智能加藥系統(tǒng)在渦北選煤廠的應(yīng)用

趙玉龍

摘要：長期以來，處理尾煤煤泥水所用的藥劑均由人工添加，這種加藥方式易造成藥劑浪費(fèi)，且職工勞動(dòng)強(qiáng)度也較大，不利于智能化選煤廠的發(fā)展，為此提出智能加藥系統(tǒng)研究。本文介紹了濁度計(jì)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和使用方法，重點(diǎn)分析了該濁度計(jì)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測循環(huán)水的質(zhì)量智能控制藥劑的添加過程，介紹了該系統(tǒng)在渦北選煤廠的使用效果，為選煤廠智能控制濃縮池循環(huán)水提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能加藥;濁度計(jì);循環(huán)水;絮凝劑

1、概述

洗水閉路循環(huán)及煤泥廠內(nèi)回收一直是選煤廠正常生產(chǎn)和環(huán)保的基本要求，由于煤泥自然沉降速度較慢，因此通過加藥加快沉降速度是滿足這一要求的有效途徑[1-2]。多年來，各研究單位和選煤廠在處理煤泥水的藥劑和設(shè)備方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，取得了一定的成效，但目前針對(duì)煤泥水智能加藥的研究尚少[3-4]。

我國大多數(shù)選煤廠還是以傳統(tǒng)的人工加藥方式調(diào)節(jié)藥劑用量，崗位司機(jī)利用探桿測量清水層厚度和質(zhì)量，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)藥劑量，此種加藥方式無法對(duì)循環(huán)水質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)而不能精確控制藥劑添加量，同時(shí)職工勞動(dòng)強(qiáng)度也較大[5]。本研究以淮北礦業(yè)集團(tuán)渦北選煤廠煤泥水系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過現(xiàn)代監(jiān)測儀器為手段開展。

2、渦北選煤廠煤泥水加藥現(xiàn)狀分析

淮北礦業(yè)集團(tuán)渦北選煤廠一期于 2012 年底建成投產(chǎn)，現(xiàn)年生產(chǎn)能力 6. 00 Mt。主要入洗焦煤和肥煤，其煤泥水系統(tǒng)流程如下圖1。

渦北選煤廠煤泥水系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)：

1）煤泥水的主要成分是浮選尾礦和原生煤泥濃縮機(jī)的溢流。由于入洗原煤性質(zhì)多變，且煤泥水中含有殘存的化學(xué)藥劑，因此其流量、濃度、粒度、粘度、硬度等性質(zhì)變化也較大，這就使煤泥水的處理具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性;

2）尾煤濃縮機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤泥水沉降的設(shè)備。表1所示為尾煤濃縮機(jī)底流粒度組成，從表中可以看出，煤泥的主要組成是0.25mm以下的高灰細(xì)泥，極難自然沉降澄清。實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了加速煤泥的沉降，渦北選煤廠選用分子量大于1000萬的陰離子型聚丙烯酰胺和純度大于85%的氯化鈣。

3）崗位司機(jī)不定時(shí)到現(xiàn)場手動(dòng)測量循環(huán)水，不能對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。人員在絮凝劑自動(dòng)加藥機(jī)操作面板上手動(dòng)調(diào)節(jié)藥劑濃度、攪拌時(shí)間、給料泵起停，效率較低。崗位司機(jī)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整藥劑添加量，由于個(gè)人操作習(xí)慣、技能水平不同，易造成藥劑浪費(fèi)且自身勞動(dòng)量較大。

4）藥劑添加無計(jì)量設(shè)施。如果添加的藥劑量不夠，循環(huán)水濃度較大，不能滿足主洗用水需求，易造成產(chǎn)品帶介等問題;如果藥劑量過大，則會(huì)造成壓濾機(jī)成料時(shí)間過長、濾餅粘度大難以從濾板上脫落、濃縮機(jī)壓耙子等問題。

5）每日加藥量由人工上傳到信息管理平臺(tái)上，對(duì)加藥情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，需人員分煤種、分系統(tǒng)、分時(shí)間段摘錄數(shù)據(jù)后分析。

3、煤泥水智能加藥系統(tǒng)研究

3.1 澄清水層監(jiān)測研究

本系統(tǒng)所用濁度計(jì)是ASK-3000型，其基本原理為紅外散射光技術(shù)。光源在被測物中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生散射，其散射光強(qiáng)度與被測物濃度成正比。在煤泥水中使用時(shí)，分析被測物濃度并經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化即為煤泥水的濁度。

濁度計(jì)正確安裝方式如圖2所示，圖中A為傳感器，B為傳感器與池壁間的最小間距：45cm，C為池深，D為安裝深度。濁度計(jì)精度較高（小于測量值的10%），測量范圍廣（0-50000mg/L），安裝方便，維護(hù)簡單，自帶清洗裝置，不受天氣等因素影響，能持續(xù)穩(wěn)定地監(jiān)測循環(huán)水質(zhì)。

3.2 改造方案研究

依據(jù)濁度計(jì)所測澄清水層濁度開展絮凝劑加藥控制系統(tǒng)研發(fā)與改造，現(xiàn)對(duì)具體方案進(jìn)行描述。

首先，絮凝劑自動(dòng)加藥機(jī)出料管增加電子流量計(jì)一臺(tái)，尾煤濃縮機(jī)增加濁度計(jì)一臺(tái)，流量計(jì)和濁度計(jì)讀數(shù)后臺(tái)可見。每臺(tái)加藥機(jī)的S7-200PLC增加1臺(tái)對(duì)應(yīng)的以太網(wǎng)模塊（Cp243-1），并新增1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，將S7-200PLC連接到網(wǎng)絡(luò)中。實(shí)現(xiàn)濃度調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)、藥劑泵開停等操作在后臺(tái)控制電腦上進(jìn)行。

