跟蹤原煤煤質變化控制給煤理論的研究
在選煤技術發展進程中，跳汰選因其具有處理量大、分選效果好、適應性強等多項優點 ，曾長期占據領先地位。然而自上世紀后期以來，跳汰選應用比重逐步縮小。究其原因，主 要是由于影響跳汰過程的因素甚多，自動控制難度較大，以致其內在潛力尚未充分發掘。多 年來，曾有多種自控系統出現，但僅限于排料調節的初級階段，收效有限。長期的生產實踐 使 我們認識到，完善的跳汰機自控，必須在跟蹤原料質量變化進行給、排料調節的同時監測產 品質量，形成閉環綜合自控系統。本研究正是沿著這一思路進行，所開發的TKX系列跳汰機 自控裝置在生產中經受了長期考驗，由于其良好的技術經濟效果，已為現場所接受。
1 跟蹤原煤煤質變化控制給煤理論
盡管跳汰選涉及對“風、水、給、排”4大參數的控制，但在實際生產操作過程中，將 風、水調節好后就不再變化（偶爾微調即可）；這樣，控制的重點可以集中在“給、排”2 大參數之上。
入選原煤煤質特性的隨機變化是影響精煤灰分穩定的擾動源，對此提出“跟蹤原 煤煤質變化控制給煤”的理論，如圖1所示。
從跳汰機自動控制的角度看，入選原煤煤質特性的變化可分成2類，一類是原煤的“精、中 （夾矸煤）、矸”比例變化及電振給煤條件下粘滯性的變化對跳汰機一、二段重物料層厚度 的影響——這類變化可由“根據跳汰機一、二段重物料層厚度控制給煤”來解決；另一類是原煤的其它復雜變化（如原煤中各低密度級的含量及灰分、粒度 組成、泥化程度等）對跳汰機二段最佳分選密度的影響——這類變化可由灰分閉環控制（或 操作者憑借經驗觀察并 結合精煤快灰調解二段浮標測量密度）追蹤二段最佳分選密度的變化來解決。
圖1 跟蹤原煤煤質變化控制給煤理論圖解（略）
2 3個實時測量/分選密度與灰分閉環控制理論
對于兩段結構的跳汰機，精煤灰分取決于對二段分選密度的控制。對于采用 浮標探測重物料層厚度的跳汰機控制系統，在控制過程中的任一時刻，在跳汰機二段存在著 3個實時測量/分選密度、浮標實時測量密度、二段最佳實時分選密度、跳汰機二段實時實 際分選密度。
在選煤生產要求分選精煤灰分最佳值為定值的前提下，由于入選原煤煤 質隨機變化，在跳汰機二段必然對應1個最佳實時分選密度，簡稱“二段最佳分選密 度”。
由于入選原煤煤質隨機變化，“二段最佳分選密度”必然是1個連續變化的隨機變量，如果要求每一時刻的溢流精煤灰分為最佳值，就必須控制“二段實際分選密度”，追蹤“二段最佳分選密度”的隨機變化。 在跳汰機自動控制系統中已經建立了浮標測量密度與二段實際分選密度的相關性。這樣，根 據測灰儀測得的精煤的實時灰分與設定灰分相對比，及時調整浮標測量密度，通過給煤 /排料綜合優化控制，就可改變二段實際分選密度，達到控制精煤灰分的目的，實現對精煤 的灰分閉環控制。
3 跟蹤原煤煤質變化控制給煤理論的實用性
跟蹤原煤煤質變化控制給煤理論的實用性在于，它不僅僅是指出問題的焦點，同 時提供了解決矛盾的具體可行方法，在現場應用中體現出如下優點。
（1) 省去了給煤控制專用的檢測環節，控制系統得到簡化，控制功能大為增強。
（2) 跳汰機一、二段重物料層厚度在相當程度上實時反映原煤煤質的變化，跟蹤原煤煤質 變化的給煤控制時間遠遠小于測灰儀的灰分反饋控制時間，在原煤難選或原煤煤質波動頻繁 的復雜條件下，體現出快速跟蹤煤質變化的實時控制效果，同時為實現精煤灰分 閉環控制奠定了基礎。
