1、http:/- 1 -中国科技论文在线浅谈液固流化床粗煤泥分选机的自动控制 徐世辉 1，陈文刊 2，谢彦君 2，李明勇 2*作者简介：徐世辉（1987-），男，在读研究生，研究方向：矿物加工工程. E-mail: （1. 中国矿业大学化工学院，徐州 221008；5 2. 中国矿业大学化工学院，徐州 221116）摘要：随着自动化水平的不断提高, 可编程序控制器在选煤行业中的应用日渐增多。各种选煤设备的自动控制系统的不断完善，大大提高了选煤厂的工作效率。本论文简单介绍了TBS的工作过程及原理，阐述了液固流化床粗煤泥分选机（TBS）的自动控制系统。关键词：TBS ； 自动控制； 工作原理10 中
2、图分类号：TD94The discussion about automatic control of the Liquid-Solid Fluidized Bed coarse slime separatorXU Shihui, CHEN Wenkan, XIE Yanjun, LI Mingyong15 (School of Chemical Engineering , China University of Mining and Technology , Xuzhou , Jiangsu province 221008 , China)Abstract: With the increasi
3、ng level of automation, programmable logic controller applications in the coal preparation industry increasing. Preparation of equipment of various automatic control system of continuous improvement, greatly improving the efficiency of coal preparation plant. 20 This paper introduces the working pro
4、cedures and principles of TBS, described liquid-solid fluidized bed of coarse slime separator (TBS) of the automatic control system.Key words: TBS; automatic control ; working mechanism1. 引言25 现代社会是工业社会、信息社会，能够掌握工业设备的信息和自动控制，那就能大大提高生产效率。选煤厂中的日常生产也是如此，各种选煤设备自动控制系统的完善，它为生产管理人员提供大量的实时现场信息, 以利于调度指挥, 提高生
5、产效率。同时还可以大大减少现场操作人员, 减轻工人的劳动强度, 同时还具有操作、维护方便等优点。30 液固流化床粗煤泥分选（TBS）是目前国内外新开发用于粗煤泥高效分选的主要设备，工业应用已越来越广泛，由于它最早是从国外引进设备，国内部分学者也称其干扰床。它是利用粒度和密度对颗粒在干扰沉降环境中的沉降速度差异来实现窄粒级物料分选的，分选过程中的一部分被选颗粒与水组成流化床层，采用 PID 自动控制系统，实现流化床分选。35 2. TBS 的工作原理http:/- 2 -中国科技论文在线液固流化床粗煤泥分选机（TBS）分选过程如图 1。它是利用入料中的重产物在上升水流的作用下实现流态化, 提高悬
