選煤廠浮選智能控制升級(jí)改造研究

喬霈俊

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）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(dòng)強(qiáng)度[1-2]。為此，眾多研究學(xué)者對(duì)選煤廠智能化展開(kāi)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(guò)構(gòu)建智能化物聯(lián)網(wǎng)層、控制層、決策層等方面實(shí)現(xiàn)；衛(wèi)中寬等[4]指出實(shí)現(xiàn)選煤廠智能化關(guān)鍵是實(shí)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(cè)；穆路路等[5]提出綜合使用無(wú)線傳輸技術(shù)、PLC、3D 可視化、智能控制平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)選煤廠重點(diǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備運(yùn)行控制以及監(jiān)測(cè)，達(dá)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(shí)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(guò)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(huì)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(yàn)確定，同時(shí)存在自動(dòng)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(wèn)題。為此，文中就對(duì)選煤廠浮選智能化控制展開(kāi)研究，以期更好地促進(jìn)選煤廠浮選工作開(kāi)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(guò)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(guò)攪拌、分層、刮泡等操作后，采用浮選機(jī)浮選。浮選機(jī)浮選得到的精礦流至精煤筒內(nèi)后經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)處理形成精煤，并通過(guò)精煤轉(zhuǎn)載皮帶外運(yùn)；浮選機(jī)尾礦首先用壓濾機(jī)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(guò)二段濃縮池、壓濾機(jī)處理后得到煤泥。具體浮選工藝流程見(jiàn)圖1。文中就依據(jù)選煤廠浮選實(shí)際情況針對(duì)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(jì)的浮選智能化控制系統(tǒng)采用電磁流量計(jì)、濃度計(jì)以及計(jì)量泵等對(duì)礦漿、干煤泥等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)PLC 內(nèi)置的邏輯控制程序?qū)Ω∵x機(jī)加藥量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)浮選設(shè)備智能化運(yùn)行，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(shí)現(xiàn)礦漿、煤泥參數(shù)監(jiān)測(cè)并實(shí)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(chǔ)備、定量添加輸送、捕獲劑以及起泡劑定點(diǎn)定量添加系統(tǒng)等，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下頁(yè)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(shí)現(xiàn)藥劑智能添加。各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為：藥劑儲(chǔ)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有藥劑罐、輸送管路、液位計(jì)以及濾網(wǎng)等，以存儲(chǔ)藥劑；定量添加系統(tǒng)設(shè)備有計(jì)量泵、過(guò)濾器等，以便實(shí)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(guò)提高藥劑擴(kuò)散效果提升浮選效率；定點(diǎn)定量添加系統(tǒng)硬件有電磁閥、電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定量添加藥劑。

2.2 智能化運(yùn)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(cè)結(jié)果對(duì)智能調(diào)整藥劑添加量。當(dāng)監(jiān)測(cè)到礦漿濃度不變時(shí)，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(shí)，則由小沉浮試驗(yàn)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(shí)變化時(shí)，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(jì)算確定的藥劑添加量，kg/t；A、B 為調(diào)整系數(shù)，無(wú)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(guò)小沉浮試驗(yàn)確定，可依據(jù)后續(xù)浮選效果對(duì)A、B 值進(jìn)行調(diào)整。

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

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

選煤廠浮選機(jī)為XJM-S28，處理量約為2.5 萬(wàn)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(jì)月可少消耗藥劑約5.5 t。具體應(yīng)用前后浮選效果對(duì)比情況見(jiàn)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(jìn)行工程應(yīng)用，對(duì)應(yīng)用期間浮選機(jī)工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)每月可增加精煤產(chǎn)量約420 t，新增產(chǎn)值約38 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

浮選系統(tǒng)是選煤廠生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)實(shí)際情況對(duì)浮選系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造。具體采用傳感器對(duì)浮選入料性質(zhì)、流量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定藥劑添加量。對(duì)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(jìn)行分析，并進(jìn)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(jì)效益約38 萬(wàn)元；同時(shí)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。