浮選柱自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王亞南

(晉城煤業(yè)集團(tuán)，山西 晉城 048021)

浮選柱自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王亞南

(晉城煤業(yè)集團(tuán)，山西 晉城 048021)

針對(duì)現(xiàn)有洗煤廠浮選柱存在的自動(dòng)化程度較低、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，論述了浮選過程各個(gè)變量的影響過程，通過合理的設(shè)計(jì)和選型，開發(fā)了包括沖洗水量自動(dòng)控制、入料濃度自動(dòng)控制、礦漿液位自動(dòng)控制、循環(huán)礦漿壓力自動(dòng)控制、浮選藥劑自動(dòng)添加在內(nèi)的浮選柱分選過程影響變量自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)。

浮選柱；沖洗水量；入料濃度；循環(huán)礦漿壓力；藥劑添加；自動(dòng)控制

0 引言

在洗煤廠浮選設(shè)備中，浮選柱以其對(duì)極微細(xì)粒物料(≤0.074 mm)的高選擇性分選，同時(shí)無運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，得以迅速發(fā)展。浮選柱分選過程主要影響因素有沖洗水量、入料濃度、礦漿液位、循環(huán)礦漿壓力、藥劑制度。目前大部分選煤廠浮選柱分選過程影響因素都是浮選現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，普遍存在調(diào)整不及時(shí)、隨意性較大、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)劇烈、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，同時(shí)調(diào)整的效果還與操作人員的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)有很大的關(guān)系。因此，加強(qiáng)對(duì)浮選柱過程變量的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)浮選柱的自動(dòng)控制，對(duì)于充分發(fā)揮浮選柱設(shè)備性能優(yōu)勢(shì)，提高浮選精煤產(chǎn)品指標(biāo)有著重要意義。

1 沖洗水量自動(dòng)控制

在浮選柱泡沫層上方加裝沖洗水，主要作用是強(qiáng)化二次富集作用，降低浮選精煤中高灰細(xì)泥部分含量，因此，合適的沖洗水量能降低浮選泡沫層中的高灰細(xì)泥含量，從而降低精煤灰分。目前，浮選柱沖洗水多為浮選司機(jī)手動(dòng)調(diào)整水量控制閥門從而控制沖洗水量，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了沖洗水量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)選用電磁流量計(jì)作為沖洗水量的測(cè)量傳感器，安裝在沖洗水主管道上。同時(shí)，在管道上安裝電動(dòng)蝶閥，通過PID控制器控制電動(dòng)蝶閥的開度，從而控制沖洗水量。

2 入料濃度自動(dòng)控制

浮選入料濃度是影響浮選柱分選效果的一個(gè)重要因素。入料濃度越大，單位體積礦漿中含有的固體顆粒越多，柱體內(nèi)氣泡上升速度越低，起泡與礦粒的碰撞概率就越高，礦漿通過量即浮選柱處理量也會(huì)增加。但是入料濃度過高，礦漿量過大，甚至超過浮選柱最大允許量，就會(huì)造成煤粒來不及礦化就進(jìn)入尾煤中導(dǎo)致跑煤，同時(shí)會(huì)造成機(jī)械夾帶，部分細(xì)泥會(huì)混入精煤產(chǎn)品，使精煤灰分增高；若給料量過小，浮選時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使一些高灰雜質(zhì)浮起而污染精煤，同時(shí)礦漿通過量降低，造成浮選柱處理量減少，單位能耗和藥耗增加，成本費(fèi)用提高[1]。

濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)由同位素濃度計(jì)、控制器、電控氣動(dòng)閥門組成，采用PID控制，閥門控制稀釋水量，放射性同位素密度計(jì)測(cè)量煤泥水密度，然后再由PLC通過測(cè)量得到的密度計(jì)算出煤泥水濃度，測(cè)量精度可達(dá)±0.5%，穩(wěn)定性良好。密度轉(zhuǎn)換濃度的計(jì)算公式為：

