选煤工艺参数的优化控制系统毕业论文.doc

选煤工艺参数的优化控制系统毕业论文目 录摘 要1 绪言11.1 课题背景11.2国内外进展情况21.3 本课题选题方法及运行效果31.4 本文主要工作及创新点41.4.1 本文主要工作41.4.2 创新点42 重介质选煤方法42.1 选煤原理42.2 选煤工艺52.3 重介质漩流器53 重介选煤优化控制分析83.1 控制因素分析83.1.1加重质粒度和悬浮液中的煤泥含量对分选效果的影响83.1.2液固比对分选效果的影响103.1.3悬浮液密度变化对分选效果的影响103.1.4入料压力与入料粒度对选煤效率和质量的影响133.1.5合理确定分界灰分，争创最大经济效益183.2 重介选煤煤质密度计算183.3 不同选煤密度下精煤产出量及灰分214 重介质选煤优化控制234.1 重介质选煤控制系统设计234.2 重介质系统闭环控制294.3 工艺参数优化控制294.3.1 重介质选煤主要工艺参数的检测294.3.2 重介质选煤主要工艺参数的控制374.3. 2.1压力、密度、液位的PID调节374.3. 2.1压力、密度、液位的控制384.4 控制参数的确定404.4.1精煤污染指标的确定(表4-3)404.4.2 实现最佳方案各产品（精、中、矸）数量平衡表4-4414.4.3 重介选煤入料压力的计算414.4.4 重介选煤各料位的计算424.4.5重介选煤精煤灰分的检测425 运行效果分析425.1 运行效果425.2 效果分析436 结论456.1本文提出方法的正确性、先进性、优越性及实际运行效果456.2 本文贡献及创新点466.3 进一步工作及展望47致 谢49参考文献50571 绪言1.1 课题背景 东庞矿选煤厂是河北金牛能源股份（上市）有限公司一座入选原煤180万吨的大型选煤厂。原煤牌号为1/3焦煤。原煤灰分一般小于20%，0.1含量在10%-20%之间，属中等可选性煤，主要产品为七、八级（灰分8.01%-9.00%）冶炼精煤4。采用跳汰主再选、浮选、压滤联合工艺流程，浮选精煤也可制作水煤浆。全厂洗水闭路循环。自投产以来，为国家创造了巨大的财富。 随着东庞矿的不断开采，煤质的可选性逐渐变难，并且市场对煤质的要求越来越苛刻。若生产灰分小于9%的精煤，其煤质的可选性为中等可选，若要生产灰分小于8%的精煤，其原煤可选性为难选至极难选，现有的跳汰主再选已无法再胜任，一则跳汰机操作难度极大，二则精煤回收率低，损失严重，极大的阻碍了企业的正常发展和降低了企业的经济效益89。东庞矿洗煤厂在只开主洗的情况下，精煤灰分一般在7.8%-9.00%之间，波动较大，稳定性较差；数量效率一般在83%-86%之间，没有达到90%以上，损失了资源，降低了经济效益。随着煤炭走入市场，洗精煤数量和质量及产品品种成为企业提高经济效益的主要因素，在保证产品质量的前提下，最大限度地提高回收率，是摆在选煤工作者面前的严峻课题。中国矿业大学王振生教授提出了“主、再洗配合，提高回收率，确保产品稳定”的实施方案，就此进行了反复论证。并于1998年3月实施了这一建议，结果表明，再洗可使精煤回收率提高5%左右，数量效率达到92，为提高经济效益作出了贡献。随着煤炭市场的竟争日趋激烈，用户对煤质的要求越来越苛刻，如上海宝钢、首钢、邯钢、邢钢、济钢、北京焦化厂、天津二煤气、承德钒钛、石家庄焦化厂、中煤青岛等用户要求低灰精煤指标为Ad7.5%、S t d9D。用泵给料时，按入料口表头压力10.5mH2O设计。在分选效率与入料压力与分选密度的关系方面，国内外许多资料表明：EP值（可能偏差）随平均入料粒度的减小而增大，随分选密度的增大而增大。日本得出的经验公式为：当分选密度p1.67g/cm3时EP=0.063(p+0.046)(+0.646)+0.04式中 p -分选密度， g/cm3 d-入料平均粒度， mm前苏联学者同时用对流扩散方程推导出了EP与各因素之间的关系：式中 C -物料的浓度 V-物料沿轴心X的平均运动速度； B -质量传递扩散系数（混合系数）。物料在X轴向的浓度分布C（X）可用指数分布来表示，即 C（X）=C0 e在的标准条件下，C0=，即为该指数分布的均方差。这就是说，EP 与有关。显然，物料在分选容器中的最终运动速度与颗粒大小有关，与悬浮液流变特性，还与悬浮液的密度有关。按干扰沉降的概念来说，物料的最终运动速度还与处理量Q有关，即C（X）=V0 e式中 V0-单个颗粒在分选容器中的移动速度； - 指数的系数。 当Q=0和QQmax时，扩散系数应为零。因此，根据连续函数原理可知，在这个区间内Q和Epm 的关系应有极值。所以在考虑分选效果与工艺操作因素之间的关系时，必须加入合理的处理量概念。 关于合理的处理量，英美等国的资料认为与底流口排料有关，在底流产品增多时，旋流器的最佳处理量要相应地减少。