（3) 特別適應于一、二段排矸提斗提升能力受限的現場條件，可在保證精煤灰分穩定前 提下，使跳汰機保持高處理量臨界狀態運行，緩解了穩定精煤灰分與增加處理量的矛盾 。
（4) 解決了跳汰機控制參數過多的矛盾。由于一、二段重物料層厚度穩定，對調節風、 水的要求大為減弱，將風、水、給、排的復雜控制化簡成“給、排控制為主，風、水微調為 輔，灰分閉環控制把關”的簡化控制模式，使跳汰機的自動化程度顯著提高。
4 TKX系列跳汰機自控系統簡介及其應用效果
4.1 TKX系列跳汰機自控系統的結構(圖2)
TKX-Ⅲ集成控制系統在輸出數控風閥控制信號的同時，接收煤倉料位和一、二段重物料 層厚度測量信號，實現對一、二段排料系統和給煤雙重綜合優化控制；根據測灰儀反饋的精 煤灰分與設定灰分相對比，自動調整二段重物料層厚設定值來調整二段浮標的測量密度，進 行灰分閉環控制。灰分閉環的調節作用同時對排料、給煤產生反饋作用，構成對入洗原煤煤 質變化的實時跟蹤，在動態運行過程中自動尋優調節，實現排料、給煤、灰分閉環的三重 綜合優化控制。
上位機可接收多臺控制系統數據，構成“集散控制模式”。在上述主要功能基礎上，配 備了與選煤廠集控、與現場關鍵設備的運行閉鎖；同時控制系統配備了手/自動切換的多種 操作模式，構成“自動操作為主，其它操作方式為輔”，適應現場各種復雜情況下的操作需 求。
圖2 TKX-Ⅲ型跳汰機自控系統結構框圖
4.2 TKX系列跳汰機自控系統的應用效果
表1 小康礦選煤廠鑒定性試驗結果（略）
TKX系列跳汰機自控系統先后應用于老虎臺礦選煤廠、鐵煤集團小康礦選煤廠、小青礦 選煤廠，截止2004年初已有6套裝置用于生產，其中老虎臺礦選煤廠的系統已穩定 運行7年之久。
以小康礦選煤廠的鑒定性試驗為例，自動控制與原手動控制相比較，效果如表1。
使用TKX自控系統的各選煤廠的應用效果如表2。 由表2可見，在動力煤的粒煤入洗條件下：跳汰機的數量效率均在96% 以上；矸中帶煤（-1.8含量）均在6%以下；由于原煤處理量比手動控制提高18%，現場分別 將入洗原煤粒度由原來23 mm降到15mm、13 mm ，即降低了入洗粒度的下限值，擴大了入洗 量。
4.3 給煤/排料/灰分閉環三重綜合優化控制的現場試驗
小康礦選煤廠跳汰機精煤灰分閉環是在2002年6月投入的，取得了較為理想的試驗效果。 記錄數據期間，給煤、排料、灰 分閉環全部在自動控制下進行，同時要求保證精煤皮帶物料層厚度滿足測灰儀的要求，以保 證測量灰分的精度。控制系統將精煤灰分設定為19.6%。為了使灰分得到及時反 饋，取每分鐘即時灰分輸入控制系統進行數據處理、識別，之后對跳汰機二段設定值進行自 動調整。該控制系統實時測試曲線可以反映出原煤煤質變壞后，通過三重自動調節使精煤灰 分穩定的過程。
表2 TKX自控系統在各選煤廠的應用效果（略）
4.4 實時控制特性分析
通過對上述“給煤/排料/灰分閉環三重綜合優化控制”的調節過程的分析，可以得出以下結 論。
（1) 入選原煤煤質是隨機實時變化的，在跳汰機二段的“3個實時測量/分選密度與灰 分閉環控制”和“跟蹤原煤煤質變化控制給煤”的跳汰機控制理論，揭示了跳汰選內在矛盾 的規律性。
（2) 實施“給煤/排料/灰分閉環三重綜合優化控制”，可有效地適應原煤煤質的變化 ，在跳汰機處理量保持高位運行的同時，保證精煤灰分合格。即通過自動控制手段，找 出了解決上述矛盾規律性的方法。