使用地下水汙水流量計監測浮選係統提高藥劑消耗的準確性

摘要: 針對浮選成本高、效率低，浮選精煤質量難以保證的問題，呂家坨選（xuǎn）煤廠的浮選自動加藥及乳化控（kòng）製係統采（cǎi）用（yòng）以 S7 － 300 PLC 為控製器，用地（dì）下水汙水流量計和煤泥濃度計分別檢測進入浮選係統的流量和濃度，PLC 計（jì）算藥（yào）劑的加入量（liàng），變頻（pín）控（kòng）製計量泵，乳化（huà）器實時準確的對（duì）藥劑實施乳化和加入。生產實踐表（biǎo）明（míng），控製軟件采用人工智能技術並結合數字（zì）濾（lǜ）波，使測量、計算數據存儲數據曲線（xiàn），藥劑消耗量（liàng）準確可（kě）靠。
開灤（luán）能源化工股份有限公司（sī）呂家坨選煤廠(以下簡稱呂家（jiā）坨選煤廠) 設計能力為 3. 0 Mt /a，生產工藝為重介（jiè）、浮選聯合工（gōng）藝，該廠浮選工藝為原生（shēng）煤泥和重介分流煤泥進入 2 個（gè）煤泥混料桶，然後進入 2 個礦漿預處（chù）理器，1 個礦漿預處理（lǐ）器供料（liào）2 個浮選機，4 個浮選機的精礦進入再選預處理器，供再（zài）選浮選機。呂家（jiā）坨選煤廠煤泥水量大，浮選係統設備（bèi）多、工藝（yì）複（fù）雜，每班操作（zuò）人員少，實現其全麵自動化控製是非常必要的。
浮選（xuǎn）是洗選 ＜ 0. 5 mm 煤泥*有效的方法，利用浮選可以降低煤泥的灰分和硫分。在我國，煤泥浮選的處理量一般占全部入選量的 20% 左（zuǒ）右。因（yīn） 此，在煤炭潔淨生產中，強化、優化浮選過程是（shì）一個十分重要的環節。傳統的浮選生產都（dōu）是依靠（kào）浮選司機（jī）經驗操作，生產效率較低，一些主要工藝參數，如礦漿流量、礦漿濃（nóng）度、藥劑添加、尾礦灰分等都沒有做到實時定量。人工操作相對（duì）於自動加（jiā）藥和乳化作業既不準（zhǔn）確也不及時（shí），造成浮選成本高、效率低，浮選精煤質量難以保證。對該過（guò）程實現自動控製，可以提高精煤產率、準確控製精煤灰分（fèn）、節省浮選藥劑、改善工作環境和降低工人的勞動強度。
浮選自動加藥及乳化控製係統對穩（wěn）定浮選精煤（méi）灰分，提高藥劑分散度及顆粒（lì）接觸麵積起到了（le）一定的作用，獲得了較好的經濟效益和社會效（xiào）益，也是選煤（méi）廠實現（xiàn）人工智能控製的有效單元。
1 硬件（jiàn）構成（chéng）
該係統設有自動控製櫃，配有工（gōng）業控製計算機和礦漿濃（nóng）度計（jì）、流量計、藥劑計（jì）量（liàng）泵、藥（yào）劑乳化裝置（zhì）等單元組成，根據選煤廠浮選工藝的設計，在操作麵板（bǎn）和工控機均設（shè）有起泡劑和捕收劑的設定旋鈕電位器，旋鈕設定隻針對噸幹煤泥（ní）的藥比，且具有全部的手、自動操（cāo）作裝置。儀表櫃內裝有（yǒu）流量計和濃度計等二次檢測儀表，乳化器的操作及控製在（zài）裝置本身上。開關電源、隔離模塊（kuài）、PLC 等安裝在操（cāo）作台內部，為提高係統的可靠（kào）性，所有控製和信號線纜全部采用 ＲVVP － 銅芯聚氯乙烯絕緣屏蔽型護套軟電纜（lǎn），該電纜外層有較密的銅網屏蔽，信號穩定可（kě）靠。
1. 1 PLC 可編程序控製器
