對乙烷（wán）流量（liàng）計製造過程進行優化設計
點擊次（cì）數：2064 發布時間：2021-01-08 06:44:59
摘（zhāi）要：為進一步提升選煤（méi）廠對細煤顆粒的浮選效果，減少（shǎo）環境汙染，對原有乙烷流量計製過程進行優化設計。在簡要介紹浮選原（yuán）理的基礎上，給出優化（huà）後的乙烷流量計製造工程係統設（shè）計，並重點對加藥（yào）量控製、給礦濃度控製以及（jí）給礦量控製進行重（chóng）點設計與分析。優化後的乙烷流（liú）量計製造方（fāng）案在原（yuán）選煤（méi）廠進行工業試驗，應用結果表明（míng），優化方案的浮選指標（藥劑消耗、抽出率、灰分）均有明顯提升，係統運行穩定可（kě）靠，*大地（dì）降低了工（gōng）人的勞（láo）動強度，具有（yǒu）較（jiào）好（hǎo）的經濟價（jià）值，值得推廣。
引言
國內選煤廠（chǎng）設備大型化（huà）以（yǐ）及（jí）采煤機械化的不（bú）斷發展，使得細（xì）粒煤粉不斷增多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶（dài）來（lái）的難度也 就（jiù） 越 大，對（duì）選煤方法也就提出更高（gāo）的要求。浮選法主要用於細顆粒煤泥的分選，根據礦物原料表麵性質的（de）差異，調節加藥量、給礦（kuàng）量（liàng）、給礦濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分離成滿足控製要求的精（jīng）礦和尾礦，實現礦物分 選。傳統選煤廠的浮選工作停留在人工手動（dòng）操作階段，工人（rén）依據經驗，對浮選過程進行觀察和操作，並達到（dào）一個滿意的浮選效 果。國內外對礦（kuàng）物浮選的研究較多，如國外對浮選（xuǎn）柱的研究起源於１９１５年（nián），到２０世紀８０年（nián）代各種新（xīn）型浮選柱層出不窮，並在浮選（xuǎn）藥（yào）劑、空（kōng）氣發生器等方麵有較大改善和發展。國內（nèi）對浮（fú）選柱的研（yán）究於２０世紀５０年代開始（shǐ），並研製出自己的浮選柱，高度越來越低、充（chōng）氣方式逐步完善、礦化方式多樣（yàng）化（huà）。浮選（xuǎn）過程具有滯後性和慣性，且是一個（gè）時變係統（tǒng），控製過程中需要協調的變量較多，單純依靠人工經驗無法達（dá）到浮選指標。為進一（yī）步提高細（xì）煤顆粒的（de）分選效果，減少環境汙（wū）染（rǎn），必須對現有的（de）乙（yǐ）烷流量計製造進行優（yōu）化設計。
１浮選原理簡介
浮選是依據礦物原料表麵的化學（xué）性質（zhì），向待浮（fú）選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與礦漿充分融合，並根據各（gè）礦物原料的黏附程度的不同，分選出不同的（de）礦（kuàng）物。浮（fú）選（xuǎn）過（guò）程一般分為礦漿碰（pèng）撞、黏附、上浮以及精煤溢（yì）出（chū）四個階段。礦物（wù）原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發生器產生的小氣泡發生充分碰撞，進行（háng）礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附於（yú）氣泡表麵，氣泡不斷上浮，形成（chéng）精（jīng）礦（kuàng）泡沫層，精礦溢出浮選柱；由於尾礦的親水特性，尾礦沉入底部並排出。浮選流程如圖１所示。
２係統設（shè）計
乙烷流量計製造過程係統設計（jì）如圖２所（suǒ）示，由上位機、 ＰＬＣ控製器以及外部元器件組成。上位機用於顯示乙烷流量計製造過程狀態參數、係統參數以及故障（zhàng）信息的（de）顯示；ＰＬＣ控（kòng）製（zhì）器是該係統的核心，以通信方（fāng）式將浮選過程各數據（jù）信息傳送給上位機，與係統外接的各（gè）傳感器、流量計、泵以模擬量輸入／輸出擴展模（mó）式進行數據采集。