在给料量固定的情况下，底流口排料量以体积浓度不超过30%为宜。 前苏联关于处理量Q与分选效果（平均可能偏差）之间的关系的实验资料如图3-3所示。由图3-3可以看出，分选效果是随处理量的变化（不足、稳定和过负荷）而变化的，因此，当入料量不稳定时，悬浮器的工艺效果将有所下降。如500mm直径重介质旋流器的入料量应稳定在3050t/h范围以内。综合考虑各因素的关系后，可得出下列理论公式 Epm =( Epm+p )Qe-Qd-0.5式中 Epm0 和-实验常数（由分选密度与可能偏差之间的实验求出）可能偏差Epm 0.160.120.080.04 20 40 60 80 100处理量（t/h）图3-3 分选效果与处理量的关系 d-颗粒的当量直径（因速度与d成正比） 、-实验常数平均可能偏差Epm与分选密度的关系，前苏联推荐的经验公式为：Epm=0.03T 0.015 在考虑粒度影响方面有以下经验公式 Epm =Ad-0.5式中A- 经验系数，等于0.1(d的单位为mm， EP的单位为kg/m3 )在综合考虑了分选密度与入料粒度这两个影响因素之后， 前苏联采用了下列公式Epm =0.68p d-0.5国内的实验资料表明： Epm =0.185 R-液固比以上是对国内以粗磁铁矿粉为加重质的重介质旋流器而论的，如果用细磁铁矿粉为加重质，即-0.04mm占90%以上的磁铁矿粉，则Epm 值与液固比的关系为Epm 除此之外，在使用细磁铁矿粉为加重质时Epm 值与粒度的关系也是变化的，当d3mm时，为Epm；d3mm时转到阿连公式或斯托克公式的范围内，即Epm 或Epm。因此，表征平均可能偏差与各因素之间关系的经验公式为： Epm国内外在采用细磁铁矿方面还缺乏实验资料，因此无法确定n、m的具体数据。可依据美国、日本和前苏联提供的有关资料作参考。旋流器的分选密度与许多因素有关，综合起来，可以认为旋流器的分选密度是由分选区的悬浮液密度、径向流速和分选区的拜格诺因效应造成的。分选区的径向平均流速为Q0除以轴向速度零位面的面积A0；由该流速引起的密度升高值随颗粒粒径而变，还与悬浮液的粘度有关；拜格诺因效应与线性浓度即液固比有关。旋流器的分选密度与各种因素的关系综合如下 采用C.G.S单位制时，式中k是与加重质密度、粒度等有关的常数；k1是径向流速为1cm/s时，分选物料的密度增加值；k2是液固比增加或减少1时，分选密度的变化值。由上述分析可知，当选煤粒度准确时，保证入料压力、密度在设定的范围之内，对选煤效率与效果十分关键。3.1.5合理确定分界灰分，争创最大经济效益最高精煤产率和最大经济效益都是选煤厂所追求的目标，只有取得最佳经济效益，才能增强企业的活力，并带来社会效益，那么最大产率是否就是最大经济效益呢？已证明最大产率不是最大经济效益的充分条件，但却是利润成本中的主要部分，起着决定性的作用，故最高精煤产率是最大经济效益的必要条件。尽管如此，并非一味地提高中间物产率就能取得最大经济效益。因为精煤产率的提高影响精煤灰分，中间物产率降低，因而有“临界精煤产率”之称，即随着精煤产率的增长使盈利大幅下降的临界点，此时最大盈利出现在接近盈利临界精煤产率附近，而非出现在精煤产率最高处，随着精煤产率的增长，盈利也随着增长，在达到临界精煤产率附近时，出现最大盈利。这一点，在我们的计算和实际结果中得到了证实，亦即证明，用“等原则”确定洗煤生产指标既符合最大产率原则，又符合最大利润原则，即在等分界灰分的条件下，如果精煤灰分要求一定，则能得到最高精煤产率；如果产率要求一定，则能得到最好的精煤质量（精煤灰分最低）。如何选择最佳精煤灰分，也就是说，当精煤灰分提高时，精煤产率提高多少时才较合理，据资料介绍，当精煤灰分变化1%，精煤产率变化不足2.67%时，称为空亏灰点。焦碳灰分增加以后，在炼铁中一半以上能量被浪费掉，起作用的还不足1/3或1/2，因此，精煤灰分增加1%，精煤产率应该增加4-5.438962。只有超过这个幅度，才认为精煤灰分是合理的，故称此条件为合理定灰点。另外，当洗精煤品种确定后最佳精煤灰分应确定在该级精煤上限，而非精煤下限。3.2 重介选煤煤质密度计算4根据东庞矿原煤资料(取煤质稳定时资料)及洗煤生产实际如表3-4，分析了选用重介质选煤操作条件下精煤、中、矸各产品数量和质量情况，然后根据等原则，合理确定分界灰分的同时，精煤回收率最高（中间物灰分也合理）的选煤方法，最终选择出最佳选煤密度方案。