重介质选煤技术中密度预测研究分析

李晓波

（晋能控股煤业集团大地选煤工程（大同）有限责任公司， 山西 大同 037003）

重介质选煤技术是我国当下选煤技术中的主要分选工艺，具有易操作、易于自动化控制、选煤分选精度高等特点。近年来，重介质洗煤技术在自动化控制方面发展也较为迅速，但有一些问题却始终未得以解决，比如工艺参数实时预测、测灰仪反馈控制以及智能控制等问题。针对这一现象，本文提出了运用重介质密度预测控制的方法，从控制角度对自动化控制过程中的参数设置、重介质密度控制以及控制数据反馈三方面进行研究分析，以期提高重介质洗煤技术的自动化程度，促进重介质洗煤技术的发展。

1 重介质洗煤技术控制过程问题分析

重介质分选控制可分为密度给定、灰分反馈和密度控制三个环节。其具体控制系统原理图如图1所示。重介质旋流器的分选实质上可分为两个闭环控制，重介质悬浮液密度的控制为内环控制，精煤灰分的反馈控制为外环控制。外环控制为通过灰分的给定确定重介质悬浮液密度的数值，当灰分与灰分数值产生差异后，可通过改变密度数值来影响重介质旋流器的灰分输出；内环控制为通过控制补水阀从而控制密度，密度计可反馈实际密度数值，从而对密度进行实时调节。

图1 重介质分选控制系统原理示意图

重介质分选控制系统的自动化问题主要表现在三个方面，具体为输出反馈环节、参数给定环节以及控制器设计环节。在输出反馈环节，灰分仪由于放射性衰减等原因使得精度无法达到预计使用要求成为了主要问题，在实际生产过程中，灰分反馈主要依靠人工每小时进行化验检测，极大地影响了数据的实时性，从而影响了产品质量；在参数给定环节，重介质悬浮液密度为分选产品质量的重要参数，现阶段，重介质悬浮液密度的给定主要是依据灰分数据确认的，灰分数据的滞后会使得密度控制无法精确，从而使产品质量稳定性较弱；在控制器设计环节，现有的控制器控制效果欠佳，当系统进行加介时，介质密度的变化冲击会使分选质量与效率大幅下降。

2 灰分仪校正研究

灰分仪的检测误差主要来源于煤质与煤流两方面。其中，煤质因素主要包括金属氧化物含量、煤的水分含量、煤的粒度大小三方面；煤流因素主要包括灰分异常、传送带煤的厚度、重量以及均匀性。经过对某洗煤厂的数据进行大量分析后发现，煤炭的金属氧化物含量、水分含量等煤质指标对于同一座洗煤厂来说数据较为相近，在实际研究中可认定为固定常量，而对于其他影响因素可通过舍弃一些非正常数据同时配以相应的算法来对误差进行一定的分析判断，从而实施校正。本文通过运用过往的灰分仪化验数据，将其形成数据样本，对检测数据形成模糊隶属度的划分，采用剪切低隶属度数据的方法提高泛化能力，从而减少外界因素对灰分仪检测的干扰。

隶属度函数为：

式中：∂为支持向量度最小值；amin为Lagrange 乘子的绝对最小值；amax为Lagrange 乘子的绝对最大值；ai为Lagrange 乘子数值；s为隶属度数值。

3 重介质悬浮液密度给定分析

重介质悬浮液密度与原煤灰分是影响精煤产品灰分的主要影响因素，重介质悬浮液密度、原煤灰分与精煤产品灰分变化成正比，两个因素中任一因素的不稳定都会造成最终产品的不稳定，之前已经对灰分检测进行了校正分析，现主要对重介质悬浮液密度给定进行研究。在实际分选过程中，重介质悬浮液密度数值的给定是相对固定的，故拟运用重介质悬浮液密度预测的方法进行密度设定，从而减小因密度给定而造成的误差，提高精煤产品质量。

重介质悬浮液密度的预测主要是运用最小二乘支持向量机的方法进行预测的，通过分析前一时刻的历史数据建立灰分、密度关系的模型，将精煤的产品要求、原煤灰分的实时数据以及合格重介质悬浮液密度输入模型，即可对下一刻的合理重介质悬浮液密度进行预测。其具体流程示意图如图2 所示。

图2 重介质悬浮液密度预测流程示意图

4 重介质悬浮液密度控制器分析

重介质悬浮液密度的控制除了需进行准确的提前预测外，一个良好的密度控制系统也必不可少。重介质悬浮液密度控制系统需具有响应迅速、精度高、稳定性强等特点，同时为保证悬浮液的密度变化在控制范围内，需对悬浮液的液位进行相应控制，使液位保持在不高也不低的位置。

现阶段的重介质悬浮液密度控制过程是当密度随着生产不断升高后，控制系统会对重介质悬浮液进行补水处理，从而保证密度数值的稳定；但由于特殊情况的存在，重介质悬浮液密度会低于设定的下限值，这时的液位往往也较低，控制系统在这时会进行介质粉补充处理，使合介桶内的介质密度上升，随着密度的不断升高，当超过重介质悬浮液密度设定上限后，系统会进行补水，从而使液位与密度均达到合格状态，此时完成重介质悬浮液密度调节控制。上述控制过程中对于液位是不进行控制的，只是对重介质悬浮液密度进行测量控制，通过对密度上下限进行控制从而达到液位控制的目的。该方法控制较为简单，但当密度较低时，介质的大量补充会使重介质悬浮液密度变化较大，从而影响灰分，影响产品品质。故在密度控制的基础上加入了液位控制，设置相应的液位控制传感器即可。介质桶控制简化示意图如图3 所示。介质桶的体积变化率应为：

图3 介质桶控制简化示意图

式中：t1、t2为经过长度L的管道进入合格介质桶的时间；Q1为清水流量；Q2为脱介筛回流的流量；Q3为磁选机磁选回流的流量；Q4为高浓度介质桶的流量。

5 仿真分析

按上述方案对原重介质选煤控制系统进行改进，并进行仿真分析后发现，灰分仪测量数据较原灰分仪数据准确率显著提高；重介质悬浮液实际所需密度与介质桶内密度虽略微滞后，但滞后时间明显缩短，该滞后时间为清水进入介质桶内的液体混合时间，可忽略。其灰分仪校正效果如图4 所示，重介质悬浮液实际所需密度与介质桶内密度对比图如图5 所示。

图4 灰分仪校正效果图

图5 重介质悬浮液实际所需密度与介质桶内密度对比图

6 结论

1）重介质选煤自动化主要在输出反馈环节、参数给定环节以及控制器设计环节三个环节存在问题。

2）灰分仪的校正主要通过运用过往数据形成模糊隶属度的划分方法进行校正；重介质悬浮液密度的预测主要运用最小二乘支持向量机的方法进行预测；重介质悬浮液密度控制器需加入液位控制系统，完善密度控制。