智能加藥系統在渦北選煤廠的應用

趙玉龍

摘要：長期以來，處理尾煤煤泥水所用的藥劑均由人工添加，這種加藥方式易造成藥劑浪費，且職工勞動強度也較大，不利于智能化選煤廠的發展，為此提出智能加藥系統研究。本文介紹了濁度計的結構組成、工作原理和使用方法，重點分析了該濁度計通過實時監測循環水的質量智能控制藥劑的添加過程，介紹了該系統在渦北選煤廠的使用效果，為選煤廠智能控制濃縮池循環水提供一定的借鑒。

關鍵詞：智能加藥;濁度計;循環水;絮凝劑

1、概述

洗水閉路循環及煤泥廠內回收一直是選煤廠正常生產和環保的基本要求，由于煤泥自然沉降速度較慢，因此通過加藥加快沉降速度是滿足這一要求的有效途徑[1-2]。多年來，各研究單位和選煤廠在處理煤泥水的藥劑和設備方面進行了有益的探索和實踐，取得了一定的成效，但目前針對煤泥水智能加藥的研究尚少[3-4]。

我國大多數選煤廠還是以傳統的人工加藥方式調節藥劑用量，崗位司機利用探桿測量清水層厚度和質量，根據生產經驗調節藥劑量，此種加藥方式無法對循環水質量實時監測進而不能精確控制藥劑添加量，同時職工勞動強度也較大[5]。本研究以淮北礦業集團渦北選煤廠煤泥水系統為研究對象，通過現代監測儀器為手段開展。

2、渦北選煤廠煤泥水加藥現狀分析

淮北礦業集團渦北選煤廠一期于 2012 年底建成投產，現年生產能力 6. 00 Mt。主要入洗焦煤和肥煤，其煤泥水系統流程如下圖1。

渦北選煤廠煤泥水系統存在以下特點：

1）煤泥水的主要成分是浮選尾礦和原生煤泥濃縮機的溢流。由于入洗原煤性質多變，且煤泥水中含有殘存的化學藥劑，因此其流量、濃度、粒度、粘度、硬度等性質變化也較大，這就使煤泥水的處理具有相當的復雜性;

2）尾煤濃縮機是實現煤泥水沉降的設備。表1所示為尾煤濃縮機底流粒度組成，從表中可以看出，煤泥的主要組成是0.25mm以下的高灰細泥，極難自然沉降澄清。實際生產過程中，為了加速煤泥的沉降，渦北選煤廠選用分子量大于1000萬的陰離子型聚丙烯酰胺和純度大于85%的氯化鈣。

3）崗位司機不定時到現場手動測量循環水，不能對水質進行實時監測。人員在絮凝劑自動加藥機操作面板上手動調節藥劑濃度、攪拌時間、給料泵起停，效率較低。崗位司機根據經驗調整藥劑添加量，由于個人操作習慣、技能水平不同，易造成藥劑浪費且自身勞動量較大。

4）藥劑添加無計量設施。如果添加的藥劑量不夠，循環水濃度較大，不能滿足主洗用水需求，易造成產品帶介等問題;如果藥劑量過大，則會造成壓濾機成料時間過長、濾餅粘度大難以從濾板上脫落、濃縮機壓耙子等問題。

5）每日加藥量由人工上傳到信息管理平臺上，對加藥情況進行統計分析時，需人員分煤種、分系統、分時間段摘錄數據后分析。

3、煤泥水智能加藥系統研究

3.1 澄清水層監測研究

本系統所用濁度計是ASK-3000型，其基本原理為紅外散射光技術。光源在被測物中傳輸時會發生散射，其散射光強度與被測物濃度成正比。在煤泥水中使用時，分析被測物濃度并經過一定的轉化即為煤泥水的濁度。

濁度計正確安裝方式如圖2所示，圖中A為傳感器，B為傳感器與池壁間的最小間距：45cm，C為池深，D為安裝深度。濁度計精度較高（小于測量值的10%），測量范圍廣（0-50000mg/L），安裝方便，維護簡單，自帶清洗裝置，不受天氣等因素影響，能持續穩定地監測循環水質。

