智能化項目中，對A系統主再洗9臺磁選機的運行工況、磁選效果進行升級改造。在磁選機選礦箱上安裝導向脈沖液位計，用于監測選礦箱液位，實時判斷磁選機箱體內物料集聚和流動情況，間接判斷磁選機運行效果；在電氣控制回路上增加電動機運行電流監測裝置，通過以太網通訊傳輸技術，集控室上位機可實時監測選礦箱液位、電動機運行電流及磁選尾礦分選效果，結合現場工況和歷史數據，對磁選機異常工況進行報警。

重介選煤工藝中磁選法是凈化回收磁選鐵礦的最有效、最經濟的方法，磁選效率和磁性物回收率是磁選機回收效果的評定指標[10]，因此，在各精煤磁選機和中煤磁選機尾礦匯合管道上分別安裝磁性物含量計，主再洗系統磁選機回收工藝磁性物含量監測見圖3。

圖3 主再洗系統磁選機磁性物含量監測示意

5 重介懸浮液密度調節滯后的解決方案

5.1 精煤灰分的精準檢測

重介智能化的核心是在精煤皮帶上安裝1臺高精度煤質分析儀，為洗選控制系統提供了精準的灰分數據，實現“灰分+密度”智能調控。在使用過程中，通過對各個數據的采集，從后臺曲線中可以看出，當重介精煤灰分數據超出限值后，系統及時調整重介懸浮液分選密度，保證灰分數據穩定。如圖4所示，灰分控制目標設定值為11.10%，通過對懸浮液分選密度與精煤灰分數據的智能分析，計算工藝滯后時間T0與分析儀容量滯后時間T1，確定系統執行周期T為15 min。圖4為重介系統精煤灰分指標智能模塊控制的連續6 h灰分曲線。

圖4 精煤灰分指標連續6 h控制曲線

5.2 密度添加的智能化控制

濃介質添加系統是重介智能化的另一個組成部分，通過PLC控制，當主洗合介桶懸浮液密度降低到預設的密度時，密度偏差達到0.006 kg/L、持續時間150 s后，自動啟動濃介泵，由濃介桶向合介桶內供應磁性物含量高的重介質。

在原有系統上增加濃介添加系統，密度控制方式有所改變。為了確保濃介添加系統穩定性，保證桶內濃度均勻，在濃介桶底部安裝1根壓縮空氣管，對稱安裝8個進風口(手動控制)，在濃介泵入料管上增加壓縮空氣，定期對桶內重介質吹風，同時在桶上增加補水管。經系統數據實時采集，當主洗合介桶密度偏差在0.01 kg/L時，通過對電動、氣動閥門的閉鎖控制，利用磁性物含量計檢測濃介添加泵出料管磁性物含量的實時數據，采用對添加泵變頻控制的方式，只需2 min就能完成密度差的調節。

5.3 應用效果

通過應用中子活化煤質分析儀，配合智能密控系統，使得設備運行期間灰分回控系統的灰分偏差為0.26%，較(調度數據)傳統人工灰分標準偏差0.44%，降低了0.18個百分點。

6 結 語

沙曲選煤廠重介智能化項目在懸浮液磁性物流體變化環節上采取單獨監測的方式，在凈化回收上采取一系列改進措施，提高了系統回收穩定性；同時對生產工藝進行優化改造，將分流合格介質調節密度方式優化為加介量大、密度高的濃介添加系統，實現快速、精準調節密度，提高了重介懸浮液智能密度控制系統的精準性和靈敏性，得到了良好的控制效果，給選煤廠帶來了良好的經濟效益。