6、浮液的密度，将入料按沉降速度的不同进行分离。入料粒度控制在一定范围内，密度对沉降速度的影响起主导作用，实现按密度分选。40 矿浆通过一个入料缓冲筒切向进入分选机，与一上升水流相遇而形成流化床层。当达到稳定状态后，入料中沉降速度小的颗粒会浮起，进入浮物产品作为精煤。凡沉降速度大的颗粒则穿过床层，并由排矸口进入沉物（矸石），排矸口阀门受PID自动控制系统控制，即由设在干扰床层内的密度传感器发出的信号控制阀门动作。该电流信号与检测点上方扰动悬浮液的实际密度成正比。实45 际密度与设定的密度值进行比较后，如果实际密度过高，则加大排料阀门的开启度，排出扰动床层中的高密度物料；反之，则减小床层中的物料排放
7、。3. TBS 装置结构以及工作过程液固流化床粗煤泥分选装置，其特征在于：所述的液固流化床分选机采用由安装在柱体上的压力变送器、装在控制柜上的 PID 控制仪表和装在液固流化50 床分选机底部的自动控制阀门所组成的 PID 自动控制系统来实现密度和分选自动调节和控制。3.1 TBS装置结构液固流化床粗煤泥分选装置，包括下部带锥形尾煤收集的柱体、位于柱体上的精煤收集槽、静态均匀给料装置和 PID 自动控制系统。在溢流堰上增加若55 干带有一定坡度的溢流槽，增大精煤的流出量。静态均匀给料装置支撑在柱体上部，包括给料斗、弧形给料管、入料桶和带自动调节的圆周入料匀布装置，弧形给料管沿切线进入入料桶中，
8、在重力作用下向下运动，切60 线入料一定程度上削弱了入料动力，入料桶上端封闭，下端与圆锥形匀布装置相连，均布装置的直径基本与入料桶直径相同，均布装置上有一带螺纹的丝杠，丝杠上部有手轮，可通过手轮调节均布装置上下的位置，从而65 调节均布装置与入料桶下部之间的缝隙，该缝隙即为物料进入流化床分选机的通道。柱体的中下部有一流体分布器，其目的是将流体均匀分布在液固流化床分选机的整个端面上，流体分布器是将多管式分布器和侧流式 图 1 液固流化床粗煤泥分选机的原理图http:/- 3 -中国科技论文在线70 分布器结合起来而设计一种新型的流体分布器，在柱体外部的总进水管上均布数根支管，这些支管穿过液固流化
9、床分选机的端面，在另一面同样与另一总管相连，这两根总管中一根作为进水管，另一根作为分布器堵塞时的排放管，在液固流化床分选机端面范围内的分布器支管上设置了若干布水管帽，每一布水管帽的中上部侧面沿圆周开若干个直径相同的圆孔，这些圆孔的方向为水平的，75 流体通过总进水管后均匀进入到各支管内，再进入到各布水管帽上，从布水管帽的圆孔中排出到液固流化床分选机内，流体再由水平变为向上，在总进水管上有一进气管，来自空压机的加压空气可通过该管进入与流体一起进入到液固流化床分选机内。在液固流化床分选机的中上部安装一压力（一般为输出420mA 信号）变送器，该变送器与装在控制柜上的 PID 控制仪表相连，PID8
10、0 控制仪表又与装在液固流化床分选机底部的自动控制阀门相连，压力变送器上输出的信号大小与压力变送器安装部位上部的分选机内床层的密度有关，当输出信号超过设定信号时，PID 控制仪表指挥电动阀门打开，排出底部尾矿，进而降低床层密度，当床层密度达到设定值时，关闭阀门，反之，若压力变送器输出信号小于设定值时关闭电动控制阀门。85 3.2 TBS的工作过程经分级和脱泥的粗煤泥矿浆物料由由给料斗经带 90弯头的给料管沿切线进入给料桶中，靠重力向下运动至给料桶下部，给料桶下部的锥形圆周均布器将给料均匀地分配到给料桶的四周，进入到液固流化床分选机的柱体内，锥形圆周均布器与给料桶之间的空隙大小通过上部的圆形手柄
11、来调节，确保物料均90 匀静态进入到分选机内。进入到分选机内的物料逐步向下运动一定距离后，物料开始按密度的高低分离，低密度向上运动溢流槽进入精煤收集槽，成为精煤，较高密度物料继续向下运动到流化床床层，密度高于流化床床层密度的物料穿过床层进入到底部，通过底流自动控制阀门排出成为尾矿，而中间密度的物料在流化床层中经过上下来回运动，经过一段时间后逐步实现分离。流化床95 层的形成是以入料中的中高密度物料为介质，以经过流体分布器中进来的上升水为流体，形成流化床床层，而上升水是利用泵经过总水管、支水管和布水管帽沿水平方向进入到柱体内，再变为向上的上升流。整个分选过程的控制是通过由压力变送器、PID 自动