3.2 改造方案研究

依據濁度計所測澄清水層濁度開展絮凝劑加藥控制系統研發與改造，現對具體方案進行描述。

首先，絮凝劑自動加藥機出料管增加電子流量計一臺，尾煤濃縮機增加濁度計一臺，流量計和濁度計讀數后臺可見。每臺加藥機的S7-200PLC增加1臺對應的以太網模塊（Cp243-1），并新增1臺工業以太網交換機，將S7-200PLC連接到網絡中。實現濃度調節、流量調節、藥劑泵開停等操作在后臺控制電腦上進行。

然后，設定程序，絮凝劑自動加藥機流量根據循環水濁度可智能調節。為保證系統的靈活性與可靠性，藥劑添加系統設置智能、普通控制兩種操作方式。

智能控制模式程序設置如下：

（1）當濁度計讀數小于等于1.2時，智能調節系統可將給料泵流量調節至100L/min;

（2）當濁度計讀數在1.2至1.8之間時，智能調節系統將給料泵流量調節至120L/min;

（3）當濁度計讀數在1.9至2.4時，智能調節系統將給料泵流量調節至130L/min;

（4）由于單臺給料泵最大流量130L/min，因此當濁度計讀數大于2.4時，系統自動開啟第二臺加藥泵，新開啟的泵以120L/min的流量運轉;

（5）當濁度計讀數大于3.0時，系統自動再開啟第三臺加藥泵，新開啟的泵仍以120L/min的流量運轉;

（6）當濁度逐漸下降，系統根據設定的濁度值也逐漸關停加藥泵或減少藥劑量。

最后，生產過程中出現異常情況時，可切換到普通模式完成當班生產。普通模式下，崗位司機在控制電腦上進行藥劑泵的開停、流量的調節。

4、現場應用效果分析

4.1 現場應用效果

根據多次試驗摸索，正常生產時，濁度計實時監測循環水質量，工作狀態穩定。濁度計讀數在2.4以下，水質較好，能滿足主洗生產要求，需用小劑量的藥劑，防止藥劑浪費。當濁度計讀數在2.4以上時，水質惡化速度較快，有出黑水的可能性，此時應及時加大藥量。智能調節模式下，加藥系統能根據濁度計反饋讀數及時調整藥劑量，實現精準加藥。

系統可分系統、時段、煤種統計藥劑用量，便于管理人員分析，為尋求煤質變化及不同煤種配洗時更高精度的藥劑用量提供基礎數據。圖三為5月21日夜班智能調節模式下，濁度計讀數變化圖。

4.2經濟效益分析

改造后的系統自2021年初投入使用，對比改造前后入洗噸原煤聚丙烯酰胺使用量如表2所示。從中可以看出，改造前后噸原煤藥耗下降了約31.6%，按照年入洗量300萬噸、聚丙烯酰胺16000元/噸計，年節省成本超25萬元，1年可回收改造投資成本。

由于自動加藥系統的運行，可減少巡崗職工1名，降低人力成本約7萬/年。同時穩定的煤泥水系統更有利于保障生產系統的順利運行，減少事故臺時，可帶來的經濟效益不可估量。

4.3 社會效益分析

由于自動加藥機已納入后臺操作，大大減輕了職工的勞動強度，提高了企業形象，具有較好的社會效益。

結論

通過本研究可知，采用基于濁度計的煤泥水智能加藥控制系統能夠大大提高煤泥水加藥智能化水平，提高企業經濟效益，降低職工勞動強度，具有明顯的經濟和社會效益。

參考文獻

[1]王光輝， 匡亞莉， 王章國， 等. 煤泥水藥劑自動添加系統研究[J]. 選煤技術， 2011（6）：53-56.

[2]王光輝， 匡亞莉， 王傳真， 等. 基于Fuzzy-Smith補償控制的煤泥水自動加藥系統仿真研究[J]. 工礦自動化（9）：43-46.

[3]鄧建軍， 張孝逐， 林喆， 等. 基于光電測量的煤泥水自動加藥系統研究[J]. 潔凈煤技術（2）.

[4]蔣國興. 渦北選煤廠煤泥水處理過程影響因素研究[J]. 內蒙古煤炭經濟， No.202（12）：190+194.

[5]王守強， 王雪偉， 劉則慶， 等. 新型在線測灰儀在渦北選煤廠的應用研究[J]. 煤炭技術， 2015， 34（1）：333-335.

[6]朱干彬. 重介質懸浮液密度閉環控制系統在渦北選煤廠的應用[J]. 煤炭加工與綜合利用， No.225（5）：44-46.