然后，設(shè)定程序，絮凝劑自動(dòng)加藥機(jī)流量根據(jù)循環(huán)水濁度可智能調(diào)節(jié)。為保證系統(tǒng)的靈活性與可靠性，藥劑添加系統(tǒng)設(shè)置智能、普通控制兩種操作方式。

智能控制模式程序設(shè)置如下：

（1）當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)小于等于1.2時(shí)，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)可將給料泵流量調(diào)節(jié)至100L/min;

（2）當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)在1.2至1.8之間時(shí)，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)將給料泵流量調(diào)節(jié)至120L/min;

（3）當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)在1.9至2.4時(shí)，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)將給料泵流量調(diào)節(jié)至130L/min;

（4）由于單臺(tái)給料泵最大流量130L/min，因此當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)大于2.4時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟第二臺(tái)加藥泵，新開啟的泵以120L/min的流量運(yùn)轉(zhuǎn);

（5）當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)大于3.0時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)再開啟第三臺(tái)加藥泵，新開啟的泵仍以120L/min的流量運(yùn)轉(zhuǎn);

（6）當(dāng)濁度逐漸下降，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的濁度值也逐漸關(guān)停加藥泵或減少藥劑量。

最后，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，可切換到普通模式完成當(dāng)班生產(chǎn)。普通模式下，崗位司機(jī)在控制電腦上進(jìn)行藥劑泵的開停、流量的調(diào)節(jié)。

4、現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

4.1 現(xiàn)場應(yīng)用效果

根據(jù)多次試驗(yàn)摸索，正常生產(chǎn)時(shí)，濁度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測循環(huán)水質(zhì)量，工作狀態(tài)穩(wěn)定。濁度計(jì)讀數(shù)在2.4以下，水質(zhì)較好，能滿足主洗生產(chǎn)要求，需用小劑量的藥劑，防止藥劑浪費(fèi)。當(dāng)濁度計(jì)讀數(shù)在2.4以上時(shí)，水質(zhì)惡化速度較快，有出黑水的可能性，此時(shí)應(yīng)及時(shí)加大藥量。智能調(diào)節(jié)模式下，加藥系統(tǒng)能根據(jù)濁度計(jì)反饋?zhàn)x數(shù)及時(shí)調(diào)整藥劑量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加藥。

系統(tǒng)可分系統(tǒng)、時(shí)段、煤種統(tǒng)計(jì)藥劑用量，便于管理人員分析，為尋求煤質(zhì)變化及不同煤種配洗時(shí)更高精度的藥劑用量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖三為5月21日夜班智能調(diào)節(jié)模式下，濁度計(jì)讀數(shù)變化圖。

4.2經(jīng)濟(jì)效益分析

改造后的系統(tǒng)自2021年初投入使用，對(duì)比改造前后入洗噸原煤聚丙烯酰胺使用量如表2所示。從中可以看出，改造前后噸原煤藥耗下降了約31.6%，按照年入洗量300萬噸、聚丙烯酰胺16000元/噸計(jì)，年節(jié)省成本超25萬元，1年可回收改造投資成本。

由于自動(dòng)加藥系統(tǒng)的運(yùn)行，可減少巡崗職工1名，降低人力成本約7萬/年。同時(shí)穩(wěn)定的煤泥水系統(tǒng)更有利于保障生產(chǎn)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，減少事故臺(tái)時(shí)，可帶來的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。

4.3 社會(huì)效益分析

由于自動(dòng)加藥機(jī)已納入后臺(tái)操作，大大減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)形象，具有較好的社會(huì)效益。

結(jié)論

通過本研究可知，采用基于濁度計(jì)的煤泥水智能加藥控制系統(tǒng)能夠大大提高煤泥水加藥智能化水平，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]王光輝， 匡亞莉， 王章國， 等. 煤泥水藥劑自動(dòng)添加系統(tǒng)研究[J]. 選煤技術(shù)， 2011（6）：53-56.

[2]王光輝， 匡亞莉， 王傳真， 等. 基于Fuzzy-Smith補(bǔ)償控制的煤泥水自動(dòng)加藥系統(tǒng)仿真研究[J]. 工礦自動(dòng)化（9）：43-46.

[3]鄧建軍， 張孝逐， 林喆， 等. 基于光電測量的煤泥水自動(dòng)加藥系統(tǒng)研究[J]. 潔凈煤技術(shù)（2）.

[4]蔣國興. 渦北選煤廠煤泥水處理過程影響因素研究[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)， No.202（12）：190+194.

[5]王守強(qiáng)， 王雪偉， 劉則慶， 等. 新型在線測灰儀在渦北選煤廠的應(yīng)用研究[J]. 煤炭技術(shù)， 2015， 34（1）：333-335.

[6]朱干彬. 重介質(zhì)懸浮液密度閉環(huán)控制系統(tǒng)在渦北選煤廠的應(yīng)用[J]. 煤炭加工與綜合利用， No.225（5）：44-46.