Q=1 000δ(ρ-1)/(δ-1)

(1)

式中，Q為浮選入料濃度(g/L)；ρ為浮選入料煤泥水密度(g/cm3)；δ為浮選入料煤泥真密度(g/cm3)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果取δ=1.69 g/cm3。

當(dāng)安裝在煤泥水管道上的濃度計(jì)檢測(cè)到煤泥水實(shí)時(shí)濃度后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)差值控制器輸出相應(yīng)信號(hào)給電控氣動(dòng)閥門，調(diào)節(jié)閥門開度大小，控制稀釋水量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)入料濃度控制。

3 礦漿液位自動(dòng)控制

浮選柱內(nèi)礦漿液位的穩(wěn)定控制是實(shí)現(xiàn)浮選柱正常分選的重要前提和保證，礦漿液位的調(diào)整對(duì)于浮選過程有著重要的影響，礦漿液位越高，浮選柱捕集區(qū)即粗選段高度越大，浮選礦粒在浮選柱中上升時(shí)間越長(zhǎng)，與氣泡碰撞概率就越大，氣泡上粘附的礦粒數(shù)量也越多，從而使浮選產(chǎn)品數(shù)量增加。然而礦漿液位過高，捕集區(qū)高度過大，泡沫區(qū)即精選段高度則會(huì)相應(yīng)降低，二次富集效果減弱，使浮選產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，維持一個(gè)合適的礦漿液位對(duì)于保證浮選柱高效分選至關(guān)重要。

浮選柱礦漿液位自動(dòng)控制采用尾礦調(diào)節(jié)閥法，利用投入式液位傳感器插入浮選柱柱體內(nèi)部測(cè)量浮選柱礦漿液位，在浮選柱底部尾礦排放口安裝電控氣動(dòng)模擬量調(diào)節(jié)蝶閥，通過控制器利用PID法控制蝶閥閥門開度，來調(diào)節(jié)尾礦排放量和排放速度，從而達(dá)到液位調(diào)節(jié)的目的。利用該方法調(diào)節(jié)礦漿液位，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)靈活方便，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

4 循環(huán)礦漿壓力自動(dòng)控制

循環(huán)泵壓力對(duì)浮選柱分選效果的影響主要有以下2點(diǎn)：如果壓力增大，充氣量和浮選柱內(nèi)的氣含量會(huì)隨之增加，柱體內(nèi)氣泡量增加，精煤產(chǎn)率則會(huì)得到提高，同時(shí)，氣泡的過粉碎作用會(huì)隨著壓力的增加而加強(qiáng)，礦漿內(nèi)微泡數(shù)量會(huì)得到進(jìn)一步提高，浮選效果得到進(jìn)一步改善。然而如果壓力過大，氣泡數(shù)量過多，會(huì)導(dǎo)致無用礦物的機(jī)械夾帶，從而增加精煤灰分，當(dāng)超過某個(gè)極限值時(shí)，甚至?xí)斐缮蠜_氣流，出現(xiàn)浮選柱內(nèi)礦漿“翻花”，無法完成分選過程；如果壓力過低，循環(huán)礦漿量減少，充氣量和氣含量降低，氣泡數(shù)量減少質(zhì)量變差，則會(huì)造成顆粒礦化不充分，精煤產(chǎn)率降低。因而在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要根據(jù)煤質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)工況的變化及時(shí)調(diào)整循環(huán)泵工作壓力。

對(duì)于浮選柱而言，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，循環(huán)礦漿壓力一般在0.14～0.18 MPa。在浮選柱上循環(huán)礦漿管道分支管上安裝壓力變送器，測(cè)量循環(huán)礦漿壓力，通過變頻器控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂蒲h(huán)礦漿壓力。