外部元器件中（zhōng）的用於模擬量輸入（rù）信號采集的壓力傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚（hòu）定義為液位低，泡沫（mò）層薄定義為液位高；科氏（shì）質量流量計用於檢（jiǎn）測礦漿的（de）濃度（dù），其原理是根據科裏奧利（lì）效應，即（jí）礦漿流經管子時會產生科裏奧利力使其發生形（xíng）變，根據礦漿質量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補（bǔ）科氏質量流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢（jiǎn）測礦漿濃度。用於（yú）模擬（nǐ）量輸出信號采集的外部元器件有（yǒu）變頻泵（bèng）、離心式渣（zhā）漿泵以及隔膜計量泵，分別用（yòng）於尾礦控（kòng）製、給礦控製以及給藥控製。
３自動（dòng）控製過程分析
３．１ 加藥量控（kòng）製
加藥量（liàng）控製過程是一個隨機動態過程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿濃（nóng）度的關係如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給（gěi）定藥劑加藥（yào）量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經驗係數。
圖３中的礦漿流量（liàng）與礦漿濃度分別由科氏質量流量計和超聲波流（liú）量計測得，並 以４～２０ｍＡ 電流（liú）信號傳送給 ＰＬＣ控製（zhì）器。由 ＰＬＣ控（kòng）製器根據電流信號值計算出實（shí）際的礦漿（jiāng）濃度和礦漿流（liú）量值，對上述兩個（gè）值進行邏輯處理以及運算，得出實時加藥量。ＰＬＣ 控製器將計（jì）算出的（de）實（shí）時加藥量數據（jù）以４～２０ｍＡ 的電流信號發送給隔膜計量泵，由其控製並實現加藥量過（guò）程（chéng）的自動控（kòng）製。
３．２ 給礦濃（nóng）度控製
給礦濃度控製策略采用常規的ＰＩＤ調節器實現（xiàn），如圖４所示。在該控（kòng）製係統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸（shū） 入，ＰＩＤ 調（diào）節器的輸出為變頻泵的頻率。該頻率可進行（háng）自動（dòng）與手（shǒu）動兩種控（kòng）製模式。以變頻控製方式對（duì）濃密機的（de）底流泵進（jìn）行精密轉速控製，即可控製濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為（wéi）基礎，對（duì）礦濃度進（jìn）行 ＰＩＤ調節控製，實時（shí）控製濃密機底流（liú）泵轉速，保（bǎo）證濃密機排出的（de）底（dǐ）流礦漿濃度在合理（lǐ）區間（jiān）。
３．３ 給礦量控製
由於給礦量控製過（guò）程沒有滯後性幹擾，因此其控（kòng）製策略可用 ＰＩ調節器控製完成，如圖５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以及反（fǎn）饋的（de）給礦量檢測值，其輸出為調節（jiē）閥（fá）的輸入。對調節（jiē）閥（fá）的控製分為自動和手動兩種操（cāo）作模式，即調節閥（fá）的開度既可（kě）以（yǐ）自（zì）動控製，也可以手動控（kòng）製。
以式（３）為（wéi）基礎，對給礦量進（jìn）行（háng） ＰＩ調節，實時控製調節閥的開度，並對給礦（kuàng）量進行精確控製。
４ 應用情況
乙（yǐ）烷流量計製造過程優化設計（jì）完成後，在原選煤廠（chǎng）進行為期三個月的工業試驗，並對優化前後的浮（fú）選關鍵指標參數進行統計和分析。應用情況數據表明，經過優化設計的（de）浮選自動控製係統，各關鍵（jiàn）浮選指標參數都有（yǒu）明顯（xiǎn）提升，詳見表１
５ 結語
