選煤廠壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐

巴春星，張 濤，沈 亮

(1.淮南礦業(yè)集團(tuán)選煤分公司 顧橋選煤廠，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，采煤機(jī)械化水平越來(lái)越高，原煤開(kāi)采量不斷攀升，隨之而來(lái)的突出問(wèn)題是矸石含量不斷增加，原煤煤質(zhì)逐漸變差。在這種情況下，生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的煤泥含量增加，煤泥水質(zhì)量下降，尾煤處理難度增加。按照現(xiàn)代化選煤廠的建設(shè)要求，選煤生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)，但其中的尾煤處理直接影響洗水平衡和洗水閉路循環(huán)[1-3]。

據(jù)調(diào)研，淮南礦區(qū)選煤廠的煤泥水處理流程大致相同，包括一段濃縮流程和二段濃縮流程。一段濃縮機(jī)底流采用沉降離心脫水機(jī)處理，一段濃縮機(jī)溢流和沉降離心脫水機(jī)的離心液直接進(jìn)入二段濃縮機(jī)。二段濃縮機(jī)入料一般含有矸石磁選尾礦和壓濾機(jī)濾液[4-6]，這些物料粒度均<0.5 mm，且極細(xì)顆粒含量較高，物料脫水難度較大。目前，大多數(shù)選煤廠采用向攪拌桶內(nèi)添加聚合氯化鋁的方式來(lái)提高物料脫水效果。傳統(tǒng)做法是向攪拌桶內(nèi)注料時(shí)加入聚合氯化鋁干粉，聚合氯化鋁用量通常由崗位工人依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷。從實(shí)際使用效果來(lái)看，聚合氯化鋁干粉存在溶解速度慢、難以攪拌均勻、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題[7-8]。但聚合氯化鋁水劑不存在這些問(wèn)題，且藥劑用量少，生產(chǎn)成本低，使用效果好。目前，聚氯化鋁水劑已在淮南礦區(qū)大部分選煤廠得到使用，這為壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置的設(shè)計(jì)和使用提供了有利條件。

但聚氯化鋁水劑從加藥箱進(jìn)入攪拌桶時(shí)，其用量依靠崗位工人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，藥劑用量不足或過(guò)量的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，容易引發(fā)藥劑浪費(fèi)或煤泥壓濾效果不理想的問(wèn)題。此外，這種調(diào)節(jié)方式較為復(fù)雜，生產(chǎn)數(shù)據(jù)波動(dòng)頻繁時(shí)加藥量調(diào)節(jié)頻率增加，崗位工人手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)法滿足生產(chǎn)需要[9-10]。為此，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，設(shè)計(jì)出壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置。

1 壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置的設(shè)計(jì)

1.1 工作原理

壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置由“眼、腦、手”三大部分組成，實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人類的眼睛；核心是可編程控制器PLC，其配置是否得當(dāng)，決定著控制系統(tǒng)能否正常發(fā)揮功效；控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)充當(dāng)了雙手，其將前兩部分的采集、運(yùn)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成最終的控制成果。壓濾系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 壓濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的入料濃度和流量數(shù)據(jù)，結(jié)合手動(dòng)操作時(shí)聚氯化鋁水劑的用量，找出兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。完善工藝過(guò)程檢測(cè)手段，主要參考二段濃縮機(jī)底流的流量和濃度等數(shù)據(jù)，先計(jì)算出攪拌桶入料的實(shí)時(shí)干煤泥量，通過(guò)給定的關(guān)系式，確定經(jīng)驗(yàn)藥劑用量，再采用精密藥劑泵向生產(chǎn)系統(tǒng)添加相應(yīng)的藥劑。

1.2 硬件和軟件的選擇

由干煤泥質(zhì)量與煤泥水流量和濃度的關(guān)系可知：要知道壓濾機(jī)內(nèi)的干煤泥質(zhì)量，就必須知道管路內(nèi)煤泥水的流量和濃度。故設(shè)計(jì)自動(dòng)加藥裝置的第一步就是安裝二段濃縮機(jī)底流出料管流量計(jì)，此次選用電磁管道流量計(jì)，該流量計(jì)測(cè)量精度高，安裝方便，可輸出4～20 mA電流信號(hào)，能夠滿足自動(dòng)加藥裝置的要求。此外，在煤泥管路的總管段安裝一臺(tái)型號(hào)為Cs137的γ射線濃度計(jì)，用于測(cè)量物料的實(shí)時(shí)濃度。該濃度計(jì)通過(guò)測(cè)量接收端的射線量，計(jì)算出管路中的物料密度，在換算成濃度單位后通過(guò)二次儀表向外輸出4～20 mA電流信號(hào)。

