浮選自動加藥控制系統(tǒng)在常村煤礦選煤廠的應(yīng)用

馬 超，王文賓，高 鵬

(1.潞安集團 常村煤礦選煤廠，山西 長治046000；2.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司，河北 唐山063012;3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山063012)

在我國，入選煤泥量一般占到原煤入選量的20%左右，而浮選作為分選<0.5 mm粒級煤的有效方法，對精煤產(chǎn)率和選煤廠的經(jīng)濟效益都有著重要的影響[1]。煤泥浮選是依據(jù)煤和矸石表面潤濕性的差異進行的，其實質(zhì)是疏水的煤粒粘附在氣泡上，親水的矸石顆粒滯留在煤漿中，從而實現(xiàn)彼此分離[2]。捕收劑主要是用來提高煤粒表面的疏水性，從而提高煤粒吸附氣泡的能力；起泡劑主要用來穩(wěn)定氣泡，增加氣泡抗變形和破裂的能力。浮選技術(shù)研究要綜合考慮多種因素的交互作用，創(chuàng)造最佳的浮選條件，以實現(xiàn)最佳的分選效果[3]。影響浮選工藝效果的主要因素有煤泥的性質(zhì)、浮選設(shè)備的工作性能、操作制度(藥劑制度和給料制度)、浮選工藝流程等[4]。

常村煤礦選煤廠是隸屬于常村煤礦的礦井型選煤廠，設(shè)計能力為6.0 Mt/a(其中重介系統(tǒng)為3.0 Mt/a，跳汰系統(tǒng)為3.0 Mt/a)，煤泥浮選采用機械攪拌式浮選機。改造前，浮選藥劑通過廠房藥劑箱自流至浮選設(shè)備，通過調(diào)節(jié)各加藥點的閥門來控制加藥量，藥劑消耗量通過藥劑箱上的玻璃管刻度表來計量，浮選系統(tǒng)存在入料濃度、礦漿流量難以實時掌控、浮選調(diào)節(jié)滯后性大、浮選精煤產(chǎn)率低、灰分不穩(wěn)定、藥劑計量不準確、浮選崗位工勞動強度大，并存在安全隱患等問題。

為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省藥劑、提高浮精產(chǎn)率，藥劑添加量應(yīng)當與入浮礦漿濃度相匹配[5]。浮選自動加藥系統(tǒng)投入使用，不但解決了改造前系統(tǒng)存在的問題，還使得浮選系統(tǒng)相關(guān)指標信息得以數(shù)據(jù)化，操作人員能方便的獲得系統(tǒng)的各個指標，使得浮選系統(tǒng)控制更加精確高效。

1 系統(tǒng)組成

浮選自動加藥系統(tǒng)主要由藥劑儲備系統(tǒng)、藥劑定量輸送系統(tǒng)、藥劑乳化輸送系統(tǒng)、藥劑定點定量添加系統(tǒng)、礦漿流量和濃度檢測系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 浮選自動加藥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

藥劑儲備系統(tǒng)主要由捕收劑藥劑罐、起泡劑藥劑罐和藥劑輸送管路組成，藥劑罐的液位采用磁翻板液位計檢測，采用濾網(wǎng)進行藥劑雜質(zhì)過濾，藥劑罐設(shè)置排污孔。

定量添加系統(tǒng)主要由計量泵、背壓閥、逆止閥、脈沖阻尼器、Y型過濾器、抗震壓力表和管路組成，完成藥劑的過濾、定量添加和輸送、管路穩(wěn)壓逆止和管路壓力顯示。

乳化輸送系統(tǒng)主要由射流泵、射流器等組成，完成捕收劑和起泡劑的乳化。乳化作用可增大單位體積藥劑的表面積，而藥劑的比表面積越大，表明油滴的粒度越小，藥劑在礦漿中分散得越充分，和礦物接觸的機會就增大，浮選效果也就越好。[6]

藥劑定點定量添加系統(tǒng)主要由分布于浮選機各室和礦漿預(yù)處理器的電磁閥及其控制系統(tǒng)組成，完成各室藥劑的定點、定量添加。自動加藥控制系統(tǒng)主要由西門子PLC、ABB變頻器、MCGS觸摸屏、控制柜等組成，其中ABB變頻器用來定量控制計量泵，西門子PLC完成整套系統(tǒng)的信號采集和控制輸入輸出，MCGS觸摸屏同西門子PLC通過PPI通訊，并可設(shè)置操作、顯示、記錄畫面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2 控制原理

浮選藥劑添加量主要是由浮選系統(tǒng)入浮干煤泥量決定，干煤泥量由濃度計測量信號與流量計測量信號計算得到，藥劑添加量隨入浮干煤泥量的變化而變化[7]。

圖2 控制系統(tǒng)原理框圖

在濃度不變的條件下，入料流量增加，加藥量相應(yīng)增加[8]。如果干煤泥量不變，只是濃度的增加或減少，按小浮沉試驗(濃度在120 g/L以下時)，加藥量應(yīng)隨著濃度的增加呈減少的趨勢。因此如果藥劑添加量只隨干煤泥量變化，將會造成藥劑添加量的不精確，引入(A-Bq)函數(shù)即可解決這個問題，做到藥劑添加量既跟蹤入浮干煤泥量變化，又隨入浮濃度變化。藥劑添加量公式為：

