浮選柱自動控制系統設計

王亞南

(晉城煤業集團，山西 晉城 048021)

浮選柱自動控制系統設計

王亞南

(晉城煤業集團，山西 晉城 048021)

針對現有洗煤廠浮選柱存在的自動化程度較低、產品質量波動較大、工人勞動強度大等問題，論述了浮選過程各個變量的影響過程，通過合理的設計和選型，開發了包括沖洗水量自動控制、入料濃度自動控制、礦漿液位自動控制、循環礦漿壓力自動控制、浮選藥劑自動添加在內的浮選柱分選過程影響變量自動檢測控制系統。

浮選柱；沖洗水量；入料濃度；循環礦漿壓力；藥劑添加；自動控制

0 引言

在洗煤廠浮選設備中，浮選柱以其對極微細粒物料(≤0.074 mm)的高選擇性分選，同時無運動部件、結構簡單、高效節能、易維護等優勢，得以迅速發展。浮選柱分選過程主要影響因素有沖洗水量、入料濃度、礦漿液位、循環礦漿壓力、藥劑制度。目前大部分選煤廠浮選柱分選過程影響因素都是浮選現場操作人員根據以往的經驗進行人工手動調節，普遍存在調整不及時、隨意性較大、產品質量波動劇烈、工人勞動強度大等問題，同時調整的效果還與操作人員的經驗和素質有很大的關系。因此，加強對浮選柱過程變量的自動檢測，實現浮選柱的自動控制，對于充分發揮浮選柱設備性能優勢，提高浮選精煤產品指標有著重要意義。

1 沖洗水量自動控制

在浮選柱泡沫層上方加裝沖洗水，主要作用是強化二次富集作用，降低浮選精煤中高灰細泥部分含量，因此，合適的沖洗水量能降低浮選泡沫層中的高灰細泥含量，從而降低精煤灰分。目前，浮選柱沖洗水多為浮選司機手動調整水量控制閥門從而控制沖洗水量，本系統設計了沖洗水量的自動控制系統。

本系統選用電磁流量計作為沖洗水量的測量傳感器，安裝在沖洗水主管道上。同時，在管道上安裝電動蝶閥，通過PID控制器控制電動蝶閥的開度，從而控制沖洗水量。

2 入料濃度自動控制

浮選入料濃度是影響浮選柱分選效果的一個重要因素。入料濃度越大，單位體積礦漿中含有的固體顆粒越多，柱體內氣泡上升速度越低，起泡與礦粒的碰撞概率就越高，礦漿通過量即浮選柱處理量也會增加。但是入料濃度過高，礦漿量過大，甚至超過浮選柱最大允許量，就會造成煤粒來不及礦化就進入尾煤中導致跑煤，同時會造成機械夾帶，部分細泥會混入精煤產品，使精煤灰分增高；若給料量過小，浮選時間過長，會使一些高灰雜質浮起而污染精煤，同時礦漿通過量降低，造成浮選柱處理量減少，單位能耗和藥耗增加，成本費用提高[1]。

濃度自動控制系統由同位素濃度計、控制器、電控氣動閥門組成，采用PID控制，閥門控制稀釋水量，放射性同位素密度計測量煤泥水密度，然后再由PLC通過測量得到的密度計算出煤泥水濃度，測量精度可達±0.5%，穩定性良好。密度轉換濃度的計算公式為：

Q=1 000δ(ρ-1)/(δ-1)

(1)

式中，Q為浮選入料濃度(g/L)；ρ為浮選入料煤泥水密度(g/cm3)；δ為浮選入料煤泥真密度(g/cm3)，根據現場實驗結果取δ=1.69 g/cm3。

當安裝在煤泥水管道上的濃度計檢測到煤泥水實時濃度后，與設定值進行比較，根據差值控制器輸出相應信號給電控氣動閥門，調節閥門開度大小，控制稀釋水量，進而實現入料濃度控制。

3 礦漿液位自動控制

浮選柱內礦漿液位的穩定控制是實現浮選柱正常分選的重要前提和保證，礦漿液位的調整對于浮選過程有著重要的影響，礦漿液位越高，浮選柱捕集區即粗選段高度越大，浮選礦粒在浮選柱中上升時間越長，與氣泡碰撞概率就越大，氣泡上粘附的礦粒數量也越多，從而使浮選產品數量增加。然而礦漿液位過高，捕集區高度過大，泡沫區即精選段高度則會相應降低，二次富集效果減弱，使浮選產品質量下降。因此，維持一個合適的礦漿液位對于保證浮選柱高效分選至關重要。

