浮選藥劑自動添加控制系統在鑫隆煤業選煤廠的應用

高文秀

（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）

選煤廠入選原煤時小于0.5 mm 的細粒級煤泥含量大約占總原煤的20%～30%，這部分細粒級的原煤處理不好就會造成大量的煤泥水排出，對環境造成污染。針對這種情況，比較有效的分選方法就是浮選選煤法[1]。山西呂梁中陽桃園鑫隆煤業選煤廠浮選系統為2 臺20 m34 室浮選機。工藝和設備都是確定的，加藥點設置在礦化器和浮選機1、2、3 室，用柴油和雜醇兩種藥劑作為起泡劑和捕收劑，藥劑通過齒輪油泵從藥劑庫給入浮選機加藥裝置的藥劑箱。該洗煤廠原有的浮選生產系統藥劑添加方式是人工加藥，自動化程度比較低，主要靠崗位司機的經驗來控制藥劑添加量。而浮選藥劑的添加量與配比是影響浮選效果的主要因素，藥劑添加的數量和準確性直接影響浮選精煤和尾煤的產量、質量及效果[2]。這種人工加藥的操作方式沒有定量的概念，既不準確也不及時，入料泵經常打空導致入料不穩定，各項重要參數數據不能實時檢測，歷史數據無法查詢，所以急需對現有的浮選系統進行升級改造。

1 浮選藥劑自動添加系統的基本工況圖

圖1 是鑫隆煤業選煤廠浮選藥劑自動添加系統的基本工況圖，加藥裝置測量進入浮選系統的濃度、礦漿流量，計算出入浮的干煤泥量。通過加藥裝置的計量泵變頻調整總藥劑添加量，藥劑和清水經過剪切乳化后，配合各分點電動閥門和微小流量計輸送到礦化器和各分室。

圖1 浮選藥劑自動添加系統的基本工況圖

2 設備選型及安裝

2.1 浮選入料濃度監測

該系統需新增1 臺濃度計，濃度測量范圍0～120 g/L。濃度計選用紅外吸收散射光線法，將濃度計插入礦漿預處理器的入料管，實時在線監測入料濃度。

2.2 浮選機礦漿入料流量監測

該系統需新增2 臺礦漿流量計，選用超聲波插入式流量計，實時監測進入浮選機系統的礦漿流量。根據單位容積礦漿處理量：6～10 m3/（m3·h）計算，對于單臺20 m34 室浮選機，入料流量監測范圍為600～800 m3/h。

2.3 藥劑罐

該系統需新增2 臺藥劑罐和1 個藥劑乳化清水箱，材質均為不銹鋼，捕收劑容積為1.5 m3，起泡劑容積為1 m3，清水箱容積為2 m3。藥劑罐頂部設有耐腐蝕電動閥和手動閘閥，一側設置有磁翻板液位計，采集的信號均遠傳到控制系統PLC，來監測藥劑罐內的進藥量。為了保證藥劑過濾除雜效果，現場安裝兩級過濾裝置。第一級安裝在藥劑箱入口處，主要用于過濾藥劑中的粗顆粒雜質；第二級在進入計量泵的管路上安裝Y 型過濾器，用于過濾細顆粒雜質，降低進入計量泵的雜質，保證計量泵的添加精度和使用壽命。過濾器濾網材質為不銹鋼，濾網的孔徑大小要根據現場雜質顆粒情況來選擇，也要根據雜質情況定期清洗或更換濾網。

2.4 藥劑計量添加泵

該系統需新增3 臺隔膜計量泵，其中有一個是備用，另外兩臺安裝位置為靠近藥劑罐的平臺，與藥劑罐形成整體結構。隔膜計量泵通過遠程PLC 控制柜內的變頻器調整出藥量。捕收劑隔膜計量泵選擇最大量程90 L/h，起泡劑隔膜計量泵選擇最大量程40 L/h，量程的大小需根據現場噸煤藥耗選型。

