淮北选煤厂宿州分厂桃园厂关于动力煤厂商品煤质量智能控制研究与应用

淮北选煤厂宿州分厂桃园厂关于动力煤厂商品煤质量智能控制研究与应用

时令博1 ,邱轶兵2 

1.淮北矿业集团淮北选煤厂  安徽淮北  235000  2.安徽理工大学  安徽淮南  232000

摘要：在动力煤选煤厂中调节进入重介洗选加工系统洗选的分级筛筛上物煤流量和不进入主系统煤流量的大小，通过控制原煤皮带上卸料器开度的大小，最终实现产品皮带上总精煤灰分符合设定精煤灰分的要求。

关键词：分级筛筛孔；智能控制；入洗比例；精煤灰分

1国内概况、水平和发展趋势及专利情况

在动态配煤过程中，动力煤选煤厂需要将块煤和入洗末煤、不入洗末煤按照最优比例进行混合，在现有的动力煤选煤厂大部分的配煤系统都是利用PLC结合上位机监控画面实现的。刘海增等人设计的顾桥选煤厂商品煤质量动态控制系统利用上位机结合PLC在上位机中建立末煤动态分配模型，根据最终精煤产品的质量要求对末煤入洗量进行自动控制和调节。

2桃园选煤厂商品煤质量智能控制研究

2.1桃园矿及桃园厂简介

桃园煤矿位于安徽省宿州市南郊，南傍蚌埠市，北邻淮北市、徐州市。桃园厂位于桃园煤矿铁路以北、装车仓东北方向工业广场内，设计处理能力为150万吨每年，主要入洗桃园矿原煤。

2.2生产现状及分析

2.2.1选煤工艺

50-0mm原煤采用二次筛分分级、筛上物或筛上物及部分原煤采用无压三产品重介旋流器分选，粗煤泥采用深锥+沉降回收，细煤泥采用浓缩后压滤回收，洗水闭路循环。

2.2.2洗选工艺方式

①全入洗方式：当原煤灰分很高或含水分很高无法筛分时，原煤仓的原煤通过仓下给煤机可以通过201皮带溜槽直接进入重介洗选加工系统进行全粒级洗选，即全入洗方式。②块煤全入洗，末煤不入洗的方式：原煤通过203、204分级筛系统可以实现块煤入洗，末煤不入洗的方式。③部分块煤入洗，部分原煤、末煤不入洗的方式：当原煤灰分较高需要洗选部分块煤，洗选后的介精煤与部分原煤、未入洗末煤混合后作为商品煤。

2.2.3生产现状

桃园厂洗选加工动力商品煤，即生产合格发热量的商品煤即可。为此选煤厂采用上述的不同工艺方式选择来满足商品煤的要求，但不论哪种方式都不能完全满足。

2.2.4生产现状研究分析

对于块煤全入洗，末煤不入洗的方式造成销售的商品煤的灰分（由于是作为动力煤，灰分作为主要指标）波动的原因分析如下：

2.2.4.1入洗量变化对商品煤灰分变化的影响

由于是块煤全入洗，末煤不入洗，也就是原煤全部通过筛分分级处理，块煤进入重介分选系统，分选的介精煤与未分选的末煤混合后作为商品煤。因此在原煤特性不变的情况下，商品煤的灰分（发热量）与入洗比例有如下关系：

商品煤Ａｄ%=∑[(介精煤的质量、末煤的质量)×(介精煤的Ａｄ、末煤Ａｄ)]÷∑(介精煤的质量、末煤的质量)

=∑[(块煤×介精煤回收率的质量、末煤的质量)×(介精煤的Ａｄ、末煤Ａｄ)]÷∑(介精煤的质量、末煤的质量)

=[末煤Ａｄ-入洗比（末煤Ａｄ-介精煤回收率×介精煤的Ａｄ）]÷[1-入洗比（1-介精煤回收率）]

由上式可看出，随着入洗比的增大，产品煤的呈灰分减小状态。

综上分析可知：随原煤入洗量的增加，入洗比例呈上升趋势，特别是在原煤入洗量超过400T/h时，上升趋势更加明显，究其原因是随着原煤量的增加，分级筛筛面上物料层加厚，筛分效率降低，使筛上物增多，入洗比例增大，特别是原煤量超过分级筛的额定处理量时，筛分效率更低。

