浮選智能化在柳灣煤礦選煤廠二車間的研究與實(shí)踐

孫文翔

(山西理工智聯(lián)科技有限公司，山西 太原 030000)

1 概 述

隨著中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)《智能化選煤廠建設(shè)通用技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，智能化選煤廠建設(shè)將迎來新的建設(shè)高潮。

智能化選煤廠建設(shè)正在成為選煤廠轉(zhuǎn)型升級(jí)最重要的技術(shù)支撐，分選過程又是實(shí)現(xiàn)選煤廠提質(zhì)增效的關(guān)鍵與核心技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)選煤廠浮選系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，基本上處于人工操作階段，少數(shù)選煤廠僅實(shí)現(xiàn)了人工給定的自動(dòng)加藥，且效果一般。

山西焦煤集團(tuán)柳灣選煤廠下轄2套選煤生產(chǎn)系統(tǒng)，分別是選煤一車間和選煤二車間。其中選煤二車間于2009年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為2.0 Mt/a[1]。二車間選煤工藝為：50～1 mm粒級(jí)原煤采用三產(chǎn)品重介旋流器分選，0.25～1 mm粒級(jí)煤泥采用TBS粗煤泥分選機(jī)分選，小于0.25 mm細(xì)煤泥進(jìn)入浮選。

通過柳灣選煤廠浮選現(xiàn)狀調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)人工操作所帶來的一系列問題，參考目前先進(jìn)的選煤廠裝備、工藝和自動(dòng)化水平，可以看出柳灣選煤廠現(xiàn)有的人工控制與操作模式是相對(duì)落后的，人工控制模式嚴(yán)重制約了選煤廠經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升。

項(xiàng)目擬通過浮選過程智能控制實(shí)現(xiàn)提效降本，實(shí)現(xiàn)選煤廠智能化建設(shè)的突破，并為后續(xù)選煤廠智能化建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。浮選智能化項(xiàng)目的建設(shè)同時(shí)可顯著降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，利于提高選煤企業(yè)智能化建設(shè)的熱情與動(dòng)力，因此項(xiàng)目建設(shè)的重要性不言而喻。

2 柳灣選煤廠存在的問題

2.1 浮選過程存在數(shù)據(jù)盲區(qū)

柳灣選煤廠二車間項(xiàng)目實(shí)施前存在帶煤量不穩(wěn)定、浮選入料各參數(shù)不透明、崗位司機(jī)及集控室無法及時(shí)掌握入料濃度與流量等問題；尾礦閘板高度沒有數(shù)字量化，全憑崗位工經(jīng)驗(yàn)操作，導(dǎo)致浮選機(jī)泡沫層厚度不確定，時(shí)常出現(xiàn)刮水現(xiàn)象，影響精煤灰分。

2.2 浮選尾礦指標(biāo)無在線監(jiān)測(cè)

浮選尾礦灰分是柳灣選煤廠考核的重要指標(biāo)之一。長(zhǎng)期以來，浮選尾礦灰分依靠司機(jī)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷，通過肉眼觀察浮選尾礦顏色變化程度，進(jìn)行加藥量的調(diào)整，帶來藥劑量調(diào)整不及時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。

2.3 浮選加藥過程依靠人工操作

項(xiàng)目實(shí)施前，柳灣選煤廠二車間浮選加藥依靠工人手動(dòng)操作，在藥劑桶上轉(zhuǎn)動(dòng)閥門調(diào)整藥量，每次調(diào)整完加藥量之后需要用量杯稱量藥劑實(shí)際流量，無法快速得到理想加藥量[2]。依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的加藥過程，既增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也使產(chǎn)品在加藥期間會(huì)有損失。

3 柳灣選煤廠浮選智能化解決方案

柳灣煤礦選煤廠二車間浮選系統(tǒng)示意如圖1。

圖1 柳灣煤礦選煤廠二車間浮選系統(tǒng)

