重介选煤智能化对磁性物含量动态变化的监控

李 峰

(山西焦煤有限责任公司华晋焦煤沙曲选煤厂，山西 吕梁 033000)

1 概 述

随着重介质选煤工艺的普及，磁铁矿粉因其物化性能稳定、真密度高、原料分布广、易于回收等优势，被选煤厂作为主要分选介质广泛使用，已成为重介质洗选生产工艺的主要成本构成[2]。在重介选煤工艺中，由磁铁矿粉组成的悬浮液，因其含量的多少，对洗选效果起决定性作用，然而重介质消耗水平又是衡量全厂生产工艺和管理水平的重要技术指标。

沙曲选煤厂设计生产能力为800万t/a，主要入洗2号、3号、4号、5号煤，煤质为低灰、低硫、特低磷、高发热量、强粘结性的优质主焦煤。产品为12级、14级焦精煤，洗混煤。选煤工艺为毛煤动筛(浅槽)排矸，原煤预脱泥有压两产品旋流器主再选(A、B两套系统，产品外运胶带共用)，粗煤泥TBS分选，煤泥水浮选工艺。

重介质性质的好坏及其悬浮液性质的稳定成为精确分选的先决条件[3]。当前，精益化管理在山西焦煤集团的大力推广下，本着节约资源、降低消耗的原则。沙曲选煤厂通过生产实践逐渐在磁铁矿粉的进厂检验、减少产品带介及优化介质回收工艺等方面，及时分析和查找各种不足，采取相应的技术手段或管理措施，通过在各个生产环节采用磁性物含量测量仪技术，对生产工艺系统中的磁性物含量全方位跟踪、监测。

2 重介悬浮液中磁性物及煤泥含量的测定与动态平衡

悬浮液中的磁性物浓度主要是通过在线和离线2种方式来检测，在线检测的方式主要由传感器和转换器(传感器和转换器为一体式)及连接电缆等组成，运用测试技术原理，将检测到的物理量转换成易于监测和处理的电信号，再参照特定的计算方式，从而得到铁矿浆中磁性物含量的具体数据。通过电流信号读取密度计和磁性物含量计的检测数值，再由特定的数学模型公式[4]，计算得出的重介悬浮液中煤泥百分含量。

在重介选煤工艺流程中，悬浮液中煤泥的含量是影响分选效果的重要因素之一，煤泥含量太低，不利于介质的稳定；煤泥含量太高，则会影响分选效果，并增大介耗[5]。在重介选煤智能化项目中，为精益化管控生产系统中悬浮液重介质的分布情况，在生产系统各个流程上安装磁性物含量计实时监测；为实现生产系统密度调节滞后的问题，设计了一套浓介质添加系统，通过智能密控系统实现灰分、密度快速调节的目的。

3 浓介质悬浮液动态变化的监控

3.1 浓介添加阶段的监控

浓介质添加系统参与重介选煤智能化系统的连锁控制，见图1。在自动运行状态下，当再选合介桶液位高于再选合介桶液位设定值、再选密度高于再选密度设定值、串介分流阀门阀位低于串介阀门开度设定值、浓介桶液位低于浓介桶液位设定值时，系统自动关闭FV3002、打开FV3004，对浓介桶进行补介；当浓介桶液位超过浓介桶液位设定值时，系统自动打开FV3002、FV3004停止补介。

图1 浓介质添加系统自动控制示意

在浓介泵出料管上的磁性物含量计不仅可以实时检测浓介质中磁性物的含量；还可以检测浓介添加泵出料管清洗过程的时间和效果，精准控制浓介系统停机后自动补水。

3.2 主再洗分选阶段的监控

根据工艺流程的特点，重介质悬浮液密度在正常生产过程中，合格介质桶中悬浮液密度随生产时间的推移逐渐减小，而合介桶液位呈现出逐渐降低的趋势[6]。重介智能化项目投入运行后，在主再洗合介管道上设旁路增加磁性物含量测量仪，主再洗合介桶磁性物含量监测见图2。通过以太网通讯将合格介质密度测量仪和磁性物含量测量仪的数据同步传输到厂调度显示屏上[7]，利用下位机程序对检测到的磁性物含量值、桶位及密度值分析计算，智能控制合介分流阀和补水调节阀，使调度操作员实时掌握悬浮液的黏度(煤泥含量)，进而通过控制固定筛下分流阀门来对系统进行脱泥，从而降低悬浮液的黏度，满足重介选煤工艺要求[8]。

图2 主再洗合介桶磁性物含量监测示意

4 稀介质悬浮液动态变化的监控

重介选煤智能化项目建设过程中，对原有生产工艺进行改造优化，将固定筛和振动脱介筛前1/3部分排出的介质悬浮液，一部分直接返回合格介质桶循环复用，另一部分返回浓介桶作为浓介系统添加使用；将系统分流及振动筛后2/3部分排出的悬浮液作为稀介质流，经喷水净化、磁性回收等工艺返回合介桶。