2.2.4.2原煤外在水分变化对商品煤灰分变化的影响

在入洗原煤量、分级筛（如203分级筛）的分级特性参数不变情况下，随着原煤水分的增加，使原煤的粘度增加，不利于原煤分级。随原煤水分的增加。

表2-128221工作面原煤筛分组成

表2-221042工作面原煤筛分组成

①原煤粒度组成变化对商品煤灰分变化的影响

表2-1和表2-2分别是28221和21042工作面原煤筛分组成，对表2-1分析可知：25-6mm粒度级含量较多，占全粒级53.25%，且灰分较高；对表2-2分析可知：25-6mm粒度级含量较少，占全粒级12.51%且灰分极低。

综上所述，若能控制入洗比稳定或在很小的范围内波动，再加以商品煤的灰分为控制目标的调整入洗比的串级控制系统，就能使商品煤的质量接近所要求灰分（发热量），则不但商品煤的质量能够稳定合格，同时产品产量也将提高。故商品煤质量的动态控制在商品煤的外运销售中具有很重要的意义。

2.3控制方案

(1)全入洗方案。(2) 控制梨形卸料器开度和溜槽内翻板位置使部分块煤入洗，部分原煤、末煤不入洗的方案。 (3) 控制201原煤皮带上的梨形卸料器的开度，调整进入203与204分级筛的原煤量比例，使块煤全入洗，末煤不入洗的控制方案。

因此桃园选煤厂动力煤商品煤质量智能控制系统应该采用一个复杂的串级控制系统，采用两个调节器串联工作，主调节器的输出作为副调节器的给定值，通过副调节器去操纵201原煤皮带上的梨形卸料器的开度，达到调节商品煤灰分稳定的系统。

2.4控制原理

桃园厂动力煤商品煤质量智能控制系统中被控变量是最终的精煤灰分，通过安装在704皮带上的在线灰分仪进行检测，控制系统的操纵变量是201皮带上梨式卸料器的开度大小，从而控制进入重介洗选加工系统进行洗选的筛上物的块煤流量（由301皮带秤检测煤流量）以及未进入重介洗选加工系统的筛下物的末煤流量。201皮带为原煤皮带，且安装有电子皮带称，实时监测当前原煤量。控制规律归纳起来为：当704皮带上精煤灰分超过灰分设定值时，减小201皮带上梨式卸料器的开度，加大203分级筛入料量，减少204分级筛入料量，由于203分级筛筛孔比204分级筛筛孔小，则使203、204筛上物块煤量之和增加，203、204筛上下物末煤量之和减少，即加大入洗比例，加大了介精煤的量，与末煤混合的混精煤产品灰分下降；当704皮带上精煤灰分低于灰分设定值时，加大201皮带上梨式卸料器的开度，减少203分级筛入料量，加大204分级筛入料量，则使203、204筛上物块煤量之和减少，203、204筛上下物末煤量之和增加，减小入洗比例，即减少介精煤的量，与末煤混合的产品灰分符合最终的要求。

当扰动作用于筛分分级的被控过程中，引起入洗比例波动时，副调节器及时进行调节，梨式卸料器的开度开始动作，使入洗比例稳定在所需要的值。当扰动作用于重介洗选加工系统的介精煤灰分时，引起了混精煤灰分值的波动，主调节器控制回路进行调节，主调节器输出的变化起到校正副调节器入洗比设定值的作用，使主回路中的副调节器和201皮带上梨式卸料器开始工作，使混精煤的灰分迅速稳定下来。

2.5控制规律

2.5.1调整周期

由于是由块煤入洗皮带301上的皮带秤和201原煤皮带上的皮带秤数值之比得到，而入洗比的调整依靠的是201上的梨式卸料器开度的变化来实现。原煤物料从201原煤皮带上的皮带秤到梨式卸料器传递时间为15s，物料从梨式卸料器到301上的皮带秤传递时间为2m,也就是当梨式卸料器开度发生变化对入洗比调整近2m后，通过块煤入洗皮带301上的皮带秤数值和201原煤皮带上的皮带秤2m之前数值之比才能得到，并考虑入洗比的波动性，采用连续8m数据的平均值作为入洗比，因此入洗比的调整周期定位为10m。