5 藥劑添加自動(dòng)控制

傳統(tǒng)的浮選柱藥劑添加為人工手動(dòng)添加，通過現(xiàn)場(chǎng)工人觀察現(xiàn)場(chǎng)工況，包括礦漿液位、泡沫層狀態(tài)、入料濃度等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制水嘴開度從而控制藥劑量。浮選藥劑包括捕收劑和起泡劑等，工人在手動(dòng)加藥時(shí)與藥劑直接接觸，會(huì)受到一定的傷害，多數(shù)情況下浮選過程現(xiàn)場(chǎng)工況波動(dòng)劇烈，煤質(zhì)波動(dòng)頻繁，造成浮選司機(jī)操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大，藥劑添加量和添加比例很難合適，因此存在藥劑添加不及時(shí)、過量、欠量、藥耗高等現(xiàn)象，造成浮選產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)甚至不合格的現(xiàn)象。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了基于干煤泥量的浮選柱藥劑添加自動(dòng)控制系統(tǒng)。

(1) 傳感器。針對(duì)上述問題設(shè)計(jì)的浮選藥劑自動(dòng)添加系統(tǒng)，以入料濃度和入料流量作為控制系統(tǒng)依據(jù)，入料濃度測(cè)量采用上述射源式濃度傳感器，入料流量的測(cè)量選用德國(guó)科隆電磁流量計(jì)，測(cè)量精確。

(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。針對(duì)傳統(tǒng)的藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電磁閥、隔膜泵等出現(xiàn)的加藥不精確、易堵塞且多為斷點(diǎn)加藥的現(xiàn)象，本系統(tǒng)藥劑添加執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用德國(guó)進(jìn)口Seepex精密計(jì)量螺桿泵。螺桿泵是一種新型的液體輸送泵，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、易維護(hù)等特點(diǎn)，尤其是針對(duì)高黏度流體以及含有雜質(zhì)的液體具有良好的適用性，泵的型號(hào)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)藥劑用量情況定制，很好地解決了傳統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如隔膜泵和電磁閥)的堵塞問題，并且計(jì)量精確。利用螺桿泵進(jìn)行藥劑添加時(shí)，通過控制器輸出控制信號(hào)控制變頻器頻率，變頻器帶動(dòng)螺桿泵運(yùn)行，螺桿泵的轉(zhuǎn)速與藥劑量成正比關(guān)系，因此確定了螺桿泵的型號(hào)后，系統(tǒng)以線性關(guān)系進(jìn)行藥劑添加。

(3) 控制策略。浮選過程中，浮選藥劑的用量和浮選過程干煤泥處理量有很大關(guān)系，因而本系統(tǒng)浮選藥劑自動(dòng)添加采用基于干煤泥量的藥劑添加策略。由浮選入料流量Q，入料濃度N，計(jì)算出干煤泥量G=QN。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)得出噸干煤泥量藥耗Kq和Kb，則藥劑自動(dòng)添加量為捕收劑Qb=KbG、起泡劑Qq=KqG。由于螺桿計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速與流量呈線性比例關(guān)系，通過控制泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可控制藥劑添加量，因此系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過程中根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的干煤泥量自動(dòng)計(jì)算出起泡劑和捕收劑的用量，由PLC輸出相應(yīng)的電流信號(hào)控制變頻器頻率，調(diào)節(jié)泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)藥劑用量的精確添加。

6 結(jié)語

本文針對(duì)現(xiàn)有的浮選柱人工手動(dòng)調(diào)節(jié)造成的浮選過程調(diào)節(jié)隨意性較大，調(diào)整不及時(shí)、不準(zhǔn)確，人工強(qiáng)度大等問題，通過合理的設(shè)計(jì)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理選型，實(shí)現(xiàn)了浮選柱分選過程影響變量在線自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)控制。

[1]葛咸浩.操作參數(shù)對(duì)浮選柱分選效果的影響[J].潔凈煤技術(shù)，2013，19(3):6～9

2014-06-30

王亞南(1969—)，男，山西澤州人，工程師，從事機(jī)電工程技術(shù)管理與研究工作。