淺談跳砭分選及其控制系統(tǒng)技術(shù)

淺談跳砭分選及其控制系統(tǒng)技術(shù)

1煤調(diào)濕風(fēng)選的主要選取工藝煤炭作為世界上最重要的礦產(chǎn)資源資源，在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),2004年我國(guó)煤炭生產(chǎn)總量達(dá)到19.56億t,2005年21.9億t,居世界首位。近年來,我國(guó)煤炭生產(chǎn)總量與消費(fèi)總量均呈增加的趨勢(shì)(表1)。從原煤入選率來看,發(fā)達(dá)國(guó)家的原煤入選率在40%以上,有的國(guó)家達(dá)到100%,而我國(guó)為35%左右,特別是動(dòng)力煤入選比例更低,入選率僅10%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。表2列舉了2000年各主要產(chǎn)煤國(guó)的原煤入選率。在煤炭的洗選加工過程中,跳汰選煤是主要的分選工藝,跳汰機(jī)是廣泛使用的主要分選設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界每年入選原煤中,約50%以上采用的是跳汰分選,我國(guó)則達(dá)到70%以上。世界各主要產(chǎn)煤國(guó)選煤工藝比例如表3所示。作為煤炭分選的最主要工藝之一,跳汰選已有100多年的歷史,跳汰分選的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單,設(shè)備操作、維修方便,處理能力大且有足夠的分選精確度。另外,跳汰選煤的粒度級(jí)別較寬,對(duì)0.5～150mm級(jí)原煤既可不分級(jí)入選,也可分級(jí)入選。跳汰選煤對(duì)入選原料煤的適應(yīng)性較強(qiáng),除極難選煤外,均可優(yōu)先采用跳汰分選方法處理。2訴訟過程控制跳汰分選過程調(diào)節(jié)因素多,物料顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜。多年來,人們力圖從機(jī)理上對(duì)跳汰分選過程進(jìn)行研究,提出了很多假設(shè)、經(jīng)驗(yàn)公式等,但都沒有得到公認(rèn)。因此,到目前為止,跳汰工藝控制大都是憑經(jīng)驗(yàn),且大部分是手工操作,造成分選精度低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、精煤產(chǎn)率低等,一般情況下數(shù)量效率只有80%左右,使大量有用礦物損失。同時(shí),對(duì)跳汰分選過程的控制研究面臨“研究對(duì)象沒有確定數(shù)學(xué)關(guān)系”的局面,使研究進(jìn)展緩慢,控制效果也不理想。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的選煤廠自動(dòng)化發(fā)展較為迅速,普遍采用選煤廠集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)全廠集中控制。跳汰過程控制主要包括入料、排料、風(fēng)水制度、精煤灰分回控等環(huán)節(jié)。目前實(shí)際應(yīng)用的跳汰機(jī)控制技術(shù)主要有:跳汰機(jī)自動(dòng)排料系統(tǒng)、風(fēng)閥控制系統(tǒng)、給煤量控制、精煤灰分在線檢測(cè)等。2.1自動(dòng)排料機(jī)構(gòu)跳汰機(jī)自動(dòng)排料系統(tǒng)的基本原理是:檢測(cè)跳汰床層厚度,然后將床層厚度信號(hào)送入控制器,以控制器根據(jù)設(shè)定的床層厚度與反饋的實(shí)際床層厚度進(jìn)行比較,經(jīng)過調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)去控制排料閘門或排料滾輪,從而控制排料量,進(jìn)而穩(wěn)定床層厚度。跳汰床層厚度的檢測(cè)通常采用傳感器。早期使用的是帶桿的流線型浮標(biāo),靈敏度低。目前多采用空芯變壓器取代直線位移傳感器,用鐵磁材料作為浮標(biāo)桿的可變鐵芯,原邊加激磁電流,副邊則感應(yīng)出相當(dāng)于床層厚度的電信號(hào),經(jīng)轉(zhuǎn)換電路處理后,輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),以此控制自動(dòng)排料機(jī)構(gòu),這一做法大大提高了傳感器的靈敏度。排料機(jī)構(gòu)上多用液壓閘板取代排料輪。由于目前多采用傳統(tǒng)的PID控制器,因而在控制性能方面,效果一直不能令人滿意。2.2調(diào)整靈活的風(fēng)閥調(diào)整風(fēng)閥周期性地使空氣室和風(fēng)包(或大氣)相連或隔絕,從而在跳汰室造成脈動(dòng)水流。風(fēng)閥結(jié)構(gòu)及其工作制度在很大程度上影響著水流在跳汰機(jī)中的脈動(dòng)特性,因此,風(fēng)閥是跳汰機(jī)最關(guān)鍵的部件。電磁風(fēng)閥是20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的一種新型風(fēng)閥結(jié)構(gòu)。這種風(fēng)閥調(diào)整靈活,可以任意調(diào)整跳汰周期,進(jìn)氣、排氣的變換速度極快。因此,可以精確地控制脈動(dòng)周期和吸啜過程的時(shí)間,從而獲得良好的床層松散度和精度較高的分選效果,為跳汰機(jī)大型化和跳汰制度自動(dòng)化創(chuàng)造了方便的條件。電磁風(fēng)閥控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)跳汰機(jī)跳汰制度的控制,包括風(fēng)水制度、跳汰周期以及跳汰的進(jìn)氣期、膨脹期、補(bǔ)氣期、排料期等。