絮凝劑自動添加系統(tǒng)在東灘煤礦選煤廠的應(yīng)用

錢麗霞

（1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012）

絮凝沉降對于選煤廠煤泥水處理具有重要意義。生產(chǎn)過程中，通過向煤泥水中添加一定量的絮凝劑，實現(xiàn)煤泥的快速沉降，降低溢流水的濃度[1]。我國大多數(shù)選煤廠仍然采用機(jī)械攪拌的方式配置絮凝劑，采用人工定量添加絮凝劑[2]，加藥量的大小完全憑經(jīng)驗調(diào)整，使之滿足生產(chǎn)實際的需要。這樣容易產(chǎn)生很多問題，如絮凝劑溶液配制時，人工添加藥劑的方式勞動強(qiáng)度大；工人拋撒藥劑粉末時，藥劑在煤泥水中分布不均勻，容易形成團(tuán)塊，不能充分溶解，使攪拌機(jī)的攪拌時間延長，不僅浪費電能，還會對電機(jī)和設(shè)備造成更多磨損。同時，加藥過多或不足，難以保證循環(huán)水的質(zhì)量，影響選煤廠的正常生產(chǎn)。當(dāng)藥量不足時，煤泥水中的懸浮物不能快速沉降，導(dǎo)致溢流水濃度升高，最終影響脫泥、脫介效果；當(dāng)藥量過多，部分藥劑不能溶解，沉淀在攪拌桶底，不僅浪費藥劑，而且因為絮凝保護(hù)的反作用，影響懸浮物的沉淀[3-4]。 因此，在煤泥水處理過程中，絮凝劑添加系統(tǒng)控制的精確程度，對保證洗選指標(biāo)和洗選系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。采用自動添加絮凝劑的方式，根據(jù)濃縮池的溢流水濃度，實現(xiàn)絮凝劑的精確添加[5]，不但可以降低工人勞動強(qiáng)度，改善勞動環(huán)境，還能節(jié)電、節(jié)水、節(jié)藥。

1 選煤廠概況及存在的問題

東灘煤礦選煤廠煤泥水處理工藝：采用兩段濃縮脫水回收的方式，采用沉降離心機(jī)處理一段底流，采用壓濾機(jī)處理二段底流，將二段溢流水作為循環(huán)水供全廠使用。生產(chǎn)中，向濃縮池加入絮凝劑，加速煤泥的沉降，使煤泥水得到沉淀、澄清，提高濃縮機(jī)的工作效率[6]。選煤廠原有絮凝劑添加采用的是人工配置方式，先向攪拌桶中放入清水，接著開啟攪拌機(jī)，人工向攪拌桶內(nèi)拋撒絮凝劑粉末進(jìn)行攪拌，通過加藥泵向濃縮機(jī)添加混合好的絮凝劑溶解液[7]。通過分析，改造前的絮凝劑添加系統(tǒng)存在以下幾方面問題：

（1）藥劑撒漏，危害人體健康。向攪拌桶中人工拋撒絮凝劑粉末，藥劑容易撒漏，因為藥劑具有一定的腐蝕性，不僅對環(huán)境造成污染，而且危害人體健康[8]。

（2）攪拌不均，藥劑浪費。用機(jī)械攪拌配制絮凝劑溶解液時，人工拋撒藥劑的方式藥劑分散不均勻而不能充分溶解，會延長攪拌機(jī)攪拌時間，浪費電能，增加設(shè)備的磨損[9]。未溶解的部分藥劑沉淀在攪拌桶底部不被利用，浪費藥劑，降低循環(huán)水的質(zhì)量[10]。

（3）生產(chǎn)過程中煤泥水的流量不穩(wěn)定，工人需要憑經(jīng)驗不斷調(diào)整藥劑添加量，不但增加工人勞動強(qiáng)度，絮凝劑配比濃度也不準(zhǔn)確。

