浮選自動加藥控制系統在常村煤礦選煤廠的應用

馬 超，王文賓，高 鵬

(1.潞安集團 常村煤礦選煤廠，山西 長治046000；2.天地(唐山)礦業科技有限公司，河北 唐山063012;3.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山063012)

在我國，入選煤泥量一般占到原煤入選量的20%左右，而浮選作為分選<0.5 mm粒級煤的有效方法，對精煤產率和選煤廠的經濟效益都有著重要的影響[1]。煤泥浮選是依據煤和矸石表面潤濕性的差異進行的，其實質是疏水的煤粒粘附在氣泡上，親水的矸石顆粒滯留在煤漿中，從而實現彼此分離[2]。捕收劑主要是用來提高煤粒表面的疏水性，從而提高煤粒吸附氣泡的能力；起泡劑主要用來穩定氣泡，增加氣泡抗變形和破裂的能力。浮選技術研究要綜合考慮多種因素的交互作用，創造最佳的浮選條件，以實現最佳的分選效果[3]。影響浮選工藝效果的主要因素有煤泥的性質、浮選設備的工作性能、操作制度(藥劑制度和給料制度)、浮選工藝流程等[4]。

常村煤礦選煤廠是隸屬于常村煤礦的礦井型選煤廠，設計能力為6.0 Mt/a(其中重介系統為3.0 Mt/a，跳汰系統為3.0 Mt/a)，煤泥浮選采用機械攪拌式浮選機。改造前，浮選藥劑通過廠房藥劑箱自流至浮選設備，通過調節各加藥點的閥門來控制加藥量，藥劑消耗量通過藥劑箱上的玻璃管刻度表來計量，浮選系統存在入料濃度、礦漿流量難以實時掌控、浮選調節滯后性大、浮選精煤產率低、灰分不穩定、藥劑計量不準確、浮選崗位工勞動強度大，并存在安全隱患等問題。

為穩定產品質量、節省藥劑、提高浮精產率，藥劑添加量應當與入浮礦漿濃度相匹配[5]。浮選自動加藥系統投入使用，不但解決了改造前系統存在的問題，還使得浮選系統相關指標信息得以數據化，操作人員能方便的獲得系統的各個指標，使得浮選系統控制更加精確高效。

1 系統組成

浮選自動加藥系統主要由藥劑儲備系統、藥劑定量輸送系統、藥劑乳化輸送系統、藥劑定點定量添加系統、礦漿流量和濃度檢測系統等組成，系統的結構框圖如圖1所示。

圖1 浮選自動加藥系統結構框圖

藥劑儲備系統主要由捕收劑藥劑罐、起泡劑藥劑罐和藥劑輸送管路組成，藥劑罐的液位采用磁翻板液位計檢測，采用濾網進行藥劑雜質過濾，藥劑罐設置排污孔。

定量添加系統主要由計量泵、背壓閥、逆止閥、脈沖阻尼器、Y型過濾器、抗震壓力表和管路組成，完成藥劑的過濾、定量添加和輸送、管路穩壓逆止和管路壓力顯示。

乳化輸送系統主要由射流泵、射流器等組成，完成捕收劑和起泡劑的乳化。乳化作用可增大單位體積藥劑的表面積，而藥劑的比表面積越大，表明油滴的粒度越小，藥劑在礦漿中分散得越充分，和礦物接觸的機會就增大，浮選效果也就越好。[6]

藥劑定點定量添加系統主要由分布于浮選機各室和礦漿預處理器的電磁閥及其控制系統組成，完成各室藥劑的定點、定量添加。自動加藥控制系統主要由西門子PLC、ABB變頻器、MCGS觸摸屏、控制柜等組成，其中ABB變頻器用來定量控制計量泵，西門子PLC完成整套系統的信號采集和控制輸入輸出，MCGS觸摸屏同西門子PLC通過PPI通訊，并可設置操作、顯示、記錄畫面。系統結構框圖如圖2所示。