2.5.2梨式卸料器开度对入洗比影响的变化规律

201皮带上原煤输送量按400T/h计算，梨式卸料器开度对201皮带上原煤分配到203和204分级筛原煤量。

可知，梨式卸料器开度对201皮带上原煤分配到203和204分级筛原煤量呈非线性关系，但梨式卸料器开度在小范围变化时，可近似认为是线性的。在201上原煤量为400T/h时，梨式卸料器开度为5%时，才有原煤分配到204分级筛，当开度到47%时，201上的原煤全部被分配到204分级筛。

以28221工作面原煤为例（原煤外在水分6%、透筛率以75%）可以得出梨式卸料器开度对入洗比影响的变化规律。

可知：400T/h  28221工作面原煤入洗，梨式卸料器开度在5%至47%之间变化时，最大入洗比约为64%，最小入洗比约为31%。入洗比与梨式卸料器开度呈非线性关系，但梨式卸料器开度在小范围改变时，可近似为线性关系。

2.6控制模式

考虑到现实生产的需要，控制模式共设有三种，分别为手动模式、入洗比例控制、智能控制。

（1）手动模式

手动模式下，通过上位机的操作界面。在手动模式下选择201卸料器的状态为“就地”，此时可以手动直接调节201卸料器的开度大小。

（2）入洗比例控制

入洗比例的调节，即操作人员根据生产经验和当前入洗的原煤性质及精煤灰分的要求，设定入洗和未入洗的比例关系。

（3）智能控制

正常生产时，由于重介生产系统密度不调节，系统洗选稳定，重介洗选后的精煤灰分较为稳定，同时，701、704皮带上有电子皮带秤和在线灰分仪，可以根据704皮带上的混精煤灰分和流量、701皮带上的精煤灰分和流量，计算重介洗选后702皮带精煤的流量和灰分。

2-1

2-2

由公式2-1可以计算出重介洗选后精煤流量。计算出由公式2-2可以计算出重介洗选后702皮带精煤的灰分，如公式2-3所示。

2-3

702皮带精煤的流量可以由704、701经过计算实时得出。计算出重介洗选后702皮带精煤的灰分后，由于重介操作条件不变，可以认为重介洗选后702皮带精煤的灰分保持不变，由此可以逆向推导所要求的精煤灰分对应的入洗比例。

3应用效果

在智能控制系统应用之前，根据原煤的灰分大小，主要调节203、204分级筛的筛孔大小进行控制产品的总灰分。

分级筛筛板都是人工更换，需要人员数量多，更换时间长，筛板备件多，人工强度大，耗时费劲，严重影响选煤厂的正产生产。

智能控制系统应用之后，固定好203、204分级筛筛孔后，设定好当前洗选加工的精煤灰分，根据704皮带上总精煤灰分的大小，系统在根据入洗比例的大小自动调节201皮带上卸料器开度的大小，从而分配203、204分级筛的入料量，最终实现704皮带上总精煤灰分符合设定精煤灰分的要求。2020年9月20夜间的洗选精煤情况，设定灰分为33%，实时反馈精煤灰分较靠近设定灰分，且波动较为平稳，应用效果良好。

图3-1 20200920夜间精煤产生情况

4推广应用前景及需要解决的问题

通过改造完善了控制系统，减少了人工对于质量控制的干预，提高了自动化程度，保证了产品销售质量。动力煤商品煤质量动态控制涉及工艺、设备、控制以及精煤灰分与一体的复杂控制工程，项目涉及的设备改造及现场施工等工作相对来说难度不大，其研究成果转化主要难点有以下三点：

1、在线测量灰分的稳定性和精度如何提高。

2、总结精煤灰分和入洗比例之间、开度和流量之间精确的变化模型关系。

3、执行机构的可靠、稳定性的提高。

本项目成果在于提高洗煤厂的自动化程度，系统控制精度，进而提高产品质量和产量同时节约人工。

作者简介：时令博，2003年毕业于华北科技学院矿物加工工程专业，职称：工程师，淮北选煤厂宿州分厂桃园厂副厂长，主要分管选煤生产。

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