浮選柱礦漿液位自動控制采用尾礦調節閥法，利用投入式液位傳感器插入浮選柱柱體內部測量浮選柱礦漿液位，在浮選柱底部尾礦排放口安裝電控氣動模擬量調節蝶閥，通過控制器利用PID法控制蝶閥閥門開度，來調節尾礦排放量和排放速度，從而達到液位調節的目的。利用該方法調節礦漿液位，系統響應速度快，調節靈活方便，且易于實現自動化。

4 循環礦漿壓力自動控制

循環泵壓力對浮選柱分選效果的影響主要有以下2點：如果壓力增大，充氣量和浮選柱內的氣含量會隨之增加，柱體內氣泡量增加，精煤產率則會得到提高，同時，氣泡的過粉碎作用會隨著壓力的增加而加強，礦漿內微泡數量會得到進一步提高，浮選效果得到進一步改善。然而如果壓力過大，氣泡數量過多，會導致無用礦物的機械夾帶，從而增加精煤灰分，當超過某個極限值時，甚至會造成上沖氣流，出現浮選柱內礦漿“翻花”，無法完成分選過程；如果壓力過低，循環礦漿量減少，充氣量和氣含量降低，氣泡數量減少質量變差，則會造成顆粒礦化不充分，精煤產率降低。因而在實際生產過程中需要根據煤質和現場工況的變化及時調整循環泵工作壓力。

對于浮選柱而言，通過現場實踐應用，循環礦漿壓力一般在0.14～0.18 MPa。在浮選柱上循環礦漿管道分支管上安裝壓力變送器，測量循環礦漿壓力，通過變頻器控制循環泵的轉速從而控制循環礦漿壓力。

5 藥劑添加自動控制

傳統的浮選柱藥劑添加為人工手動添加，通過現場工人觀察現場工況，包括礦漿液位、泡沫層狀態、入料濃度等，根據經驗控制水嘴開度從而控制藥劑量。浮選藥劑包括捕收劑和起泡劑等，工人在手動加藥時與藥劑直接接觸，會受到一定的傷害，多數情況下浮選過程現場工況波動劇烈，煤質波動頻繁，造成浮選司機操作頻繁，勞動強度大，藥劑添加量和添加比例很難合適，因此存在藥劑添加不及時、過量、欠量、藥耗高等現象，造成浮選產品質量出現波動甚至不合格的現象。針對上述問題，設計了基于干煤泥量的浮選柱藥劑添加自動控制系統。

(1) 傳感器。針對上述問題設計的浮選藥劑自動添加系統，以入料濃度和入料流量作為控制系統依據，入料濃度測量采用上述射源式濃度傳感器，入料流量的測量選用德國科隆電磁流量計，測量精確。

(2) 執行機構。針對傳統的藥劑添加執行機構，如電磁閥、隔膜泵等出現的加藥不精確、易堵塞且多為斷點加藥的現象，本系統藥劑添加執行機構選用德國進口Seepex精密計量螺桿泵。螺桿泵是一種新型的液體輸送泵，具有結構簡單、使用方便、易維護等特點，尤其是針對高黏度流體以及含有雜質的液體具有良好的適用性，泵的型號依據現場藥劑用量情況定制，很好地解決了傳統的執行機構(如隔膜泵和電磁閥)的堵塞問題，并且計量精確。利用螺桿泵進行藥劑添加時，通過控制器輸出控制信號控制變頻器頻率，變頻器帶動螺桿泵運行，螺桿泵的轉速與藥劑量成正比關系，因此確定了螺桿泵的型號后，系統以線性關系進行藥劑添加。

(3) 控制策略。浮選過程中，浮選藥劑的用量和浮選過程干煤泥處理量有很大關系，因而本系統浮選藥劑自動添加采用基于干煤泥量的藥劑添加策略。由浮選入料流量Q，入料濃度N，計算出干煤泥量G=QN。對現場煤質進行實驗，依據實驗得出噸干煤泥量藥耗Kq和Kb，則藥劑自動添加量為捕收劑Qb=KbG、起泡劑Qq=KqG。由于螺桿計量泵的轉速與流量呈線性比例關系，通過控制泵電機的轉速即可控制藥劑添加量，因此系統自動運行過程中根據實時檢測得到的干煤泥量自動計算出起泡劑和捕收劑的用量，由PLC輸出相應的電流信號控制變頻器頻率，調節泵電機轉速，從而實現藥劑用量的精確添加。

6 結語

本文針對現有的浮選柱人工手動調節造成的浮選過程調節隨意性較大，調整不及時、不準確，人工強度大等問題，通過合理的設計、傳感器和執行機構的合理選型，實現了浮選柱分選過程影響變量在線自動檢測與自動控制。

[1]葛咸浩.操作參數對浮選柱分選效果的影響[J].潔凈煤技術，2013，19(3):6～9

2014-06-30

王亞南(1969—)，男，山西澤州人，工程師，從事機電工程技術管理與研究工作。