目前,電磁風(fēng)閥控制有兩種形式,一種是由單片機(jī)構(gòu)成的專門風(fēng)閥控制器;另一種是由PLC實(shí)現(xiàn)控制,由上位機(jī)顯示并修改跳汰制度。這兩種控制形式均為開環(huán)控制。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)選礦樓實(shí)驗(yàn)室的模型跳汰機(jī)控制系統(tǒng)就是采用PLC實(shí)現(xiàn)控制,目前正在進(jìn)行試驗(yàn),以便研究跳汰周期、跳汰風(fēng)壓以及一個(gè)跳汰周期內(nèi)不同進(jìn)氣期、膨脹期、補(bǔ)氣期、排料期對(duì)物料最終分選效果的影響。2.3給煤量控制跳汰機(jī)由給煤機(jī)振動(dòng)給料,跳汰機(jī)入料量的大小、均勻程度對(duì)跳汰制度、排料量等有很大影響。因此,必須根據(jù)原煤性質(zhì)、排料量以及跳汰制度的改變調(diào)整入料量。給煤量控制的基本原理是:檢測(cè)實(shí)際給煤量,然后通過給煤機(jī)控制跳汰入料量。目前,部分選煤廠通過改變給煤機(jī)的振動(dòng)頻率來控制跳汰機(jī)入料量。不過,由于給煤機(jī)所在的特殊位置,現(xiàn)有的給煤量測(cè)量方法難以被采用,可以說跳汰機(jī)入料量的測(cè)量技術(shù)還沒有完全解決。2.4在線在線檢測(cè)精度跳汰分選的主要產(chǎn)品是精煤,其主要質(zhì)量指標(biāo)是灰分。為了選煤廠生產(chǎn)效益,在精煤灰分指標(biāo)確定的情況下,實(shí)際精煤產(chǎn)品灰分愈接近目標(biāo)值,就愈有可能獲得更大的精煤產(chǎn)率。在線灰分檢測(cè)儀以其可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn),為跳汰機(jī)產(chǎn)品灰分控制奠定了基礎(chǔ),與此同時(shí),對(duì)在線灰分檢測(cè)儀精度的要求也越來越高。目前,國(guó)內(nèi)外用于煤炭洗選產(chǎn)品灰分測(cè)量的儀器大都是核輻射在線檢測(cè)儀。從澳大利亞進(jìn)口的快灰檢測(cè)儀的測(cè)量精確度達(dá)到了0.5%,可借助電子顯示屏及計(jì)算機(jī)將精煤灰分及時(shí)反饋給跳汰司機(jī)和廠調(diào)度室,并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換,與跳汰機(jī)可編程控制器灰控接口銜接,實(shí)現(xiàn)了灰控自動(dòng)化,保證了精煤灰分,提高了精煤質(zhì)量。目前應(yīng)用于選煤廠的眾多跳汰機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中,真正覆蓋面較廣,實(shí)際使用效果較好的僅是跳汰機(jī)自動(dòng)排料系統(tǒng),對(duì)其他一些諸如給煤自動(dòng)化、風(fēng)水控制自動(dòng)化和產(chǎn)品質(zhì)量在線控制自動(dòng)化等控制系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于嘗試階段,而上述這些處于試驗(yàn)階段的工藝參數(shù)控制在跳汰選煤過程中又起著與自動(dòng)排料系統(tǒng)同樣重要的作用,有些又是相輔相成的。因此,如何進(jìn)一步提高這些跳汰控制技術(shù)的控制品質(zhì),并把它們有機(jī)結(jié)合,形成有效的集中控制系統(tǒng),是跳汰控制系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。3智能控制系統(tǒng)研究1971年著名學(xué)者KSFu首次提出智能控制系統(tǒng)這一概念,它的發(fā)展得益于許多學(xué)科,其中包括人工智能、認(rèn)知科學(xué)、現(xiàn)代自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、學(xué)習(xí)理論、生物控制和激勵(lì)學(xué)習(xí)等。專家系統(tǒng)與專家控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制是智能控制的幾個(gè)重要分支。由于控制系統(tǒng)以數(shù)學(xué)為研究工具,理論研究進(jìn)展迅速,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其實(shí)際應(yīng)用。智能控制系統(tǒng)適用于含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性、不確定性和不存在已知算法的生產(chǎn)過程。跳汰過程的控制通過對(duì)影響分選的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè),可實(shí)現(xiàn)工作制度的改善,但由于參數(shù)間的相關(guān)性較強(qiáng),存在非線性、時(shí)變時(shí)滯以及很多的擾動(dòng)等因素而產(chǎn)生不同靜-動(dòng)態(tài)特性,且沒有一個(gè)公認(rèn)的理論能清晰地描述跳汰選煤過程的機(jī)理。智能控制正適用于該工況,它可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果得出控制算法并與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,設(shè)計(jì)出一個(gè)適合跳汰選煤系統(tǒng)的智能控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)分選作業(yè)的控制。近年來,很多研究學(xué)者把智能控制引入跳汰選煤生產(chǎn)。馬方清等人研究了跳汰機(jī)選煤生產(chǎn)過程的智能