絮凝劑自動添加系統在東灘煤礦選煤廠的應用

錢麗霞

（1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012）

絮凝沉降對于選煤廠煤泥水處理具有重要意義。生產過程中，通過向煤泥水中添加一定量的絮凝劑，實現煤泥的快速沉降，降低溢流水的濃度[1]。我國大多數選煤廠仍然采用機械攪拌的方式配置絮凝劑，采用人工定量添加絮凝劑[2]，加藥量的大小完全憑經驗調整，使之滿足生產實際的需要。這樣容易產生很多問題，如絮凝劑溶液配制時，人工添加藥劑的方式勞動強度大；工人拋撒藥劑粉末時，藥劑在煤泥水中分布不均勻，容易形成團塊，不能充分溶解，使攪拌機的攪拌時間延長，不僅浪費電能，還會對電機和設備造成更多磨損。同時，加藥過多或不足，難以保證循環水的質量，影響選煤廠的正常生產。當藥量不足時，煤泥水中的懸浮物不能快速沉降，導致溢流水濃度升高，最終影響脫泥、脫介效果；當藥量過多，部分藥劑不能溶解，沉淀在攪拌桶底，不僅浪費藥劑，而且因為絮凝保護的反作用，影響懸浮物的沉淀[3-4]。 因此，在煤泥水處理過程中，絮凝劑添加系統控制的精確程度，對保證洗選指標和洗選系統的穩定性具有重要意義。采用自動添加絮凝劑的方式，根據濃縮池的溢流水濃度，實現絮凝劑的精確添加[5]，不但可以降低工人勞動強度，改善勞動環境，還能節電、節水、節藥。

1 選煤廠概況及存在的問題

東灘煤礦選煤廠煤泥水處理工藝：采用兩段濃縮脫水回收的方式，采用沉降離心機處理一段底流，采用壓濾機處理二段底流，將二段溢流水作為循環水供全廠使用。生產中，向濃縮池加入絮凝劑，加速煤泥的沉降，使煤泥水得到沉淀、澄清，提高濃縮機的工作效率[6]。選煤廠原有絮凝劑添加采用的是人工配置方式，先向攪拌桶中放入清水，接著開啟攪拌機，人工向攪拌桶內拋撒絮凝劑粉末進行攪拌，通過加藥泵向濃縮機添加混合好的絮凝劑溶解液[7]。通過分析，改造前的絮凝劑添加系統存在以下幾方面問題：

（1）藥劑撒漏，危害人體健康。向攪拌桶中人工拋撒絮凝劑粉末，藥劑容易撒漏，因為藥劑具有一定的腐蝕性，不僅對環境造成污染，而且危害人體健康[8]。

（2）攪拌不均，藥劑浪費。用機械攪拌配制絮凝劑溶解液時，人工拋撒藥劑的方式藥劑分散不均勻而不能充分溶解，會延長攪拌機攪拌時間，浪費電能，增加設備的磨損[9]。未溶解的部分藥劑沉淀在攪拌桶底部不被利用，浪費藥劑，降低循環水的質量[10]。

（3）生產過程中煤泥水的流量不穩定，工人需要憑經驗不斷調整藥劑添加量，不但增加工人勞動強度，絮凝劑配比濃度也不準確。

（4）藥粉直接添加到攪拌桶，容易結塊堵塞管路，增加人工清理負擔。

（5）機械攪拌配藥自動化程度低，在藥劑的配置、儲存、添加的過程中，全部靠人工操作，難免因操作不準確造成溶液的跑冒，浪費清水和藥劑。

2 絮凝劑自動添加方案

選煤廠從現場條件和操作上考慮，對整個電控系統進行升級，采用絮凝劑自動添加系統，實現濃縮機藥劑絮凝劑（聚丙烯酰胺）制備和自動添加，用可編程序控制器替代原來用按鈕、繼電器、接觸器組合的控制方式，將絮凝劑粉末配置成一定濃度的絮凝劑溶液，可精確地預設溶液濃度，既可以就地操作也可以集控操作，滿足選煤廠生產實際需要。

3 絮凝劑自動添加系統簡介

3.1 結構組成

系統主要包括進料系統、進水系統、液位控制、控制柜、攪拌器、加藥泵六個部分。絮凝劑配比濃度為0.1%～0.5%，處理能力為5000 L/h。控制面板由可編程序邏輯控制器控制，具有可中英文切換的操作界面。控制柜內置智能控制器，可對絮凝劑制備相關用電設備（如攪拌器、送料器等）進行控制并對設備運行狀態進行監控，可及時對系統內的故障進行報警和顯示。絮凝劑添加系統結構示意如圖1，絮凝劑添加系統裝配圖如圖2。

圖1 絮凝劑自動添加系統結構示意圖

圖2 絮凝劑自動添加系統裝配圖

3.1.1 進料系統

（1）干粉輸送

風機通過文氏管將粉料吸入輸送管道，并通過風機輸送到攪拌桶中，中間用透明軟管，可以實時看到管道里粉料輸送情況。采用不銹鋼箱體，耐腐蝕性強，使用壽命長。

（2）干粉進料器

進料器（帶料位傳感器）包括120 L 料斗、螺旋給料系統、加熱器、物位探頭、輸送風機、文氏管。配置料位探頭用于輸出低料位信號，傳出報警。空心投加螺桿的螺桿帶防架橋大螺旋。為防止絮凝劑干粉受潮結塊，采用電加熱器對藥粉進行加熱。投料量通過PLC 程序，當配藥濃度改變時，PLC 經過計算后自動改變進料電機藥劑投加量，從而保證藥液配比濃度準確。通過風機將粉料從文丘里管送入攪拌桶中。