3.1 浮選過程在線檢測(cè)與透明化

浮選過程透明化主要包括濃度、流量監(jiān)測(cè)，浮選機(jī)泡沫層厚度檢測(cè)以及尾礦灰分檢測(cè)等(圖2)。

圖2 柳灣選煤廠浮選透明化示意

在浮選過程中，浮選入料流量和濃度對(duì)浮選狀態(tài)及產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率都有很大的影響，通過理論和大量實(shí)驗(yàn)證明，將浮選入料流量和濃度控制在合理的范圍內(nèi)，浮選效果及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)才能達(dá)到最佳[3]。為此系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)浮選全過程參數(shù)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，為浮選智能控制提供基礎(chǔ)條件。

對(duì)于浮選來講，入料濃度較低，給浮選入料濃度的檢測(cè)帶來了困難，差壓式濃度傳感器測(cè)量誤差較大，為保證測(cè)量精度，柳灣選煤廠采用高精度濃度傳感器進(jìn)行檢測(cè)。

浮選液位自動(dòng)控制系統(tǒng)主要用于控制浮選機(jī)液位(泡沫層厚度)[4]。依據(jù)浮選實(shí)際需要，通過改變閘板位置來實(shí)現(xiàn)改變泡沫層厚度。浮選液位自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)液位值，當(dāng)需要調(diào)整液位時(shí)，控制器控制液位執(zhí)行裝置對(duì)尾礦閘板進(jìn)行提升或下降，到達(dá)設(shè)定值后停止動(dòng)作，完成液位調(diào)整。

如圖2所示，在進(jìn)預(yù)處理器之前的浮選入料管道上增加流量計(jì)與濃度計(jì)，用于檢測(cè)浮選入料流量與濃度。浮選機(jī)尾礦槽增加直線位移傳感器，用于檢測(cè)浮選機(jī)尾礦閘板高度(泡沫層厚度)。增加尾礦灰分儀，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)尾礦變化(圖3)，以便系統(tǒng)自行微調(diào)加藥量[5]。

圖3 柳灣選煤廠浮選數(shù)據(jù)透明化報(bào)表

3.2 浮選尾礦灰分在線檢測(cè)

柳灣選煤廠采用1臺(tái)由山西理工智聯(lián)科技有限公司開發(fā)的浮選尾礦智能分析儀。該設(shè)備采集了浮選尾煤圖像，在灰度特征的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提取顏色特征進(jìn)行分析和處理，并建立了基于GSA—SVR算法的灰分預(yù)測(cè)模型[6]。

浮選尾礦智能分析儀為太原理工大學(xué)與山西理工智聯(lián)科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的第三代灰分智能分析儀，主要包括尾礦灰分主控單元與尾礦灰分圖像采集單元。單臺(tái)尾礦主控單元可針對(duì)單臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行尾礦灰分測(cè)量，也可對(duì)2臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

基于圖像檢測(cè)技術(shù)與智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合的浮選尾礦灰分智能分析儀，可實(shí)現(xiàn)浮選尾礦灰分的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)灰分3 min快速檢測(cè)，灰分測(cè)量精度小于±1.5%，尤其適用于浮選尾礦灰分的在線檢測(cè)。

尾礦灰分圖像采集單元如圖4所示，主要由尾礦進(jìn)料裝置、尾礦收集裝置、尾礦穩(wěn)流裝置、圖像采集裝置、尾礦排料管等組成。礦漿從尾礦槽內(nèi)旁路抽取再流回尾礦槽中，在此過程中流經(jīng)采集裝置，在采集裝置中完成尾礦收集、圖像采集、圖像傳輸?shù)裙ぷ鳌＝?jīng)千兆網(wǎng)線將圖像傳輸至尾礦灰分主控單元進(jìn)行計(jì)算分析。

