1 设计背景

         浮选药剂用量的准确与否是关系到浮选系统产品灰分及回收率的一项重要因素。目前国内大多数选煤厂在浮选药剂投加方面仍然由岗位人员靠经验进行手动操作。

 

         近年来，一些选煤厂开始探索浮选自动加药控制，以期达到根据实时监测工艺参数，自动调节加药量的目的。淮南矿业集团选煤分公司汲取先进经验，在新庄孜、潘一选煤厂进行了浮选自动加药控制系统的研发，取得了较好效果。

 

2 浮选工艺系统存在的问题

         浮选作为重介系统后续工艺，是煤泥水处理工艺的重要环节，在整个生产工艺中担负着重要的角色。新庄孜、潘一选煤厂的浮选生产系统基本一致，进入浮选机的物料由两台给料泵给入浮选机的矿浆准备器，起泡剂和捕收剂通过加药管路加入混合漏斗，煤泥水与药剂在矿浆准备器内充分混合，然后自流入浮选机中。

 

         众所周知，影响浮选机分选效果的因素主要有两点: 一是进入浮选机内的物料浓度需维持在合理范围; 二是药剂的用量需与进入浮选机的干煤泥量相匹配。由上述两厂的系统构成可知，在浮选操作及质量控制方面存在以下问题。

         (1)起泡剂、捕收剂从储料箱自流至管路再通过普通球阀添加，调量时人工手动调节开度。这种添加方式无法得知添加药剂的具体数量，只凭岗位司机目测判断; 其次调节过程比较麻烦，生产数据波动频繁时，调节频率增加，因此人工添加很难保证产品质量。

 

         (2)手动调节无法准确测量浮选机的入料浓度，不利于生产系统的调控，容易造成浮选精煤回收率低。入浮浓度对生产指标的影响较大，需保证其维持在一定范围。原系统中对这一重要指标并无监测，仍采用人工观测判断方式，准确性低。

 

         (3)手动调节无法测量进入浮选机的实时干煤泥量。在以往的浮选系统中，对物料的流量并无监测，浓度也是由岗位司机间隔性的手动检测，根本无从得知实时的干煤泥量。这就给生产系统的稳定、产品质量的控制带来了很大难度，人工添加药剂往往 “宁多勿少”，容易造成浮选药剂的浪费。

 

3 浮选工艺参数自动监测及加自动药系统设计

3. 1 设计原理

         通过现场试验检测，计算入浮浓度和流量，再统计对应手动操作添加的起泡剂和捕收剂总量，找出基本对应数据。完善工艺过程监测系统，主要监测指标有储浆桶液位、入浮流量、入浮浓度、稀释水流量等。监测浮选的实时入浮干煤泥量，通过给定关系公式，算出药剂添加量，由精密药剂泵进行添加。

 

3. 2 重要生产数据监测

         由公式 G(干煤泥质量)= L(煤泥水流量)×N(煤泥水浓度)可知，要得到进入浮选机内的干煤泥质量就必须测量出管路中煤泥水的流量及浓度。

 

         在各台浮选机入料管安装电磁流量计，电磁流量计具有测量精度高、安装方便、可输出 4～20 mA电流信号等诸多优点。其次，在煤泥水的总管段安装一台放射线浓度计，用于测量物料的实时浓度。

 

3. 3 PLC 可编程控制器的选择及算法确定

         本系统选用施耐德公司 M340 系列 PLC。在浮选车间现场配置 1 台 PLC 控制柜，控制柜具有触摸式人机界面，可供电气工程师现场调试及岗位司机操作，能现场显示生产数据及历史曲线。PLC 读取电磁流量计、浓度计实时电流信号，通过公式 Q(起泡剂用量)= K 1 ×G(干煤泥量)、B(捕收剂用量)= K 2 ×G(干煤泥量)(K 1 、K 2 取决于工艺需求，后期使用中可根据偏差进行修正)来确定起泡剂及捕收剂的实时用量。CPU 执行内部程序计算出药剂用量后，输出至电磁隔膜计量泵执行。

 

3. 4 执行机构的选择

         由以往生产数据分析得知，单台浮选机的**大药剂消耗量维持在 70 L/h 以下，从而可以确定出计量泵的工作流量范围。根据计量泵流量小，但要求控制精度高的特点，本案选用了电磁式隔膜计量泵。该种型号的泵具有体积小、安装方便、控制精度高、隔膜损耗低等优点，还可接受 4～20 mA 电流信号调控，降低了控制系统的复杂性。

 

