煤泥浮选 概念

【专家解说】：煤泥浮选工艺过程的特点 浮选是处理细粒级煤(＜0.5 mm)的最有效的方法之一。但是浮选过程是在固-液-气三相中完成的，它是一个极为复杂的物理化学过程。因此影响浮选工艺效果的因素很多，而且因素之间又存在耦合现象，使得它们的作用机理更加复杂。除此之外，浮选过程具有非线性特点。药剂添加量与浮选精煤灰分之间、入浮浓度与产品灰分之间等存在强烈的非线性关系。另外，浮选过程还是一个大时滞系统，物料大约需要经过十几分钟才能完成全过程，工艺参数的调整往往严重滞后于干扰变化。煤泥浮选过程所具有的这些特点给浮选过程动态模型的建立，以及给基于以数学模型为基础的控制策略的实现带来了很大的困难。 2 浮选工艺参数控制技术现状 近几年来，由于浮选设备的大型化、工艺检测传感器的日益完善和计算机技术的发展，煤泥浮选自动化也得到了长足的发展。 2.1 国外浮选控制技术现状 由于国外传感器和计算机技术的领先，使得国外煤泥浮选过程的控制出现得比国内要早，水平也较高。在这个领域里，处于领先技术水平的国家主要是澳大利亚、美国和德国。这些国家已经开始由定值控制转入使用在线测灰装置的优化控制，控制策略也由PID控制转入模糊逻辑控制，下面的实例反映了国外关于煤泥浮选控制的先进水平。 1984年，由澳大利亚昆士兰大学Julius Kruttschnitt矿物研究中心(JKMRC)和Utah发展有限公司合作开发了一种能够测量煤浆灰分和固体含量的在线分析仪(ASHSCAN)，并于1985年1月应用于Peak Downs选煤厂的粗粒浮选单元的自动控制中，控制系统原理如图1所示。它是根据ASHSCAN在线测得的浮选入料、精煤和尾煤流的灰分及固体含量，分别调整加药量、浮选机液位和真空过滤机转速3个回路的设定值。煤浆液体检测传感器安装于浮选机第3室，通过PI调节器控制尾煤的排放量，以此来稳定液位。这套控制系统的使用效果不仅使精煤灰分和固体含量更加稳定，而且使浮选效益提高了10%以上。 图1 Peak Downs选煤厂浮选控制系统 美国过程工艺技术股份有限公司(PTI)于1990年开发了一种能够检测粒度小于10 mm煤浆灰分的在线测灰仪，在检测浮选精煤和尾煤灰分时，精度分别达到了0.5%和0.75%。并在1992年用这种测灰仪开发的在线监测系统应用于西弗吉尼亚选煤厂的炼焦煤浮选控制，通过在线检测灰分和物料流，可计算出产品灰分和质量平衡情况，为工艺过程控制提供基本数据。通过实时检测尾煤灰分的变化，将泡沫浮选系统的煤粒损失降至最小程度。性能试验表明，将这种在线监测系统应用于浮选控制后，使泡沫产品较纯，尾煤灰分较高，全厂总精煤产率提高了11.5%。1993年3~4月PTI公司又在亚拉巴马动力煤选煤厂安装了一套这样的浮选控制系统，使用的控制策略采用了模糊逻辑技术。在该技术系统投产后，分别对高灰分和低灰分煤泥进行了手动和自动控制对比试验，结果表明，采用自动控制时，产率提高了7.8%。 汉斯*詹森等也利用Amdel公司的煤浆分析系统(CSA)实现了浮选工艺过程控制，它根据在线检测的浮选精煤灰分和尾煤灰分来改变浮选药剂添加量以及浮选机的液位，利用模糊逻辑控制来进行调节。应用结果表明，该控制系统能够稳定精煤灰分，增加精煤产率;并能最大限度地降低药剂耗量。 此外，还有德国RGI公司的测灰仪、波兰G-4型和MPOF在线测灰仪以及FLOTASTER系统在浮选控制中也投入应用过，并取得了较好的效果。 2.2 国内浮选控制技术现状 我国煤泥浮选工艺参数的自动控制起步较晚，和国外相比，大约落后十多年。由于没有煤浆测灰仪，我国仍停留在定值控制的水平上。 1982年，淮南矿业学院与淮南矿务局望峰岗选煤厂结合，利用单板机设计的PID调节器，首次在国内实现了浮选入料浓度和加药量的自动控制，获得了能降低浮选药剂消耗，提高精煤产率的效果。经过多年的推广应用与改进，许多选煤厂也已经装备了这种控制系统，并成为我国煤泥浮选自动控制的基本模式。 1988年和1989年煤炭科学研究总院唐山分院又相继研究成功了FC-Ⅰ和FC-Ⅱ型浮选工艺参数测控系统，这种控制系统用单片机作控制器，解决了小流量浮选药剂的自动计量和分散多点添加技术，加药量不但自动跟踪干煤泥量，同时也自动跟踪入浮煤浆浓度，使浮选药剂添加量更加合理，精度大大提高。 