2 控制原理

浮選藥劑添加量主要是由浮選系統入浮干煤泥量決定，干煤泥量由濃度計測量信號與流量計測量信號計算得到，藥劑添加量隨入浮干煤泥量的變化而變化[7]。

圖2 控制系統原理框圖

在濃度不變的條件下，入料流量增加，加藥量相應增加[8]。如果干煤泥量不變，只是濃度的增加或減少，按小浮沉試驗(濃度在120 g/L以下時)，加藥量應隨著濃度的增加呈減少的趨勢。因此如果藥劑添加量只隨干煤泥量變化，將會造成藥劑添加量的不精確，引入(A-Bq)函數即可解決這個問題，做到藥劑添加量既跟蹤入浮干煤泥量變化，又隨入浮濃度變化。藥劑添加量公式為：

Iq=(A-B·q)·Gm，

式中：Iq為瞬時藥劑添加量，kg/h；Gm為入料中干煤泥量,kg/h；Gm=qQ；q為入料濃度，g/L；Q為入浮礦漿流量，m3/h；A、B為無量綱加藥強度系數，可通過小浮選試驗確定，并在生產調試中進一步修正。

通過以上公式計算得到藥劑添加量給定值，給定值和測量值經PID運算，如果測量加藥量大于給定值，PID輸出出現負偏差，經PID運算輸出信號減少，減小加藥量，直到實際藥量等于給定加藥量，偏差消失，PID輸出保持穩定；如果測量加藥量小于給定值，PID輸入出現正偏差，經PID運算輸出信號增加，增大加藥量，直到實際加藥量等于給定加藥量，偏差消失，PID輸出保持穩定。

3 主要功能

3.1 工藝參數在線檢測、記錄、分析

在浮選入料管路安裝流量計、濃度計及循環水調節閥門，實時檢測入料流量、濃度，控制循環水閥門開度調節入料濃度；采用變頻器控制藥劑添加計量泵，實現藥劑量的定量添加；采用磁翻板液位計對藥劑桶液位進行采集，實時檢測藥劑桶液位數據。由控制系統計算出入浮干煤泥量、藥劑累積量，同時形成月、日、時數據報表。

3.2 藥劑自動添加

將浮選系統的外部影響因素(包括入浮礦漿的濃度、流量、煤質信息、藥劑性質)全部進行信息實時采集，形成控制系統的多元輸入信號，根據各影響因素的重要性等級進行權重的分配，系統根據計算結果做出判斷并調節計量泵給藥頻率，控制藥劑的添加，達到準確控制藥劑添加量、準確配置藥劑比例，實現藥劑效用最大化。浮選自動加藥系統控制框圖如圖3所示、操作畫面如圖4所示。

圖3 浮選自動加藥系統控制原理圖

圖4 浮選自動加藥系統操作界面

3.3 藥劑乳化系統

浮選藥劑多為油性藥劑，難溶于水且不易分散，常規方案為藥劑由廠房藥劑箱自流至浮選生產現場，此種方案不能使藥劑均勻的分散在煤泥水中，造成粒度細小而數量巨大的煤泥與數量較少而粒徑較大的藥劑液滴相互碰撞，兩者接觸的機會少，使得選煤過程中藥劑用量增大，造成藥劑的極大浪費[9]。

常村煤礦選煤廠乳化系統采用射流乳化技術，以射流泵、射流器、噴頭等部件組成，通過射流泵入料，在吸氣室形成負壓，將藥劑吸入，在喉管位置混合后通過擴散管散流出去，使得藥劑被充分分割，形成極小的液滴，具有同煤泥顆粒更大的接觸面積，充分發揮藥劑的效用，從而達到節省藥劑的目的[10]。射流器結構如圖5所示。

4 應用效果

系統投入運行兩個月以來，浮選精煤產率提高2個百分點，產品質量合格率為100%，增加浮選精煤產量420 t。精煤按960元/ t計算，增加產值40.32萬元；單臺XJM-S28(4室)型機械攪拌式浮選機，按每月入浮干煤泥量2.5萬t計算，噸煤藥耗為1.2 kg, 降低藥劑消耗10個百分點，節省浮選藥劑6 t；實現了選煤廠節能降耗與經濟效益的最大化。

1—噴嘴;2—吸氣室;3—喉管;4—擴散管

浮選自動加藥系統在常村煤礦選煤廠投入使用后設備運行平穩、可靠，產品各項指標均達到設計要求，浮選系統數據實時記錄，系統各個關鍵參數都有了對應的數據支持，同時，系統操作靈活方便，簡單易學，系統運行狀態清晰，實現了浮選系統的數據直觀化，產品可控化。