提升並加快選（xuǎn）煤廠（chǎng）浮（fú）選過程（chéng）的自動（dòng）化、智能化進程迫在（zài）眉睫（jié），是進一步提升細（xì）煤分選效果（guǒ）、減少環境汙染的必由之路。浮選過程的藥劑控製、給礦量流量／濃度檢測、空（kōng）氣發生器控製、液位控製等方麵（miàn）都需要（yào）進一（yī）步展（zhǎn）開研究。在後續的（de）工作（zuò）中，需要在（zài）硬件設備選 型、控 製 模型／算法（fǎ）優化、全過程的（de）自動化／智能化以及（jí）遠程監控等方麵（miàn）進行更深（shēn）入的研究。
引言
國內選煤廠（chǎng）設備大型化（huà）以（yǐ）及（jí）采煤機械化的不（bú）斷發展，使得細（xì）粒煤粉不斷增多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶（dài）來（lái）的難度也 就（jiù） 越 大，對（duì）選煤方法也就提出更高（gāo）的要求。浮選法主要用於細顆粒煤泥的分選，根據礦物原料表麵性質的（de）差異，調節加藥量、給礦（kuàng）量（liàng）、給礦濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分離成滿足控製要求的精（jīng）礦和尾礦，實現礦物分 選。傳統選煤廠的浮選工作停留在人工手動（dòng）操作階段，工人（rén）依據經驗，對浮選過程進行觀察和操作，並達到（dào）一個滿意的浮選效 果。國內外對礦（kuàng）物浮選的研究較多，如國外對浮選（xuǎn）柱的研究起源於１９１５年（nián），到２０世紀８０年（nián）代各種新（xīn）型浮選柱層出不窮，並在浮選（xuǎn）藥（yào）劑、空（kōng）氣發生器等方麵有較大改善和發展。國內（nèi）對浮（fú）選柱的研（yán）究於２０世紀５０年代開始（shǐ），並研製出自己的浮選柱，高度越來越低、充（chōng）氣方式逐步完善、礦化方式多樣（yàng）化（huà）。浮選（xuǎn）過程具有滯後性和慣性，且是一個（gè）時變係統（tǒng），控製過程中需要協調的變量較多，單純依靠人工經驗無法達（dá）到浮選指標。為進一（yī）步提高細（xì）煤顆粒的（de）分選效果，減少環境汙（wū）染（rǎn），必須對現有的（de）乙（yǐ）烷流量計製造進行優（yōu）化設計。
１浮選原理簡介
浮選是依據礦物原料表麵的化學（xué）性質（zhì），向待浮（fú）選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與礦漿充分融合，並根據各（gè）礦物原料的黏附程度的不同，分選出不同的（de）礦（kuàng）物。浮（fú）選（xuǎn）過（guò）程一般分為礦漿碰（pèng）撞、黏附、上浮以及精煤溢（yì）出（chū）四個階段。礦物（wù）原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發生器產生的小氣泡發生充分碰撞，進行（háng）礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附於（yú）氣泡表麵，氣泡不斷上浮，形成（chéng）精（jīng）礦（kuàng）泡沫層，精礦溢出浮選柱；由於尾礦的親水特性，尾礦沉入底部並排出。浮選流程如圖１所示。
２係統設（shè）計
乙烷流量計製造過程係統設計（jì）如圖２所（suǒ）示，由上位機、 ＰＬＣ控製器以及外部元器件組成。上位機用於顯示乙烷流量計製造過程狀態參數、係統參數以及故障（zhàng）信息的（de）顯示；ＰＬＣ控（kòng）製（zhì）器是該係統的核心，以通信方（fāng）式將浮選過程各數據（jù）信息傳送給上位機，與係統外接的各（gè）傳感器、流量計、泵以模擬量輸入／輸出擴展模（mó）式進行數據采集。
外部元器件中（zhōng）的用於模擬量輸入（rù）信號采集的壓力傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚（hòu）定義為液位低，泡沫（mò）層薄定義為液位高；科氏（shì）質量流量計用於檢（jiǎn）測礦漿的（de）濃度（dù），其原理是根據科裏奧利（lì）效應，即（jí）礦漿流經管子時會產生科裏奧利力使其發生形（xíng）變，根據礦漿質量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補（bǔ）科氏質量流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢（jiǎn）測礦漿濃度。用於（yú）模擬（nǐ）量輸出信號采集的外部元器件有（yǒu）變頻泵（bèng）、離心式渣（zhā）漿泵以及隔膜計量泵，分別用（yòng）於尾礦控（kòng）製、給礦控製以及給藥控製。
