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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(gòu)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(gòu)充當了雙手，其將前兩部分的采集、運算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成最終的控制成果。壓濾系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 壓濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

通過現(xiàn)場監(jiān)測的入料濃度和流量數(shù)據(jù)，結(jié)合手動操作時聚氯化鋁水劑的用量，找出兩者的對應關(guān)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(guān)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(guān)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(shù)人員調(diào)閱和分析。

1.3 技術(shù)特點

采用傳感器、PLC、計量泵構(gòu)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(shù)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(chǔ)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(shè)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(jié)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(shè)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(shù)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。