田 峰

（西铭矿选煤厂，山西 太原 030052）

引言

重介质选煤是一种效率高、应用广泛的选煤工艺，在重介质选煤过程中，悬浮液的介质会产生损耗，从而改变悬浮液密度，若没有及时补充重介质，就会造成悬浮液密度降低，本该上浮的原煤就会下沉至浮选槽底部，和矸石一起被处理，降低了精煤产量。选煤厂采用人工开闭阀门向合介桶内添加介质的加介工艺，人工操作不但需要多人配合，对悬浮液密度的控制也不精确，容易造成介质浪费，而且严重时还会产生生产事故。为了改变上述局面，对原有加介工艺进行自动化升级改造。

1 重介选煤工艺与加介原理

重介选煤工艺的具体做法：将混有矸石的原煤置于水中，加入某种介质使混合液密度增加，密度小的精煤浮于上层，密度大的矸石沉淀在浮选槽底部，利用阿基米德原理将精煤与矸石分离开来。重介质选煤工艺通过控制介质的量调节混合液密度，该工艺具有分选精度高、效率高的优点，因此被广泛应用。重介选煤的四级分选步骤依次为块煤浅槽分选、末煤重介旋流器分选、原煤脱泥分选、粗煤泥分选。选煤过程的各分选步骤中悬浮液内的介质会产生损耗，特别是块煤浅槽分选和末煤重介旋流器分选环节的介质损耗更为明显，为了保持分选效果稳定必须进行介质动态补充，这一环节称之为加介工艺[1-2]。

图1 加介工艺示意图

选煤厂加介工艺自动化改造前人工加介工艺如图1所示，加介前的准备工作：首先保持鼓风阀和加介泵关闭，由工人将一定量介质装入介质池，打开补水阀加水至指定液位高度，打开鼓风阀向介质池鼓风，目的是搅拌悬浮液使其均匀。开始加介：保持鼓风阀不停鼓风作业，切换阀打开至指定合介桶，打开加介泵和加介阀，悬浮液在加介泵的作用下抽入合介桶，合介桶内液位达到指定高度后关闭加介泵，完成加介工艺。上述加介工艺所有步骤均为人工操作，需加介调度员、介质库操作员、铲车司机等人员共同配合，因此人工加介过程不可避免地存在以下问题：加介阀由人工操作，阀门开启时间过长会引起介质沉底；加介过程中阀门关闭不及时会导致液位过高破坏设备；介质放置时间过长会凝固，造成介质浪费[3-4]。

2 加介过程自动化改造需求

保持加介工艺和就地模式不变，自动化改造将手动操作阀门和泵等设备改造为电气控制，并且增加了系统状态监测和自动逻辑判断等功能，形成了根据生产需要三种模式可选的自动化加介系统。

1）就地模式。就地模式又称为手动模式，在集控室和介质库均可对单个阀门进行开闭控制，就地模式适用于设备调试和检修。

2）集控模式。集控室通过控制回路接收介质库和主厂房的设备状态，并发送控制指令，通过对讲机、指示灯等方式与现场工作人员信息通讯。集控模式中阀门和泵运行过程存在联动或闭锁关系，从而使加介工艺和密度控制连锁，在液位超高或阀门位置异常等情况时发出报警信号，提醒集控工作人员进行处理，防止事故扩大。

3）自动模式。自动模式可根据悬浮液密度和液位等信息判断加介需求，泵和阀门按照逻辑关系编写为PLC程序，当需要加介时自动执行相关程序，液位满足生产要求后自动停止加介。

3 加介系统控制原理与硬件设计

3.1 控制原理

通过人工开阀加介，加介完成与否依靠工人的视觉判断，没有液位检测设备，这是一种开环控制，从原理上造成了加介不准确。本文对原有人工加介系统改造为自动加介系统，是一种闭环控制，加介指令完成后还要进行液位反馈，因此加介更加准确。如图2所示，悬浮液的密度和液位是加介过程的关键因素，也是本文的控制对象，利用超声波液位计和密度计采集悬浮液的液位和密度信息，通过AD转换得到测量值，位于集控室的上位机给定控制目标SP，默认工艺的控制目标SP为：1.5 m<液位h<3.5 m、悬浮液密度ρ<1.8 g/cm3[5]，将SP与测量值进行比较，若密度或液位达到加介条件，PLC的控制器就会发出加介控制信号，加介质系统的阀门接收控制信号后打开，向介质池添加介质，在整个闭环控制过程中，控制目标为介质池液位和密度达到上位机设置的定值SP。由于闭环控制的优越性，并不会受外界扰动改变控制结果。

图2 自动加介控制系统原理图

3.2 硬件设计

选煤厂的各类工艺十分复杂，五个大型车间与辅助车间之间进行连续性生产，单台设备工作的情况很少，因此采用现场总线控制系统能够方便实现各系统兼容。选择ControlLogix型双PLC冗余热备，该PLC具有开关量输入输出模块、模拟量输出模块、数字量输入输出模块、通讯接口模块等。超声波液位计和密度计是系统的关键仪器仪表，在选择时着重考虑选煤厂粉尘环境和防爆等性能要求，LB491型密度计是采用同位素原理设计的非直接接触型浓度计，检测过程不直接接触煤泥矿浆，具有很高的防腐蚀性能。Berthold型超声波液位计利用声波在不同介质的传播速度不同的原理制成，换能器利用压电效应向矿浆发出声波并记录时间，超声波经矿浆表面反射被换能器接收，根据此时间间隔计算得出此时液位高度，这种传感器为非接触式，抗腐蚀性能高。

4 智能加介工艺流程

如图3所示，选煤厂共有3个介质池，1号介质池由1540加介泵供1321、2321两个块煤合介桶，2号介质池由1541加介泵供1358、1359、1360三个一期主洗合介桶和2358、2359、2360三个二期再洗合介桶，3号介质池由1542加介泵供1412、1413、1414三个一期再洗合介桶和2412、2413、2414三个一期主洗合介桶，所有介质池均通过补水阀与补水系统连接，并配置有鼓风系统，加介管道通过切换阀进行切换，达到加介泵复用的目的。

图3 智能加介工艺流程图

智能加介流程：加介指令触发，自动模式下加介指令由密度和液位测量值和给定值SP比较产生，由PLC发出，集控模式下由工作人员通过上位机下发加介指令；加介泵工作，加介泵收到加介指令后开始工作，等待介质池介质配齐指令，配齐指令到达后开始加介直到满足设定值SP，加介过程中如果介质泵出现故障，向集控系统发出介质泵故障信号。加介过程中加介泵、加介阀和切换阀同时处于开位；当合介桶内液位和密度达到给定值SP后，加介泵进入空闲阶段，介质池液位达到设定最低液位时加介泵停止工作，补水泵开始工作，向介质池内补水，防止加介泵损坏。加介时间根据介质池悬浮液体积、当前液位、泵实际流量计算而来。