選煤廠浮選系統(tǒng)自動化控制研究

徐澤煒

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)， 山西 靈石 031300）

引言

煤炭中含有硫分、灰分等物質(zhì)，若直接利用會污染環(huán)境，煤炭洗選是降低煤炭利用過程中污染物產(chǎn)生的主要途徑[1-3]。選煤廠在生產(chǎn)過程中，特別是在浮選階段難以有效控制浮選指標(biāo)、加藥量等，從而導(dǎo)致浮選產(chǎn)品品質(zhì)難以有效保障[4-5]。因此，如何有效提升浮選工藝產(chǎn)品質(zhì)量是選煤廠煤炭洗選過程中需要重點解決的問題[6-8]。文中就以山西某選煤廠為工程背景，對選煤廠采用的浮選工藝分析基礎(chǔ)上，設(shè)計浮選控制系統(tǒng)，以便為后續(xù)選煤廠浮選系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化提供經(jīng)驗參考。

1 山西某選煤廠浮選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

山西某選煤廠設(shè)計洗選能力400 萬t/年，洗選設(shè)備保留有重介旋流器、TBS 分選機(jī)等。浮選物料主要為脫泥篩篩下物，經(jīng)由底流泵將篩下物運輸至旋流器；溢流則先進(jìn)入緩存?zhèn)}，并通過泵打至旋流器，后溢流進(jìn)入到精煤筒，后由給料泵泵送至浮選礦漿準(zhǔn)備器，分選完成后進(jìn)入浮選機(jī)浮選。浮選物料來源包括有：分級旋流器溢流（煤泥水）、精煤高頻篩過濾煤泥水、末精煤泥篩過濾煤泥水。

選煤廠浮選工藝為：浮選物料首先在緩沖池內(nèi)積聚，后采用礦漿預(yù)處理器（帶霧化盤）分選，后通過浮選機(jī)分選，最后分選得到尾礦、精煤，精煤則進(jìn)入精煤池，尾礦通過濃縮機(jī)、脫水設(shè)備濃縮、脫水。合理地選擇浮選工藝可減少浮選環(huán)節(jié)，降低浮選過程中設(shè)備故障發(fā)生概率并實現(xiàn)浮選設(shè)備自動化控制；同時浮選入料經(jīng)泵送至緩沖槽，后經(jīng)礦漿準(zhǔn)備器（帶霧化盤）處理，使得礦漿可充分融合；浮選機(jī)形成的一層泡沫層有助于浮選機(jī)分選；在浮選過程中可采用起泡劑、捕獲劑等提升浮選效果。

2 浮選自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

浮選環(huán)節(jié)各系統(tǒng)相互獨立且分散，從而導(dǎo)致整個浮選工藝過于復(fù)雜浮選過程中各個指標(biāo)控制、各項工作操作過分依賴人工操作，從而引起浮選精度偏低。為此，文中提出一種浮選自動化控制系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 浮選自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

浮選自動化控制系統(tǒng)主要控制流程為：采用各類型傳感器實現(xiàn)浮選入料量、入料濃度等參數(shù)監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果實時傳輸給PLC、上位機(jī)，上位機(jī)通過內(nèi)置程序分析浮選精煤、灰分等參數(shù)，初步確定浮選加藥量；上位機(jī)對采集到的各類參數(shù)進(jìn)行匯總，并對各類參數(shù)進(jìn)行分析，以曲線形式表現(xiàn)各參數(shù)變化，得到浮選尾礦灰分變化曲線；采用內(nèi)置的Matlab 軟件依據(jù)灰分變化曲線對浮選加藥量參數(shù)進(jìn)行校正，最終得到較為精準(zhǔn)的加藥量，并通過PLC 對加藥量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

浮選過程中入料灰分、濃度以及入料量等均會影響浮選效果，浮選自動化控制系統(tǒng)控制策略是監(jiān)測-反饋- 修整機(jī)制。將浮選入料礦將為控制目標(biāo)，以起泡劑、捕獲劑量為給定量，以浮選精煤灰分、入料礦漿流量等參數(shù)為變量，通過控制參數(shù)調(diào)整實現(xiàn)浮選自動、精準(zhǔn)控制。