3. 5 浮选工艺参数自动监测及自动加药系统配置

         新庄孜选煤厂、潘一选煤厂的浮选工艺参数自控系统配置如图 1、图 2 所示。新庄孜选煤厂在煤泥水总管路上安装 1 台浓度计，在每台浮选机的入料分管路上各安装 1 台电磁流量计，每台浮选机安装 1 台起泡剂泵、1 台捕收剂泵。在循环水总管路安装 1 台电磁流量计。4 台浮选机由同一台 PLC 站点控制。潘一选煤厂共 5 台浮选机，除补水方式不同外，其余配置均与新庄孜选煤厂一致。该厂的补水方式为单台分散补水，故在每台浮选机的补水管路安装 1 台电磁流量计。

3. 6 软件设计及人机界面

         自动加药程序流程如图 3 所示。为更直观地显示自动监测及自动加药系统的运行情况、实时工艺参数，使岗位司机能方便地手动、自动切换控制方式，在 PLC 站点配置了一块可以实现人机互动的触摸操作屏幕。通过触摸屏，可以显示各台浮选机的实时工艺参数，显示每台计量泵的实时流量。触摸屏后台程序还可以收集记录生产数量历史曲线，通过点击日期时间框，可以调取任意一天生产情况和数据，方便生产技术人员调阅分析。

         实时趋势界面可以实时提供药剂添加量以及入浮干煤泥量的动态信息。在实时趋势图上用不同颜色的曲线代表不同的工艺参数。

 

         历史趋势主要的功能是记录、显示数据。在历史趋势上显示的信息基本包含了浮选生产的关键性参数，同时将这些参数的相关数据保存在触摸屏的第二驱动器中，可将其从触摸屏读取到计算机中，从而进行数据分析和管理。在历史趋势界面上通过点击左上方的日期时间框，可以方便地调取任意一天的生产情况和生产数据。

 

3. 7 系统优点

         采用传感器、PLC、计量泵构成的浮选工艺参数自动监测及加自动药系统，实现了浮选药剂自动动态添加。这套系统与原依赖人工调节的方式相比，具有以下优点。

         (1)自动化程度高，释放岗位劳动力。该套系统的起泡剂、捕收剂添加完全实现了自动功能，不再依赖岗位司机手动调节，降低了岗位人员的劳动强度。

         (2)药剂添加实现定量控制，精度高，易于控制浮选产品质量，提升浮选精煤产率。根据生产情况由程序计算得出药剂需用量，再通过计量泵定量添加。通过程序自动跟踪生产数据，及时调控药剂用量，从而保证浮选产品的质量稳定，有效减少精煤的流失，提升产率。

         (3)系统响应迅速，调节速度快。本系统为实时不间断监测和调控，干煤泥量发生变化时程序会对药剂的用量实时调整，完全实现药剂用量大小随生产工艺参数波动而增减。其调控的反应时间控制在 10 s 以内，大大优于人工调控的反应时间，保证了浮选产品的稳定性。

         (4)精确计算，节约药剂用量。药剂添加量的大小不再依赖人工经验主观判断，杜绝了药剂用量的浪费。

 

4 经济效益分析

4. 1 药剂用量

         目前 2 个选煤厂自动监测及自动加药装置运行效果良好，达到了预期效果。从试生产中药剂消耗量来看(见表 1)，预计全年药剂使用量可缩减为该系统投运前的 50%，2 个选煤厂每年可以节约药剂费 212. 57 万元。

4. 2 浮选精煤产率

         浮选系统实现自动化后，为浮选机创造了稳定良好的分选环境，有利于浮选精煤的回收。同时消除了人工加药存在的不确定、调控不及时等诸多不利因素。从生产试运行中的数据来看，在保证产品质量的前提下，新庄孜选煤厂和潘一选煤厂浮选精煤回收率均得到了 1%以上的提升。按此进行推算，2 个选煤厂每年可实现经济效益增收 522. 45 万元。

 

         由表 2 可知，浮选系统精煤产率的提升，给企业带来巨大经济收益。2 个选煤厂每年精煤增产近万吨，可实现经济效益 522. 45 万元。

5 后期展望

         自动化研发建设为生产技术管理人员提供了良好的生产监控、数据分析平台。相比靠经验判断的工作方式，技术人员在生产分析方面掌握了多方数据资源，可以总结历史数据、分析不同煤质情况下浮选工艺参数的变化，有利于掌握煤泥变化动态，及时调整工艺参数来应对煤质变化。目前本系统实现了监测浮选工艺参数中的入浮浓度、煤泥水流量、药剂添加量，未能对精矿灰分、尾矿灰分数据实时监测。如将这两项重要工艺参数采集并进行控制，浮选自动化系统将更加精确、更加智能。

 

6 结 语

         新庄孜、潘一选煤厂浮选工艺参数自动监测及自动加药系统研发的成功应用，给企业带来了巨大经济收益和社会效益。系统的投入使用，提高了对浮选产品质量的控制，有利于技术人员及时掌握生产数据资料，有利于工艺环节的分析与研究，提高了选煤自动化水平。