引言

选煤厂智能化建设是煤炭行业智能化发展的重要部分。选煤厂智能化系统从大数据系统出发，将各生产工序纳入智能控制系统。首先收集选煤厂各环节的庞大数据信息，利用各种计算工具和算法进行数据分析，从中寻找规律，并依此通过调节参数进行优化，针对特定选煤厂的生产情况，建立其最优的生产需求模型；然后建立智能控制系统，根据原煤性质、生产需求及设备条件自主地对各参数进行智能决策，最终实现智能化。煤泥水系统是选

煤厂实现煤炭资源高效回收和水资源循环利用的必需环节，其中压滤是处理煤泥、回收分离介质水、实现液固分离的重要工序，根据工艺及生产要求选择合适的压滤设备并通过智能化手段优化压滤效果具有重要的现实意义。

１ 常用煤泥压滤设备及其智能化目标

压滤脱水环节是煤泥水系统的核心，压滤设备是实现水资源循环利用和煤泥回收的把关设备。选煤厂常见的压滤设备有加压过滤机、板框式过滤机、带式压滤机、隔膜压滤机等，根据其设备特点对应有不同的智能控制方案。

１.１加压过滤机

加压过滤机是国内选煤厂应用最多的煤泥脱水设备，常用于浮选精煤和原生煤泥的脱水。国内厂家从加压仓直径、搅拌装置、反吹风系统到控制系统进行了多方面的优化改进，使得该设备在一些性能上已远超国外设备。加压过滤机具有处理能力较大、滤饼水分较低、低耗电及环保性能好等优点，但是设备比较笨重，更换滤布困难，操作复杂，手动操控环节频繁。因此，在煤泥处理能力大、配备多台加压过滤机的选煤厂，为实现加压过滤机产能最大化及工艺参数的最优化，应当考虑煤泥总量、细煤泥和煤泥组成中高岭土含量变化等因素导致入料条件改变的情况下，能够正确选择合适的参数进

行生产，控制系统能够智能启停设备，实现设备间协同作业，克服岗位操作人员频繁在设备间来回作业，达到生产系统最优，并且最终实现在低能耗水平下降低煤泥水分的目标。

１.２ 板框式压滤机

板框式压滤机的结构简单，应用范围广泛，在污水处理系统中能够稳定运行，且具有占地面积小、维修方便、寿命长、固相回收率高、设备运行成本低等优点，但由于其结构、材质等原因该设备在煤泥处理中的应用仍存在一些问题。保德选煤厂使用板框式压滤机时发现压滤机滤板闭合过程中压力小，滤板不能正常工作，以及卸料装置出现异常等情况。研究表明，随着处理量和煤质要求的提高，现有设备不能及时满足生产要求，需要对其进行改进并实现智能控制，从而在避免生产问题的同时充分发挥其方便检修等方面的优势。

现有的板框式压滤机单机控制方案是：将压滤

机松开、取板、拉板、压紧、保压、进料等操作过程同智能化系统建立起通讯联系，并将压滤机的运行状态显示在智能控制系统中，可在系统中读取压滤机状态信息并对其进行控制，压滤设备通过智能检测电流波动情况判定进料结束时间。压滤机入料浓度通常由入料时间进行智能控制。此外，由于板框式压滤机是批次操作式设备，对于处理量较大的选煤厂，对多台压滤机的智能排队控制尤为重要。可采取的方案是：当某一台正常运行的压滤机由吹风转变为循环等待时，系统将该设备归类为卸料状态，并按照时间顺序对多个设备依次排队，再由控制系统发出后续指令，待流程执行至压紧环节，则系统认定压滤机完成卸料并退出排队状态，后续设备以此类推，完成多台设备排队卸料。此外，智能化压滤系统还应当能够根据煤泥处理量和设备工作状态实现压滤机的智能化排队启停和程序作业。

１.３ 带式压滤机

带式压滤机的装置包括机架、辊筒、滤带、驱动装置、卸料装置、滤带张紧和冲洗装置、预压装置及电器控制系统对比板框式压滤机和带式压滤机的脱水效果，发现带式压滤机在处理能力、滤饼水分、操作费用等方面具有一定优势，尤其处理细泥含量较高的尾煤时，其优势更为明显，并且表明带式压滤机在选煤厂实际应用具有可行性。带式压滤机通过重力过滤脱水、预压脱水和高压脱水三个脱水工段实现脱水，其脱水率较高、滤饼水分低，滤带具有自动清洗功能，且洗涤效果较好，设备整体经济效益较好，但是该设备在运行过程中出现滤带跑偏、滤带上积累残留物、滤带跑泥和打滑等异常情况。

