1 設(shè)計(jì)背景

         浮選藥劑用量的準(zhǔn)確與否是關(guān)系到浮選系統(tǒng)產(chǎn)品灰分及回收率的一項(xiàng)重要因素。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)選煤廠(chǎng)在浮選藥劑投加方面仍然由崗位人員靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)操作。

 

         近年來(lái)，一些選煤廠(chǎng)開(kāi)始探索浮選自動(dòng)加藥控制，以期達(dá)到根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量的目的。淮南礦業(yè)集團(tuán)選煤分公司汲取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在新莊孜、潘一選煤廠(chǎng)進(jìn)行了浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的研發(fā)，取得了較好效果。

 

2 浮選工藝系統(tǒng)存在的問(wèn)題

         浮選作為重介系統(tǒng)后續(xù)工藝，是煤泥水處理工藝的重要環(huán)節(jié)，在整個(gè)生產(chǎn)工藝中擔(dān)負(fù)著重要的角色。新莊孜、潘一選煤廠(chǎng)的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)基本一致，進(jìn)入浮選機(jī)的物料由兩臺(tái)給料泵給入浮選機(jī)的礦漿準(zhǔn)備器，起泡劑和捕收劑通過(guò)加藥管路加入混合漏斗，煤泥水與藥劑在礦漿準(zhǔn)備器內(nèi)充分混合，然后自流入浮選機(jī)中。

 

         眾所周知，影響浮選機(jī)分選效果的因素主要有兩點(diǎn): 一是進(jìn)入浮選機(jī)內(nèi)的物料濃度需維持在合理范圍; 二是藥劑的用量需與進(jìn)入浮選機(jī)的干煤泥量相匹配。由上述兩廠(chǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成可知，在浮選操作及質(zhì)量控制方面存在以下問(wèn)題。

         (1)起泡劑、捕收劑從儲(chǔ)料箱自流至管路再通過(guò)普通球閥添加，調(diào)量時(shí)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度。這種添加方式無(wú)法得知添加藥劑的具體數(shù)量，只憑崗位司機(jī)目測(cè)判斷; 其次調(diào)節(jié)過(guò)程比較麻煩，生產(chǎn)數(shù)據(jù)波動(dòng)頻繁時(shí)，調(diào)節(jié)頻率增加，因此人工添加很難保證產(chǎn)品質(zhì)量。

 

         (2)手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量浮選機(jī)的入料濃度，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)控，容易造成浮選精煤回收率低。入浮濃度對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)的影響較大，需保證其維持在一定范圍。原系統(tǒng)中對(duì)這一重要指標(biāo)并無(wú)監(jiān)測(cè)，仍采用人工觀(guān)測(cè)判斷方式，準(zhǔn)確性低。

 

         (3)手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)法測(cè)量進(jìn)入浮選機(jī)的實(shí)時(shí)干煤泥量。在以往的浮選系統(tǒng)中，對(duì)物料的流量并無(wú)監(jiān)測(cè)，濃度也是由崗位司機(jī)間隔性的手動(dòng)檢測(cè)，根本無(wú)從得知實(shí)時(shí)的干煤泥量。這就給生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量的控制帶來(lái)了很大難度，人工添加藥劑往往 “寧多勿少”，容易造成浮選藥劑的浪費(fèi)。

 

3 浮選工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及加自動(dòng)藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3. 1 設(shè)計(jì)原理

         通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，計(jì)算入浮濃度和流量，再統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)手動(dòng)操作添加的起泡劑和捕收劑總量，找出基本對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。完善工藝過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有儲(chǔ)漿桶液位、入浮流量、入浮濃度、稀釋水流量等。監(jiān)測(cè)浮選的實(shí)時(shí)入浮干煤泥量，通過(guò)給定關(guān)系公式，算出藥劑添加量，由精密藥劑泵進(jìn)行添加。

 

3. 2 重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

         由公式 G(干煤泥質(zhì)量)= L(煤泥水流量)×N(煤泥水濃度)可知，要得到進(jìn)入浮選機(jī)內(nèi)的干煤泥質(zhì)量就必須測(cè)量出管路中煤泥水的流量及濃度。

 

         在各臺(tái)浮選機(jī)入料管安裝電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)具有測(cè)量精度高、安裝方便、可輸出 4～20 mA電流信號(hào)等諸多優(yōu)點(diǎn)。其次，在煤泥水的總管段安裝一臺(tái)放射線(xiàn)濃度計(jì)，用于測(cè)量物料的實(shí)時(shí)濃度。

