浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)在黃陵一號(hào)煤礦選煤廠的應(yīng)用

緱新學(xué)

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 一號(hào)煤礦選煤廠，陜西 延安 727307)

陜西陜煤黃陵礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司一號(hào)煤礦選煤廠(以下簡稱“黃陵一號(hào)煤礦選煤廠”)是一座設(shè)計(jì)能力為6.00 Mt/a的礦井型選煤廠，主選工藝為無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、TBS干擾床分選機(jī)分選、浮選的聯(lián)合工藝。該選煤廠浮選系統(tǒng)現(xiàn)有6臺(tái)XJM-16(4室)型浮選機(jī)，分為3套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)包括2臺(tái)浮選機(jī)和1臺(tái)礦漿預(yù)處理器，共有27個(gè)加藥點(diǎn)。在浮選生產(chǎn)過程中，浮選藥劑通過廠房4層的藥劑箱自流至浮選生產(chǎn)現(xiàn)場，崗位工通過對(duì)27個(gè)加藥點(diǎn)的閥門調(diào)節(jié)來控制加藥量，每班的藥劑消耗量通過藥劑桶上的玻璃刻度表來計(jì)量和統(tǒng)計(jì)。

由于采用人工加藥方式，入料濃度、礦漿流量等因素難以掌控，實(shí)際操作的滯后性較大，導(dǎo)致浮選精煤產(chǎn)率低，灰分不穩(wěn)定，藥劑浪費(fèi)嚴(yán)重；通過玻璃刻度表計(jì)量藥劑消耗量，存在計(jì)量不準(zhǔn)確的問題，造成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差較大。此外，浮選作業(yè)環(huán)節(jié)共有27個(gè)加藥點(diǎn)，在加藥時(shí)崗位工需爬上礦漿準(zhǔn)備器，所需人員較多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且存在安全隱患。為了克服人工加藥存在的弊端，陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司洗選研究所與天地科技股份有限公司唐山分公司合作，設(shè)計(jì)了浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已投入使用，且運(yùn)行效果良好。

1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)黃陵一號(hào)煤礦選煤廠的實(shí)際情況，在不影響原加藥系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，新增一套自動(dòng)加藥系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括六部分，分別為PLC、變頻器、觸摸屏、計(jì)量泵、旋渦泵、電磁閥(圖1)。結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和目的，在浮選機(jī)平臺(tái)下方安裝新增的藥劑桶和變頻泵，鋪設(shè)管道并將其引至每個(gè)加藥點(diǎn)，在每個(gè)加藥點(diǎn)安裝電磁閥，用于調(diào)節(jié)、控制藥劑添加量。在浮選現(xiàn)場安裝PLC控制柜，通過觸摸屏對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)共配置有6臺(tái)計(jì)量泵、3臺(tái)旋渦泵、24個(gè)電磁閥，每組浮選機(jī)配置3臺(tái)泵和4個(gè)電磁閥，分別是起泡劑計(jì)量泵、捕收劑計(jì)量泵、清水泵；電磁閥分別用于控制礦漿準(zhǔn)備器和浮選機(jī)2室、3室的藥劑添加，另外1個(gè)電磁閥用于控制清水管路中清水的添加。

圖1 浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 測控原理

在浮選藥劑添加過程中，藥劑添加量主要由入浮煤泥量對(duì)應(yīng)的干煤泥量決定，而干煤泥量可通過濃度計(jì)測量信號(hào)與流量計(jì)測量信號(hào)運(yùn)算得到。在干煤泥量發(fā)生變化時(shí)，藥劑添加量隨之發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤的目的[1]。

該系統(tǒng)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，即藥劑添加量由干煤泥量和噸煤油耗等參數(shù)決定，在濃度不變的前提下，礦漿流量增大，加藥量增加；但如果干煤泥量不變，只是礦漿濃度增大或減少，根據(jù)小浮選試驗(yàn)結(jié)果(礦漿濃度在100 g/L以下時(shí))，加藥量存在減少的趨勢[2]。由此來看，如果僅僅跟蹤干煤泥量，則會(huì)導(dǎo)致藥劑添加量不準(zhǔn)確。由于直接浮選的入浮礦漿濃度不穩(wěn)定，且不能及時(shí)調(diào)節(jié)與控制，為此引入(A-Bρ)函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)藥劑添加量既跟蹤干煤泥量，又跟蹤礦漿濃度[3]。浮選藥劑添加量計(jì)算式為：

G=gK(A-Bρ)，

(1)

式中：G為藥劑添加量，kg/t；ρ為礦漿濃度，g/L；K為油耗，kg/t；A、B分別為加藥量隨濃度變化系數(shù)。

通過式(1)計(jì)算出藥劑添加量給定值，PID對(duì)給定值和測量值進(jìn)行運(yùn)算。如果測量值大于給定值，則PID輸出出現(xiàn)負(fù)偏差；經(jīng)PID重新運(yùn)算后輸出信號(hào)減少，藥劑添加量減小，直到實(shí)際加藥量趨近或等于給定值，此時(shí)偏差消失，PID輸出穩(wěn)定。如果測量值小于給定值，則PID輸入出現(xiàn)正偏差；經(jīng)PID重新運(yùn)算后輸出信號(hào)增大，藥劑添加量增大，直到實(shí)際加藥量趨近或等于給定加藥量，此時(shí)偏差消失，PID輸出穩(wěn)定[4]。