Iq=(A-B·q)·Gm，

式中：Iq為瞬時藥劑添加量，kg/h；Gm為入料中干煤泥量,kg/h；Gm=qQ；q為入料濃度，g/L；Q為入浮礦漿流量，m3/h；A、B為無量綱加藥強度系數(shù)，可通過小浮選試驗確定，并在生產(chǎn)調(diào)試中進一步修正。

通過以上公式計算得到藥劑添加量給定值，給定值和測量值經(jīng)PID運算，如果測量加藥量大于給定值，PID輸出出現(xiàn)負偏差，經(jīng)PID運算輸出信號減少，減小加藥量，直到實際藥量等于給定加藥量，偏差消失，PID輸出保持穩(wěn)定；如果測量加藥量小于給定值，PID輸入出現(xiàn)正偏差，經(jīng)PID運算輸出信號增加，增大加藥量，直到實際加藥量等于給定加藥量，偏差消失，PID輸出保持穩(wěn)定。

3 主要功能

3.1 工藝參數(shù)在線檢測、記錄、分析

在浮選入料管路安裝流量計、濃度計及循環(huán)水調(diào)節(jié)閥門，實時檢測入料流量、濃度，控制循環(huán)水閥門開度調(diào)節(jié)入料濃度；采用變頻器控制藥劑添加計量泵，實現(xiàn)藥劑量的定量添加；采用磁翻板液位計對藥劑桶液位進行采集，實時檢測藥劑桶液位數(shù)據(jù)。由控制系統(tǒng)計算出入浮干煤泥量、藥劑累積量，同時形成月、日、時數(shù)據(jù)報表。

3.2 藥劑自動添加

將浮選系統(tǒng)的外部影響因素(包括入浮礦漿的濃度、流量、煤質(zhì)信息、藥劑性質(zhì))全部進行信息實時采集，形成控制系統(tǒng)的多元輸入信號，根據(jù)各影響因素的重要性等級進行權(quán)重的分配，系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果做出判斷并調(diào)節(jié)計量泵給藥頻率，控制藥劑的添加，達到準確控制藥劑添加量、準確配置藥劑比例，實現(xiàn)藥劑效用最大化。浮選自動加藥系統(tǒng)控制框圖如圖3所示、操作畫面如圖4所示。

圖3 浮選自動加藥系統(tǒng)控制原理圖

圖4 浮選自動加藥系統(tǒng)操作界面

3.3 藥劑乳化系統(tǒng)

浮選藥劑多為油性藥劑，難溶于水且不易分散，常規(guī)方案為藥劑由廠房藥劑箱自流至浮選生產(chǎn)現(xiàn)場，此種方案不能使藥劑均勻的分散在煤泥水中，造成粒度細小而數(shù)量巨大的煤泥與數(shù)量較少而粒徑較大的藥劑液滴相互碰撞，兩者接觸的機會少，使得選煤過程中藥劑用量增大，造成藥劑的極大浪費[9]。

常村煤礦選煤廠乳化系統(tǒng)采用射流乳化技術(shù)，以射流泵、射流器、噴頭等部件組成，通過射流泵入料，在吸氣室形成負壓，將藥劑吸入，在喉管位置混合后通過擴散管散流出去，使得藥劑被充分分割，形成極小的液滴，具有同煤泥顆粒更大的接觸面積，充分發(fā)揮藥劑的效用，從而達到節(jié)省藥劑的目的[10]。射流器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投入運行兩個月以來，浮選精煤產(chǎn)率提高2個百分點，產(chǎn)品質(zhì)量合格率為100%，增加浮選精煤產(chǎn)量420 t。精煤按960元/ t計算，增加產(chǎn)值40.32萬元；單臺XJM-S28(4室)型機械攪拌式浮選機，按每月入浮干煤泥量2.5萬t計算，噸煤藥耗為1.2 kg, 降低藥劑消耗10個百分點，節(jié)省浮選藥劑6 t；實現(xiàn)了選煤廠節(jié)能降耗與經(jīng)濟效益的最大化。

1—噴嘴;2—吸氣室;3—喉管;4—擴散管

浮選自動加藥系統(tǒng)在常村煤礦選煤廠投入使用后設(shè)備運行平穩(wěn)、可靠，產(chǎn)品各項指標均達到設(shè)計要求，浮選系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時記錄，系統(tǒng)各個關(guān)鍵參數(shù)都有了對應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，同時，系統(tǒng)操作靈活方便，簡單易學(xué)，系統(tǒng)運行狀態(tài)清晰，實現(xiàn)了浮選系統(tǒng)的數(shù)據(jù)直觀化，產(chǎn)品可控化。