選煤廠壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置的設計與應用實踐

巴春星，張 濤，沈 亮

(1.淮南礦業(yè)集團選煤分公司 顧橋選煤廠，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

隨著我國煤炭開采技術的不斷進步，采煤機械化水平越來越高，原煤開采量不斷攀升，隨之而來的突出問題是矸石含量不斷增加，原煤煤質(zhì)逐漸變差。在這種情況下，生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的煤泥含量增加，煤泥水質(zhì)量下降，尾煤處理難度增加。按照現(xiàn)代化選煤廠的建設要求，選煤生產(chǎn)系統(tǒng)應實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)，但其中的尾煤處理直接影響洗水平衡和洗水閉路循環(huán)[1-3]。

據(jù)調(diào)研，淮南礦區(qū)選煤廠的煤泥水處理流程大致相同，包括一段濃縮流程和二段濃縮流程。一段濃縮機底流采用沉降離心脫水機處理，一段濃縮機溢流和沉降離心脫水機的離心液直接進入二段濃縮機。二段濃縮機入料一般含有矸石磁選尾礦和壓濾機濾液[4-6]，這些物料粒度均<0.5 mm，且極細顆粒含量較高，物料脫水難度較大。目前，大多數(shù)選煤廠采用向攪拌桶內(nèi)添加聚合氯化鋁的方式來提高物料脫水效果。傳統(tǒng)做法是向攪拌桶內(nèi)注料時加入聚合氯化鋁干粉，聚合氯化鋁用量通常由崗位工人依據(jù)經(jīng)驗判斷。從實際使用效果來看，聚合氯化鋁干粉存在溶解速度慢、難以攪拌均勻、工人勞動強度大等問題[7-8]。但聚合氯化鋁水劑不存在這些問題，且藥劑用量少，生產(chǎn)成本低，使用效果好。目前，聚氯化鋁水劑已在淮南礦區(qū)大部分選煤廠得到使用，這為壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置的設計和使用提供了有利條件。

但聚氯化鋁水劑從加藥箱進入攪拌桶時，其用量依靠崗位工人經(jīng)驗來判斷，藥劑用量不足或過量的現(xiàn)象時有發(fā)生，容易引發(fā)藥劑浪費或煤泥壓濾效果不理想的問題。此外，這種調(diào)節(jié)方式較為復雜，生產(chǎn)數(shù)據(jù)波動頻繁時加藥量調(diào)節(jié)頻率增加，崗位工人手動調(diào)節(jié)無法滿足生產(chǎn)需要[9-10]。為此，根據(jù)實際生產(chǎn)狀況，設計出壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置。

1 壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置的設計

1.1 工作原理

壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置由“眼、腦、手”三大部分組成，實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測機構相當于人類的眼睛；核心是可編程控制器PLC，其配置是否得當，決定著控制系統(tǒng)能否正常發(fā)揮功效；控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構充當了雙手，其將前兩部分的采集、運算數(shù)據(jù)轉化成最終的控制成果。壓濾系統(tǒng)主要結構如圖1所示。

圖1 壓濾系統(tǒng)結構示意圖

通過現(xiàn)場監(jiān)測的入料濃度和流量數(shù)據(jù)，結合手動操作時聚氯化鋁水劑的用量，找出兩者的對應關系。完善工藝過程檢測手段，主要參考二段濃縮機底流的流量和濃度等數(shù)據(jù)，先計算出攪拌桶入料的實時干煤泥量，通過給定的關系式，確定經(jīng)驗藥劑用量，再采用精密藥劑泵向生產(chǎn)系統(tǒng)添加相應的藥劑。

1.2 硬件和軟件的選擇

由干煤泥質(zhì)量與煤泥水流量和濃度的關系可知：要知道壓濾機內(nèi)的干煤泥質(zhì)量，就必須知道管路內(nèi)煤泥水的流量和濃度。故設計自動加藥裝置的第一步就是安裝二段濃縮機底流出料管流量計，此次選用電磁管道流量計，該流量計測量精度高，安裝方便，可輸出4～20 mA電流信號，能夠滿足自動加藥裝置的要求。此外，在煤泥管路的總管段安裝一臺型號為Cs137的γ射線濃度計，用于測量物料的實時濃度。該濃度計通過測量接收端的射線量，計算出管路中的物料密度，在換算成濃度單位后通過二次儀表向外輸出4～20 mA電流信號。

