专利摘要
本发明公开了一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，包括控制单元和执行单元，执行单元包括加介泵、重介桶、分流桶、重介旋流器和稀介桶，重介旋流器接有精煤脱介筛和矸石脱介筛，精煤脱介筛接有流向重介桶的第一管路、流向稀介桶的第二管路和流向分流桶的第三管路，第三管路上安装有分流阀，矸石脱介筛接有流向重介桶的第四管路和流向稀介桶的第五管路。本发明还公开了一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤协调控制方法。本发明结构简单、设计合理，实现了对重介质悬浮液密度和液位的有效控制，实现对不同密度的重介质悬浮液的回收利用，有助于提高洗煤厂的自动化程度。
权利要求
1.一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：包括控制单元和执行单元，所述执行单元包括加介泵(19)、重介桶(12)、分流桶(5)、用于分离精煤和矸石的重介旋流器(1)和用于回收重介质悬浮液的稀介桶(13)，所述重介旋流器(1)的溢流口设置有精煤脱介筛(2)，所述精煤脱介筛(2)接有流向重介桶(12)的第一管路(9)、流向稀介桶(13)的第二管路(8)和流向分流桶(5)的第三管路(26)，所述第三管路(26)上安装有分流阀(4)，所述重介旋流器(1)的底流口设置有矸石脱介筛(3)，所述矸石脱介筛(3)接有流向重介桶(12)的第四管路(10)和流向稀介桶(13)的第五管路(11)，所述精煤脱介筛(2)上方设置有第一高压喷头(29)，所述矸石脱介筛(3)上方设置有第二高压喷头(28)，所述第一高压喷头(29)和第二高压喷头(28)均与循环水泵(27)相接，所述循环水泵(27)接有第一水管(23)，所述第一水管(23)上设置有清水阀(16)，所述分流桶(5)接有流向稀介桶(13)的第六管路(6)，所述加介泵(19)和重介桶(12)之间依次接有加介磁选机(20)和加介阀(21)，所述重介桶(12)和重介旋流器(1)之间接有重介泵(17)，所述稀介桶(13)和重介桶(12)之间依次接有稀介泵(14)和稀介磁选机(15)。
2.按照权利要求1所述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：所述控制单元包括PLC控制器(24)，所述PLC控制器(24)的输入端接有参数输入模块(22)、用于检测从重介桶(12)流出的悬浮液密度的密度仪(18)和用于检测重介桶(12)内悬浮液液位的液位仪(25)，所述清水阀(16)、加介阀(21)和分流阀(4)的信号输入端分别与PLC控制器(24)相接。
3.按照权利要求1所述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：所述分流桶(5)接有流向重介桶(12)的第七管路(7)。
4.一种利用如权利要求2所述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置进行密度和液位协调控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、获取所需重介桶(12)内悬浮液的设定液位值H
步骤二、采集实时密度值和实时液位值：液位仪(25)检测重介桶(12)内悬浮液的实时液位值H，密度仪(26)检测重介桶(12)内悬浮液的实时密度值ρ；
步骤三、计算差值：PLC控制器(24)根据公式
步骤四、根据所述差值调节清水阀、分流阀和加介阀的开度：PLC控制器(24)根据公式
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：
8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：
说明书
技术领域
本发明属于重介质选煤技术领域，具体涉及一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置及协调控制方法。
背景技术