係統控（kòng）製核心由西門子 S7 － 300 的 CPU 及模擬（nǐ）量、數字量輸入∕輸出模塊組成，輸入∕輸出通道均采取光電隔離等措施，大大提高（gāo）了係統的抗幹擾性能，可穩定工作在較惡劣的生產環境中（zhōng）。軟件（jiàn）采用 SIEMENS STEP7 6. 0 編程，用戶界麵全部漢化，各功能采用菜單提示，界麵友（yǒu）好，易（yì）於操（cāo）作。控製程序主要完（wán）成的功能: 數據采（cǎi）集、數字濾波、控製模型運算、PID 輸出、存貯、顯示生（shēng）產主要工藝參（cān）數及運行曆史曲線。呂（lǚ）家（jiā）坨（tuó）選煤廠采用 3 台礦漿預處理（lǐ）器、6 台 16 m3機械攪拌式浮選機，分兩期施工，在軟件設（shè）計時采用兩台 PLC 並行運行方式（shì），兩台控製櫃分別控製南北浮選係統和（hé）新係統，內部含有 SIEMENS S7 － 300 係列 PLC，ABB 變頻器。計算機組（zǔ）成網絡係統，與兩台（tái） PLC 組成 MPI網絡，係統（tǒng）*大的優點是（shì）獨立運行（háng）能力強。對計量泵的控製是輸出動力電（diàn）源，由變（biàn）頻器直接接（jiē）線（xiàn）到計量泵電動機。輸入信號是兩（liǎng）台（tái）流量計、兩台濃度計，是 4 ～ 20 mADC 信號。控製櫃采用 380VAC 動力電源。
1. 2 地下水汙水流量計
流量（liàng）計一般采（cǎi）用（yòng）電磁式結構，根據現場工藝狀況，分別在原礦漿管道和稀釋水管道上（shàng），根（gēn）據管徑選用不同的規格，管徑一般在100 ～ 500 mm 之 間。本係統采用 LZD 一（yī）體防爆型（xíng）地下水（shuǐ）汙水流（liú）量計（jì），整體設計符合 GB 3836-2000 爆炸性氣體使用環境（jìng）要求，儀（yí）器儀表特點為: **的單片機智能化（huà）管理，分流量段進行（háng）修正，確保流量計量的準（zhǔn）確性與穩定性; 傳感器測量管內無活動及阻流部件，因此無壓力損失（shī），無阻塞; 合理選用襯裏材料及電*材料，可實現良好的（de）耐腐蝕性和（hé）耐（nài）磨性; 測（cè）量不受液體的密度、粘度、溫度、壓力和電（diàn）導率變化的影響; 低頻（pín）矩形波勵磁，不受工頻及現場各種雜散幹擾的影響，工作穩定可靠; 不受（shòu）流體方向影響，正、反（fǎn）向均可準（zhǔn）確計量; 高阻快速響應電路，無失真采集（jí）微（wēi）弱信（xìn）號和快速反應流量變化; 寬量程比 (0. 3 ～ 10 m /s)，滿量程流速（sù）範圍寬; 具有小信號切除功能（néng），用戶可通過設置切除幹擾性小流量; 大屏幕多參數同步顯示，瞬時流量、流速、正負向累計總量（liàng）以及報警提示等; 故（gù）障自（zì）診斷功（gōng）能，當流量計工作異常時，測量界麵顯示故障部位及報警; 紅外遙控功能、磁力感應式非接觸操作（zuò）以及按鍵接觸操作，操作多樣、方便。測量精度可達 1. 5% ，相對濕度在 5% ～ 95% 之間。
安裝方向可垂直、水平、傾斜，但水平安裝時要求二電*的中心軸線處於水平狀態，安裝應保證測量管內能充（chōng）滿介質，不能有不滿管現象或有大量氣泡通過傳感器。對於液固兩相介質（zhì），*好是垂直安裝，流體自下而上流動。這樣既可避免固體顆粒在測量管中沉積，又使襯（chèn）裏的磨損均勻，延長使用壽命。為（wéi）了避免在安裝後形成旋渦流，應保證連接管、密封件（jiàn）、接地環（huán）及（jí）感應器這（zhè）四者同心（xīn）連接，不要相互錯開。要求前置直管段（duàn）長為（wéi） 5 倍管道內徑，後置直管段長為 3 倍管道內徑。
1. 3 濃度計（jì）