在壓濾車間現(xiàn)場配置一臺PLC控制柜，其具有觸摸式人/機交互界面，可供電氣工程師現(xiàn)場調(diào)試；后期崗位司機也可使用，其具有顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)和歷史曲線的功能。PLC站點具有模擬量輸入/輸出模塊和數(shù)字量輸入/輸出模塊，輸入模塊用于讀取流量計、濃度計的實時電流信號，其經(jīng)數(shù)字濾波處理后轉換成具體數(shù)據(jù)；根據(jù)聚氯化鋁水劑用量與干煤泥質(zhì)量和系數(shù)的關系，可以確定聚氯化鋁水劑的實時用量，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序計算出藥劑用量后，通過模擬量輸出模塊將數(shù)據(jù)轉換成4～20 mA電流信號，再輸出至計量泵。按照流量偏小，控制精度高的要求，計量泵選擇電磁式隔膜計量泵，其具有體積小、安裝方便、控制精度高、隔膜損耗低等優(yōu)點，最重要的是可以直接接受4～20 mA電流信號的調(diào)控，能與PLC直接配合使用，有利于降低控制系統(tǒng)的復雜性。壓濾系統(tǒng)自動加藥流程如圖2所示。

圖2 壓濾系統(tǒng)自動加藥流程

為了更加直觀地顯示自動加藥裝置運行情況，方便崗位司機切換控制方式，在PLC站點配置人/機交互式觸摸操作屏。通過觸摸屏可以調(diào)取各臺壓濾機的運行時間、班次加藥量，觸摸屏后臺程序還可收集記錄生產(chǎn)數(shù)量歷史曲線，方便生產(chǎn)技術人員調(diào)閱和分析。

1.3 技術特點

采用傳感器、PLC、計量泵構成的壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)聚氯化鋁水劑的動態(tài)添加，與手動加藥方式相比，具有以下技術特點：

(1)自動化程度高，工人勞動強度降低。該自動加藥裝置完全實現(xiàn)了聚合氯化鋁水劑自動添加，使加藥不再依賴崗位工人手動添加、調(diào)節(jié)，崗位工人勞動強度大大降低。

(2)實現(xiàn)精準加藥，有助于節(jié)約聚氯化鋁。聚氯化鋁用量根據(jù)生產(chǎn)情況由程序計算得到，再通過計量泵定量添加，不再依賴工人經(jīng)驗，而是以實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)。程序所用計算式是在歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎上建模得出的，具有很高的可靠性，藥劑浪費得以杜絕。

(3)裝置響應迅速，調(diào)節(jié)速度快。從監(jiān)測到調(diào)控都是不間斷的，當干煤泥量發(fā)生變化時，程序立即對藥劑用量進行調(diào)整，完全實現(xiàn)了藥劑用量跟蹤煤泥含量的實時調(diào)控。調(diào)控反應時間在10 s以內(nèi)，能夠消除手動加藥不及時、不準確等問題。

2 應用效果

壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置設計成功后，在淮南礦區(qū)選煤廠壓濾系統(tǒng)中進行了應用。自動加藥裝置使用前后濃縮機的運行指標見表1。由表1可知:在濃縮機入料濃度相同的情況下，使用自動加藥裝置后藥劑用量為40 g/t，藥劑消耗下降50個百分點，濃縮機的濃縮效率提高約2.02個百分點，使用效果較為明顯。

表1 壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置使用前后濃縮機的運行指標

3 結語

淮南礦區(qū)選煤廠生產(chǎn)實踐表明，壓濾系統(tǒng)自動加藥裝置的設計與應用，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟收益和社會效益。該裝置采用聚氯化鋁水劑代替干粉，能夠有效解決干粉溶解慢、攪拌不均勻、用量不準確等問題，有助于降低材料成本，節(jié)約人力資源；最重要的是還能幫助技術人員及時掌握實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，有利于生產(chǎn)工藝優(yōu)化和效率改善。