原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质，在开采和运输过程中不可避免的又混入了顶板和底板的岩石以及其它杂质，如木材、金属和水泥构件等。随着机械化采掘的持续提高，以及地质条件的变化，混入原煤的矸石量增加，原煤灰分提高，导致原煤质量变差，细粒煤、末煤和粉煤含量增加。为去除原煤中的杂质，同时按照质量和规格将煤炭分成不同的产品，以满足客户的多样化需求，合理高效的利用煤炭资源，充分发挥煤炭的效用，并为减少煤炭使用对环境尤其是大气的污染创造条件，保证国民经济的可持续发展，就需要对原煤进行机械加工，即煤炭洗选。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭资源占整个能源体系的70％左右。在我国，原煤的直接燃烧使用造成了严峻的空气污染，约85％的SO2、80％的CO2、67％的NOX和70％的悬浮物排放来自于燃煤。在国家建设生态文明战略的大背景下，提高原煤洗选率，高效开发利用煤炭资源，一方面有利于煤炭的清洁生产，提高煤炭利用率；另一方面也是为我国的煤炭发电，钢铁、化工和建材等基础行业提供洁净的原料，从源头去除燃煤污染的有效选择。
通过对各大洗煤厂的现场调研发现，虽然重介质洗选具有易于实现自动化，分选粒度范围宽，可高效分选难洗煤和极难洗煤的优点，但大多数洗煤厂仅仅是实现了设备自动化，而并未实现工艺自动化。在密度、液位、压力和粘度等重介质洗选的关键参数中，只实现了密度自动调节，现场停车人工加介，液位不控，旋流器入口压力波动范围大等问题较为突出。实际生产中，虽然单独调节悬浮液密度可以实现对密度的控制，但随着生产的不断进行，液位持续下降，严重时，无法实现对密度的调节控制，更无法确保生产的长时间稳定运行。相关文献也多只是对悬浮液密度的调节控制进行研究，但对于密度和液位之间的耦合性分析较少，更少有共同考虑密度和液位，并对其进行协调控制的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置和协调控制方法，其结构简单、设计合理，实现了对重介质悬浮液密度和液位的有效控制，实现对不同密度的重介质悬浮液的回收利用，有助于提高洗煤厂的自动化程度，节约劳动力，降低生产成本，提高企业效益。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：包括控制单元和执行单元，所述执行单元包括加介泵、重介桶、分流桶、用于分离精煤和矸石的重介旋流器和用于回收重介质悬浮液的稀介桶，所述重介旋流器的溢流口设置有精煤脱介筛，所述精煤脱介筛接有流向重介桶的第一管路、流向稀介桶的第二管路和流向分流桶的第三管路，所述第三管路上安装有分流阀，所述重介旋流器的底流口设置有矸石脱介筛，所述矸石脱介筛接有流向重介桶的第四管路和流向稀介桶的第五管路，所述精煤脱介筛上方设置有第一高压喷头，所述矸石脱介筛上方设置有第二高压喷头，所述第一高压喷头和第二高压喷头均与循环水泵相接，所述循环水泵接有第一水管，所述第一水管上设置有清水阀，所述分流桶接有流向稀介桶的第六管路，所述加介泵和重介桶之间依次接有加介磁选机和加介阀，所述重介桶和重介旋流器之间接有重介泵，所述稀介桶和重介桶之间依次接有稀介泵和稀介磁选机。
上述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：所述控制单元包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端接有参数输入模块、用于检测从重介桶流出的悬浮液密度的密度仪和用于检测重介桶内悬浮液液位的液位仪，所述清水阀、加介阀和分流阀的信号输入端分别与PLC控制器相接。
上述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置，其特征在于：所述分流桶接有流向重介桶的第七管路。
上述的基于重介质悬浮液密度和液位的选煤装置进行密度和液位协调控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、获取所需重介桶内悬浮液的设定液位值Hset和设定密度值ρset；
步骤二、采集实时密度值和实时液位值：液位仪检测重介桶内悬浮液的实时液位值H，密度仪检测重介桶内悬浮液的实时密度值ρ；
步骤三、计算差值：PLC控制器根据公式 计算重介质悬浮液密度差值Δρ和重介质悬浮液液位差值ΔH；
步骤四、根据所述差值调节清水阀、分流阀和加介阀的开度：PLC控制器根据公式 计算清水阀的阀门开度ΔU1、加介阀的阀门开度ΔU2和分流阀的阀门开度ΔU3，其中， K1表示清水阀的阀门流量系数，ρ1表示第一水管内液体的密度，Q表示重介桶的出料量，V表示重介桶的体积，τ11表示从清水阀开度变化到重介桶内悬浮液密度变化的滞后时间，K2表示加介阀的阀门流量系数，ρ2表示流经加介阀的液体的密度，τ21表示从加介阀开度变化到重介桶内悬浮液密度变化的滞后时间，K3表示分流阀的阀门流量系数，ρ3表示流经分流阀的液体的密度，τ31表示从分流阀开度变化到重介桶内悬浮液密度变化的滞后时间，A表示重介桶的截面积，τ12表示从清水阀开度变化到重介桶内悬浮液液位变化的滞后时间，τ22表示从加介阀开度变化到重介桶内悬浮液液位变化的滞后时间，τ32表示从分流阀开度变化到合介桶液位变化的滞后时间，PLC控制器计算得到清水阀的阀门开度ΔU1、加介阀的阀门开度ΔU2和分流阀的阀门开度ΔU3，并根据清水阀的阀门开度ΔU1调节清水阀的阀门开度、根据加介阀的阀门开度ΔU2调节加介阀的阀门开度、根据分流阀的阀门开度ΔU3调节分流阀的阀门开度。
