韓變變

（山西焦煤霍州煤電白龍洗煤廠， 山西 臨汾 031400）

0 引言

煤炭洗選是對原煤進行加工的關鍵環(huán)節(jié)，對原煤進行分類，從而實現(xiàn)煤炭的最優(yōu)化利用。目前，我國以重介質選煤為主，重介質選煤的最終分選效果與其相關的工藝參數(shù)息息相關，主要包括懸浮液的密度、固體濃度、旋流器的入口壓力等。在實際分選過程中，重介質懸浮液的密度根據(jù)精煤中的灰分比例對其進行動態(tài)調整。但是，在實際控制中，重介質懸浮液密度控制存在一定的滯后性且控制精度不佳；而且，在懸浮液密度相對穩(wěn)定的工況下，容易出現(xiàn)重介質旋流器入口壓力過大或者過小的情況[1-5]。上述兩種問題均是影響最終煤炭分選效果的情況。因此，本文將開展關于重介質旋流器入口壓力和懸浮液密度控制的研究。

1 重介質分選技術概述

基于重介質分選技術對原煤進行洗選的根本原理為阿基米德，重介質旋流器的離心力作用極大地提升了原煤中密度不同物質的分選速度和分選精度，尤其是可實現(xiàn)對原煤中細粒煤和極細煤的高效分選。一般來說，重介質分選的工藝流程如圖1 所示。

圖1 重介質分選工藝流程

由圖1 可知，原煤首先經(jīng)過破碎、篩分等基礎操作后，在脫泥篩、重介質旋流器、固定篩、脫介篩、磁選機以及合介桶等設備后完成了分選任務，最終得到精煤產(chǎn)品。本文重點對重介質旋流器相關環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)包括其入口壓力和懸浮液的密度展開研究。其中，合理控制重介質旋流器的入口壓力可實現(xiàn)對原煤的分選速度；合理控制重介質旋流器中懸浮液的密度對于最終精煤的產(chǎn)品質量有重要的影響，尤其是直接控制精煤中的灰分比例。

本文所研究重介質旋流器的技術參數(shù)如表1 所示。

表1 重介質旋流器關鍵技術參數(shù)

2 重介質旋流器入口壓力的控制

2.1 重介質旋流器入口壓力的模糊控制策略

對于重介質旋流器入口壓力這一參數(shù)而言，在實際生產(chǎn)中主要表現(xiàn)的問題為入口壓力值控制不穩(wěn)定，從而導致重介質旋流器所提供的離心力不穩(wěn)定。入口壓力直接表現(xiàn)為混合物沿著重介質旋流器內壁的切向速度。從理論上講，當切向速度過小時，原煤得不到充分的分選；當切向速度過大時，原煤中密度較大的物料會對旋流器內壁產(chǎn)生較為嚴重的磨損現(xiàn)象。因此，對重介質旋流器入口壓力進行合理控制，從而保證切向速度的合理性，將直接影響原煤的分選效果。

對實踐生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出在不同入料壓力下重介質旋流器的分選效果如表2 所示。

表2 重介質旋流器不同入口壓力下對應分選效果

由表2 可知，入口壓力在80～110 kPa 之間時，隨著入口壓力的增加，精煤產(chǎn)率呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，精煤灰分呈現(xiàn)不斷減小的趨勢；對應矸石的產(chǎn)率呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢，矸石灰分呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

不論從理論分析還是從實踐生產(chǎn)均表明：重介質旋流器入口壓力在一定范圍之內，其值越大越有利于對所得精煤產(chǎn)品的灰分比例，從而提高精煤產(chǎn)品的質量。因此，需將重介質旋流器入口壓力控制在合理范圍之內，保證設備的分選力，最終保證精煤產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)對重介質旋流器入口壓力的調整控制，采用模糊PID 控制算法根據(jù)重介質旋流器的入口壓力和設定的最佳壓力值得出控制指令，通過變頻泵實現(xiàn)對入口壓力的閉環(huán)控制。重介質旋流器入口壓力控制如圖2 所示。

圖2 重介質旋流器入口壓力控制

對于模糊PID 控制而言，需要根據(jù)重介質旋流器入口壓力的控制需求及其現(xiàn)場設備的參數(shù)，完成相應的模糊控制器設計、隸屬函數(shù)的確定、模糊控制規(guī)則的制定等流程，建立模糊控制策略?；谀：惴▽ID 控制器中比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)的參數(shù)進行優(yōu)化調整，保證其對重介質旋流器最快、最高精度的控制。

根據(jù)重介質旋流器的實際工況，并在模糊控制算法的優(yōu)化下得出其PID 控制器的三個環(huán)節(jié)的系數(shù)如下：比例環(huán)節(jié)系數(shù)為2.0，積分環(huán)節(jié)系數(shù)為1.23，微分環(huán)節(jié)系數(shù)為2.3。

2.2 重介質旋流器入口壓力模糊控制效果仿真

基于Simulink 軟件建立的模糊控制模型如圖3所示。

圖3 重介質旋流器入口壓力模糊控制仿真模型

設定仿真時間為500 s，旋流器的初始壓力值為0 kPa，重介質旋流器最佳入口壓力為100 kPa，分別研究模糊控制策略對無擾動工況下入口壓力達到預設值的調節(jié)時間和超調量；在有擾動情況時，系統(tǒng)再次達到穩(wěn)定所需時間和超調量。仿真結果如表3 所示。

表3 模糊控制算法對重介質旋流器入口壓力控制的效果

由表3 可知，在無擾動工況下且初始壓力為0 kPa 時，系統(tǒng)達到預設壓力值所需時間為45 s，整個控制過程的超調量為10%；在200 s 時加入擾動后，在11 s 后入口壓力再次達到穩(wěn)定值，并且在調整過程的超調量為5%。

3 重介質旋流器懸浮液密度的控制

針對重介質旋流器懸浮液密度的控制也采用模糊PID 控制算法實現(xiàn)其功能。對于懸浮液密度的控制而言，需要為其設置密度控制器和液位控制器兩部分。其中，密度控制器主要對懸浮液的密度進行控制，其對應的模糊PID 控制器中的比例環(huán)節(jié)系數(shù)為2.1，積分環(huán)節(jié)系數(shù)為0.11，微分環(huán)節(jié)系數(shù)為0；液位控制器主要對懸浮液的量進行控制，其對應的模糊PID 控制器中比例環(huán)節(jié)系數(shù)為0.26，積分環(huán)節(jié)系數(shù)為0.01，微分環(huán)節(jié)系數(shù)為0。

對上述懸浮液控制系統(tǒng)的控制效果進行仿真，仿真結果如表4 所示。

表4 懸浮液控制系統(tǒng)的模糊PID 控制效果

由表4 可知，基于模糊PID 控制策略能夠更好地解決懸浮液密度控制滯后的問題；同時，采用模糊PID 策略對應控制過程相對穩(wěn)定，超調量為0。

4 結語

重介質選煤為當前選煤廠的主流分選技術，其核心設備為重介質旋流器。實踐表明，重介質旋流器入口壓力和懸浮液密度是影響最終分選效果的參數(shù)。針對重介質旋流器入口壓力控制不穩(wěn)定和懸浮液密度控制滯后的問題，將模糊PID 控制策略應用于其中很好地解決了上述問題，為保證煤炭的分選效果奠定基礎。