３自動（dòng）控製過程分析
３．１ 加藥量控（kòng）製
加藥量（liàng）控製過程是一個隨機動態過程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿濃（nóng）度的關係如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給（gěi）定藥劑加藥（yào）量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經驗係數。
圖３中的礦漿流量（liàng）與礦漿濃度分別由科氏質量流量計和超聲波流（liú）量計測得，並 以４～２０ｍＡ 電流（liú）信號傳送給 ＰＬＣ控製（zhì）器。由 ＰＬＣ控（kòng）製器根據電流信號值計算出實（shí）際的礦漿（jiāng）濃度和礦漿流（liú）量值，對上述兩個（gè）值進行邏輯處理以及運算，得出實時加藥量。ＰＬＣ 控製器將計（jì）算出的（de）實（shí）時加藥量數據（jù）以４～２０ｍＡ 的電流信號發送給隔膜計量泵，由其控製並實現加藥量過（guò）程（chéng）的自動控（kòng）製。
３．２ 給礦濃（nóng）度控製
給礦濃度控製策略采用常規的ＰＩＤ調節器實現（xiàn），如圖４所示。在該控（kòng）製係統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸（shū） 入，ＰＩＤ 調（diào）節器的輸出為變頻泵的頻率。該頻率可進行（háng）自動（dòng）與手（shǒu）動兩種控（kòng）製模式。以變頻控製方式對（duì）濃密機的（de）底流泵進（jìn）行精密轉速控製，即可控製濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為（wéi）基礎，對（duì）礦濃度進（jìn）行 ＰＩＤ調節控製，實時（shí）控製濃密機底流（liú）泵轉速，保（bǎo）證濃密機排出的（de）底（dǐ）流礦漿濃度在合理（lǐ）區間（jiān）。
３．３ 給礦量控製
由於給礦量控製過（guò）程沒有滯後性幹擾，因此其控（kòng）製策略可用 ＰＩ調節器控製完成，如圖５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以及反（fǎn）饋的（de）給礦量檢測值，其輸出為調節（jiē）閥（fá）的輸入。對調節（jiē）閥（fá）的控製分為自動和手動兩種操（cāo）作模式，即調節閥（fá）的開度既可（kě）以（yǐ）自（zì）動控製，也可以手動控（kòng）製。
以式（３）為（wéi）基礎，對給礦量進（jìn）行（háng） ＰＩ調節，實時控製調節閥的開度，並對給礦（kuàng）量進行精確控製。
４ 應用情況
乙（yǐ）烷流量計製造過程優化設計（jì）完成後，在原選煤廠（chǎng）進行為期三個月的工業試驗，並對優化前後的浮（fú）選關鍵指標參數進行統計和分析。應用情況數據表明，經過優化設計的（de）浮選自動控製係統，各關鍵（jiàn）浮選指標參數都有（yǒu）明顯（xiǎn）提升，詳見表１
５ 結語
提升並加快選（xuǎn）煤廠（chǎng）浮（fú）選過程（chéng）的自動（dòng）化、智能化進程迫在（zài）眉睫（jié），是進一步提升細（xì）煤分選效果（guǒ）、減少環境汙染的必由之路。浮選過程的藥劑控製、給礦量流量／濃度檢測、空（kōng）氣發生器控製、液位控製等方麵（miàn）都需要（yào）進一（yī）步展（zhǎn）開研究。在後續的（de）工作（zuò）中，需要在（zài）硬件設備選 型、控 製 模型／算法（fǎ）優化、全過程的（de）自動化／智能化以及（jí）遠程監控等方麵（miàn）進行更深（shēn）入的研究。
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