在壓濾車間現(xiàn)場(chǎng)配置一臺(tái)PLC控制柜，其具有觸摸式人/機(jī)交互界面，可供電氣工程師現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；后期崗位司機(jī)也可使用，其具有顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)和歷史曲線的功能。PLC站點(diǎn)具有模擬量輸入/輸出模塊和數(shù)字量輸入/輸出模塊，輸入模塊用于讀取流量計(jì)、濃度計(jì)的實(shí)時(shí)電流信號(hào)，其經(jīng)數(shù)字濾波處理后轉(zhuǎn)換成具體數(shù)據(jù)；根據(jù)聚氯化鋁水劑用量與干煤泥質(zhì)量和系數(shù)的關(guān)系，可以確定聚氯化鋁水劑的實(shí)時(shí)用量，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序計(jì)算出藥劑用量后，通過(guò)模擬量輸出模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)，再輸出至計(jì)量泵。按照流量偏小，控制精度高的要求，計(jì)量泵選擇電磁式隔膜計(jì)量泵，其具有體積小、安裝方便、控制精度高、隔膜損耗低等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是可以直接接受4～20 mA電流信號(hào)的調(diào)控，能與PLC直接配合使用，有利于降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥流程如圖2所示。

圖2 壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥流程

為了更加直觀地顯示自動(dòng)加藥裝置運(yùn)行情況，方便崗位司機(jī)切換控制方式，在PLC站點(diǎn)配置人/機(jī)交互式觸摸操作屏。通過(guò)觸摸屏可以調(diào)取各臺(tái)壓濾機(jī)的運(yùn)行時(shí)間、班次加藥量，觸摸屏后臺(tái)程序還可收集記錄生產(chǎn)數(shù)量歷史曲線，方便生產(chǎn)技術(shù)人員調(diào)閱和分析。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

采用傳感器、PLC、計(jì)量泵構(gòu)成的壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)聚氯化鋁水劑的動(dòng)態(tài)添加，與手動(dòng)加藥方式相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)自動(dòng)化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。該自動(dòng)加藥裝置完全實(shí)現(xiàn)了聚合氯化鋁水劑自動(dòng)添加，使加藥不再依賴崗位工人手動(dòng)添加、調(diào)節(jié)，崗位工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

(2)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加藥，有助于節(jié)約聚氯化鋁。聚氯化鋁用量根據(jù)生產(chǎn)情況由程序計(jì)算得到，再通過(guò)計(jì)量泵定量添加，不再依賴工人經(jīng)驗(yàn)，而是以實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)。程序所用計(jì)算式是在歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建模得出的，具有很高的可靠性，藥劑浪費(fèi)得以杜絕。

(3)裝置響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)速度快。從監(jiān)測(cè)到調(diào)控都是不間斷的，當(dāng)干煤泥量發(fā)生變化時(shí)，程序立即對(duì)藥劑用量進(jìn)行調(diào)整，完全實(shí)現(xiàn)了藥劑用量跟蹤煤泥含量的實(shí)時(shí)調(diào)控。調(diào)控反應(yīng)時(shí)間在10 s以內(nèi)，能夠消除手動(dòng)加藥不及時(shí)、不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

2 應(yīng)用效果

壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置設(shè)計(jì)成功后，在淮南礦區(qū)選煤廠壓濾系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用。自動(dòng)加藥裝置使用前后濃縮機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1可知:在濃縮機(jī)入料濃度相同的情況下，使用自動(dòng)加藥裝置后藥劑用量為40 g/t，藥劑消耗下降50個(gè)百分點(diǎn)，濃縮機(jī)的濃縮效率提高約2.02個(gè)百分點(diǎn)，使用效果較為明顯。

表1 壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置使用前后濃縮機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

淮南礦區(qū)選煤廠生產(chǎn)實(shí)踐表明，壓濾系統(tǒng)自動(dòng)加藥裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。該裝置采用聚氯化鋁水劑代替干粉，能夠有效解決干粉溶解慢、攪拌不均勻、用量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，有助于降低材料成本，節(jié)約人力資源；最重要的是還能幫助技術(shù)人員及時(shí)掌握實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，有利于生產(chǎn)工藝優(yōu)化和效率改善。