浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)在西曲礦選煤廠(chǎng)應(yīng)用與優(yōu)化研究

趙 佳

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦選煤廠(chǎng)，山西 古交 030200）

0 引言

以自動(dòng)控制為基石，結(jié)合計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建選煤廠(chǎng)智能管理系統(tǒng)，打造智慧礦山，實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人廠(chǎng)區(qū)；現(xiàn)階段浮選作為國(guó)內(nèi)外處理細(xì)粒煤的主要技術(shù)，浮選智能化研究已然成為選煤領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題。本文從西曲選煤廠(chǎng)細(xì)粒煤浮選系統(tǒng)入手，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于人為和環(huán)境因素所造成的浮選精煤產(chǎn)率低、精煤灰分波動(dòng)大、浮選藥劑損耗嚴(yán)重等問(wèn)題，進(jìn)行浮選系統(tǒng)改造，添加自動(dòng)加藥裝置，并對(duì)自動(dòng)加藥系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到增加廠(chǎng)區(qū)經(jīng)濟(jì)效益的目的，并且提供了智能化在選煤廠(chǎng)應(yīng)用的實(shí)踐基礎(chǔ)，必然會(huì)得到越來(lái)越多的工業(yè)應(yīng)用。

1 選煤廠(chǎng)概況

西曲礦選煤廠(chǎng)隸屬于山西焦煤西山煤電股份有限公司，1985年9月開(kāi)始建設(shè)，于1987年10月正式投產(chǎn)，計(jì)劃煤炭洗選量為300萬(wàn)t/a。目前選煤廠(chǎng)整體工藝大致為：大于50 mm原煤重介淺槽分選，0～50 mm原煤經(jīng)過(guò)無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、粗煤泥TB S分選和煤泥浮選工藝。

2 浮選系統(tǒng)現(xiàn)有工藝及存在問(wèn)題

2.1 浮選系統(tǒng)現(xiàn)有工藝

西曲礦選煤廠(chǎng)煤泥水系統(tǒng)物料主要來(lái)自于脫泥篩篩下物、重介系統(tǒng)中各產(chǎn)品離心液和精煤、中煤磁選尾礦；進(jìn)入浮選系統(tǒng)的煤泥來(lái)自分級(jí)旋流器溢流，在現(xiàn)有的浮選加藥工藝中，浮選藥劑手動(dòng)調(diào)節(jié)一次性加入礦漿準(zhǔn)備器中。

2.2 存在的問(wèn)題

在現(xiàn)有的浮選加藥工藝中，浮選系統(tǒng)中的藥劑量完全由閥門(mén)控制，統(tǒng)計(jì)藥劑損耗則是通過(guò)藥劑罐上刻度與總表示數(shù)計(jì)算所得，這種加藥工藝中存在很大問(wèn)題：

1）藥劑量控制精度差，浮選司機(jī)操作繁瑣。現(xiàn)有加藥工藝完全依賴(lài)于人工手動(dòng)加藥，無(wú)法精確控制加藥量，并且閥門(mén)元件老化，不利于操作，使得藥劑量更加難以控制；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，浮選司機(jī)進(jìn)行加藥操作需爬到礦漿準(zhǔn)備器頂部進(jìn)行藥量調(diào)節(jié)，過(guò)程繁瑣不具備時(shí)效性，并且不利于安全生產(chǎn)。

2）加藥量難以確定。生產(chǎn)過(guò)程中浮選機(jī)的入料、浮精、浮尾等需要浮選司機(jī)經(jīng)驗(yàn)判斷和煤質(zhì)科室化驗(yàn)，但在化驗(yàn)所需的時(shí)間中現(xiàn)場(chǎng)并不停產(chǎn)，以至于臨時(shí)的藥劑調(diào)節(jié)量?jī)H靠浮選司機(jī)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，而現(xiàn)場(chǎng)存在很多的浮選司機(jī)僅僅只是通過(guò)短暫培訓(xùn)就已經(jīng)上崗，缺乏經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備，并且在調(diào)節(jié)過(guò)程中存在不當(dāng)操作使得加藥量有很大的隨意性。

3）環(huán)境因素影響。西曲礦存在夜班生產(chǎn)的情況，在夜班生產(chǎn)時(shí)浮選司機(jī)會(huì)因?yàn)橐欢ǖ沫h(huán)境因素而無(wú)法及時(shí)對(duì)加藥量進(jìn)行調(diào)整，面對(duì)煤質(zhì)突變的情況無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確的控制藥劑量。

3 自動(dòng)加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

針對(duì)現(xiàn)有浮選系統(tǒng)加藥工藝所遇見(jiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并添加了一套浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)，從加藥系統(tǒng)流程原理及控制算法原理進(jìn)行說(shuō)明，并完善浮選系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備。

3.1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)

3.1.1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)所需設(shè)備

新添浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)所需主要設(shè)備見(jiàn)表1，均為高智能化、高精度、便于維護(hù)的儀表設(shè)備。

表1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)設(shè)備

3.1.2 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)控制算法原理

浮選自動(dòng)加藥裝置算法原理如圖1所示，實(shí)現(xiàn)這種算法需要通過(guò)公式（1）計(jì)算干煤泥量和公式（2）加藥量。其中大數(shù)據(jù)是通過(guò)擁有多年現(xiàn)場(chǎng)浮選操作技工和選煤領(lǐng)域?qū)＜夜餐⒌臄?shù)據(jù)庫(kù)，以經(jīng)驗(yàn)豐富的浮選司機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)藥量的把控為基礎(chǔ)，利用選煤專(zhuān)家編制的計(jì)算模型，通過(guò)各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)浮選藥劑自動(dòng)添加。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中各種設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)均能實(shí)時(shí)反映在控制畫(huà)面中，方便操作人員監(jiān)控，如出現(xiàn)指標(biāo)或設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)響起警報(bào)，并且可以無(wú)縫銜接至手動(dòng)模式。中控箱會(huì)按照用戶(hù)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、收集，并且按照提前設(shè)定好的格式形成打印報(bào)表傳輸至西曲礦選煤廠(chǎng)中控系統(tǒng)。