12、控制仪表和自动控制阀门组成的自动控制系统实现自动调节和精煤灰分控制。利用这种装置，可实现粗煤泥的高精度分选，保证100 粗煤泥精煤的质量。4. TBS 工作的自动控制图 2 为其控制的原理示意图。密度控制系统是由位于分选机流体分配器上方的密度传感器、PID 控制器和电子式电动调节尾矿排料阀组成。上升水流流http:/- 4 -中国科技论文在线量或压力控制系统是由位于给水管道的电磁流量计/压力表、内置 PID 的变频控105 制器和上升水流给水泵组成，其中流量和压力两者之一作为上升水流控制输入参数，另一个在线显示。液固流化床分选机的控制和调节采用 PID 自动控制系统，该系统包括装在流体分布器和
13、给料桶之间的中部位置柱体侧壁上安装一压力变送器，输出信号为 420mA，其输出值的大小与压力变送器以上部分柱体内的流化床层密度大110 小相关，该信号通过两根数据线传输给 PID 控制仪表，PID 控制仪表将该信号与密度设定值对应的信号值进行比较，然后做出让安装在柱体底部的自动控制阀门打开还是关闭以及开关的大小，并将该输出信号通过两个数据线传输给自动控制阀门，该阀门执行命令，同时该自动控制阀门将阀门的位置信号再反馈给 PID 控制仪表。115图 2 液固流化床粗煤泥分选机（TBS ）基本结构简图1上升水流给水泵；2流量变频控制器（QC）；3在线流量计(QT)；4压力传感器(PT)；5给水压力在
14、线显示仪(PX)；6入料缓冲筒；7尾矿排放执行机构； 8密度传感器(MT)；9密度控制器(MC)；10尾矿阀http:/- 5 -中国科技论文在线4.1 TBS的控制系统TBS 的控制系统具体可以分为三个部分：即密度自动控制系统、上升水流自动控制系统、上升水流流量在线检测系统。4.1.1 密度自动控制系统120 密度自动控制系统具体由“密度传感器PID 控制仪表尾矿电动调节阀”三部分组成。PID 控制仪表及其它安装：PID 控制仪表应安装在能方便观察分选机溢流的合适位置上，同时防止水与矿浆喷入，一般放置于距操作平台高 1.5 米的位置。传感器安装在分选机内部距底部约 1000m 左右的位置（具
15、体应根据指导人125 员的要求确定）侧壁上。PID 控制仪表如下图所示：PID 控制仪表主菜单PID 控制仪表、传感器、电动阀门线路的连接：传感器与 PID 控制仪表的连接仅有两根控制线，组成 4-20 mA DC 闭环数据传输；PID 控制仪表和电动阀130 门之间共有六根线，分别组成电源（220V 两相交流）、阀门控制（ 4-20 mA DC）、阀门位置反馈（4-20 mA DC）三个闭环，且勿将电源线错接至控制及反馈线路上。其详细接法见下图。注： 1） 本仪表所带的馈电通常为 24VDC，当阀位信号为电位器时仪表带 5VDC 馈电输出。2） “继电器控制输出”仪表继电器负载为100W；1
16、35 “可控硅控制输出”仪表可控硅负载为250W。“继电器控制输出”接线图1 接阀反馈信号输出+13 接压力传感器蓝线2 接阀反馈信号输出-211 接压力传感器红线12 接电机反转 815 接电机正转 319 接电源火线 R20 接电源零线 N13、14、19 串接1 接阀输出端 OUT+3 接压力传感器蓝线2 接阀输出端 OUT-11 接压力传感器红线16 接阀输入端 IN-17 接阀输入端 IN+19 接电源火线 R20 接电源零线 Nhttp:/- 6 -中国科技论文在线“可控硅控制输出”接线图140 4.1.2 上升水流自动控制系统上升水流自动控制系统具体由“压力传感器内置 PID 的