表3-4 原始资料（取自2004年4月综合报）密度原煤精煤中煤矸石%Ad%浮煤%Ad%浮煤%Ad%Ad%Ad%Ad%-1.331.604.8431.604.8424.264.3123.264.3110.363.310.433.341.3-1.438.077.5169.676.3065.076.8886.336.5553.7788.051.109.501.4-1.514.4314.7184.107.747.9714.1697.307.4119.9615.450.9217.091.5-1.63.9325.2388.238.521.7324.2399.037.7012.4723.940.5928.321.6-1.83.2835.9491.319.510.6535.5099.687.899.9736.601.8838.43+1.88.7179.9110015.580.3063.981008.0513.4669.1795.0984.92合计10015.581007.4810022.0910081.9注:本资料原煤灰分为15.58%，其中原煤中+1.8含量为7.21%.该资料比一般原煤煤质较好一些。0500mm入洗原煤实际可选性分析用污染指标法(或三产品平衡法)求精煤、中煤、矸石实际产率，见表3-5。表3-5 精煤、中煤、矸石实际产率比重原煤精煤中煤矸石-1.5Y184.10J197.30Z164.10W12.451.5-1.8Y27.21J22.38Z222.44W22.46+1.8Y38.71J30.30Z313.46W395.09 由公式求得 rj=78.82% Aj=7.48% rz=17.49% Az=22.09%rw=3.69% Aw=81.91% 通过以下两方面校对精煤、中煤、矸石实际产率是否准确：（1）灰分校对：计算原煤灰分=15.55%计算原煤灰分与实际灰分十分接近(15.58%)（2）用+1.8密度级密度含量校对：计算原煤+1.8密度级密度含量=8.78%计算结果与原煤资料(8.71) 接近由此，我们认为实际产率的计算结果是正确的。（3）分配率的计算(表3-6)表3-6 分配率计算表密度平均比重原煤精煤中煤矸石计算原煤(%)精煤分配率(%)II段P2轻产物分配率(%)I段p1%Ad%占本级占全样占本级占全样占本级占全样-1.31.2531.604.8423.2619.4710.361.430.430.0218.9287.1499.891.3-1.41.3538.077.5163.0948.6733.785.931.100.0652.6684.9299.891.4-1.51.4514.4314.7110.978.2719.962.690.920.0512.5148.3699.601.5-1.61.553.9325.231.731.2312.472.930.590.034.1929.5799.281.6-1.81.703.2835.940.050.469.972.341.880.112.9116.4396.22+1.81.908.7179.190.300.2113.463.1695.093.418.786.2338.38合计10015.5810078.8210018.491003.69100I段：分配率为50%时，对应的密度dp1=1.86即为一段的分选密度。分配率为 75%时，d75 =1.796分配率为 25%时，d25 =1. 962则Ep1=I1= II段：分配率为50%时，对应的密度dp2=1.3800即为二段的分选密度。分配率为 75%时，d75 =1. 35分配率为 25%时，d25 =1.49则Ep2=I1=通过计算可以看出，重介精煤产率为78.82， 精煤灰分在7.48时的理论产率为85. 06%，数量效率为78.82/85.06100%=92.66%，满足了设计要求。3.3 不同选煤密度下精煤产出量及灰分4不同分选密度（1.3、1.4、1.5）下精煤出量和灰分的计算情况如表3-7。表3-7 不同分选密度（1.3、1.4、1.5）下精煤出量和灰分密度原煤分选比重（I2=0.17）1.31.41.5%Ad%S%Ad%S%Ad%S%Ad%S%-1.331.604.4876.5124.184.4896.9032.624.4899.7031.514.4899.971.3-1.430.077.5127.0310.297.5170.1940.727.5192.1436.087.5198.371.4-1.514.4314.715.390.7814.7132.074.6214.7166.2010.5514.7187.311.5-1.630.7325.230.810.0325.2310.320.4125.2335.271.3925.2363.501.6-1.83.2835.940.040.0035.941.320.0435.949.100.3035.9417.03+1.88.7179.190.000.0079.190.060.0079.190.980.0979.195.39合计10015.5835.285.6178.827.5879.927.68不同分选密度（1.3、1.4、1.5）下浮沉物情况如表3-8。 