圖1 浮選自動(dòng)加藥裝置算法原理圖

式中：Gc為干煤泥量（m3/h）；Pi為浮選入料密度（g/cm3）；Px為煤泥密度值（g/cm3）；Q為浮選入料流量（m3/h）。

式中：Qi為加藥量（L/h）；Kt為藥劑噸煤消耗量（g/cm3）；A a為產(chǎn)品要求灰分（%）；Ab為煤泥化驗(yàn)灰分（%）；M為灰分修正系數(shù)（大數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)值）；K為加藥量修正值（L/h）。

3.1.3 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)流程原理

如圖2所示，通過(guò)儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)中控的傳輸，在線(xiàn)計(jì)算出加藥量，并將信號(hào)傳輸至加藥裝置，完成對(duì)浮選入料的精準(zhǔn)加藥。

圖2 浮選自動(dòng)加藥裝置流程原理圖

3.2 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)優(yōu)化

3.2.1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)不足

1）煤泥在管道運(yùn)輸過(guò)程中容易產(chǎn)生氣泡，在進(jìn)入礦漿準(zhǔn)備器時(shí)存在一定氣泡量影響到密度計(jì)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，間接影響到加藥量。

2）實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煤質(zhì)科化驗(yàn)灰分需要一定時(shí)間，無(wú)法敏捷的應(yīng)對(duì)煤質(zhì)突變的情況。

3.2.2 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)優(yōu)化為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，入浮煤泥在進(jìn)入礦漿準(zhǔn)備器前先進(jìn)入一個(gè)自制轉(zhuǎn)換器，便于物料中氣泡的釋放，使得密度計(jì)示數(shù)更加精確。并且在浮選機(jī)上方安裝X射線(xiàn)和高清攝像頭，通過(guò)X射線(xiàn)攝像可以清楚的知道浮選泡沫的實(shí)時(shí)灰分，極大程度上提高了自動(dòng)加藥系統(tǒng)應(yīng)對(duì)煤質(zhì)突變的靈敏性；通過(guò)高清攝像可以清晰的觀(guān)察浮選泡沫層現(xiàn)狀，在自動(dòng)加藥系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，以便浮選司機(jī)及時(shí)進(jìn)行人工操作。

4 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

4.1 礦物組成分析

由圖3所示，進(jìn)入浮選系統(tǒng)煤泥入料主要含有無(wú)機(jī)礦物高嶺石、石英、方解石。

圖3 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)優(yōu)化裝置

4.2 選自動(dòng)加藥系統(tǒng)應(yīng)用效果

浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)在西曲一套浮選設(shè)備上應(yīng)用，在廠(chǎng)區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)是否安裝自動(dòng)加藥系統(tǒng)的2套浮選設(shè)備同時(shí)采樣、化驗(yàn)、整理，當(dāng)浮選精煤產(chǎn)品灰分要求為10%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2—表4。

表2 手動(dòng)加藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 優(yōu)化自動(dòng)加藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2、3可知，表2中的5組試驗(yàn)整體浮選精煤灰分波動(dòng)較大，在第5組試驗(yàn)過(guò)程中由于入浮量的突然增加，浮選司機(jī)僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加藥量判斷，導(dǎo)致藥劑量損耗過(guò)大，且產(chǎn)品并未達(dá)到要求；表3中灰分相對(duì)于表1整體波動(dòng)有所減少，在藥劑量的使用上均有所減少，產(chǎn)率有所提高，產(chǎn)品基本達(dá)到要求。

表3 自動(dòng)加藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4可知，在表4中灰分相對(duì)于表3整體波動(dòng)更為平緩，在對(duì)自動(dòng)加藥系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，藥劑量的使用上有所減少，產(chǎn)率有所提高，產(chǎn)品達(dá)到要求。

4.3 選自動(dòng)加藥系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)比手動(dòng)加藥與自動(dòng)加藥廠(chǎng)區(qū)1天的浮選系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

由表5所示，在產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，自動(dòng)加藥系統(tǒng)作用下在減少精煤灰分的情況下，浮精產(chǎn)率有所提高，噸煤泥加藥量?jī)H僅是手動(dòng)加藥的88%。

綜上所述，自動(dòng)加藥模式下系統(tǒng)會(huì)隨著實(shí)時(shí)浮選入料數(shù)據(jù)以及浮選灰分、泡沫情況及時(shí)調(diào)節(jié)加藥量，藥劑添加準(zhǔn)確；系統(tǒng)的應(yīng)用克服了人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的不可控因素，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；在很大程度上改善了浮選指標(biāo)，提高生產(chǎn)效果，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

1）自動(dòng)加藥相對(duì)于手動(dòng)加藥整體系統(tǒng)更加穩(wěn)定，產(chǎn)品浮精灰分波動(dòng)較小。

2）自動(dòng)加藥系統(tǒng)相對(duì)于手動(dòng)加藥，浮精灰分降低0.16%，浮精產(chǎn)率提高5.09%，噸煤泥加藥量降低0.15 kg。