跟踪原煤煤质变化控制给煤理论的研究

在选煤技术发展进程中，跳汰选因其具有处理量大、分选效果好、适应性强等多项优点 ，曾长期占据领先地位。然而自上世纪后期以来，跳汰选应用比重逐步缩小。究其原因，主 要是由于影响跳汰过程的因素甚多，自动控制难度较大，以致其内在潜力尚未充分发掘。多 年来，曾有多种自控系统出现，但仅限于排料调节的初级阶段，收效有限。长期的生产实践 使 我们认识到，完善的跳汰机自控，必须在跟踪原料质量变化进行给、排料调节的同时监测产 品质量，形成闭环综合自控系统。本研究正是沿着这一思路进行，所开发的TKX系列跳汰机 自控装置在生产中经受了长期考验，由于其良好的技术经济效果，已为现场所接受。 　　1　跟踪原煤煤质变化控制给煤理论 　　尽管跳汰选涉及对“风、水、给、排”4大参数的控制，但在实际生产操作过程中，将 风、水调节好后就不再变化（偶尔微调即可）；这样，控制的重点可以集中在“给、排”2 大参数之上。 　　入选原煤煤质特性的随机变化是影响精煤灰分稳定的扰动源，对此提出“跟踪原 煤煤质变化控制给煤”的理论，如图1所示。 　　从跳汰机自动控制的角度看，入选原煤煤质特性的变化可分成2类，一类是原煤的“精、中 （夹矸煤）、矸”比例变化及电振给煤条件下粘滞性的变化对跳汰机一、二段重物料层厚度 的影响——这类变化可由“根据跳汰机一、二段重物料层厚度控制给煤”来解决；另一类是原煤的其它复杂变化（如原煤中各低密度级的含量及灰分、粒度 组成、泥化程度等）对跳汰机二段最佳分选密度的影响——这类变化可由灰分闭环控制（或 操作者凭借经验观察并 结合精煤快灰调解二段浮标测量密度）追踪二段最佳分选密度的变化来解决。 　　图1　跟踪原煤煤质变化控制给煤理论图解（略） 　　2　3个实时测量/分选密度与灰分闭环控制理论 　　对于两段结构的跳汰机，精煤灰分取决于对二段分选密度的控制。对于采用 浮标探测重物料层厚度的跳汰机控制系统，在控制过程中的任一时刻，在跳汰机二段存在着 3个实时测量/分选密度、浮标实时测量密度、二段最佳实时分选密度、跳汰机二段实时实 际分选密度。 　　在选煤生产要求分选精煤灰分最佳值为定值的前提下，由于入选原煤煤 质随机变化，在跳汰机二段必然对应1个最佳实时分选密度，简称“二段最佳分选密 度”。 　　由于入选原煤煤质随机变化，“二段最佳分选密度”必然是1个连续变化的随机变量，如果要求每一时刻的溢流精煤灰分为最佳值，就必须控制“二段实际分选密度”，追踪“二段最佳分选密度”的随机变化。 在跳汰机自动控制系统中已经建立了浮标测量密度与二段实际分选密度的相关性。这样，根 据测灰仪测得的精煤的实时灰分与设定灰分相对比，及时调整浮标测量密度，通过给煤 /排料综合优化控制，就可改变二段实际分选密度，达到控制精煤灰分的目的，实现对精煤 的灰分闭环控制。 　　3　跟踪原煤煤质变化控制给煤理论的实用性 　　跟踪原煤煤质变化控制给煤理论的实用性在于，它不仅仅是指出问题的焦点，同 时提供了解决矛盾的具体可行方法，在现场应用中体现出如下优点。 　　（1) 省去了给煤控制专用的检测环节，控制系统得到简化，控制功能大为增强。 　　（2) 跳汰机一、二段重物料层厚度在相当程度上实时反映原煤煤质的变化，跟踪原煤煤质 变化的给煤控制时间远远小于测灰仪的灰分反馈控制时间，在原煤难选或原煤煤质波动频繁 的复杂条件下，体现出快速跟踪煤质变化的实时控制效果，同时为实现精煤灰分 闭环控制奠定了基础。 　　（3) 特别适应于一、二段排矸提斗提升能力受限的现场条件，可在保证精煤灰分稳定前 提下，使跳汰机保持高处理量临界状态运行，缓解了稳定精煤灰分与增加处理量的矛盾 。 　　（4) 解决了跳汰机控制参数过多的矛盾。