表3-8 不同分选密度下浮沉物情况密度浮沉物浮物累计沉物累计邻近比重%Ad%Ad%Ad%分选比重0.1%含量-1.335.285.6135.285.6110015.581.362.411.3-1.427.138.0962.416.6964.7221.011.442.641.4-1.515.5111.6677.927.6837.5930.341.522.791.5-1.67.2818.2185.208.5822.0843.461.613.301.6-1.87.4734.5192.6710.6714.8055.881.77.47+1.87.3377.6510015.587.3377.651.85.60合计10015.58据此可进一步确定不同分界灰分时重介选煤的指标（产率和灰分）如表3-9。表3-9 不同分界灰分时产率和灰分%重介精煤浮精煤总精煤中煤Ad%dp%Ad%Ad%Ad%166.3573.041.3294.379157578.046.6493.9.9624.33176.45741.3494.679157579.006.8893.749.0024.33186.5574.961.3694.979157579.966.9893.958.0425.09196.5875.531.3795.959157580.527.2094.987.4824.62206.6076.841.38095.959157581.407.4895.666.6025.80217.5578.901.4595.989157581.807.5895.786.2025.31228.5579.441.5096.349157582.448.5996.075.5626.65239.6579.761.5596.259157582.769.7196.005.2525.82249.5568.161.60596.279157583.169.8497.024.8425.83跳汰时8.0556.661.4682.739157571.668.2581.1818.7922.09在入洗原煤量一定的条件下，计算出各方案的产值如表3-10所示。表3-10 各方案的产值计算方案%年入洗量（万t）总精煤中煤总产值/万元Q万t单价元/tQ万t单价元/t116130105.4531512.9516435340.55217130106.7031011.7016434995.80318130107.4531010.4516235002.40419130107.683109.7216434974.88520130109.823108.5816235434.16621130110.043058.0616234867.92722130110.173057.2316034758.65823130110.593056.8116234833613056.2916234755.0310原跳汰选煤时13093.1530024.4316832049.24通过各种方案的比较，可以得出如下结论：从计算可以看出，当=20时的总产值优于其它方案，比原操作条件下的总产值增加3384.92万元，精煤产率提高14.48%，精煤灰分降低1.47%，此时的原煤分选密度为1.380。=20时的精煤产率就是前面所说的“临界精煤产率”。本方案通过调整分选比重，合理确定分界，实现了多出矸石、多出煤（矸石排的纯净，不出现过矸现象，提高了精煤的原则）。4 重介质选煤优化控制通过重介质选煤理论的系统分析，我们找出了影响选煤效率的几个关键因素，即悬浮液密度的控制，入料压力（流量）等工艺参数的控制是系统控制的关键，从上述计算可以看出，控制分选密度为1.39-1.4,入料压力为1000能使精煤产率提高14.48%，精煤灰分降低1.47%，此时的原煤分选密度为1.380。精煤产率达到“临界精煤产率”。选择合理的设备稳定控制选煤工艺数是关键。4.1 重介质选煤控制系统设计本设计利用SIMATIC HMI产品中的WINCC5.0作为后台监视和控制。WinCC5.0具有控制自动化过程的功能，是基于个人计算机，同时具有SCADA级操作监视系统。整个重介质选煤工艺的控制都整合到后台，画面设有生产工艺流程、工艺参数显示、设备状态显示等形象的可视化环境，同时设有多个控制功能键，操作人员可以很方便的实现集控、就地、闭环控制、打印报表、预测趋势等。通过SIMATIC工业控制计算机、OLM（OPTIC LINK MASHINE）连到S7-400，实现对重介质选煤过程的全自动控制。SIMATIC PC机性能优良，运用其硬件组态和软件编程功能，河北金牛能源股份有限公司东庞矿选煤厂重介全自动集中控制系统实现了全车间的集中控制和重介质选煤过程中的工艺参数的最优控制。其设备生产流程参看图2