选煤过程控制

刘佩刘马隆苗文彬

中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221116

摘要:原煤在生产过程中混入各种矿物杂质，在开采和运输过程有不可避免地混入顶板和地板的岩石和其它杂质，从而使原煤中矸石量增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增长、水分提高。为减少原煤中的杂质，使煤炭按质量和规格分成各种产品，就需要采用选煤加工过程。选煤就是利用煤炭具有的与其他矿物质不同的物理、化学性质，应用物理和化学方法使原煤中的灰分、硫分和矸石等杂质的含量降低，并加工成质量均匀、用途不同的成品煤的加工技术。选煤厂作为煤炭企业的重要组成部分，掌握以洗煤过程（如跳汰、重介、浮选）为核心的多种工艺与技术。因此，选煤厂的监控和管理，主要工艺过程参数的检测，对于稳定产品质量、提高精煤产率、减轻工人劳动强度、改善作业环境，具有重要的意义。

关键词：选煤厂；过程控制；自动控制系统

1.选煤生产过程

选煤的主要产品是精煤，副产品有中煤、煤泥等，选后的废弃物是矸石和尾煤。选煤厂为实现原煤到上述各类产品的分选，生产工艺流程复杂，通常包括受煤系统、重介系统、跳汰系统、浮选系统浓缩压滤系统和装车系统，由分级筛、跳汰机、重介旋流器、离心机、脱介筛、浓缩机和压滤机等工艺设备构成，其工艺设备流程如图1-1所示。

图1-1选煤厂工艺设备流程图

由图可见，原煤经过原煤分级筛进行粗选，粒度>50mm的原煤通过手选过程除杂质，并经过破碎后，与粒度<50mm的原煤一起送入末煤分级筛；通过二级细粒度筛分，将粒度>13mm的原煤送入末煤跳汰机进行排矸和分选，得到块中煤和块精煤，并排出矸石；0.5mm<粒度<13mm的原煤被送入重介旋流器，通过一级重介进行排矸，二级重介实现分选，得到末中煤和末精煤；最后，粒度<0.5mm的煤泥通过浮选，得到尾煤。上述过程中，跳汰选煤和重介选煤都属于重力选煤方式。她根据煤和矸石的密度差别，实现煤和矸石的分选，一般煤的密度为1.2~1.8g/cm3，矸石的密度大于1.8g/cm3。浮选方式则与前者不同，它依据煤和矸石表面润湿性的差别，分选粒度<0.5mm的煤。

可见，选煤生产过程是由多个自动化短流程生产过程构成。

2.跳汰选煤过程简介

跳汰选煤就是在垂直脉动的介质中按颗粒密度差别进行选煤的过程。这里，介质通常采用水、空气或重悬浮液。跳汰机是实现上述连续跳汰选煤的设备。

在跳汰选煤过程中，主要包含有两个过程：

(1)分层过程。垂直升降的变速脉动水流是物料在跳汰机中按密度分层的主要动力。可以通过控制各空气室的进气和排气过程，可以控制脉动水流。分层过程复杂，且密度层间的界限模糊，采用PID控制器很难得到好的控制效果。

分层状态示意图

1-原煤2—中煤和矸石的混合物3—矸石4—精煤和中煤的混合物5—中煤6—精煤

(2)产品分离（即排料）过程。根据床层状态控制排料时机，以减少精煤流失。排料过程对行进中物料的分层必然产生干扰，必须严密监测密度分层状态，实现排料和分层过程的协调优化控制。

3.重介质选煤控制系统

重介质选煤就是在密度>1g/cm3的重介质(悬浮液)中，按颗粒密度的差异选煤。设悬浮液中颗粒所受的力为F，ρ1为颗粒密度，ρ2为悬浮液密度，则有:

可见：当ρ1>ρ2时，颗粒下沉；当ρ1<ρ2时，颗粒上浮；当ρ1=ρ2时，颗粒呈悬浮状态。重介质选煤就是依据该原理，将浮物和沉物相分离。

悬浮液密度控制原理图

控制要求：

(1)能够根据产品灰分动态修正悬浮液密度给定值；

(2)悬浮液密度能跟踪给定值的变化，一般密度波动范围要求<±0.1g/cm3。

控制方案：选取产品灰分作为主被控变量，悬浮液密度作为副被控变量，通过控制加水阀和分流箱开度来实现密度调节。

4.浮选系统

随着颗粒粒度的减小，一般重力选方法的分选速度和效果都会降低，但是随着粒度的减小，物料的表面积却迅速增大，表面性质对分离过程的影响也迅速增大并起到决定性的作用。煤泥水中的固体悬浮物具有极大的表面积。煤和矸石颗粒的表面具有不同的物理化学性质。表现出对水的润湿性的差别。浮游选煤就是依据矿物表面润湿性的差别，分选细粒煤（0.5mm以下）的选煤方法。

向预先用浮选剂处理过的配置成一定浓度的煤浆通入气泡，润湿性（疏水）的煤粒向气泡粘附并浮起，而润湿性好（亲水）的矸石颗粒不易于气泡粘附。仍留在煤浆中，这样便达到煤和矸石颗粒分离的目的。

5.小结

选煤工艺过程可以分成若干个系统，每个系统可以分别实现自动控制。将整个工艺过程再辅以计算机进行集中监视与控制，就能达到初步的综合自动化。

参考文献：

[1]《过程控制系统》，郭一楠编著，机械工业出版社；

[2]《选煤手册》，郝凤印编著，煤炭工业出版社；

[3]《选煤厂电气设备与自动化》陈纯编著，中国矿业大学出版社；