17、变频器上升水流管道泵”三部分组成。压力传感器安装在上升水流管道泵和分选机之间，压力传感器 4-20 mA DC 信号输入到变频器，变频器根据输入压力传感器的压力值大小自动调节变145 频器的频率，实现稳定压力供水的目的。4.1.2.1 变频器的操作在变频器操作面上，按“方式”键可切换面板显示的内容：如变频时间给定，反馈量，功能码等。按“方式”键切换到显示功能码区，用上下键可以在此功能码区里找自己要修改的功能码。若要切换到另一功能码区，可先按“停/150 复”键，然后再按上下键翻查要进入的功能码区，此时，要进入功能码需再按“停/ 复”键一次，然后再按上下键查找要进入的功能码。当进入到想要修改的功
18、能码时，按“设置”键显示该功能码区的参数设定值，通过上下键修改参数设定值，之后按“设置”键保存即可（变频器修改内部参数前一定要将密码输入进去）变频器在设定为键盘（面板）操作方式时，155 按“运行”键。变频器启动，按上下键可以进行调速，按“停/复”键变频器停车。4.1.2.2 手动操作与自动恒压供水 手动操作手动操作需修改的参数：将 F200 设定值改为 0、F202 设定值改为 0160 变频器送电以后，按“运行”变频器启动。通过“上下”键进行调速；按“停/复”键停车。 变频器闭环恒定供水：需将参数 F200 设定值改为 1，F202 设定值改为 3，F405（目标值）可根据实际压力值进行设
19、置，首次设定时可将 F405 设定为 0.04Mpa。通过配电柜外的165 按钮对变频器进行送电。按配电柜箱外的红色按钮，变频器启动，此时变频器可根据目标值（F405 ）自动调速进行恒压供水。http:/- 7 -中国科技论文在线当本身压力变频器的压力信号大于目标设定值时，（如 F405=0.04，实际压力为 0.05）变频器自动降低输出频率；当本身压力变频器的压力信号小于目标设定值时，（如 F405=0.04，实际压170 力为 0.03）变频器自动增大输出频率；目标值 F405 的设定可根据实际压力进行修改，设定值过大可以将 F405 值设定小，反之，可将 F405 值设定大4.1.3 上
20、升水流流量在线检测系统上升水流流量在线检测系统具体由“流量计显示仪表”两部分组成，流175 量计要求安装在管道泵之后且流量稳定的管道上，其需要 220V 供电，同时输出 4-20 mA DC 信号输入到显示仪表。4.2 TBS自动控制系统的工作过程物料沿切线进入液固流化床粗煤泥分选机（TBS），与上升水流相遇开始分离成精煤或尾煤。在分离过程中，PID 控制器接收安装于分选机内的密度传180 感器的 4-20mA DC 电流信号，该电流信号与分选悬浮层的实际密度成正比。实际密度与设定的密度值进行比较，若实际密度过高，则加大排料阀门的开度，加大排出扰动床层中的物料；反之，则限制床层的物料排放，尾矿
21、排料阀设有人工和自动两种控制方式。位于给水管路上的电磁流量计将其测定的 4-20mA DC 电流信号传递给内置 PID 的变频器，变频器将其与设定的流量信号值进行185 比较，若高于设定流量信号值，则通过变频器增大给水泵的频率，增大流量，反之降低频率减少流量。5. 结束语随着选煤厂选煤设备的自动化水平不断提高，在现有 TBS 自动控制系统的基础上，随着自动控制的不断完善，TBS 自动控制系统会得到更进一步的完善。190 此 TBS 控制系统除了设置密度自动控制系统外，还设置了上升水流自动控制系统和上升水流量在线检测系统。使该系统操作更加方便，系统的可靠性更强，大大提高了粗煤泥分选的工作效率。参考文献 (References)195 1 李延峰液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究D徐州：中国矿业大学，20082 李延锋粗煤泥在液固流化床中的高效分离研究D徐州：中国矿业大学，20043 卢文海,刘正国 PLC 在选煤厂集控系统中的应用J煤矿安全，2002，(05).4 陈忠训自动控制技术在选煤厂的应用J煤炭工程，2008，（10）.
