浮选自动加药控制系统在常村煤矿选煤厂的应用

 

在我国，入选煤泥量一般占到原煤入选量的20% 左右，而浮选作为分选 ＜ 0. 5 mm 粒级煤的有效方法，对精煤产率和选煤厂的经济效益都有着重要的影响［1］。煤泥浮选是依据煤和矸石表面润湿性的差异进行的，其实质是疏水的煤粒粘附在气泡上，亲水的矸石颗粒滞留在煤浆中，从而实现彼此分离［2］。捕收剂主要是用来提高煤粒表面的疏水性，从而提高煤粒吸附气泡的能力; 起泡剂主要用来稳定气泡，增加气泡抗变形和破裂的能力。浮选

技术研究要综合考虑多种因素的交互作用，创造zui佳的浮选条件，以实现zui佳的分选效果［3］。影响浮选工艺效果的主要因素有煤泥的性质、浮选设备的工作性能、操作制度 ( 药剂制度和给料制度) 、浮选工艺流程等［4］。

 

常村煤矿选煤厂是隶属于常村煤矿的矿井型选煤厂，设计能力为 6. 0 Mt /a ( 其中重介系统为 3. 0Mt /a，跳汰系统为 3. 0 Mt /a) ，煤泥浮选采用机械搅拌式浮选机。改造前，浮选药剂通过厂房药剂箱自流至浮选设备，通过调节各加药点的阀门来控制加药量，药剂消耗量通过药剂箱上的玻璃管刻度表来计量，浮选系统存在入料浓度、矿浆流量难以实时掌控、浮选调节滞后性大、浮选精煤产率低、灰分不稳定、药剂计量不准确、浮选岗位工劳动强度大，并存在安全隐患等问题。

 

为稳定产品质量、节省药剂、提高浮精产率，药剂添加量应当与入浮矿浆浓度相匹配［5］。浮选自动加药系统投入使用，不但解决了改造前系统存在的问题，还使得浮选系统相关指标信息得以数据化，操作人员能方便的获得系统的各个指标，使得浮选系统控制更加精确高效。

 

1 系统组成

浮选自动加药系统主要由药剂储备系统、药剂定量输送系统、药剂乳化输送系统、药剂定点定量添加系统、矿浆流量和浓度检测系统等组成，系统的结构框图如图 1 所示。

药剂储备系统主要由捕收剂药剂罐、起泡剂药剂罐和药剂输送管路组成，药剂罐的液位采用磁翻板液位计检测，采用滤网进行药剂杂质过滤，药剂罐设置排污孔。

 

定量添加系统主要由计量泵、背压阀、逆止阀、脉冲阻尼器、Y 型过滤器、抗震压力表和管路组成，完成药剂的过滤、定量添加和输送、管路稳压逆止和管路压力显示。

 

乳化输送系统主要由射流泵、射流器等组成，完成捕收剂和起泡剂的乳化。乳化作用可增大单位体积药剂的表面积，而药剂的比表面积越大，表明油滴的粒度越小，药剂在矿浆中分散得越充分，和矿物接触的机会就增大，浮选效果也就越好。［6］

 

药剂定点定量添加系统主要由分布于浮选机各室和矿浆预处理器的电磁阀及其控制系统组成，完成各室药剂的定点、定量添加。自动加药控制系统主要由西门子 PLC、ABB 变频器、MCGS 触摸屏、控制柜等组成，其中 ABB 变频器用来定量控制计量泵，西门子 PLC 完成整套系统的信号采集和控制输入输出，MCGS 触摸屏同西门子 PLC 通过 PPI通讯，并可设置操作、显示、记录画面。系统结构框图如图 2 所示。

 

2 控制原理

浮选药剂添加量主要是由浮选系统入浮干煤泥量决定，干煤泥量由浓度计测量信号与流量计测量信号计算得到，药剂添加量随入浮干煤泥量的变化而变化［7］。

在浓度不变的条件下，入料流量增加，加药量相应增加［8］。如果干煤泥量不变，只是浓度的增加或减少，按小浮沉试验 ( 浓度在 120 g /L 以下时) ，加药量应随着浓度的增加呈减少的趋势。因此如果药剂添加量只随干煤泥量变化，将会造成药剂添加量的不精确，引入 ( A － Bq ) 函数即可解决这个问题，做到药剂添加量既跟踪入浮干煤泥量变化，又随入浮浓度变化。药剂添加量公式为:

