煤泥水沉降檢測控制系統開發與應用

徐 芳

（山東博選礦物資源技術開發有限公司，山東 濟寧 272000）

亭南選煤廠為礦井型選煤廠，入洗亭南礦開采原煤。亭南選煤廠分選工藝為塊末煤重介質旋流器分選+粗煤泥重介質旋流器分選+煤泥壓濾回收。選煤廠仍采用人工配制的絮凝劑溶液，操作工根據經驗手動調節加藥量，不僅職工勞動強度大，而且加藥計量誤差大，造成對環境的負面影響。

1 研究背景

亭南煤礦選煤廠絮凝劑加藥裝置位于濃縮池東北側一樓，主要由螺旋給料機、鼓風機、絮凝劑藥劑攪拌桶、控制柜等組成，可進行就地啟動。其原有工作原理是由螺旋給料機給料，由鼓風機吹入絮凝劑，與混合器供水腔下法蘭開孔噴出的清水均勻混合一起注入攪拌桶，攪拌約1 h 后，制成一定濃度的凝聚劑溶液，然后再經水泵泵至儲備池，平均供兩個濃縮機使用。

該系統暫時為人工加藥，且不具備遠程集控、無人值守的功能。由于人工添加藥劑不能實現添加過程均勻穩定，造成藥劑污染和大量浪費，致使投入的藥劑不能充分發揮凝聚作用，班工人勞動強度加大。因此，濃縮機加藥系統急需進行升級改造。

2 技術原理

通過建立閉路控制的“智能化加藥系統”，實現濃縮機自動加藥系統采用前饋加反饋的控制，實現濃縮機加藥系統無人值守、智能加藥，實現藥劑過量加藥調節，為選煤廠及煤礦的數據化管理技術提供模塊化系統，為未來搭建智慧選煤廠奠基。

3 技術研究路線

3.1 創新點及技術關鍵

設計開發了煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀，優化了加藥過程控制程序，實現閉環無人控制。創新了機器學習應用到選煤工藝控制中，優化了機器學習的梯度下降法用于加藥量的計算，實現了特征函數的運用。

3.2 技術方案

自動加藥系統的前部控制器的控制原理是，憑以往絮凝化學添加劑的經驗值添加沉降實驗而建立數學模型，以煤泥水總流量與濁度作為前饋控制器的輸入信號，使用E-H 界面儀前饋控制，利用數學模型依據洗煤廠煤泥量計算出需要添加絮凝化學添加劑的用量，再進一步轉化為機器控制的電機轉速，通過控制電機轉速達到控制藥劑流量的目的，如圖1。整個環節以煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀的沉降實驗曲線為輸入信號，調控藥劑濃度，保證溢流水質達到循環標準。通過煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀，得出一組加藥量和濁度數據，繪制兩者的關系曲線，在曲線上通過梯度下降算法修正加藥系統的算法，實現找到最佳沉降效果對應的藥劑量。

圖1 自動加藥系統控制機理圖

3.3 技術原理

接入螺旋給料機變頻控制，鼓風機新增PLC 遠控，從而控制絮凝劑給入量，控制藥劑量，實現對藥劑濃度的可控調節，避免人工經驗的誤差。將原有的不能正常使用的手動閥和正常使用的手動閥更換為新的電磁閥，實現遠程就地控制，進行自動補水、加藥作業。

4 現場實施

根據PLC 系統控制要求實施現場改進優化，達到數據采集、過程自動化控制要求，以完成全自動化控制為改造目標。

（1）螺旋給料機給料漏斗進行擴容改造。現有鼓風給料機干粉藥劑箱尺寸為590 mm×540 mm，無法滿足一個班組值守200 kg 藥劑量的需求，擴容至原有四倍容量。鼓風給料機藥劑箱擴容增高后，一個班組內不需要人工進行添加干粉藥劑的工作。