 

3. 3 PLC 可編程控制器的選擇及算法確定

         本系統(tǒng)選用施耐德公司 M340 系列 PLC。在浮選車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)配置 1 臺(tái) PLC 控制柜，控制柜具有觸摸式人機(jī)界面，可供電氣工程師現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及崗位司機(jī)操作，能現(xiàn)場(chǎng)顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)及歷史曲線(xiàn)。PLC 讀取電磁流量計(jì)、濃度計(jì)實(shí)時(shí)電流信號(hào)，通過(guò)公式 Q(起泡劑用量)= K 1 ×G(干煤泥量)、B(捕收劑用量)= K 2 ×G(干煤泥量)(K 1 、K 2 取決于工藝需求，后期使用中可根據(jù)偏差進(jìn)行修正)來(lái)確定起泡劑及捕收劑的實(shí)時(shí)用量。CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序計(jì)算出藥劑用量后，輸出至電磁隔膜計(jì)量泵執(zhí)行。

 

3. 4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

         由以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析得知，單臺(tái)浮選機(jī)的最大藥劑消耗量維持在 70 L/h 以下，從而可以確定出計(jì)量泵的工作流量范圍。根據(jù)計(jì)量泵流量小，但要求控制精度高的特點(diǎn)，本案選用了電磁式隔膜計(jì)量泵。該種型號(hào)的泵具有體積小、安裝方便、控制精度高、隔膜損耗低等優(yōu)點(diǎn)，還可接受 4～20 mA 電流信號(hào)調(diào)控，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。

 

3. 5 浮選工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)配置

         新莊孜選煤廠(chǎng)、潘一選煤廠(chǎng)的浮選工藝參數(shù)自控系統(tǒng)配置如圖 1、圖 2 所示。新莊孜選煤廠(chǎng)在煤泥水總管路上安裝 1 臺(tái)濃度計(jì)，在每臺(tái)浮選機(jī)的入料分管路上各安裝 1 臺(tái)電磁流量計(jì)，每臺(tái)浮選機(jī)安裝 1 臺(tái)起泡劑泵、1 臺(tái)捕收劑泵。在循環(huán)水總管路安裝 1 臺(tái)電磁流量計(jì)。4 臺(tái)浮選機(jī)由同一臺(tái) PLC 站點(diǎn)控制。潘一選煤廠(chǎng)共 5 臺(tái)浮選機(jī)，除補(bǔ)水方式不同外，其余配置均與新莊孜選煤廠(chǎng)一致。該廠(chǎng)的補(bǔ)水方式為單臺(tái)分散補(bǔ)水，故在每臺(tái)浮選機(jī)的補(bǔ)水管路安裝 1 臺(tái)電磁流量計(jì)。

3. 6 軟件設(shè)計(jì)及人機(jī)界面

         自動(dòng)加藥程序流程如圖 3 所示。為更直觀(guān)地顯示自動(dòng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)的運(yùn)行情況、實(shí)時(shí)工藝參數(shù)，使崗位司機(jī)能方便地手動(dòng)、自動(dòng)切換控制方式，在 PLC 站點(diǎn)配置了一塊可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的觸摸操作屏幕。通過(guò)觸摸屏，可以顯示各臺(tái)浮選機(jī)的實(shí)時(shí)工藝參數(shù)，顯示每臺(tái)計(jì)量泵的實(shí)時(shí)流量。觸摸屏后臺(tái)程序還可以收集記錄生產(chǎn)數(shù)量歷史曲線(xiàn)，通過(guò)點(diǎn)擊日期時(shí)間框，可以調(diào)取任意一天生產(chǎn)情況和數(shù)據(jù)，方便生產(chǎn)技術(shù)人員調(diào)閱分析。

         實(shí)時(shí)趨勢(shì)界面可以實(shí)時(shí)提供藥劑添加量以及入浮干煤泥量的動(dòng)態(tài)信息。在實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖上用不同顏色的曲線(xiàn)代表不同的工藝參數(shù)。

 

         歷史趨勢(shì)主要的功能是記錄、顯示數(shù)據(jù)。在歷史趨勢(shì)上顯示的信息基本包含了浮選生產(chǎn)的關(guān)鍵性參數(shù)，同時(shí)將這些參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)保存在觸摸屏的第二驅(qū)動(dòng)器中，可將其從觸摸屏讀取到計(jì)算機(jī)中，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。在歷史趨勢(shì)界面上通過(guò)點(diǎn)擊左上方的日期時(shí)間框，可以方便地調(diào)取任意一天的生產(chǎn)情況和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