Iq = ( A － B·q) ·Gm，

式中: Iq 为瞬时药剂添加量，kg /h; Gm 为入料中干煤泥量，kg /h; Gm = qQ ; q 为入料浓度，g /L; Q 为入浮矿浆流量，m3 /h; A、B 为无量纲加药强度系数，可通过小浮选试验确定，并在生产调试中进一步修正。通过以上公式计算得到药剂添加量给定值，给定值和测量值经 PID 运算，如果测量加药量大于给定值，PID 输出出现负偏差，经 PID 运算输出信号减少，减小加药量，直到实际药量等于给定加药量，偏差消失，PID 输出保持稳定; 如果测量加药量小于给定值，PID 输入出现正偏差，经 PID 运算输出信号增加，增大加药量，直到实际加药量等于给定加药量，偏差消失，PID 输出保持稳定。

 

3 主要功能

3. 1 工艺参数在线检测、记录、分析

在浮选入料管路安装流量计、浓度计及循环水调节阀门，实时检测入料流量、浓度，控制循环水阀门开度调节入料浓度; 采用变频器控制药剂添加计量泵，实现药剂量的定量添加; 采用磁翻板液位计对药剂桶液位进行采集，实时检测药剂桶液位数据。由控制系统计算出入浮干煤泥量、药剂累积量，同时形成月、日、时数据报表。

 

3. 2 药剂自动添加

将浮选系统的外部影响因素 ( 包括入浮矿浆的浓度、流量、煤质信息、药剂性质) 全部进行信息实时采集，形成控制系统的多元输入信号，根据各影响因素的重要性等级进行权重的分配，系统根据计算结果做出判断并调节计量泵给药频率，控制药剂的添加，达到准确控制药剂添加量、准确配置药剂比例，实现药剂效用zui大化。浮选自动加药系统控制框图如图 3 所示、操作画面如图 4 所示。

3. 3 药剂乳化系统

浮选药剂多为油性药剂，难溶于水且不易分散，常规方案为药剂由厂房药剂箱自流至浮选生产现场，此种方案不能使药剂均匀的分散在煤泥水中，造成粒度细小而数量巨大的煤泥与数量较少而粒径较大的药剂液滴相互碰撞，两者接触的机会少，使得选煤过程中药剂用量增大，造成药剂的极大浪费［9］。

 

常村煤矿选煤厂乳化系统采用射流乳化技术，以射流泵、射流器、喷头等部件组成，通过射流泵入料，在吸气室形成负压，将药剂吸入，在喉管位置混合后通过扩散管散流出去，使得药剂被充分分割，形成极小的液滴，具有同煤泥颗粒更大的接触面积，充分发挥药剂的效用，从而达到节省药剂的目的［10］。射流器结构如图 5 所示。

 

4 应用效果

系统投入运行两个月以来，浮选精煤产率提高2 个百分点，产品质量合格率为 100% ，增加浮选精煤产量 420 t。精煤按 960 元/ t 计算，增加产值40. 32 万元; 单台 XJM － S28 ( 4 室) 型机械搅拌式浮选机，按每月入浮干煤泥量 2. 5 万 t 计算，吨煤药耗为 1. 2 kg，降低药剂消耗 10 个百分点，节省浮选药剂 6 t; 实现了选煤厂节能降耗与经济效益的zui大化。

1—喷嘴; 2—吸气室; 3—喉管; 4—扩散管

图 5 射流器结构图

Fig. 5 Sketch showing the structure of the jetting unit

 

浮选自动加药系统在常村煤矿选煤厂投入使用后设备运行平稳、可靠，产品各项指标均达到设计要求，浮选系统数据实时记录，系统各个关键参数都有了对应的数据支持，同时，系统操作灵活方便，简单易学，系统运行状态清晰，实现了浮选系统的数据直观化，产品可控化。

 

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