上述的方法，其特征在于： 其中t111为重介桶内悬浮液密度为ρ111所对应的时刻，t112为重介桶内悬浮液密度为ρ112所对应的时刻，ρ111和ρ112为实验时间Δt11内悬浮液密度变化区间 内的两个值，t211为重介桶内悬浮液密度为ρ211所对应的时刻，t212为重介桶内悬浮液密度为ρ212所对应的时刻，ρ211和ρ212为实验时间Δt21内悬浮液密度变化区间 内的两个值，t311为重介桶内悬浮液密度为ρ311所对应的时刻，t312为重介桶内悬浮液密度为ρ312所对应的时刻，ρ311和ρ312为实验时间Δt31内悬浮液密度变化区间 内的两个值。
上述的方法，其特征在于： 其中0＜a＜1且0＜b＜1。
上述的方法，其特征在于：
上述的方法，其特征在于： 其中ΔH(t)12表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变清水阀开度ΔU1时，在实验时间t12内，重介桶的液位初始值和液位最终值的差值，ΔH(t)22表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变加介阀开度ΔU2时，在实验时间t22内，重介桶的液位初始值和液位最终值的差值，ΔH(t)32表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变分流阀开度ΔU3时，在实验时间t32内，重介桶的液位初始值和液位最终值的差值。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。
2、本发明提出了针对清水阀、加介阀和分流阀的前馈补偿和解耦控制，建立了重介质悬浮液密度和液位的传递函数，式中的相关参数可依据各洗煤厂工艺设计的不同，经设计实验获取数据，最后辨识获得，各洗煤厂可依据现有控制器、工艺条件、控制精度要求等选择不同的控制算法，用于实现对密度和液位的控制，有助于提高洗煤厂的自动化程度，节约劳动力，降低生产成本，提高企业效益。
3、本发明中，精煤脱介筛流出的液体通过第一管路和第二管路分别流向合介桶和稀介桶，矸石脱介筛流出的液体通过第四管路和第五管路分别流向合介桶和稀介桶，采用第一管路、第二管路、第四管路和第五管路实现对不同密度的重介质悬浮液的回收利用，节约成本，绿色环保。
4、本发明中，精煤脱介筛接有流向分流箱的第三管路，第三管路上设置分流阀，通过分流阀的分流作用，将经精煤脱介筛流出的部分重介质悬浮液从重介桶中分流到稀介桶中，可以改变重介桶中的重介质悬浮液的密度和液位。
综上所述，本发明结构简单、设计合理，实现了对重介质悬浮液密度和液位的有效控制，实现对不同密度的重介质悬浮液的回收利用，有助于提高洗煤厂的自动化程度，节约劳动力，降低生产成本，提高企业效益。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电路原理框图。
图3为本发明的方法流程图。
附图标记说明:
1—重介旋流器； 2—精煤脱介筛；3—矸石脱介筛；
4—分流阀； 5—分流桶；6—第七管路；
7—第六管路； 8—第二管路；9—第一管路；
10—第四管路；11—第五管路； 12—重介桶；
13—稀介桶；14—稀介泵； 15—稀介磁选机；
16—清水阀；17—重介泵； 18—密度仪；
19—加介泵；20—加介磁选机； 21—加介阀；
22—参数输入模块；23—第一水管； 24—PLC控制器；
25—液位仪；26—第三管路； 27—循环水泵；