1.3 控制特點(diǎn)

浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)是針對(duì)以機(jī)械攪拌式浮選機(jī)為核心設(shè)備的浮選系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其集指標(biāo)測量、信號(hào)采集、屏幕顯示、調(diào)節(jié)控制功能于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)浮選藥劑添加量的精確控制[5]。該系統(tǒng)在改善選煤的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減少藥劑消耗量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度方面有著顯著作用，具體特點(diǎn)為：

(1)能夠及時(shí)檢測入料濃度、礦漿流量等指標(biāo)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制藥劑添加量和藥劑比例，從而避免藥劑浪費(fèi)。

(2)與原人工加藥方式相比，所需崗位工人數(shù)更少，配備1人即可滿足生產(chǎn)要求，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

(3)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)加藥強(qiáng)度和藥劑(捕收劑與起泡劑)比例，并可以根據(jù)浮選生產(chǎn)需要設(shè)定各加藥點(diǎn)的加藥比例，以適應(yīng)不同煤泥煤質(zhì)的要求，對(duì)于提高浮選精煤產(chǎn)率和保證其灰分穩(wěn)定、合格有著重要作用。

(4)系統(tǒng)的操作界面設(shè)計(jì)人性化，參數(shù)調(diào)整直觀、方便，觸控屏清晰耐用，能夠經(jīng)受長時(shí)間的現(xiàn)場運(yùn)行考驗(yàn)。

2 應(yīng)用效果

在選煤廠和設(shè)計(jì)、施工單位的共同努力下，經(jīng)過調(diào)試和整改，浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)運(yùn)行基本正常。在該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了浮選藥劑的自動(dòng)添加與控制，系統(tǒng)能夠及時(shí)增加用藥量或減少用藥量，避免了精煤損失或藥劑浪費(fèi)。自動(dòng)加藥系統(tǒng)運(yùn)行前后浮選系統(tǒng)各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 浮選系統(tǒng)各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表1可知：

(1)在該系統(tǒng)投用運(yùn)行后，浮選崗位工由2名專職減為1名兼職系統(tǒng)巡視，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減員增效。

(2)該系統(tǒng)投用運(yùn)行前，浮選精煤灰分較高，在6%～11%之間波動(dòng)，且不易控制；自其投入應(yīng)用至今，浮選精煤灰分穩(wěn)定，一直能夠控制在8%～9%之間。

(3)在項(xiàng)目實(shí)施前，每班消耗的捕收劑在3.20～3.50 m3之間，起泡劑在0.80～1.00 m3之間；之后每班消耗的捕收劑在3.00 m3左右，起泡劑在0.70 m3左右。

(4)使用該系統(tǒng)前，每班回收的浮選精煤數(shù)量約為600 t；之后每班可多回收浮選精煤約200 t，使總精煤產(chǎn)率提高約2個(gè)百分點(diǎn)。

按每位工人的工資6萬元/a計(jì)算，每年節(jié)省人工成本12萬元；按每年洗選精煤1.00 Mt計(jì)算，大概需要生產(chǎn)160個(gè)班，捕收劑的價(jià)格為6 800元/m3，起泡劑的價(jià)格為6 200元/m3，則每年節(jié)省的藥劑成本為31.68萬元；按原煤入選量1.67 Mt/a計(jì)算，則精煤產(chǎn)量增加3.34萬t/a，精煤價(jià)格為475元/t，煤泥價(jià)格為50元/t，則每年的銷售利潤增加1 419.5萬元。綜上所述，自浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)運(yùn)行后，每年可增收1 463.18萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的人工加藥方式存在不可避免的弊端，調(diào)節(jié)具有滯后性，現(xiàn)場控制精度低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，導(dǎo)致浮選精煤數(shù)質(zhì)量均較低，藥劑浪費(fèi)嚴(yán)重，且部分場所存在安全隱患。與人工加藥相比，浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)具有很大的先進(jìn)性，黃陵一號(hào)煤礦選煤廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)的應(yīng)用，不但可以提高浮選精煤數(shù)質(zhì)量，避免藥劑浪費(fèi)，而且能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減員增效。浮選自動(dòng)加藥系統(tǒng)對(duì)于提高浮選系統(tǒng)的自動(dòng)化程度有著重要作用，且能為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 任景龍.范各莊礦業(yè)分公司選煤廠浮選工藝參數(shù)自動(dòng)測控系統(tǒng)改造[J].選煤技術(shù)，2011(2)：56-58.

[2] 李巋然，趙永剛，王曉坤，等.浮選自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)在回坡底選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2012(3)：70-72.

[3] 王曉坤，左 泉，張衛(wèi)軍.浮選加藥操作自動(dòng)控制系統(tǒng)在大屯選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2013(4)：71-72.

[4] 楊建新，吳 琳.變頻器在電力鍋爐中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011(11)：126-127.

[5] 李 璐，董志勇，王然風(fēng).選煤廠浮選自動(dòng)加藥專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭工程，2013,45(11):16-18.