造成以上异常现象原因主要是煤泥分布不均、冲洗水压力过低、药剂加量不当以及气压偏大等。可以通过智能化解决这些问题：

①通过协同煤泥水浓缩系统的智能加药实现药剂精准添加控制煤泥黏度；

②在冲洗水管路上安装流量计、压力计以及自动调节阀，根据工艺需求控制冲洗水；

③通过机器视觉方案对滤袋跑偏、积累残留物和跑泥等问题进行识别和预警。

１.４隔膜压滤机

随着过滤理论知识的不断发展，隔膜压滤机设备应运而生。国内第一台快开式隔膜压滤机在北京中水长固液分离技术有限公司成功投产，研究表明该设备非常适合煤泥脱水。该设备在我国选煤厂的应用较多，如在济宁三号煤矿选煤厂、翟镇煤矿选煤厂、阳泉煤业集团二矿选煤厂以及临涣选煤厂等。隔膜压滤机交替排列厢式滤板和隔膜滤板，其中隔膜滤板在高压条件下产生弹性变形来挤压滤饼，产生了二次脱水的效果，对传统紧靠压力实现脱水的方式进行了改进。该设备可在多个端口进料，能够自动卸料，并且具有处理能力大、单次过滤运行时间短、滤饼水分低、效果好、自动化程度高等优点，是达到过滤效率最大化、安全节能的设备之一。但是隔膜压滤机运行过程中出现链轮销轴与链轮销孔之间发生磨损、液压翻板变形、挤压水管破裂等问题，通过控制液压翻版重量可避免其变形，因此可对液压重量实施智能监控；降低液槽液位高度可以有效避免挤压水管破裂问题，因此可在液槽上安装液位计，通过信号传输进行智能化控制。

２检测技术手段现状

准确及时获取系统运行状态是实现智能化的基础，系统参数的检测是智能化系统建设的必要条件。除常规的流量、压力和料位外，压滤系统最核心的指标是煤泥滤饼的水分，是压滤系统智能化的目标，也是反馈指标；此外，煤泥的入料浓度也是关键参数，它作为原料特性，动态影响压滤效果，是重要的前馈参数。因此，水分仪和浓度计是压滤系统智

能化的关键检测设备。

２.１ 浓度计

工业生产中主要采用的浓度计包括射线浓度计、差压式浓度计、光电式浓度计以及超声波浓度计等^［１７］，其中，射线浓度计可测定泥浆、石灰石浆液、煤泥水等混合介质液体的质量或体积浓度，也可测定粉尘浓度；该浓度计几乎不受温度、压力等外界因素影响，测量精度高、量程大、维护量小，但需要有放射性使用许可证才能安装使用。差压式浓度计是利用压力差测得混合液的密度，由此来计算被测物质的浓度；该浓度计适用于密度差较大的混合物体系，但是流体流动对测量结果影响较大。

光电式浓度计是利用光透过被测物的衰减程度进行测量，该浓度计的测量精度高、应用范围广，但是量程小、易受色度的影响。超声波浓度计则是通过

超声波的衰减程度来测量浓度，利用超声波发射的定向性、强度易控以及非直接接触等优点，该浓度计在煤泥水、污泥等混合体系的测量有一定的优势，因此，选煤厂主要采用超声波浓度计进行浓度检测。为提高自动化生产水平，屯兰选煤厂的洗水净

化系统应用ＳＤＭ４０００型超声波浓度^［１８］，一方面提高了洗水净化效果，另一方面减少了药剂用量。超声波浓度计的控制系统由超声波传感器、控制器、显示器等组成。超声波传感器接收流体流速信号，然后传送至控制器，控制器接收信号后将其转换为数字信号并传送至显示器。

２.２水分仪

目前煤炭水分在线检测是通过间接测量法实现的，即通过测量与水分有关的物理量（如煤炭的电导率、介电常数等），间接得到煤中水分。间接法主要

电导法、电容法、近红外法、中子法和微波法等。

红外线水分仪和卤素水分仪都是利用物理加热的方式去掉自由水分，通过重量变化来测量水分，常用于精度要求不太高的行业。这种测试方式所需的时

间短，使用方便，且精度高，可以满足大多数工厂要求。针式水分仪是利用被测物体的导电率来进行水分测量的，导电率越大，相应的水分含量越高。微波水分仪是目前最常用的水分测量设备，它利用微波透射水技术，根据微波功率的衰减和位移变化计算水分，对自由水分子高度灵敏，物质的整个截面都能探测到，即使水分布不均匀，测量结果也具有代表性。

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３ 哈尔乌素厂煤泥压滤智能化建设方案

３.１哈尔乌素厂压滤工艺现状

哈尔乌素选煤厂现有３台加压过滤机用于浓缩机底流煤泥的脱水作业，加压过滤机虽然是单机自动化程度较高的设备，可以实现自动入料、脱水、排料等过程，但是加压过滤机的启停作业要根据上游浓缩机内煤泥存量人工判断，加压过滤机入料桶的补料过程需要人工参与供料底流泵的选择和桶位的控制，加压过滤机排料时会出现多台同时排料的情况，从而造成末煤胶带上物料掺混不均匀，影响商品煤的质量稳定。上述情况是大多数采用加压过滤机处理浓缩机底流煤泥的选煤厂普通存在的问题，既增加了员工作业过程中的劳动强度，也不利于产品质量的稳定。因此，需要研究压滤机的智能作业方式，实现压滤机群组智能排队、协同作业和移动监控，从而达到降低员工劳动强度和提高产品质量的效果。