（2）接入螺旋給料機變頻控制，鼓風機新增PLC 遠控，從而控制絮凝劑給入量，控制藥劑量，實現對藥劑濃度的可控調節，避免人工經驗的誤差。

（3）現場閥門大多為手動閥，需要添加電磁閥。將原有的不能正常使用的手動閥和正常使用的手動閥更換為新的電磁閥，實現遠程就地控制，進行自動補水、加藥作業。

（4）新增液位計，在儲備池及藥劑攪拌裝置新增液位計，監測藥劑液位。

（5）新增絮凝劑濃度計，在絮凝劑出藥管道新增絮凝劑濃度計，實時監控藥劑濃度。

（6）新增濃縮機煤泥水濁度監測裝置（濁度儀）。在濃縮機（3 臺）位置增加3 臺E+H 界面儀、3 臺濁度儀，以其濁度值的高低對煤泥水的加藥量進行二次修訂，根據其指標反饋，設定加藥量。

（7）搭建遠程控制界面，新增獨立的自動加藥機PLC 系統，新增傳感器指令模塊，實現一鍵啟動、遠程停送藥、超限（故障）報警、自動調整加藥參數等功能。

（8）對現有煤泥水性質進行沉降試驗，統計出多個適應各種煤泥水性質的控制方案，以供加藥系統智能控制濃縮池藥劑濃度，確保加藥更及時、準確。

5 煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀

（1）設備內容。煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀模擬人工試驗的方法，實現自動精確采取煤泥水樣檢測的全過程，最終輸出 4～20 mA 信號，集控中心顯示絮凝劑加藥量和清水層濁度之間的關系曲線，并能輸出開關量，以便聯動聲光報警和執行機構。該試驗儀能夠量化清水層的質量指標，提供關系曲線，為合理用藥提供理論支持，進而降低系統藥劑消耗，消除過度用藥而增加的環保隱患，具有較高的實用和推廣價值。

（2）工作原理。試驗樣品由濃縮池入料管中上部自流方式給入試驗柱體頂部支管；液體加藥定量裝置用于液體絮凝劑加藥的計量；清水沖洗管位于試驗柱體的頂部待清掃裝置的支管，用于試驗柱體的清洗；濁度傳感器安裝在試驗柱體，用于監測煤泥水的濁度；磁力攪拌裝置位于試驗柱體的底部，用于煤泥水的攪拌；各管路上均配備電磁開關，根據試驗進程需要，由上位機控制各管路的開合和流量的調節；根據加藥量和清水層濁度，繪制加藥量和清水層濁度變化曲線。

（3）實現目的。煤泥水絮凝沉降試驗在線試驗儀由采樣給料管、試驗柱體、清水沖洗管、定量溢流管、液體加藥定量裝置、濁度傳感器、電磁開關、電磁泵、磁力攪拌器、PLC/PID 控制器、工業計算機和顯示器組成。試驗柱體位于試驗儀暗箱內，為帶有多個支管接口的透明有機玻璃圓柱體；采樣給料管采集煤泥水樣部位為濃縮池入料管中上部，自流方式給入試驗柱體頂部支管，為煤泥池加藥提供加藥量依據。該儀器應用后，將提供濃縮池加藥量的理論數據，降低系統藥耗，杜絕過度用藥，節約材料費，盡可能減輕藥劑對生態環境的影響。

6 經濟社會效益

（1）經濟效益分析。① 人工效益。改造后選煤廠濃縮車間人員為1 人在崗，目前人員為2 人在崗，按人均工資10 萬元/ 年，可節約10 萬元/年。② 降低損耗效益。該項目應用后噸煤藥劑使用量減少15 g/t，每年入洗量按500 萬t 計算，酰胺平均單價為13 155 元/t，年節約藥物費用為5 000 000×15÷1000÷1000×13 155=98.66 萬元。

（2）社會效益分析。自動加藥去除人為因素，節約藥品，降低對環境的影響。在地面集中監測監控，現場減員，崗位無人則安，通過實現無人值守減少巡檢人員在固定地點作業時間，從源頭上杜絕人員傷亡的可能性。

（3）環境效益分析。改造后，選煤廠溢流水質達到循環標準，生活廢水大大減少。