選煤廠浮選智能控制升級改造研究

喬霈俊

（山西汾西礦業(yè)（集團）賀西煤礦， 山西 呂梁 033300）

引言

選煤廠采用智能化技術(shù)可在一定程度上提升生產(chǎn)效率并降低作業(yè)人員數(shù)量及勞動強度[1-2]。為此，眾多研究學(xué)者對選煤廠智能化展開研究，其中王然風(fēng)等[3]依據(jù)以往研究成果給出智能化選煤廠構(gòu)建體系，具體可通過構(gòu)建智能化物聯(lián)網(wǎng)層、控制層、決策層等方面實現(xiàn)；衛(wèi)中寬等[4]指出實現(xiàn)選煤廠智能化關(guān)鍵是實現(xiàn)浮選、跳汰、重介分選等環(huán)節(jié)設(shè)備智能化控制以及智能化監(jiān)測；穆路路等[5]提出綜合使用無線傳輸技術(shù)、PLC、3D 可視化、智能控制平臺等，實現(xiàn)選煤廠重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備運行控制以及監(jiān)測，達到減人增效目的。浮選是選煤廠主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，用以實現(xiàn)煤泥水中尾礦、精煤分離，浮選是利用煤粒、矸石粒間的親水差異特征，通過添加捕獲劑提高浮選效果。浮選藥劑添加量、礦漿濃度、流量等均會影響浮選效果，現(xiàn)階段選煤廠藥劑添加一般根據(jù)經(jīng)驗確定，同時存在自動化程度低、添加量精度控制差以及與礦井性質(zhì)不匹配等問題。為此，文中就對選煤廠浮選智能化控制展開研究，以期更好地促進選煤廠浮選工作開展。

1 浮選廠浮選系統(tǒng)概述

山西某選煤廠浮選系統(tǒng)物料源于煤泥水車間底流，通過煤泥泵將濃縮底流泵送至礦漿準(zhǔn)備器，捕獲劑、起泡劑等藥物也添加至礦井準(zhǔn)備器內(nèi)；礦漿在經(jīng)過攪拌、分層、刮泡等操作后，采用浮選機浮選。浮選機浮選得到的精礦流至精煤筒內(nèi)后經(jīng)過壓濾機處理形成精煤，并通過精煤轉(zhuǎn)載皮帶外運；浮選機尾礦首先用壓濾機處理并流入濃縮池，旋流器處理得到的底流為中煤，溢流先后通過二段濃縮池、壓濾機處理后得到煤泥。具體浮選工藝流程見圖1。文中就依據(jù)選煤廠浮選實際情況針對性提出浮選智能化控制系統(tǒng)。

圖1 選煤廠浮選工藝流程

2 浮選智能化控制系統(tǒng)

2.1 智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計的浮選智能化控制系統(tǒng)采用電磁流量計、濃度計以及計量泵等對礦漿、干煤泥等參數(shù)進行監(jiān)測，并通過PLC 內(nèi)置的邏輯控制程序?qū)Ω∵x機加藥量進行動態(tài)調(diào)整，從而實現(xiàn)浮選設(shè)備智能化運行，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2 所示。

圖2 浮選智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

浮選智能化控制的核心是實現(xiàn)礦漿、煤泥參數(shù)監(jiān)測并實現(xiàn)加藥量智能控制。智能控制系統(tǒng)關(guān)鍵子系統(tǒng)包括有藥劑儲備、定量添加輸送、捕獲劑以及起泡劑定點定量添加系統(tǒng)等，具體結(jié)構(gòu)見下頁圖3 所示。

圖3 浮選藥劑智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能加藥系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備為PLC、控制柜、變頻器、觸摸屏等，用以實現(xiàn)藥劑智能添加。各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為：藥劑儲備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有藥劑罐、輸送管路、液位計以及濾網(wǎng)等，以存儲藥劑；定量添加系統(tǒng)設(shè)備有計量泵、過濾器等，以便實現(xiàn)浮選藥劑添加；乳化輸送系統(tǒng)硬件設(shè)備包括有射流器、射流泵，通過提高藥劑擴散效果提升浮選效率；定點定量添加系統(tǒng)硬件有電磁閥、電控系統(tǒng)，實現(xiàn)定點、定量添加藥劑。

2.2 智能化運行分析

藥劑添加量直接影響浮選效果，而添加量直接影響因素包括有礦漿濃度、流量等。為此智能化控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器監(jiān)測結(jié)果對智能調(diào)整藥劑添加量。當(dāng)監(jiān)測到礦漿濃度不變時，隨流量增加而增大，具體藥劑添加量增幅應(yīng)與流量增加增幅一致；若入料量不變而漿液濃度出現(xiàn)變化時，則由小沉浮試驗確定藥劑- 濃度變化曲線確定藥劑添加量；若礦漿濃度、流量等同時變化時，則藥劑調(diào)加量控制較為困難。具體在控制系統(tǒng)中采用（A-Bq）函數(shù)調(diào)整藥劑添加量，具體（A-Bq）函數(shù)為：

式中：Iq為計算確定的藥劑添加量，kg/t；A、B 為調(diào)整系數(shù)，無量綱；q 為濃度，g/L；Q 為流量，m3/h。A、B 值原始數(shù)據(jù)可通過小沉浮試驗確定，可依據(jù)后續(xù)浮選效果對A、B 值進行調(diào)整。

傳感器檢測結(jié)果傳輸給智能控制系統(tǒng)，后通過內(nèi)置程序?qū)崿F(xiàn)確定藥劑添加量Iq，通過PID 運算對I（藥劑實際添加量）與Iq（計算確定藥劑量）進行比對，若I處于值Iq允許范圍內(nèi)時，則保持藥劑添加量不變；若實際值I 明顯高于或者低于計算值Iq，則智能加藥系統(tǒng)調(diào)節(jié)添加量，確保實際添加量處于合理范圍內(nèi)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

選煤廠浮選機為XJM-S28，處理量約為2.5 萬t/月，藥劑消耗量約為1.2 kg/t，采用浮選智能控制系統(tǒng)后藥劑消耗量降低約10%，預(yù)計月可少消耗藥劑約5.5 t。具體應(yīng)用前后浮選效果對比情況見表1 所示。

表1 智能控制系統(tǒng)應(yīng)用前后浮選效果

將浮選智能控制系統(tǒng)進行工程應(yīng)用，對應(yīng)用期間浮選機工作情況進行監(jiān)測，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用后浮選產(chǎn)品合格率100%、精煤產(chǎn)率提高約2%，預(yù)計每月可增加精煤產(chǎn)量約420 t，新增產(chǎn)值約38 萬元。

4 結(jié)語

浮選系統(tǒng)是選煤廠生產(chǎn)過程中重要環(huán)節(jié)，為提高浮選效率并提高智能化控制程度，根據(jù)選煤廠浮選系統(tǒng)現(xiàn)場實際情況對浮選系統(tǒng)進行智能化改造。具體采用傳感器對浮選入料性質(zhì)、流量等進行監(jiān)測，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定藥劑添加量。對浮選智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及藥劑智能添加進行分析，并進行工程應(yīng)用。浮選智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用后，浮選階段精煤產(chǎn)率提高約2%、藥劑消耗量減少約5.8 t/月，可直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益約38 萬元；同時應(yīng)用智能化系統(tǒng)后，浮選環(huán)節(jié)藥劑添加基本擺脫人工操作，作業(yè)人員僅需要設(shè)定參數(shù)并巡檢即可，明顯提升了浮選環(huán)節(jié)效率。