圖4 尾礦灰分圖像采集單元流程

尾礦灰分主控單元與尾礦灰分圖像采集單元皆可實(shí)時(shí)顯示尾礦灰分，尾礦灰分圖像采集單元可對(duì)進(jìn)料、排料、沖洗水等閥門進(jìn)行控制，并且可根據(jù)工人操作習(xí)慣切換自動(dòng)、手動(dòng)控制。尾礦灰分主控單元通過圖像視覺識(shí)別技術(shù)與模型分析計(jì)算出尾礦實(shí)時(shí)灰分，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)及相關(guān)報(bào)表，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，可手動(dòng)切換計(jì)算模型，以達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的效果(圖5)。

圖5 尾礦采集裝置控制界面

灰分儀檢測(cè)數(shù)據(jù)與化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖6所示，由圖6可以看出，灰分儀檢測(cè)出的尾礦灰分變化趨勢(shì)與化驗(yàn)室給出的尾礦灰分變化趨勢(shì)基本相同。

圖6 灰分儀檢測(cè)數(shù)據(jù)與化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3 基于專家表規(guī)則的浮選藥劑添加穩(wěn)定控制系統(tǒng)

柳灣選煤廠采用專家規(guī)則表技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥劑智能添加(圖7)，在滿足尾礦灰分指標(biāo)的條件下，將浮選入料流量、濃度以及浮選尾礦灰分檢測(cè)值作為數(shù)據(jù)組。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)崗位工多年調(diào)試經(jīng)驗(yàn)給定的藥劑量為基數(shù)，通過專家規(guī)則表的擴(kuò)散功能，給定至每個(gè)表格中[7]。

圖7 專家規(guī)則表

整個(gè)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)包括傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器和現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏、調(diào)度室上位機(jī)，系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程、就地控制模式，其中遠(yuǎn)程又包括遠(yuǎn)程手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方式，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)具備歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢功能[8]。

與原有人工手動(dòng)加藥方式相比，浮選智能加藥能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥，并能保證加藥的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，可以降低浮選崗位司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)工作效率及健康保障。

藥劑自動(dòng)添加系統(tǒng)具備自動(dòng)啟停功能，當(dāng)檢測(cè)到預(yù)處理器電機(jī)運(yùn)行信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)開始提前輸出藥劑添加量并執(zhí)行添加動(dòng)作，保證加藥的及時(shí)性，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備空載運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過10 min(可由崗位工自行設(shè)定)后自動(dòng)停止加藥動(dòng)作，避免藥劑損耗[9]。

4 柳灣選煤廠浮選智能化應(yīng)用效果

浮選系統(tǒng)智能化項(xiàng)目開展前，入浮煤泥量無法量化，只能通過入洗原煤篩分資料近似查詢。藥劑添加量的大小和浮選泡沫層的厚度依靠職工憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)。分選效果難以穩(wěn)定，計(jì)量考核管理困難，職工勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

浮選系統(tǒng)智能化項(xiàng)目開展后，入浮干煤泥量通過在線流量計(jì)和濃度計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)，藥劑通過蠕動(dòng)泵精確添加，液位通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及紅外測(cè)距儀精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了量化的操作及考核管理，浮選系統(tǒng)整體運(yùn)行效果得到明顯改善，使全廠精煤整體產(chǎn)率增加0.3%以上。按照全年二車間入洗原煤200萬t，精煤價(jià)格2 800元/t計(jì)算，則每年可增加經(jīng)濟(jì)效益1 680萬元。

5 結(jié) 語

柳灣選煤廠浮選系統(tǒng)智能化實(shí)施后，對(duì)浮選系統(tǒng)重要參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)檢測(cè)入浮流量和濃度，尾礦灰分儀實(shí)時(shí)檢測(cè)浮選尾礦灰分，根據(jù)入浮流量、濃度和浮選尾礦灰分等參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能加藥，實(shí)現(xiàn)整個(gè)浮選系統(tǒng)閉環(huán)控制，真正實(shí)現(xiàn)了浮選系統(tǒng)的智能化[10]，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。