（4）藥粉直接添加到攪拌桶，容易結(jié)塊堵塞管路，增加人工清理負(fù)擔(dān)。

（5）機(jī)械攪拌配藥自動化程度低，在藥劑的配置、儲存、添加的過程中，全部靠人工操作，難免因操作不準(zhǔn)確造成溶液的跑冒，浪費清水和藥劑。

2 絮凝劑自動添加方案

選煤廠從現(xiàn)場條件和操作上考慮，對整個電控系統(tǒng)進(jìn)行升級，采用絮凝劑自動添加系統(tǒng)，實現(xiàn)濃縮機(jī)藥劑絮凝劑（聚丙烯酰胺）制備和自動添加，用可編程序控制器替代原來用按鈕、繼電器、接觸器組合的控制方式，將絮凝劑粉末配置成一定濃度的絮凝劑溶液，可精確地預(yù)設(shè)溶液濃度，既可以就地操作也可以集控操作，滿足選煤廠生產(chǎn)實際需要。

3 絮凝劑自動添加系統(tǒng)簡介

3.1 結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、液位控制、控制柜、攪拌器、加藥泵六個部分。絮凝劑配比濃度為0.1%～0.5%，處理能力為5000 L/h?？刂泼姘逵煽删幊绦蜻壿嬁刂破骺刂?，具有可中英文切換的操作界面?？刂乒駜?nèi)置智能控制器，可對絮凝劑制備相關(guān)用電設(shè)備（如攪拌器、送料器等）進(jìn)行控制并對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可及時對系統(tǒng)內(nèi)的故障進(jìn)行報警和顯示。絮凝劑添加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1，絮凝劑添加系統(tǒng)裝配圖如圖2。

圖1 絮凝劑自動添加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 絮凝劑自動添加系統(tǒng)裝配圖

3.1.1 進(jìn)料系統(tǒng)

（1）干粉輸送

風(fēng)機(jī)通過文氏管將粉料吸入輸送管道，并通過風(fēng)機(jī)輸送到攪拌桶中，中間用透明軟管，可以實時看到管道里粉料輸送情況。采用不銹鋼箱體，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長。

（2）干粉進(jìn)料器

進(jìn)料器（帶料位傳感器）包括120 L 料斗、螺旋給料系統(tǒng)、加熱器、物位探頭、輸送風(fēng)機(jī)、文氏管。配置料位探頭用于輸出低料位信號，傳出報警?？招耐都勇輻U的螺桿帶防架橋大螺旋。為防止絮凝劑干粉受潮結(jié)塊，采用電加熱器對藥粉進(jìn)行加熱。投料量通過PLC 程序，當(dāng)配藥濃度改變時，PLC 經(jīng)過計算后自動改變進(jìn)料電機(jī)藥劑投加量，從而保證藥液配比濃度準(zhǔn)確。通過風(fēng)機(jī)將粉料從文丘里管送入攪拌桶中。

3.1.2 進(jìn)水系統(tǒng)

（1）進(jìn)水管路

進(jìn)水管路主要由手動球閥、Y 型過濾器、電動球閥（220VAC）壓力表和管路組成。主體材質(zhì)和電動球閥均采用304 不銹鋼。

（2）投加和排空連接

投加/排空連接在箱體的后面，抽取口和排空口有球閥連接。

3.1.3 液位控制

液位計用來監(jiān)測攪拌箱和儲藥箱的液位。攪拌箱的液位計可以控制系統(tǒng)進(jìn)水閥的起停。儲藥箱的液位計分三個液位觸點：低、中、高。當(dāng)達(dá)到低液位時，自動啟動系統(tǒng)，配置藥液；當(dāng)達(dá)到高液位時，自動停止系統(tǒng)；當(dāng)液位極低時，系統(tǒng)自動報警并立即關(guān)閉加藥泵。采用靜壓液位計，能直觀地看到液位的顯示，能傳出4～20 mA 的電信號，探頭材質(zhì)采用304 不銹鋼。

3.1.4 控制柜

采用西門子S7 系列PLC 控制器，對各儀表傳感器的信號進(jìn)行采集，根據(jù)煤泥水濃度計算絮凝劑的添加量，可以計算絮凝劑添加量的實時偏差和預(yù)測偏差，通過控制變頻器對加藥量進(jìn)行調(diào)整?？刂乒駥崿F(xiàn)絮凝劑制備過程電氣設(shè)備的供電、過負(fù)荷、手動/自動控制、就地/集中控制轉(zhuǎn)換等功能，對絮凝劑制備系統(tǒng)中攪拌器、送料器等用電設(shè)備進(jìn)行控制并對系統(tǒng)中各設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對設(shè)備故障及時報警和提示。

