浮選自動加藥系統(tǒng)在西曲礦選煤廠應(yīng)用與優(yōu)化研究

趙 佳

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030200）

0 引言

以自動控制為基石，結(jié)合計算機、網(wǎng)絡(luò)以及現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建選煤廠智能管理系統(tǒng)，打造智慧礦山，實現(xiàn)無人或少人廠區(qū)；現(xiàn)階段浮選作為國內(nèi)外處理細(xì)粒煤的主要技術(shù)，浮選智能化研究已然成為選煤領(lǐng)域的一項重要課題。本文從西曲選煤廠細(xì)粒煤浮選系統(tǒng)入手，針對實際生產(chǎn)過程中，由于人為和環(huán)境因素所造成的浮選精煤產(chǎn)率低、精煤灰分波動大、浮選藥劑損耗嚴(yán)重等問題，進行浮選系統(tǒng)改造，添加自動加藥裝置，并對自動加藥系統(tǒng)進行優(yōu)化，達(dá)到增加廠區(qū)經(jīng)濟效益的目的，并且提供了智能化在選煤廠應(yīng)用的實踐基礎(chǔ)，必然會得到越來越多的工業(yè)應(yīng)用。

1 選煤廠概況

西曲礦選煤廠隸屬于山西焦煤西山煤電股份有限公司，1985年9月開始建設(shè)，于1987年10月正式投產(chǎn)，計劃煤炭洗選量為300萬t/a。目前選煤廠整體工藝大致為：大于50 mm原煤重介淺槽分選，0～50 mm原煤經(jīng)過無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、粗煤泥TB S分選和煤泥浮選工藝。

2 浮選系統(tǒng)現(xiàn)有工藝及存在問題

2.1 浮選系統(tǒng)現(xiàn)有工藝

西曲礦選煤廠煤泥水系統(tǒng)物料主要來自于脫泥篩篩下物、重介系統(tǒng)中各產(chǎn)品離心液和精煤、中煤磁選尾礦；進入浮選系統(tǒng)的煤泥來自分級旋流器溢流，在現(xiàn)有的浮選加藥工藝中，浮選藥劑手動調(diào)節(jié)一次性加入礦漿準(zhǔn)備器中。

2.2 存在的問題

在現(xiàn)有的浮選加藥工藝中，浮選系統(tǒng)中的藥劑量完全由閥門控制，統(tǒng)計藥劑損耗則是通過藥劑罐上刻度與總表示數(shù)計算所得，這種加藥工藝中存在很大問題：

1）藥劑量控制精度差，浮選司機操作繁瑣?，F(xiàn)有加藥工藝完全依賴于人工手動加藥，無法精確控制加藥量，并且閥門元件老化，不利于操作，使得藥劑量更加難以控制；現(xiàn)場實際生產(chǎn)中，浮選司機進行加藥操作需爬到礦漿準(zhǔn)備器頂部進行藥量調(diào)節(jié)，過程繁瑣不具備時效性，并且不利于安全生產(chǎn)。

2）加藥量難以確定。生產(chǎn)過程中浮選機的入料、浮精、浮尾等需要浮選司機經(jīng)驗判斷和煤質(zhì)科室化驗，但在化驗所需的時間中現(xiàn)場并不停產(chǎn)，以至于臨時的藥劑調(diào)節(jié)量僅靠浮選司機進行經(jīng)驗判斷，而現(xiàn)場存在很多的浮選司機僅僅只是通過短暫培訓(xùn)就已經(jīng)上崗，缺乏經(jīng)驗儲備，并且在調(diào)節(jié)過程中存在不當(dāng)操作使得加藥量有很大的隨意性。

3）環(huán)境因素影響。西曲礦存在夜班生產(chǎn)的情況，在夜班生產(chǎn)時浮選司機會因為一定的環(huán)境因素而無法及時對加藥量進行調(diào)整，面對煤質(zhì)突變的情況無法及時、準(zhǔn)確的控制藥劑量。

3 自動加藥系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

針對現(xiàn)有浮選系統(tǒng)加藥工藝所遇見的問題，設(shè)計并添加了一套浮選自動加藥系統(tǒng)，從加藥系統(tǒng)流程原理及控制算法原理進行說明，并完善浮選系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備。

3.1 浮選自動加藥系統(tǒng)

3.1.1 浮選自動加藥系統(tǒng)所需設(shè)備

新添浮選自動加藥系統(tǒng)所需主要設(shè)備見表1，均為高智能化、高精度、便于維護的儀表設(shè)備。

表1 浮選自動加藥系統(tǒng)設(shè)備

3.1.2 浮選自動加藥系統(tǒng)控制算法原理

浮選自動加藥裝置算法原理如圖1所示，實現(xiàn)這種算法需要通過公式（1）計算干煤泥量和公式（2）加藥量。其中大數(shù)據(jù)是通過擁有多年現(xiàn)場浮選操作技工和選煤領(lǐng)域?qū)＜夜餐⒌臄?shù)據(jù)庫，以經(jīng)驗豐富的浮選司機對現(xiàn)場藥量的把控為基礎(chǔ)，利用選煤專家編制的計算模型，通過各項實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)浮選藥劑自動添加。在實際生產(chǎn)過程中各種設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)均能實時反映在控制畫面中，方便操作人員監(jiān)控，如出現(xiàn)指標(biāo)或設(shè)備出現(xiàn)問題會響起警報，并且可以無縫銜接至手動模式。中控箱會按照用戶設(shè)定時間進行數(shù)據(jù)整理、收集，并且按照提前設(shè)定好的格式形成打印報表傳輸至西曲礦選煤廠中控系統(tǒng)。

