重介质悬浮液密度自控系统的分析

牛 璐

（霍州煤电集团云厦公司团柏煤矿白龙洗煤厂， 山西 霍州 031400）

引言

在选煤厂煤炭洗选工作中，斜槽选煤、跳汰选煤、重介质旋流装置选煤、摇床选煤等是运用较为常见的选煤方法。在这些煤炭洗选工艺中，重介质旋流装置洗选工艺广泛应用于选煤厂，这是由于其分选效率高、作业简捷的优势。某矿在使用重介质旋流装置对原煤进行分选作业时，为了加快分选速度，通常都是借助旋流装置生成的离心力取代重力加速度，从而实现对原煤的快速密度分层。但受限于不同密度原煤自由升降速率的差异性，分选作业时采取将原煤和重介质悬浮液一起送入旋流装置的方式以实现有效分选。这就导致悬浮液密度对原煤分选质量的影响十分大，因此采取针对性措施确保分选作业时悬浮液的稳定性，便成为提升分选质量的关键节点。针对这一问题，该矿在洗选系统中加入密度自控系统以便于对分选介质展开实时监测与调控，从而实现了对洗选过程的数据采集、存储和设备调控，提升了重介系统的洗选效果。

1 洗选工艺流程

某选煤厂重介质洗选工艺流程如图1所示，其整体可划分为4个阶段，即选前准备、分选作业、选后脱水和循环水净化回收。

2 密度自控系统构成与原理

2.1 系统构成

重介质洗选装置构成可细化为包含步进阀、控制器（PLC/CPU）、密度检测装置以及输入介质密度在内的4个部分。其中，控制器（PLC/CPU）中PLC型号为PS3075A，CPU型号为315-2DP。鉴于井下对PLC运行稳定性的干扰信号较多，必须针对PLC开展干扰防护，具体方法是：为其独立供电；通过继电装置、晶体管等组件，屏蔽外部信号；将PLC装置直接接地。作业时，主机对接收的信号进行汇总分析研判后，发出相应的操作指令，并将这些指令下发至步进阀予以执行。步进阀选用型号为F3922的智能电动阀，作业时其能够依照PLC输出的信号进行持续调节，然后为管控悬浮液黏度和密度，应控制分流量和加水量。密度检测装置属于整个密度自控系统的核心组件，选用型号为HSPD-24的数字式密度计，基于阿基米德定律进行悬浮液密度实时测试[1-2]。

图1 重介质洗选工艺流程示意图

2.2 系统作业原理

针对某选煤厂现有的洗选工艺作业特征，对引入其中的密度自控系统进行针对性设计，自控系统框架如下页图2所示。基于对下页图2的分析，此次设计的密度自控系统实质上属于一个闭环回路，在煤炭洗选作业中，悬浮液黏度通常会对分选结果有重大影响。当黏度较大时，细微颗粒的分选难度会大幅增加，导致细微颗粒介质丢失；当黏度较小时，会出现抛煤或遗漏现象，导致分选效果大打折扣。具体作业时，信号处理装置会将模拟电流传输至主控机CPU上，并将其与预设的密度标准值比对分析，根据所得出的密度差对外输出相应的信号，从而实现对步进阀开合度的调控。当介质密度过大时，为稀释悬浮液介质的密度，应提升进水量，增加步进阀开合度；当介质密度较小时，为使得悬浮液介质密度增大，应减小进水量，缩减步进阀开度。通过密度自控装置的持续调节，能够将重介质洗选作业时的悬浮液密度差控制在0.003 g/cm3，以保证介质密度和设定密度的持续稳定，提升选煤作业质量和效果[3]。

图2 自控系统框架图

3 密度自控系统存在问题及其解决措施

某选煤厂引进的密度自控系统使用的步进阀为型号F3922的电动阀，该装置借由单片机对电流和电压信号的调控实现对阀门开合度的调控。因此，确保单片机模块运行的持续性和稳定性至关重要。考虑到步进阀内部有润滑液体，其自身湿度较大，又因为接线盒无法实现彻底密封，水气会不断侵入步进阀内，最终会导致单片机的损坏。而步进阀一旦发生故障，必须立即替换，但受限于井下作业环境的狭窄与多变，使得井下检修操作难度增加，在很大程度上阻碍了洗选作业的高效开展。针对此，为了提升步进阀运行的稳定性，需针对其结构进行改良设计，具体来说，就是将步进阀智能模块挪移至变电所PC柜中，通过控制电缆对步进阀进行远程控制，同时PC柜内还需放置干燥剂，最大程度规避湿气造成破坏。通过这种方式，步进阀智能模块得到了有效保护，使用中未再发生损坏。现场电缆铺设复杂，各电缆间存在互相干扰的情况。其中，最为常见的3种电磁干扰形式包括电磁辐射干扰、供电电源干扰和接地混乱干扰。在本次所设计的密度自控系统的日常使用中，出现了PLC接收信号与处理机信号存在差异的现象，导致最终的密度分析出现误差。通过对现场电缆的检测，信号电缆与动力电缆不仅共用电缆桥，还有交错布设的情况，这使得动力电缆使用时持续产生的高频脉冲对信号电缆原始信号造成电磁干扰，导致信号传输时失真，引起作业误差。针对此问题，为了有效规避电缆运行的互相干扰，一方面，要采取分搭电缆桥的方式对各电缆的铺设进行一定程度的隔离，减少彼此间的干扰；另一方面，可在PLC柜内增设滤波装置，应降低装备配置作业过程出现的电磁干扰出现的概率，同时防止外部磁场的扰乱。通过两方面的控制，密度控制系统运行传输误差大幅缓解，作业有效性显著提升。

4 密度自控系统应用效果

将密度自控系统应用于某选煤厂重介质洗选作业中，设备作业故障率降低80%以上，介质密度的稳定性骤然提高，分选作业效果大幅改善，产品质量显著提升。同时，作业过程对人员作业强度的需求也显著降低，作业停机时间大幅缩短，作业运行成本显著优化。综合统计可知，该选煤厂年精煤产量增多720t，以1 000/t元推算，年收益增加72万元，同时成本支出节约89万元，共计增加年收益161万元。