攪拌器主要用于攪拌混合溶液加快熟化過程，其葉片和軸均采用不銹鋼材質(zhì)，電機(jī)保護(hù)等級為IP55。加藥泵采用螺桿泵，一用一備，采用變頻調(diào)速的方式，材質(zhì)為304 不銹鋼，電機(jī)防護(hù)等級IP55。

3.2 工作原理

粉狀絮凝劑人工添加到干粉料斗中。首先啟動系統(tǒng)，進(jìn)水閥門打開，自動打開進(jìn)料器，通過干粉料斗中的過濾網(wǎng)對絮凝劑進(jìn)行初步過濾，通過喂料機(jī)將絮凝劑輸送到加熱料斗；鼓風(fēng)機(jī)吹動氣流，雙文氏管吸取藥粉經(jīng)過透明的輸送管進(jìn)入混料室，經(jīng)過霧化混合進(jìn)入攪拌桶；攪拌器攪拌混合藥粉和清水，形成一定濃度的絮凝劑溶液；在PLC 的控制下，打開轉(zhuǎn)排閥，將藥液排放到儲藥箱，藥液全部轉(zhuǎn)排結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)行下一次制備。需要添加藥液時，PLC 控制螺桿泵將藥液定量輸送到加藥點（濃縮機(jī)入料管）。絮凝劑自動添加系統(tǒng)工作原理如圖3。

圖3 絮凝劑自動添加系統(tǒng)工作原理圖

3.3 特點

（1）人工一次性向給料漏斗添加絮凝劑干粉后，設(shè)置好配置相關(guān)參數(shù)，整個制備添加工作全部由系統(tǒng)自動完成，降低了工人的勞動強(qiáng)度。結(jié)合生產(chǎn)實際需要，可以選擇切換自動控制和手動控制，操作靈活。

（2）絮凝劑粉末被高速氣流從文氏管吹入混料系統(tǒng)，與高速水流迅速混合，保證絮凝劑完全分散，不易形成團(tuán)塊，混合效果良好。

（3）加熱料斗中使用螺旋加熱器，可對輸送管道中的絮凝劑粉末自動進(jìn)行加熱，不僅可以提高送料精度，還能防止因藥劑受潮造成的出料口堵塞。

（4）系統(tǒng)采用兩臺螺桿泵添加藥劑，通過變頻控制的方式，可隨流量變化調(diào)整加藥量,加藥準(zhǔn)確穩(wěn)定，保證藥液配比濃度不變。

（5）完善的報警功能。整套系統(tǒng)內(nèi)設(shè)流量計、液位和料位傳感器，當(dāng)液位和料位低時輸出報警信號，防止設(shè)備損壞和生產(chǎn)現(xiàn)場其他不必要的損失。在水流過小、儲藥箱液位過低、攪拌電機(jī)發(fā)生損壞時，系統(tǒng)均能自動發(fā)出報警信號并立即停止系統(tǒng)工作。

（6）采用先進(jìn)的推流式溶液操作系統(tǒng)，能充分混合藥液。各個設(shè)備的運行均采用PLC 集中控制的方式，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單方便。

4 應(yīng)用效果

（1）煤泥水濃縮機(jī)的工作效率得到提高，溢流水濃度降低且穩(wěn)定。

（2）原煤藥劑消耗降低，每噸原煤降低0.75 g，降幅達(dá)到18%。

（3）一臺攪拌電機(jī)功率為7.5 kW，應(yīng)用系統(tǒng)后，每天減少運行3 h，年節(jié)省電費達(dá)0.54 萬元。

（4）工人勞動強(qiáng)度降低。原來人工配藥需要多次調(diào)整添加藥劑，并對攪拌桶、儲藥桶的液位高低實時觀測。工人只需要一次性投入絮凝劑，設(shè)定相關(guān)參數(shù)后系統(tǒng)將自動運行，大大減少了人力消耗。

5 結(jié)論

東灘煤礦選煤廠絮凝劑自動添加系統(tǒng)采用先進(jìn)的西門子系列PLC 對絮凝劑干粉進(jìn)料、溶液制備、溶液添加過程進(jìn)行自動控制，實現(xiàn)了絮凝劑添加的自動化，有效降低了工人勞動強(qiáng)度，藥劑配比濃度穩(wěn)定，精煤產(chǎn)量提高，系統(tǒng)處理量增強(qiáng)，明顯節(jié)約了藥劑、電能和水資源，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，為建設(shè)智能化選煤廠打下良好的基礎(chǔ)。