2.5 藥劑乳化泵

該系統需新增1 臺藥劑乳化泵，通過乳化泵內兩個齒形面的相對運動對浮選藥劑產生剪切、磨碎作用，將不易溶于水的油類藥劑分散成2～10 μm 藥滴的乳濁液，加入礦漿預處理器和浮選機各分室中。

2.6 各分點藥劑調整

該系統需新增8 臺分點藥劑調整電動閥和微型流量計，預處理2 臺，每臺浮選機1、2、3 室各1 臺。

2.7 微小藥劑流量計

該系統需新增2 臺基恩士超聲波流量計，專門針對小流量設計，安裝方式為加持在管路上。除了水、油、藥液，還可用于高粘度液體。

3 控制柜配置和系統概況

3.1 控制柜配置

浮選加藥自動控制系統數據采集和處理以及控制輸出的核心模塊CPU 選用了西門子品牌1500 系列的PLC。數字量信號的輸入和輸出均加裝了隔離裝置，輸入選用普通線圈繼電器即可，輸出則由于用于控制計量泵的頻率，考慮到使用次數過多，如果選用普通磁吸式繼電器，其使用壽命會大打折扣，所以選用了固態繼電器。模擬量信號的輸入和輸出也加裝了隔離模塊，以此來保證輸入、輸出的穩定性和可靠性[3]。人機界面選用工控觸摸屏和亞控科技公司的組態王kingview6.55 軟件，清晰、動態地顯示整個浮選加藥系統的浮選工藝流程、浮選工藝參數和藥劑參數等重要參數的實時曲線和歷史曲線。上位機的控制系統選擇windows7 系統，PLC編程軟件選用TIA Portal V15 版本。

3.2 浮選藥劑自動添加控制系統的系統概況

濃度計、流量計將檢測到的信號經過4～20 mA直流電流信號發送到PLC 控制系統，通過輸出相對應的信號來控制計量泵的工作頻率，然后進一步控制捕收劑、起泡劑的添加量，以此來實現整個浮選系統藥劑的自動添加[4-5]。如圖2。

圖2 浮選藥劑自動添加控制系統的系統概況

4 系統操作說明

該浮選加藥控制系統分為手動控制和自動控制兩種方式。自動控制時，加藥系統能自動根據進入煤泥水流段的干煤泥量和濃度的變化來控制浮選藥劑的添加量。當系統出現故障時，則可選擇手動方式來控制浮選生產過程。

4.1 計算機操作

浮選司機在電腦上操作賬號登錄后，可以完成以下操作：設備流程、工藝參數、參數報表、參數修改、操作幫助、退出系統。

4.2 設備流程

模擬顯示浮選系統的設備流程畫面，并動態顯示浮選機各分點加藥情況和藥劑泵、浮選機等設備的運行狀態。

4.3 工藝參數

浮選崗位司機可以隨時在上位機畫面上查看入浮濃度、入浮流量、累計流量、入浮干煤泥量、理論加藥量、實際加藥量、噸煤藥耗等重要參數.

4.4 參數報表

根據需要在時間屬性中選擇起始時間和終止時間，然后從報表菜單中選擇“歷史查詢”，就可以查詢到所需數據。

4.5 參數修改

參考設定參數值并且根據生產時浮選泡沫的情況對重要參數進行調整。

5 結語

該浮選藥劑自動添加系統已于2021 年11 月在山西呂梁中陽桃園鑫隆煤業選煤廠正式投產使用，生產方式由以往的手動擰閥門變成計量泵變頻調整來控制加藥的方式，實現了入浮相關參數實時進行顯示和記錄。該系統設計合理，運行可靠，操作簡單，不僅降低了生產中藥劑的損耗，穩定浮選洗選指標，還減少了浮選崗位工人的數量，減輕崗位工人的勞動強度，得到了鑫隆煤業選煤廠浮選崗位司機的一致好評，為選煤廠帶來直接的經濟效益。