1990年，中国矿业大学北京研究生部选矿研究室为八一选煤厂研制并投入使用的浮选自动控制系统，检测参数仅限于入料浓度、煤浆流量和药剂添加量。浮选自动控制系统的主要功能是根据自动检测的入料浓度和流量算出入料中的干煤泥量，根据入料干煤泥量控制浮选药剂添加量，通过调节补加清水来保持浮选适宜的矿浆浓度，所使用的控制装置为STD总线工业控制机。 1991年由煤炭科学研究总院北京煤化学研究所为株洲选煤厂设计的浮选过程工艺参数控制系统，它主要有4种功能，合理控制入料流量的大小和稳定值;合理控制入浮浓度的大小和稳定值;根据干煤泥的变化，控制浮选机各加药点的给药量;保持浮选液面的稳定和合适高度。采用PID调节实现定值控制，通过对入浮浓度、流量、浮选机液位和给药量各参数进行综合控制，来保证浮选过程和工艺参数的稳定。 我国所有的这类控制系统对浮选工艺参数的控制均采用定值控制方式，所使用的控制算法为PID调节。浮选工艺过程的定值控制在一定程度上能降低浮选药剂耗量、提高精煤回收率，但入浮浓度设定值、流量设定值以及每吨干煤泥药耗及配比的确定，没有合理的理论推导方法，只能靠经验和实验来确定，同时各个选煤厂因煤质特点和所使用的浮选药剂不同，这些控制量也有所不同。如何根据煤质的变化和环境的改变，及时改变这些设定值以获得最佳的浮选效果是一个值得研究的课题，目前有关这方面的报道甚少。 3 我国浮选控制技术面临的问题 我国的煤泥浮选工艺参数过程控制已经开展了十多年，在取得“现代化选煤厂”称号的选煤厂都设有浮选自动控制。但是与国外相比，我国选煤厂的浮选技术和浮选自动控制水平还是比较低。虽然不少选煤厂实现了浮选自动化，但其使用效果并不令人满意，可靠性差，使用寿命短，全国目前实际真正投入使用的已为数不多，那是什么原因呢? 首先，我国已有的浮选控制系统在控制装置、检测元件和执行机构等方面比较落后，有待于更新和提高。在加药装置方面，现有的煤泥浮选控制系统多采用电磁阀和齿轮泵，实践证明，效果和可靠性极差，但对于微流量药剂的计算和控制在化工行业出现了精密计量泵，使用效果较好，在株洲选煤厂和淮北选煤厂已开始应用。对于煤浆液位控制，我国应用的极少，因为液位的调整没有依据，除此之外，现场用于升降尾煤闸板的电动执行机构，不论是手动还是自动，很难正常运行，因此需要开发新的执行装置。过去开发研制的浮选工艺参数控制系统由于当时的软硬件技术条件限制，使得可靠性较差。选煤厂的浮选控制系统应该随着上述所谈到的新技术、新仪表的出现和发展而不断改进。 与国外相比，通过实例对比可以看出，我国煤泥浮选控制技术落后的原因主要表现在传感器(主要是煤浆测灰仪)和控制策略两方面上。虽然我国在同位素测灰方面的研究已经很深入，从70年代至今，国产测灰仪已超过50台，但多为离线式，所测量的煤样也仅限于原煤或最终精煤，而迄今为止，还没有我国自行设计的成功应用于现场的煤浆测灰仪的报道。这也是发展我国煤泥浮选控制技术的主要障碍。但在这方面，国外已经相当成熟。 4 煤泥浮选工艺参数控制的发展方向 在计算机结构和检测仪器的技术特征达到要求后，控制系统的技术水平则主要取决于控制策略，我国煤泥浮选控制策略的发展经历了两个阶段，即经典控制策略和以模型为基础的现代控制策略，但是它们的理论基础是要求控制对象精确的数学模型。 影响浮选指标的工艺参数很多，而且许多过程变量的检测又非常困难。各工艺参数的最佳配合是浮选操作的难点，也是获得较高回收率的技术关键。到目前为止，还没有建立一个能全面准确地反映浮选过程的数学模型，以模型为基础的现代控制策略设计的控制系统往往达不到理想效果，甚至无法使用。因此将人工智能引入浮选控制中势在必行。 国外在浮选控制方面已经有用模糊逻辑这种科学技术来实现人工智能，但无法获得更深的技术资料。而在国内，以人工智能为基础的计算机控制已经应用到许多领域，但在选煤行业的工艺过程控制中还没有出现。同时，田庄选煤厂于1995年从澳大利亚引进了我国第一也是唯一的一台Amdel煤浆测灰仪，但是目前仅用于检测，还没有实现对浮选精煤产品质量和产率实现控制。所以，利用该配套的浮选工艺参数控制系统已迫在眉睫，它具有广泛的应用前景和理论研究价值。