圖1 浮選自動加藥裝置算法原理圖

式中：Gc為干煤泥量（m3/h）；Pi為浮選入料密度（g/cm3）；Px為煤泥密度值（g/cm3）；Q為浮選入料流量（m3/h）。

式中：Qi為加藥量（L/h）；Kt為藥劑噸煤消耗量（g/cm3）；A a為產(chǎn)品要求灰分（%）；Ab為煤泥化驗灰分（%）；M為灰分修正系數(shù)（大數(shù)據(jù)經(jīng)驗值）；K為加藥量修正值（L/h）。

3.1.3 浮選自動加藥系統(tǒng)流程原理

如圖2所示，通過儀表實時數(shù)據(jù)對中控的傳輸，在線計算出加藥量，并將信號傳輸至加藥裝置，完成對浮選入料的精準(zhǔn)加藥。

圖2 浮選自動加藥裝置流程原理圖

3.2 浮選自動加藥系統(tǒng)優(yōu)化

3.2.1 浮選自動加藥系統(tǒng)不足

1）煤泥在管道運輸過程中容易產(chǎn)生氣泡，在進入礦漿準(zhǔn)備器時存在一定氣泡量影響到密度計的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，間接影響到加藥量。

2）實際生產(chǎn)過程中，煤質(zhì)科化驗灰分需要一定時間，無法敏捷的應(yīng)對煤質(zhì)突變的情況。

3.2.2 浮選自動加藥系統(tǒng)優(yōu)化為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，入浮煤泥在進入礦漿準(zhǔn)備器前先進入一個自制轉(zhuǎn)換器，便于物料中氣泡的釋放，使得密度計示數(shù)更加精確。并且在浮選機上方安裝X射線和高清攝像頭，通過X射線攝像可以清楚的知道浮選泡沫的實時灰分，極大程度上提高了自動加藥系統(tǒng)應(yīng)對煤質(zhì)突變的靈敏性；通過高清攝像可以清晰的觀察浮選泡沫層現(xiàn)狀，在自動加藥系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，以便浮選司機及時進行人工操作。

4 浮選自動加藥系統(tǒng)應(yīng)用效果及經(jīng)濟效益

4.1 礦物組成分析

由圖3所示，進入浮選系統(tǒng)煤泥入料主要含有無機礦物高嶺石、石英、方解石。

圖3 浮選自動加藥系統(tǒng)優(yōu)化裝置

4.2 選自動加藥系統(tǒng)應(yīng)用效果

浮選自動加藥系統(tǒng)在西曲一套浮選設(shè)備上應(yīng)用，在廠區(qū)生產(chǎn)過程中對是否安裝自動加藥系統(tǒng)的2套浮選設(shè)備同時采樣、化驗、整理，當(dāng)浮選精煤產(chǎn)品灰分要求為10%時，試驗結(jié)果見表2—表4。

表2 手動加藥試驗數(shù)據(jù)

表4 優(yōu)化自動加藥試驗數(shù)據(jù)

由表2、3可知，表2中的5組試驗整體浮選精煤灰分波動較大，在第5組試驗過程中由于入浮量的突然增加，浮選司機僅憑經(jīng)驗進行加藥量判斷，導(dǎo)致藥劑量損耗過大，且產(chǎn)品并未達(dá)到要求；表3中灰分相對于表1整體波動有所減少，在藥劑量的使用上均有所減少，產(chǎn)率有所提高，產(chǎn)品基本達(dá)到要求。

表3 自動加藥試驗數(shù)據(jù)

由表4可知，在表4中灰分相對于表3整體波動更為平緩，在對自動加藥系統(tǒng)進行優(yōu)化后，藥劑量的使用上有所減少，產(chǎn)率有所提高，產(chǎn)品達(dá)到要求。

4.3 選自動加藥系統(tǒng)經(jīng)濟效益

對比手動加藥與自動加藥廠區(qū)1天的浮選系統(tǒng)進行經(jīng)濟效益分析，結(jié)果見表5。

表5 經(jīng)濟效益對比

由表5所示，在產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，自動加藥系統(tǒng)作用下在減少精煤灰分的情況下，浮精產(chǎn)率有所提高，噸煤泥加藥量僅僅是手動加藥的88%。

綜上所述，自動加藥模式下系統(tǒng)會隨著實時浮選入料數(shù)據(jù)以及浮選灰分、泡沫情況及時調(diào)節(jié)加藥量，藥劑添加準(zhǔn)確；系統(tǒng)的應(yīng)用克服了人工手動調(diào)節(jié)的不可控因素，減輕工人勞動強度；在很大程度上改善了浮選指標(biāo)，提高生產(chǎn)效果，有較好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

1）自動加藥相對于手動加藥整體系統(tǒng)更加穩(wěn)定，產(chǎn)品浮精灰分波動較小。

2）自動加藥系統(tǒng)相對于手動加藥，浮精灰分降低0.16%，浮精產(chǎn)率提高5.09%，噸煤泥加藥量降低0.15 kg。