３.２压滤系统智能化改造技术方案

针对哈尔乌素厂现状和预期目标，压滤工段智能化的总体思路是：①完善现场检测仪表及执行装置，将压滤系统运行参数信号接入全厂集控，并入标准化数据库，为厂级智能化控制提供准确的依据和数据基础；②建立多台压滤机协同和压滤机－浓缩机协同工作机制；③通过历史数据建立水分控制模型，实现煤泥水分闭环智能控制，稳定产品质量；具体方案如图１所示。

３.２.１完善检测仪表和执行装置，建立标准化数

针对压滤单元智能化控制需求必要的参数，补全或升级检测仪表和自动化执行机构，包括：增加压滤车间入料桶液位检测，为加压过滤机自动入料控制提供基础；加压过滤机入料桶的补料阀门改为远程自动控制阀；加压过滤机入料泵的出料管路增设电磁流量计和矿浆浓度计，检测入料浓度和流量；在煤泥输送带增设在线水分仪，实时监测煤泥滤饼水分，作为压滤机智能化工作反馈参数；增加通讯模块实现加压过滤机与集控系统的通讯，获取加压过滤机的主轴转速、排泥周期和工作压力等实时运行信息。数据是智能化的重要基础。为消除信息孤岛，实现全厂数据综合利用，实现厂级的智能化，将压滤系统重要历史数据按厂级数据标准化规则存储到 标准化数据库中，各系统按需取用。

３.２.２ 智能协同工作

煤泥压滤智能协同主要包括：

①多台压滤机排队卸料协同；

②压滤机入料桶和浓缩机底流泵的协同；

③多台压滤机和上游系统的智能协同，这是压滤系统智能化的核心。

智能排队卸料方面，系统软件选择需要投运的加压过滤机，根据设定的时间自动间隔排队运行，确保实现一台加压过滤机放料，对于出现其他故障现象的加压过滤机自动停机并退出排队系统，故障排除后再次进入排队系统进行有序工作，保证入料、排料有序进行。设定加压过滤机入料桶的自动入料液位范围，浓缩机底流泵根据入料桶液位状态实现自动启停，保证稳定供料。３台压滤机需要根据上游系统状态实现智能启停，即实现浓缩机底流排放与煤泥压滤过程的智能联动。为此，既要做到浓缩池内煤泥入料量和排料量的平衡，同时需要做到加压过滤机的产能最大化。其策略是：首先通过压滤机工作的历史数据，以加压过滤机水分和产能为指标，通过参数寻优获得最佳入料煤泥水浓度以及加压过滤机的工作压力和主轴转速；而后，利用生产系统中积累的浓缩机底流浓度、浓缩机入料流量、浓缩机入料浓度、泥层界面高度、液压驱动系统压力等实时历史数据，建立预测煤泥水底流的浓度和煤泥产量的预测算法；最后，在生产运行时实时预测浓缩机底流浓度值，当底流浓度达到加压过滤机的最佳入料浓度时，应及时开启底流泵向加压过滤机入料桶补料，浓度过高时自动补水稀释，同时根据预测的煤泥量决定压滤机启停台数并实现自动启停。

３.２.３ 煤泥水分闭环控制

１）加压过滤机工作原理及其排料水分的影响因素。加压过滤机排料水分的影响因素主要有加压仓的工作压力、主轴的转速和入料矿浆的浓度和粒度组成等。在其他条件相同的条件下：加压仓的压力越高，滤饼两侧的压差越大，吸饼越容易，处理量就越大，产品水分越低，但是滤液中的固体含量会增大；主轴的转速高，则产量高，水分高；入料矿浆浓度高，则产量高，水分高；入料矿浆细粒度含量高，则产量低，水分高。

２）煤泥水分的闭环控制实施方案。加压过滤机的压滤效果受入料流量、浓度、工作压力、主轴转速、排料周期等因素的影响，这些物理量之间没有明确的关系，因此很难通过物理方法建立数学模型。在实际生产过程中，选煤厂实时生产系统中积累有大量入料流量、浓度、工作压力、主轴转速、排料周期、产品水分等实时历史数据，因此可以入料浓度、入料量、压滤机工作压力、主轴转速为输入量，以滤饼水分为输出量，采用最小二乘支持向量机／ＢＰ神经网络等大数据算法来建立预测数学模型，通

过此数学模型预测加压过滤机的滤饼水分来指导生产，比之直接利用水分仪反馈调节方案更具先进性。产品水分预测过程是一个不断建模的过程，随着新

的数据加入，重新进行模型参数训练，进而得到新的预测模型，这是一个滚动预测的过程，具有自适应和自学习能力，能够不断提高预测的准确度。实际控制时，首先设定加压过滤机排料产品的水分范围，当排料产品的水分低于设定的下限或者高于设定的上限时，结合水分预测值和水分仪的实时值来实时自动调整主轴转速和工作仓压力，从而实现煤泥水分的闭环控制。

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作者:胡金良教授

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