濃度計一般分為同位素濃度計和雙膜盒差壓濃度計。雖然同位素濃度計的測量精度較高，但由於價格昂貴難於（yú）維護（hù）和管理（lǐ），目前現場一般（bān）推（tuī）薦使用雙膜盒式濃度（dù）計，該儀表安裝容易（yì）、使用安全和易於（yú）管理，實踐證（zhèng）明這種方式的濃度計也能滿足生產要（yào）求。選煤廠浮選生產中，入浮濃度是一個重要參數，它直接關係到洗選效果與精煤產率。*佳入浮濃度由小浮選試（shì）驗（yàn）得出，多數選煤廠*佳入浮濃度在 80 ～ 120 g /L 之間。主要技術參數為: 測量精度為 0. 25% ，通過儀表量程的遷移，選取密度（dù）測量變化範（fàn）圍為 1 000 ～ 1 200 g /L 的（de）上下（xià）限值，對應測量信號（hào）為 4 ～ 20 mA，實際誤差應在±0. 5 g /L。管徑範圍（wéi）為 0 ～ 750 mm，環境溫度為 － 10 ～ 50 ℃。
1. 4 變（biàn）頻式藥（yào）劑計量泵
計量泵在市場上有多種方式，其流量調節基本有兩種（zhǒng）: 一是調節泵的柱塞行程長度; 二（èr）是采用變頻器改變電源頻率調節泵速，後（hòu）者便於實現流量的控製和計算機管理。主要技術參數為（wéi）: 測量精度為±1% ，測量範圍為 0 ～ 300 L /h 可（kě）調（diào），環境溫度為－ 10 ～ 50 ℃。
1. 5 單一藥劑乳化器
選煤廠浮（fú）選藥劑乳化裝置是將藥劑和水製成乳化液，實現藥劑的（de）合理使用，將對浮選效果和節約藥劑起到一（yī）定的作用。在使用中可根據（jù）藥劑和水的配製比例觀（guān）察藥劑（jì）的乳化效果（guǒ），通過乳化器操作箱內的的電位器調（diào）整水泵（bèng）轉速（sù），即調整乳化壓力。自動加藥控製是（shì）根（gēn）據入浮流量與入浮濃（nóng）度的檢測結果，控製起泡劑與捕收劑的加入。乳化（huà）器的工作原理如圖 1 所（suǒ）示。
2 控製原理及功能
2. 1 藥劑自動添加原理
藥劑添加是浮選生產中的重要環節，其添（tiān）加量的大小、準（zhǔn）確與否和油醇配比等都直接影響產品的質量、效果及經濟效益。傳統浮選司（sī）機憑經驗調節油嘴加藥，沒有做到定量（liàng），在流量、濃度、煤質發生變化時，不能及時調節，產品質量難以保證，尾礦跑粗現象嚴重。

STD － Ⅲ型浮選工藝（yì）參數自動測控係統通過（guò）雙膜（mó）盒（hé）差壓計測量原礦（kuàng）漿濃度; 采用地下（xià）水汙水流量計測量原礦漿流量（liàng），由 PLC 計算出（chū）入浮幹煤泥量和藥劑的瞬時添加量，用（yòng）變頻式計量泵完成浮選藥劑的（de）添加。通過上（shàng）位機還可以打印小時（shí）、班、天及月的運行數（shù）據，更加有利於生（shēng）產管（guǎn）理及技術分析，藥劑自動原理如（rú）圖 2 所示（shì），k1、k2、k3 是計算（suàn）修正參數。以 PID 算法為核心，通過優化控製程序計（jì）算出藥劑給定量，在捕收劑和起泡劑管道上分別安裝藥劑測量裝置，用於檢測藥劑（jì）的添加量。當藥劑測量值小（xiǎo）於藥劑給定量時，PID 輸出增大，反之（zhī）則減小。加（jiā）藥泵變頻器控（kòng）製原理如圖（tú） 3 所示。

2. 2 改變藥強控製浮選精煤灰分