3.1.2 進水系統

（1）進水管路

進水管路主要由手動球閥、Y 型過濾器、電動球閥（220VAC）壓力表和管路組成。主體材質和電動球閥均采用304 不銹鋼。

（2）投加和排空連接

投加/排空連接在箱體的后面，抽取口和排空口有球閥連接。

3.1.3 液位控制

液位計用來監測攪拌箱和儲藥箱的液位。攪拌箱的液位計可以控制系統進水閥的起停。儲藥箱的液位計分三個液位觸點：低、中、高。當達到低液位時，自動啟動系統，配置藥液；當達到高液位時，自動停止系統；當液位極低時，系統自動報警并立即關閉加藥泵。采用靜壓液位計，能直觀地看到液位的顯示，能傳出4～20 mA 的電信號，探頭材質采用304 不銹鋼。

3.1.4 控制柜

采用西門子S7 系列PLC 控制器，對各儀表傳感器的信號進行采集，根據煤泥水濃度計算絮凝劑的添加量，可以計算絮凝劑添加量的實時偏差和預測偏差，通過控制變頻器對加藥量進行調整。控制柜實現絮凝劑制備過程電氣設備的供電、過負荷、手動/自動控制、就地/集中控制轉換等功能，對絮凝劑制備系統中攪拌器、送料器等用電設備進行控制并對系統中各設備的運行狀態進行監控，并對設備故障及時報警和提示。

攪拌器主要用于攪拌混合溶液加快熟化過程，其葉片和軸均采用不銹鋼材質，電機保護等級為IP55。加藥泵采用螺桿泵，一用一備，采用變頻調速的方式，材質為304 不銹鋼，電機防護等級IP55。

3.2 工作原理

粉狀絮凝劑人工添加到干粉料斗中。首先啟動系統，進水閥門打開，自動打開進料器，通過干粉料斗中的過濾網對絮凝劑進行初步過濾，通過喂料機將絮凝劑輸送到加熱料斗；鼓風機吹動氣流，雙文氏管吸取藥粉經過透明的輸送管進入混料室，經過霧化混合進入攪拌桶；攪拌器攪拌混合藥粉和清水，形成一定濃度的絮凝劑溶液；在PLC 的控制下，打開轉排閥，將藥液排放到儲藥箱，藥液全部轉排結束，系統進行下一次制備。需要添加藥液時，PLC 控制螺桿泵將藥液定量輸送到加藥點（濃縮機入料管）。絮凝劑自動添加系統工作原理如圖3。

圖3 絮凝劑自動添加系統工作原理圖

3.3 特點

（1）人工一次性向給料漏斗添加絮凝劑干粉后，設置好配置相關參數，整個制備添加工作全部由系統自動完成，降低了工人的勞動強度。結合生產實際需要，可以選擇切換自動控制和手動控制，操作靈活。

（2）絮凝劑粉末被高速氣流從文氏管吹入混料系統，與高速水流迅速混合，保證絮凝劑完全分散，不易形成團塊，混合效果良好。

（3）加熱料斗中使用螺旋加熱器，可對輸送管道中的絮凝劑粉末自動進行加熱，不僅可以提高送料精度，還能防止因藥劑受潮造成的出料口堵塞。

（4）系統采用兩臺螺桿泵添加藥劑，通過變頻控制的方式，可隨流量變化調整加藥量,加藥準確穩定，保證藥液配比濃度不變。

（5）完善的報警功能。整套系統內設流量計、液位和料位傳感器，當液位和料位低時輸出報警信號，防止設備損壞和生產現場其他不必要的損失。在水流過小、儲藥箱液位過低、攪拌電機發生損壞時，系統均能自動發出報警信號并立即停止系統工作。

（6）采用先進的推流式溶液操作系統，能充分混合藥液。各個設備的運行均采用PLC 集中控制的方式，系統運行穩定，操作簡單方便。

4 應用效果

（1）煤泥水濃縮機的工作效率得到提高，溢流水濃度降低且穩定。

（2）原煤藥劑消耗降低，每噸原煤降低0.75 g，降幅達到18%。

（3）一臺攪拌電機功率為7.5 kW，應用系統后，每天減少運行3 h，年節省電費達0.54 萬元。

（4）工人勞動強度降低。原來人工配藥需要多次調整添加藥劑，并對攪拌桶、儲藥桶的液位高低實時觀測。工人只需要一次性投入絮凝劑，設定相關參數后系統將自動運行，大大減少了人力消耗。

5 結論

東灘煤礦選煤廠絮凝劑自動添加系統采用先進的西門子系列PLC 對絮凝劑干粉進料、溶液制備、溶液添加過程進行自動控制，實現了絮凝劑添加的自動化，有效降低了工人勞動強度，藥劑配比濃度穩定，精煤產量提高，系統處理量增強，明顯節約了藥劑、電能和水資源，保證了生產的穩定連續進行，為建設智能化選煤廠打下良好的基礎。