浮选药剂自动添加控制系统在鑫隆煤业选煤厂的应用

高文秀

（1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012）

选煤厂入选原煤时小于0.5 mm 的细粒级煤泥含量大约占总原煤的20%～30%，这部分细粒级的原煤处理不好就会造成大量的煤泥水排出，对环境造成污染。针对这种情况，比较有效的分选方法就是浮选选煤法[1]。山西吕梁中阳桃园鑫隆煤业选煤厂浮选系统为2 台20 m34 室浮选机。工艺和设备都是确定的，加药点设置在矿化器和浮选机1、2、3 室，用柴油和杂醇两种药剂作为起泡剂和捕收剂，药剂通过齿轮油泵从药剂库给入浮选机加药装置的药剂箱。该洗煤厂原有的浮选生产系统药剂添加方式是人工加药，自动化程度比较低，主要靠岗位司机的经验来控制药剂添加量。而浮选药剂的添加量与配比是影响浮选效果的主要因素，药剂添加的数量和准确性直接影响浮选精煤和尾煤的产量、质量及效果[2]。这种人工加药的操作方式没有定量的概念，既不准确也不及时，入料泵经常打空导致入料不稳定，各项重要参数数据不能实时检测，历史数据无法查询，所以急需对现有的浮选系统进行升级改造。

1 浮选药剂自动添加系统的基本工况图

图1 是鑫隆煤业选煤厂浮选药剂自动添加系统的基本工况图，加药装置测量进入浮选系统的浓度、矿浆流量，计算出入浮的干煤泥量。通过加药装置的计量泵变频调整总药剂添加量，药剂和清水经过剪切乳化后，配合各分点电动阀门和微小流量计输送到矿化器和各分室。

图1 浮选药剂自动添加系统的基本工况图

2 设备选型及安装

2.1 浮选入料浓度监测

该系统需新增1 台浓度计，浓度测量范围0～120 g/L。浓度计选用红外吸收散射光线法，将浓度计插入矿浆预处理器的入料管，实时在线监测入料浓度。

2.2 浮选机矿浆入料流量监测

该系统需新增2 台矿浆流量计，选用超声波插入式流量计，实时监测进入浮选机系统的矿浆流量。根据单位容积矿浆处理量：6～10 m3/（m3·h）计算，对于单台20 m34 室浮选机，入料流量监测范围为600～800 m3/h。

2.3 药剂罐

该系统需新增2 台药剂罐和1 个药剂乳化清水箱，材质均为不锈钢，捕收剂容积为1.5 m3，起泡剂容积为1 m3，清水箱容积为2 m3。药剂罐顶部设有耐腐蚀电动阀和手动闸阀，一侧设置有磁翻板液位计，采集的信号均远传到控制系统PLC，来监测药剂罐内的进药量。为了保证药剂过滤除杂效果，现场安装两级过滤装置。第一级安装在药剂箱入口处，主要用于过滤药剂中的粗颗粒杂质；第二级在进入计量泵的管路上安装Y 型过滤器，用于过滤细颗粒杂质，降低进入计量泵的杂质，保证计量泵的添加精度和使用寿命。过滤器滤网材质为不锈钢，滤网的孔径大小要根据现场杂质颗粒情况来选择，也要根据杂质情况定期清洗或更换滤网。

2.4 药剂计量添加泵

该系统需新增3 台隔膜计量泵，其中有一个是备用，另外两台安装位置为靠近药剂罐的平台，与药剂罐形成整体结构。隔膜计量泵通过远程PLC 控制柜内的变频器调整出药量。捕收剂隔膜计量泵选择最大量程90 L/h，起泡剂隔膜计量泵选择最大量程40 L/h，量程的大小需根据现场吨煤药耗选型。

2.5 药剂乳化泵

该系统需新增1 台药剂乳化泵，通过乳化泵内两个齿形面的相对运动对浮选药剂产生剪切、磨碎作用，将不易溶于水的油类药剂分散成2～10 μm 药滴的乳浊液，加入矿浆预处理器和浮选机各分室中。

2.6 各分点药剂调整

该系统需新增8 台分点药剂调整电动阀和微型流量计，预处理2 台，每台浮选机1、2、3 室各1 台。

2.7 微小药剂流量计

该系统需新增2 台基恩士超声波流量计，专门针对小流量设计，安装方式为加持在管路上。除了水、油、药液，还可用于高粘度液体。

3 控制柜配置和系统概况

3.1 控制柜配置

浮选加药自动控制系统数据采集和处理以及控制输出的核心模块CPU 选用了西门子品牌1500 系列的PLC。数字量信号的输入和输出均加装了隔离装置，输入选用普通线圈继电器即可，输出则由于用于控制计量泵的频率，考虑到使用次数过多，如果选用普通磁吸式继电器，其使用寿命会大打折扣，所以选用了固态继电器。模拟量信号的输入和输出也加装了隔离模块，以此来保证输入、输出的稳定性和可靠性[3]。人机界面选用工控触摸屏和亚控科技公司的组态王kingview6.55 软件，清晰、动态地显示整个浮选加药系统的浮选工艺流程、浮选工艺参数和药剂参数等重要参数的实时曲线和历史曲线。上位机的控制系统选择windows7 系统，PLC编程软件选用TIA Portal V15 版本。

3.2 浮选药剂自动添加控制系统的系统概况

浓度计、流量计将检测到的信号经过4～20 mA直流电流信号发送到PLC 控制系统，通过输出相对应的信号来控制计量泵的工作频率，然后进一步控制捕收剂、起泡剂的添加量，以此来实现整个浮选系统药剂的自动添加[4-5]。如图2。

图2 浮选药剂自动添加控制系统的系统概况

4 系统操作说明

该浮选加药控制系统分为手动控制和自动控制两种方式。自动控制时，加药系统能自动根据进入煤泥水流段的干煤泥量和浓度的变化来控制浮选药剂的添加量。当系统出现故障时，则可选择手动方式来控制浮选生产过程。

4.1 计算机操作

浮选司机在电脑上操作账号登录后，可以完成以下操作：设备流程、工艺参数、参数报表、参数修改、操作帮助、退出系统。

4.2 设备流程

模拟显示浮选系统的设备流程画面，并动态显示浮选机各分点加药情况和药剂泵、浮选机等设备的运行状态。

4.3 工艺参数

浮选岗位司机可以随时在上位机画面上查看入浮浓度、入浮流量、累计流量、入浮干煤泥量、理论加药量、实际加药量、吨煤药耗等重要参数.

4.4 参数报表

根据需要在时间属性中选择起始时间和终止时间，然后从报表菜单中选择“历史查询”，就可以查询到所需数据。

4.5 参数修改

参考设定参数值并且根据生产时浮选泡沫的情况对重要参数进行调整。

5 结语

该浮选药剂自动添加系统已于2021 年11 月在山西吕梁中阳桃园鑫隆煤业选煤厂正式投产使用，生产方式由以往的手动拧阀门变成计量泵变频调整来控制加药的方式，实现了入浮相关参数实时进行显示和记录。该系统设计合理，运行可靠，操作简单，不仅降低了生产中药剂的损耗，稳定浮选洗选指标，还减少了浮选岗位工人的数量，减轻岗位工人的劳动强度，得到了鑫隆煤业选煤厂浮选岗位司机的一致好评，为选煤厂带来直接的经济效益。