3 浮選自動化控制系統(tǒng)硬件及軟件結(jié)構(gòu)

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

為確保浮選自動化控制系統(tǒng)可靠運行，采用的硬件設(shè)備應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力以及復(fù)雜、惡劣工礦適應(yīng)能力。具體浮選自動化控制系統(tǒng)主要硬件設(shè)備如圖2 所示。

圖2 浮選自動化控制系統(tǒng)主要硬件設(shè)備

采用MUM233 接觸式傳感器（量程0～300 g/L）對入料口粗煤泥濃度進(jìn)行實時監(jiān)測。采用S7-300PLC作為自動化控制系統(tǒng)下位機(jī)，該PLC 具備較強(qiáng)的抗干擾能力以及兼容性，可滿足現(xiàn)場設(shè)備控制以及傳感器監(jiān)測參數(shù)分析等功能。PLC 結(jié)構(gòu)包括有電源（PS307）、CPU（CPU314）、通信（CP343-1）、模擬量輸入（SM331）及模擬量輸出（SM322）等各種功能模塊。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)

浮選自動化控制系統(tǒng)軟件按照下述流程設(shè)計：構(gòu)建控制系統(tǒng)目錄，并存儲相關(guān)文件；將硬件設(shè)備以及控制變量因素添加到控制系統(tǒng)中，具體控制變量因素包括有內(nèi)存變量、I/O 變量等；設(shè)計及繪制圖像、監(jiān)控畫面，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控；實現(xiàn)上位機(jī)控制程序編制；對控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)以及用戶等調(diào)試；對控制過程進(jìn)行存儲并進(jìn)行運行檢查。

浮選自動化控制系統(tǒng)上位機(jī)為工控機(jī)，該工控機(jī)與內(nèi)置的組態(tài)軟件相配合，實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)運行控制。上位機(jī)依據(jù)傳感器監(jiān)測結(jié)果對模擬量參數(shù)進(jìn)行分析，并給出監(jiān)測參數(shù)變化趨勢曲線；上位機(jī)選定后用STEP7 進(jìn)行編程，并對控制系統(tǒng)變量轉(zhuǎn)換、動態(tài)設(shè)備控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、電機(jī)信號采集等過程進(jìn)行編程控制，同時PLC 運行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

對選煤廠浮選系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制改造后，選煤廠浮選環(huán)節(jié)工作人員數(shù)量、勞動強(qiáng)度等均明顯降低，消除了浮選潛在的安全風(fēng)險。自動化控制系統(tǒng)操作便捷，可實現(xiàn)浮選連續(xù)生產(chǎn)并保證浮選產(chǎn)品質(zhì)量。選煤廠原浮選系統(tǒng)藥劑消耗量為1.0 kg/t，采用自動化控制系統(tǒng)后藥劑消耗量降低至0.56 kg/t，選煤廠按照5 萬t/月計算，則藥劑消耗量每月可節(jié)省17.6 萬元，年可減少藥劑使用成本達(dá)到211 萬元。浮選自動化控制系統(tǒng)可在一定程度上提升浮選效率。

5 結(jié)語

1）文中對選煤廠浮選控制系統(tǒng)展開研究，并提出一種浮選自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過采用采用傳感器對液位高度、礦漿濃度、礦漿流量、尾礦灰分等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，通過內(nèi)置程序合理確定藥劑添加量，并通過PLC 實現(xiàn)藥劑添加量精準(zhǔn)控制。

2）對選煤廠浮選自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件以及軟件組成等進(jìn)行設(shè)計，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。結(jié)果表明，選煤廠采用自動化控制系統(tǒng)后，生產(chǎn)效率得以提升，作業(yè)人員勞動強(qiáng)度有所降低，同時可減少浮選環(huán)節(jié)藥劑使用量，現(xiàn)場應(yīng)用表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。