28—第二高压喷头；29—第一高压喷头。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括控制单元和执行单元，所述执行单元包括加介泵19、重介桶12、分流桶5、用于分离精煤和矸石的重介旋流器1和用于回收重介质悬浮液的稀介桶13，所述重介旋流器1的溢流口设置有精煤脱介筛2，所述精煤脱介筛2接有流向重介桶12的第一管路9、流向稀介桶13的第二管路8和流向分流桶5的第三管路26，所述第三管路26上安装有分流阀4，所述重介旋流器1的底流口设置有矸石脱介筛3，所述矸石脱介筛3接有流向重介桶12的第四管路10和流向稀介桶13的第五管路11，所述精煤脱介筛2上方设置有第一高压喷头29，所述矸石脱介筛3上方设置有第二高压喷头28，所述第一高压喷头29和第二高压喷头28均与循环水泵27相接，所述循环水泵27接有第一水管23，所述第一水管23上设置有清水阀16，所述分流桶5接有流向稀介桶13的第六管路6，所述加介泵19和重介桶12之间依次接有加介磁选机20和加介阀21，所述重介桶12和重介旋流器1之间接有重介泵17，所述稀介桶13和重介桶12之间依次接有稀介泵14和稀介磁选机15。
如图1所示，本实施例中，所述分流桶5接有流向重介桶12的第七管路7。
实际使用时，介质采用磁铁粉，介质加水稀释后形成悬浮液，悬浮液经加介泵19打入到加介磁选机20中，经加介磁选机20磁选浓缩后，加入到重介桶12中。加介磁选机20与重介桶12之间的管路上设置有加介阀21，用于调节进入重介桶12的重介质悬浮液的流量，从而改变重介桶12内重介质悬浮液的液位。
原煤经破碎、筛分、脱泥处理后，同重介桶12中的重介质悬浮液混合，然后通过重介泵17将原煤和重介质悬浮液的混合物打入到重介旋流器1中，第一水管23的出水口位于重介桶12和重介泵17之间，第一水管23上设置有清水阀16，用于调节原煤和重介质悬浮液的混合物的密度，从而改变进入重介旋流器1的原煤和重介质悬浮液的混合物的密度，混合物在重介旋流器1内旋流、外旋流的共同作用下，实现精煤和矸石的分离，精煤从溢流口排出进入精煤脱介筛2，矸石从底流口排出进入矸石脱介筛3。
精煤脱介筛2通过第一管路9、第二管路8和第三管路26分别流向重介桶12、稀介桶13和分流桶5，矸石脱介筛3通过第四管路10和第五管路11分别流向重介桶12和稀介桶13，采用第一管路9、第二管路8、第四管路10和第五管路11实现对介质的回收利用。回收利用的第一段是自然回流，精煤和矸石从重介旋流器1中流出时带出一部分重介质悬浮液，初始流出精煤脱介筛2和矸石脱介筛3的重介质悬浮液密度与设定值近似，因此直接通过第一管路9和第四管路10回流到重介桶12中继续使用；回收利用的第二段是加高压喷水回流，此时流出精煤脱介筛2和矸石脱介筛3的重介质悬浮液接近于无，但是在精煤和矸石上会粘附少量介质，因此循环水泵13通过第一高压喷头29将高压水流喷射到精煤脱介筛2上的精煤上，通过第二高压喷头28将高压水流喷射到矸石脱介筛3上的矸石上，此时流出精煤脱介筛2和矸石脱介筛3的重介质悬浮液密度远低于设定值，因此通过第二管路8和第五管路11回流到稀介桶13中继续使用。
精煤脱介筛2接有流向分流箱5的第三管路26，第三管路26上设置有分流阀4，分流阀4和分流箱5起分流作用，打开分流阀4，即可将自然回流过程中经第一管路9流出的重介质悬浮液分流到分流箱5中，分流桶5接有流向重介桶12的第七管路7和流向稀介桶13的第六管路6，将本应从精煤脱介筛2全部流入重介桶12中的重介质悬浮液经第六管路6分流一部分到稀介桶13中，因此可以改变重介桶12中的重介质悬浮液的密度和液位。
如图2所示，本实施例中，所述控制单元包括PLC控制器24，所述PLC控制器24的输入端接有参数输入模块22、用于检测从重介桶12流出的悬浮液密度的密度仪18和用于检测重介桶12内悬浮液液位的液位仪25，所述清水阀16、加介阀21和分流阀4的输入端分别与PLC控制器24相接。
液位仪25检测重介桶12内悬浮液液位，并将检测得到的重介桶12内悬浮液液位发送给PLC控制器24，PLC控制器24对液位仪25检测得到的重介桶12内悬浮液液位和通过参数输入模块22输入的液位值进行差值比较，18检测重介桶12内悬浮液密度，并将检测得到的重介桶12内悬浮液密度发送给PLC控制器24，PLC控制器24对18检测得到的重介桶12内悬浮液密度和通过参数输入模块22输入的密度值进行差值比较，PLC控制器24根据悬浮液液位差值和悬浮液密度差值计算清水阀16、加介阀21和分流阀4的开度，从而调节清水阀16、加介阀21和分流阀4的开度，达到调节重介桶12内悬浮液密度和重介桶12内悬浮液液位的目的，实现了悬浮液密度和液位的关联控制，避免随着生产的不断进行，液位持续下降造成无法实现密度的调节控制，无法确保长时间的稳定运行。
如图3所示，本实施例中，基于重介质悬浮液密度和液位协调控制的方法，包括以下步骤：
步骤一、获取所需重介桶12内悬浮液的设定液位值Hset和设定密度值ρset；
步骤二、采集实时密度值和实时液位值：液位仪25检测重介桶12内悬浮液的实时液位值H，密度仪26检测重介桶12内悬浮液的实时密度值ρ；
