浮選自動加藥系統在黃陵一號煤礦選煤廠的應用

緱新學

(陜西陜煤黃陵礦業集團有限責任公司 一號煤礦選煤廠，陜西 延安 727307)

陜西陜煤黃陵礦業集團有限責任公司一號煤礦選煤廠(以下簡稱“黃陵一號煤礦選煤廠”)是一座設計能力為6.00 Mt/a的礦井型選煤廠，主選工藝為無壓三產品重介質旋流器分選、TBS干擾床分選機分選、浮選的聯合工藝。該選煤廠浮選系統現有6臺XJM-16(4室)型浮選機，分為3套系統，每套系統包括2臺浮選機和1臺礦漿預處理器，共有27個加藥點。在浮選生產過程中，浮選藥劑通過廠房4層的藥劑箱自流至浮選生產現場，崗位工通過對27個加藥點的閥門調節來控制加藥量，每班的藥劑消耗量通過藥劑桶上的玻璃刻度表來計量和統計。

由于采用人工加藥方式，入料濃度、礦漿流量等因素難以掌控，實際操作的滯后性較大，導致浮選精煤產率低，灰分不穩定，藥劑浪費嚴重；通過玻璃刻度表計量藥劑消耗量，存在計量不準確的問題，造成統計數據誤差較大。此外，浮選作業環節共有27個加藥點，在加藥時崗位工需爬上礦漿準備器，所需人員較多，勞動強度大，且存在安全隱患。為了克服人工加藥存在的弊端，陜西陜煤黃陵礦業有限公司洗選研究所與天地科技股份有限公司唐山分公司合作，設計了浮選自動加藥系統，目前該系統已投入使用，且運行效果良好。

1 浮選自動加藥系統

1.1 系統結構

針對黃陵一號煤礦選煤廠的實際情況，在不影響原加藥系統正常運行的前提下，新增一套自動加藥系統。該系統主要包括六部分，分別為PLC、變頻器、觸摸屏、計量泵、旋渦泵、電磁閥(圖1)。結合系統設計要求和目的，在浮選機平臺下方安裝新增的藥劑桶和變頻泵，鋪設管道并將其引至每個加藥點，在每個加藥點安裝電磁閥，用于調節、控制藥劑添加量。在浮選現場安裝PLC控制柜，通過觸摸屏對其進行控制。該系統共配置有6臺計量泵、3臺旋渦泵、24個電磁閥，每組浮選機配置3臺泵和4個電磁閥，分別是起泡劑計量泵、捕收劑計量泵、清水泵；電磁閥分別用于控制礦漿準備器和浮選機2室、3室的藥劑添加，另外1個電磁閥用于控制清水管路中清水的添加。

圖1 浮選自動加藥系統結構圖

1.2 測控原理

在浮選藥劑添加過程中，藥劑添加量主要由入浮煤泥量對應的干煤泥量決定，而干煤泥量可通過濃度計測量信號與流量計測量信號運算得到。在干煤泥量發生變化時，藥劑添加量隨之發生變化，從而實現動態跟蹤的目的[1]。

該系統是一個隨動系統，即藥劑添加量由干煤泥量和噸煤油耗等參數決定，在濃度不變的前提下，礦漿流量增大，加藥量增加；但如果干煤泥量不變，只是礦漿濃度增大或減少，根據小浮選試驗結果(礦漿濃度在100 g/L以下時)，加藥量存在減少的趨勢[2]。由此來看，如果僅僅跟蹤干煤泥量，則會導致藥劑添加量不準確。由于直接浮選的入浮礦漿濃度不穩定，且不能及時調節與控制，為此引入(A-Bρ)函數，以實現藥劑添加量既跟蹤干煤泥量，又跟蹤礦漿濃度[3]。浮選藥劑添加量計算式為：

G=gK(A-Bρ)，

(1)

式中：G為藥劑添加量，kg/t；ρ為礦漿濃度，g/L；K為油耗，kg/t；A、B分別為加藥量隨濃度變化系數。

通過式(1)計算出藥劑添加量給定值，PID對給定值和測量值進行運算。如果測量值大于給定值，則PID輸出出現負偏差；經PID重新運算后輸出信號減少，藥劑添加量減小，直到實際加藥量趨近或等于給定值，此時偏差消失，PID輸出穩定。如果測量值小于給定值，則PID輸入出現正偏差；經PID重新運算后輸出信號增大，藥劑添加量增大，直到實際加藥量趨近或等于給定加藥量，此時偏差消失，PID輸出穩定[4]。