在控製係統中，通過對入浮礦漿的流量、濃度檢測（cè），計算（suàn）出（chū）入浮的煤（méi）泥量，根據人工設定的藥劑加入量/噸煤（méi）泥，計算出起泡劑（jì）和捕收劑的加入量，然後通過在線乳化，分別送到礦漿（jiāng）預處（chù）理器和浮選機各室。調節藥強旋鈕（niǔ）可以改變噸煤耗油量，這樣（yàng）選煤廠可根據客戶要求（qiú），方便生產出不同（tóng）灰分等（děng）級（jí）的浮選精煤產品。
2. 3 乳化器構成及操作
射（shè）流泵可產生一（yī）定壓力，通過文李氏管將藥劑吸（xī）入，並和水形成乳化（huà）液。
電氣操作箱通過對電機頻率的調整可（kě）使射流泵（bèng）改變供水壓力，即達到調整乳化效果（guǒ）。操作箱（xiāng）上有啟動、停止按鈕，可控製射流泵的運行，操作箱內部有一個電位器，可用來調節射流泵電機的轉速，即調節（jiē）射流泵產（chǎn）生的水壓力，可通過乳化器上的壓力表觀（guān）察，一（yī）般壓力調節到 0. 25 ～ 0. 4 MPa 之間即可，在變頻器的（de）小顯（xiǎn）示屏上可查看運（yùn）轉速（sù）度，電機電（diàn）流等參數。
在乳化裝置（zhì）的進水管處應安裝有閥門，工作（zuò）前將該進水閥們打開，然（rán）後開啟操作箱的啟動按鈕，注意觀察供水壓力，通常（cháng）在 0. 25 ～ 0. 5 MPa 範圍（wéi）內調整 (注意觀察乳化效果) 調整射流泵壓力。該裝置（zhì）停止時，按操作（zuò）箱（xiāng）上的停止按鈕，關閉進水閥門。
係統的控製櫃、操作台和現場儀表在布線時，要（yào）信號線與動力線（xiàn）嚴格分開，無法分開的地方控製線（xiàn）要求穿管，以防動力電源幹擾控製信號。

2. 4 參數設定操作
係統（tǒng）具有電腦（nǎo）操作和控製櫃手動操作，而電腦操（cāo）作又有手動和自動兩種方（fāng）式（shì），在自動狀態（tài）下有測（cè）量參（cān）數（shù）的實際（jì）值和人工給定值得選擇。手動運行是通過拖動鼠標條改（gǎi）變藥劑量的添加。選擇自動時係統是根據流量、濃度（dù）、起泡劑設定、捕收劑設定，自動確定藥劑的加入量，此時手動拖動鼠標條是（shì）沒用的。藥劑比是由捕收劑除起泡劑運算所得，在自動運（yùn）行時，需**調（diào）整起泡劑設（shè）定和捕收劑設定。
3 結語
以呂家坨選煤廠應用前後的對比，在正確使用的情況下，除穩定產品煤質量、縮小精煤（méi）灰分區間（jiān）外，回收 率 可 提 高 1 ～ 1. 5 個 百 分 點，以 選 煤 廠(3. 0 Mt /a) 年處理60 萬 t 浮選煤泥計算，可多產出商品煤 0. 6 ～0. 9 萬 t ，按噸（dūn）精煤中煤差價 500 元計算，可增加收入（rù）300 ～450 萬元 ; 另外還（hái）使浮選藥（yào）劑的消耗下降了 10 ～15 個百分點，節省藥（yào）劑 180 ～ 270萬元。浮（fú）選自動加藥（yào）及乳化控製係統實（shí）現了浮選生產過程中參數的精確實時檢（jiǎn）測、內部數據浮點（diǎn）運算及（jí）精準的藥劑加入量自動控製，實時（shí）在線的藥劑乳化及加入，降低（dī）浮選藥劑消耗（hào）、穩定了浮選精（jīng）煤灰分、提高（gāo）了浮選精煤產率、減輕（qīng）了工人勞動強度。該係統通過多種網絡接口可實現與全廠自動化係統的數據共享，下一步可結合浮選精煤灰分和尾礦灰分的測量，采用大數據處理技術構建浮選灰分智能控製閉（bì）環，實現浮選精煤灰分的在線測控，對提（tí）高選煤廠的運行質量和經濟效（xiào）益（yì）有較大的意義。

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