步骤三、计算差值：PLC控制器24根据公式 计算重介质悬浮液密度差值Δρ和重介质悬浮液液位差值ΔH；
步骤四、根据所述差值调节清水阀、分流阀和加介阀的开度：PLC控制器24根据公式 计算清水阀16的阀门开度ΔU1、加介阀21的阀门开度ΔU2和分流阀4的阀门开度ΔU3，其中， K1表示清水阀16的阀门流量系数，ρ1表示第一水管23内液体的密度，Q表示重介桶12的出料量，V表示重介桶9的体积，τ11表示从清水阀16开度变化到重介桶9内悬浮液密度变化的滞后时间，K2表示加介阀21的阀门流量系数，ρ2表示流经加介阀21的液体的密度，τ21表示从加介阀21开度变化到重介桶9内悬浮液密度变化的滞后时间，K3表示分流阀4的阀门流量系数，ρ3表示流经分流阀4的液体的密度，τ31表示从分流阀4开度变化到重介桶9内悬浮液密度变化的滞后时间，A表示重介桶9的截面积，τ12表示从清水阀16开度变化到重介桶12内悬浮液液位变化的滞后时间，τ22表示从加介阀21开度变化到重介桶12内悬浮液液位变化的滞后时间，τ32表示从分流阀4开度变化到合介桶液位变化的滞后时间，PLC控制器24计算得到清水阀16的阀门开度ΔU1、加介阀21的阀门开度ΔU2和分流阀4的阀门开度ΔU3，并根据清水阀16的阀门开度ΔU1调节清水阀16的阀门开度、根据加介阀21的阀门开度ΔU2调节加介阀21的阀门开度、根据分流阀4的阀门开度ΔU3调节分流阀4的阀门开度。
实际使用时， 其中t111为重介桶9内悬浮液密度为ρ111所对应的时刻，t112为重介桶9内悬浮液密度为ρ112所对应的时刻，ρ111和ρ112分别表示实验时间Δt11内悬浮液密度变化区间 内的两个值，其中， 和 表示在控制系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变清水阀16的开度而测得的重介桶9内悬浮液密度的密度起始值和密度稳态值；t211为重介桶9内悬浮液密度为ρ211所对应的时刻，t212为重介桶9内悬浮液密度为ρ212所对应的时刻，ρ211和ρ212为实验时间Δt21内悬浮液密度变化区间 内的两个值， 和 分别表示在控制系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变加介阀21的开度而测得的重介桶9内悬浮液密度的密度起始值和密度稳态值；t311为重介桶9内悬浮液密度为ρ311所对应的时刻，t312为重介桶9内悬浮液密度为ρ312所对应的时刻，ρ311和ρ312为实验时间Δt31内悬浮液密度变化区间 内的两个值， 和 分别表示在控制系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变分流阀4的开度而测得的密度起始值和密度稳态值。
实际使用时， 其中a＝0.6323，b＝0.393， 其中ΔH(t)12表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变清水阀16开度ΔU1时，在实验时间t12内，重介桶9的液位初始值和液位最终值的差值，ΔH(t)22表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变加介阀21开度ΔU2时，在实验时间t22内，重介桶9的液位初始值和液位最终值的差值，ΔH(t)32表示系统稳定时，保持所有阀门开度不变，仅改变分流阀4开度ΔU3时，在实验时间t32内，重介桶9的液位初始值和液位最终值的差值。
实际使用时，清水阀16、加介阀21和分流阀4同时影响重介桶12内悬浮液的密度和液位，因此将分流阀4的开度变化看作是扰动，采用PLC控制器24对分流阀4的开度进行解耦控制和前馈补偿。清水阀16、加介阀21和分流阀4均为电磁阀，PLC控制器24根据步骤四中的公式计算得到清水阀16的阀门开度ΔU1、加介阀21的阀门开度ΔU2和分流阀4的阀门开度ΔU3，然后同时发出控制信号给清水阀16、加介阀21和分流阀4，同时改变清水阀16、加介阀21和分流阀4的阀门开度，从而调节重介桶12内悬浮液液位和从重介桶12流向重介旋流器1的重介质悬浮液的密度，实现了悬浮液密度和液位的关联控制。
以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
基于重介质悬浮液密度和液位的协调控制方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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