1.3 控制特點

浮選自動加藥系統是針對以機械攪拌式浮選機為核心設備的浮選系統設計的，其集指標測量、信號采集、屏幕顯示、調節控制功能于一體，能夠實現浮選藥劑添加量的精確控制[5]。該系統在改善選煤的技術經濟指標，減少藥劑消耗量，降低勞動強度方面有著顯著作用，具體特點為：

(1)能夠及時檢測入料濃度、礦漿流量等指標，并自動調節、控制藥劑添加量和藥劑比例，從而避免藥劑浪費。

(2)與原人工加藥方式相比，所需崗位工人數更少，配備1人即可滿足生產要求，且工人勞動強度降低。

(3)可以根據實際生產需要自動或手動調節加藥強度和藥劑(捕收劑與起泡劑)比例，并可以根據浮選生產需要設定各加藥點的加藥比例，以適應不同煤泥煤質的要求，對于提高浮選精煤產率和保證其灰分穩定、合格有著重要作用。

(4)系統的操作界面設計人性化，參數調整直觀、方便，觸控屏清晰耐用，能夠經受長時間的現場運行考驗。

2 應用效果

在選煤廠和設計、施工單位的共同努力下，經過調試和整改，浮選自動加藥系統運行基本正常。在該系統投入運行后，實現了浮選藥劑的自動添加與控制，系統能夠及時增加用藥量或減少用藥量，避免了精煤損失或藥劑浪費。自動加藥系統運行前后浮選系統各指標統計結果見表1。

表1 浮選系統各指標統計結果

由表1可知：

(1)在該系統投用運行后，浮選崗位工由2名專職減為1名兼職系統巡視，在降低工人勞動強度的同時實現了減員增效。

(2)該系統投用運行前，浮選精煤灰分較高，在6%～11%之間波動，且不易控制；自其投入應用至今，浮選精煤灰分穩定，一直能夠控制在8%～9%之間。

(3)在項目實施前，每班消耗的捕收劑在3.20～3.50 m3之間，起泡劑在0.80～1.00 m3之間；之后每班消耗的捕收劑在3.00 m3左右，起泡劑在0.70 m3左右。

(4)使用該系統前，每班回收的浮選精煤數量約為600 t；之后每班可多回收浮選精煤約200 t，使總精煤產率提高約2個百分點。

按每位工人的工資6萬元/a計算，每年節省人工成本12萬元；按每年洗選精煤1.00 Mt計算，大概需要生產160個班，捕收劑的價格為6 800元/m3，起泡劑的價格為6 200元/m3，則每年節省的藥劑成本為31.68萬元；按原煤入選量1.67 Mt/a計算，則精煤產量增加3.34萬t/a，精煤價格為475元/t，煤泥價格為50元/t，則每年的銷售利潤增加1 419.5萬元。綜上所述，自浮選自動加藥系統運行后，每年可增收1 463.18萬元，經濟效益顯著。

3 結語

傳統的人工加藥方式存在不可避免的弊端，調節具有滯后性，現場控制精度低，工人勞動強度大，導致浮選精煤數質量均較低，藥劑浪費嚴重，且部分場所存在安全隱患。與人工加藥相比，浮選自動加藥系統具有很大的先進性，黃陵一號煤礦選煤廠的生產實踐表明，該系統的應用，不但可以提高浮選精煤數質量，避免藥劑浪費，而且能夠降低工人勞動強度，實現減員增效。浮選自動加藥系統對于提高浮選系統的自動化程度有著重要作用，且能為企業創造可觀的經濟效益。

[1] 任景龍.范各莊礦業分公司選煤廠浮選工藝參數自動測控系統改造[J].選煤技術，2011(2)：56-58.

[2] 李巋然，趙永剛，王曉坤，等.浮選自動加藥控制系統在回坡底選煤廠的應用[J].選煤技術，2012(3)：70-72.

[3] 王曉坤，左 泉，張衛軍.浮選加藥操作自動控制系統在大屯選煤廠的應用[J].選煤技術，2013(4)：71-72.

[4] 楊建新，吳 琳.變頻器在電力鍋爐中的應用[J].科技風，2011(11)：126-127.

[5] 李 璐，董志勇，王然風.選煤廠浮選自動加藥專家系統的設計與實現[J].煤炭工程，2013,45(11):16-18.