由于一、二段重物料层厚度稳定，对调节风、 水的要求大为减弱，将风、水、给、排的复杂控制化简成“给、排控制为主，风、水微调为 辅，灰分闭环控制把关”的简化控制模式，使跳汰机的自动化程度显著提高。 　　4　TKX系列跳汰机自控系统简介及其应用效果 　　4.1　TKX系列跳汰机自控系统的结构(图2) 　　TKX-Ⅲ集成控制系统在输出数控风阀控制信号的同时，接收煤仓料位和一、二段重物料 层厚度测量信号，实现对一、二段排料系统和给煤双重综合优化控制；根据测灰仪反馈的精 煤灰分与设定灰分相对比，自动调整二段重物料层厚设定值来调整二段浮标的测量密度，进 行灰分闭环控制。灰分闭环的调节作用同时对排料、给煤产生反馈作用，构成对入洗原煤煤 质变化的实时跟踪，在动态运行过程中自动寻优调节，实现排料、给煤、灰分闭环的三重 综合优化控制。 　　上位机可接收多台控制系统数据，构成“集散控制模式”。在上述主要功能基础上，配 备了与选煤厂集控、与现场关键设备的运行闭锁；同时控制系统配备了手/自动切换的多种 操作模式，构成“自动操作为主，其它操作方式为辅”，适应现场各种复杂情况下的操作需 求。 　　图2　TKX-Ⅲ型跳汰机自控系统结构框图 　　4.2　TKX系列跳汰机自控系统的应用效果 　　表1　小康矿选煤厂鉴定性试验结果（略） 　　TKX系列跳汰机自控系统先后应用于老虎台矿选煤厂、铁煤集团小康矿选煤厂、小青矿 选煤厂，截止2004年初已有6套装置用于生产，其中老虎台矿选煤厂的系统已稳定 运行7年之久。 　　以小康矿选煤厂的鉴定性试验为例，自动控制与原手动控制相比较，效果如表1。 　　使用TKX自控系统的各选煤厂的应用效果如表2。 由表2可见，在动力煤的粒煤入洗条件下：跳汰机的数量效率均在96% 以上；矸中带煤（-1.8含量）均在6%以下；由于原煤处理量比手动控制提高18%，现场分别 将入洗原煤粒度由原来23 mm降到15mm、13 mm ，即降低了入洗粒度的下限值，扩大了入洗 量。 　　4.3　给煤/排料/灰分闭环三重综合优化控制的现场试验 　　小康矿选煤厂跳汰机精煤灰分闭环是在2002年6月投入的，取得了较为理想的试验效果。 记录数据期间，给煤、排料、灰 分闭环全部在自动控制下进行，同时要求保证精煤皮带物料层厚度满足测灰仪的要求，以保 证测量灰分的精度。控制系统将精煤灰分设定为19.6%。为了使灰分得到及时反 馈，取每分钟即时灰分输入控制系统进行数据处理、识别，之后对跳汰机二段设定值进行自 动调整。该控制系统实时测试曲线可以反映出原煤煤质变坏后，通过三重自动调节使精煤灰 分稳定的过程。 　　表2　TKX自控系统在各选煤厂的应用效果（略） 　　4.4　实时控制特性分析 　　通过对上述“给煤/排料/灰分闭环三重综合优化控制”的调节过程的分析，可以得出以下结 论。 　　（1) 入选原煤煤质是随机实时变化的，在跳汰机二段的“3个实时测量/分选密度与灰 分闭环控制”和“跟踪原煤煤质变化控制给煤”的跳汰机控制理论，揭示了跳汰选内在矛盾 的规律性。 　　（2) 实施“给煤/排料/灰分闭环三重综合优化控制”，可有效地适应原煤煤质的变化 ，在跳汰机处理量保持高位运行的同时，保证精煤灰分合格。即通过自动控制手段，找 出了解决上述矛盾规律性的方法。 　参考文献 1　于海波，于尔铁等.新一代跳汰机自动化装置——TKX-Ⅰ型控制系统［J］.洗煤技术.200 0(6) 2　于海波等.跳汰机自动控制系统中自动给煤的研究与实践.煤炭科学技术［J］.1999(3) 3　于海波等.跳汰机自动给煤的新技术.选煤技术［J］.2000(1) 4　于海波等.跳汰机实时分选密度测控及灰分闭环控制的探讨.选煤技术［J］.2002(2) 5　于海波，于尔铁等.跳汰选煤技术的新突破——TKX-Ⅱ型跳汰机自动控制系统.煤炭加工 与综合利用 信息来源于：中国煤炭