4.1 振动筛净化过程

在脱介振动筛中部上方安装喷水管，配置电动调节阀和流量计，基于PID控制的喷水流量调节阀智能控制的方法，使喷水流量始终稳定在合理范围内。在喷水系统上采用了“一管双喷”的方式，使物料的喷水面积增大；同时将喷头采用错位的方式安装，可缩短喷嘴间的距离，有效避免水幕断层、断档的现象。

观察发现，喷水角度对物料的影响较大，经过现场多次调整角度后，物料受水幕的冲洗面积和冲洗时间大幅度提高，物料翻滚、浮动的效果明显改善；同时重介质受物料的自身翻滚运动，相互碰撞摩擦，对脱介效果起到积极的促进作用。振动筛的有效脱介，可以充分降低磁选机入料浓度，有助于提高磁选机分选效果。

4.2 磁选机回收过程

磁选机的工作效果不仅与其本身的结构与性能有关，还与磁选机入料悬浮液中的磁性物含量及粒度组成等因素有关[9]，重介选煤智能化项目中，对A系统主再洗9台磁选机的运行工况、磁选效果进行升级改造。在磁选机选矿箱上安装导向脉冲液位计，用于监测选矿箱液位，实时判断磁选机箱体内物料集聚和流动情况，间接判断磁选机运行效果；在电气控制回路上增加电动机运行电流监测装置，通过以太网通讯传输技术，集控室上位机可实时监测选矿箱液位、电动机运行电流及磁选尾矿分选效果，结合现场工况和历史数据，对磁选机异常工况进行报警。

重介选煤工艺中磁选法是净化回收磁选铁矿的最有效、最经济的方法，磁选效率和磁性物回收率是磁选机回收效果的评定指标[10]，因此，在各精煤磁选机和中煤磁选机尾矿汇合管道上分别安装磁性物含量计，主再洗系统磁选机回收工艺磁性物含量监测见图3。

图3 主再洗系统磁选机磁性物含量监测示意

5 重介悬浮液密度调节滞后的解决方案

5.1 精煤灰分的精准检测

重介智能化的核心是在精煤皮带上安装1台高精度煤质分析仪，为洗选控制系统提供了精准的灰分数据，实现“灰分+密度”智能调控。在使用过程中，通过对各个数据的采集，从后台曲线中可以看出，当重介精煤灰分数据超出限值后，系统及时调整重介悬浮液分选密度，保证灰分数据稳定。如图4所示，灰分控制目标设定值为11.10%，通过对悬浮液分选密度与精煤灰分数据的智能分析，计算工艺滞后时间T0与分析仪容量滞后时间T1，确定系统执行周期T为15 min。图4为重介系统精煤灰分指标智能模块控制的连续6 h灰分曲线。

图4 精煤灰分指标连续6 h控制曲线

5.2 密度添加的智能化控制

浓介质添加系统是重介智能化的另一个组成部分，通过PLC控制，当主洗合介桶悬浮液密度降低到预设的密度时，密度偏差达到0.006 kg/L、持续时间150 s后，自动启动浓介泵，由浓介桶向合介桶内供应磁性物含量高的重介质。

在原有系统上增加浓介添加系统，密度控制方式有所改变。为了确保浓介添加系统稳定性，保证桶内浓度均匀，在浓介桶底部安装1根压缩空气管，对称安装8个进风口(手动控制)，在浓介泵入料管上增加压缩空气，定期对桶内重介质吹风，同时在桶上增加补水管。经系统数据实时采集，当主洗合介桶密度偏差在0.01 kg/L时，通过对电动、气动阀门的闭锁控制，利用磁性物含量计检测浓介添加泵出料管磁性物含量的实时数据，采用对添加泵变频控制的方式，只需2 min就能完成密度差的调节。

5.3 应用效果

通过应用中子活化煤质分析仪，配合智能密控系统，使得设备运行期间灰分回控系统的灰分偏差为0.26%，较(调度数据)传统人工灰分标准偏差0.44%，降低了0.18个百分点。

6 结 语

沙曲选煤厂重介智能化项目在悬浮液磁性物流体变化环节上采取单独监测的方式，在净化回收上采取一系列改进措施，提高了系统回收稳定性；同时对生产工艺进行优化改造，将分流合格介质调节密度方式优化为加介量大、密度高的浓介添加系统，实现快速、精准调节密度，提高了重介悬浮液智能密度控制系统的精准性和灵敏性，得到了良好的控制效果，给选煤厂带来了良好的经济效益。