 

3. 7 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

         采用傳感器、PLC、計(jì)量泵構(gòu)成的浮選工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及加自動(dòng)藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了浮選藥劑自動(dòng)動(dòng)態(tài)添加。這套系統(tǒng)與原依賴(lài)人工調(diào)節(jié)的方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

         (1)自動(dòng)化程度高，釋放崗位勞動(dòng)力。該套系統(tǒng)的起泡劑、捕收劑添加完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)功能，不再依賴(lài)崗位司機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)，降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

         (2)藥劑添加實(shí)現(xiàn)定量控制，精度高，易于控制浮選產(chǎn)品質(zhì)量，提升浮選精煤產(chǎn)率。根據(jù)生產(chǎn)情況由程序計(jì)算得出藥劑需用量，再通過(guò)計(jì)量泵定量添加。通過(guò)程序自動(dòng)跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)控藥劑用量，從而保證浮選產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，有效減少精煤的流失，提升產(chǎn)率。

         (3)系統(tǒng)響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)速度快。本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)和調(diào)控，干煤泥量發(fā)生變化時(shí)程序會(huì)對(duì)藥劑的用量實(shí)時(shí)調(diào)整，完全實(shí)現(xiàn)藥劑用量大小隨生產(chǎn)工藝參數(shù)波動(dòng)而增減。其調(diào)控的反應(yīng)時(shí)間控制在 10 s 以?xún)?nèi)，大大優(yōu)于人工調(diào)控的反應(yīng)時(shí)間，保證了浮選產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

         (4)精確計(jì)算，節(jié)約藥劑用量。藥劑添加量的大小不再依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)主觀(guān)判斷，杜絕了藥劑用量的浪費(fèi)。

 

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4. 1 藥劑用量

         目前 2 個(gè)選煤廠(chǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥裝置運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。從試生產(chǎn)中藥劑消耗量來(lái)看(見(jiàn)表 1)，預(yù)計(jì)全年藥劑使用量可縮減為該系統(tǒng)投運(yùn)前的 50%，2 個(gè)選煤廠(chǎng)每年可以節(jié)約藥劑費(fèi) 212. 57 萬(wàn)元。

4. 2 浮選精煤產(chǎn)率

         浮選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，為浮選機(jī)創(chuàng)造了穩(wěn)定良好的分選環(huán)境，有利于浮選精煤的回收。同時(shí)消除了人工加藥存在的不確定、調(diào)控不及時(shí)等諸多不利因素。從生產(chǎn)試運(yùn)行中的數(shù)據(jù)來(lái)看，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，新莊孜選煤廠(chǎng)和潘一選煤廠(chǎng)浮選精煤回收率均得到了 1%以上的提升。按此進(jìn)行推算，2 個(gè)選煤廠(chǎng)每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益增收 522. 45 萬(wàn)元。

 

         由表 2 可知，浮選系統(tǒng)精煤產(chǎn)率的提升，給企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)收益。2 個(gè)選煤廠(chǎng)每年精煤增產(chǎn)近萬(wàn)噸，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益 522. 45 萬(wàn)元。

5 后期展望

         自動(dòng)化研發(fā)建設(shè)為生產(chǎn)技術(shù)管理人員提供了良好的生產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。相比靠經(jīng)驗(yàn)判斷的工作方式，技術(shù)人員在生產(chǎn)分析方面掌握了多方數(shù)據(jù)資源，可以總結(jié)歷史數(shù)據(jù)、分析不同煤質(zhì)情況下浮選工藝參數(shù)的變化，有利于掌握煤泥變化動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)煤質(zhì)變化。目前本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)浮選工藝參數(shù)中的入浮濃度、煤泥水流量、藥劑添加量，未能對(duì)精礦灰分、尾礦灰分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如將這兩項(xiàng)重要工藝參數(shù)采集并進(jìn)行控制，浮選自動(dòng)化系統(tǒng)將更加精確、更加智能。

 

6 結(jié) 語(yǔ)

         新莊孜、潘一選煤廠(chǎng)浮選工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)加藥系統(tǒng)研發(fā)的成功應(yīng)用，給企業(yè)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。系統(tǒng)的投入使用，提高了對(duì)浮選產(chǎn)品質(zhì)量的控制，有利于技術(shù)人員及時(shí)掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料，有利于工藝環(huán)節(jié)的分析與研究，提高了選煤自動(dòng)化水平。