重介质选煤过程先进控制：研究进展及展望

我国煤炭资源储量大，煤炭在我国一次性能源生产和消费中一直占据十分重要的地位[1-2]，以煤炭为主的能源生产与消费结构在短期内难以改变。但当前我国存在大量不洁净煤炭生产和煤炭低效率利用问题，不仅 导 致 资 源 浪 费，还严重破坏了生态环境。为实现能源结构优化，使煤炭生产适应我国国民经济发展需求，亟需发展洁净煤技术。煤炭洗选加工是洁净煤技术 的 基 础 和 源 头[3]，它是利用物理或化学处理方法，降低原煤中的杂质(如灰分、硫、水分等)，以改善煤质，达到降低环境污染和提高能源利用效率的目的。我国煤种齐全、煤质差别大，需采用跳汰、重介质、浮选、风选等不同选煤工艺来满足特定的产品要求[4]。其中，重 介 质 选煤以分选精度高、密度调节范围宽、处理量大、易于实 现 自 动 控 制 等 特 点[5-6]，得以迅速发展和 广 泛应用。

采用 传 统 控 制 方 法(如 PID 等)实 现 重 介 质 选煤过程自动控制的方式基于单变量、单回路，存在能耗高、表征精煤产品质量的灰分含量波动大等问题，影响选煤厂生产稳定性和经济效益。先进控制包含建模、预测、控制策略设计、故障诊断等技术，旨在改善过程动态性能，使过程变量更接近其优化值、系统运行更接近最优状态[7]，从而达到提高生产运行稳定性和安全性、确保产品质量、降低生产成本、减少环境污染等目的[8]。基于上述特点，先进控 制 在 重介质选煤过程中的应用研究得到了众多学者的关注。随着计算机技术的发展、对影响重介质选煤生产过程相关因素认知的提高、自动控制技术的应用及工艺水平的进步，重介质选煤过程先进控制技术逐步发展，不仅稳定了选煤产品的生产，还优化了选煤过程的质量和能耗指标，节约了成本，促进了重介质选煤过程从自动化与信息化向智能化与智慧化方向发展[9]。

本文在分析重介质选煤过程的典型工艺流程、先进控制结构及控制难点的基础上，综述了重介质选煤过程先进控制研究现状，并对其发展方向做了进一步展望。尽管现有重介质选煤过程先进控制方法成果颇丰且已经逐步应用到选煤厂中，但理论研究及其实际应用仍有待完善。现有的先进控制方法还未全面解决多时间尺度、多速率下的强非线性、强耦合性等复杂特性所带来的挑战性难题，亟需理论与技术的共同发展。重介质选煤过程应结合自身特性，利用现有的研究成果，顺应先进控制与人工智能技术的发展趋势，在实现稳定生产、提质增效、降低能耗和生产成本的同时，大力发展面向重介质选煤的大数据平台建设，进一步提升知识和数据驱动的控制与优化法的性能和稳定性，并通过建设实验平台，从理论探索向实际应用迈出重要一步。

基于大数据的重介质选煤可视化平台建设。大数据技术已进入煤炭行业[38]，并开始在选煤过程中得到应用。大数据是实现重介质选煤智能化的基础，实时收集生产过程中的大数据可以挖掘出新的知识和生产规律，有利于对生产指标进行分析和预测，同时实际生产数据的可视化也便于对重介质选煤生产实施进一步的优化决策与控制。面向重介质选煤过程的知识和数据混合驱动的智能优化与控制。其目标是在满足对应的用需求和设定的经济效益前提下，根据当前生产工况和过程变量，自主分析并调节对应的控制系统参数，实现各生产环节的协同优化与控制。产品质量与效率预测方法研究。本文所述重介质选煤过程先进控制方法均是建立在灰分等指标可实时、准确测量的基础上进行的理论探索，缺少对实际过程中该技术实施难度的考量，如用于选煤厂在线检测精煤灰分的灰分检测仪等传感器的安和维护费用高昂，且易受到外部因素干扰，导致测量值与实际值之间存在较大误差。因此，针对灰分等产品质量与效率的预测方法也是未来的重点研究内容。重介质选煤虚拟实验平台搭建。当前针对重介质选煤过程先进控制方法的验证主要有2种方式：① 数值仿真，缺点是容易忽略复杂工况，与实际动态环境区别较大，缺乏可靠性。② 利用实际生产现场进行验证，缺点是占用场地，成本高，控制方的修改和更新会严重影响选煤厂生产。重介质选煤虚拟实验平台集成虚拟现实、数据库和人机交互等技术，可人工 搭 建 虚 拟 重 介 质 选 煤 全 流 程，提 供 安全、可靠、有效的研究环境，自主验证所设计的控制系统性能。上述研究方向均有广阔的应用前景，对实现重介质选煤过程的绿色、高效和智能化发展，提升我国煤炭洗选行业技术水平和国际竞争力有重要的现实意义。