尉曉瓏，曹英華

(1.霍州煤電集團(tuán) 呂臨能化公司選煤廠，山西 呂梁 033200；2.江蘇仕能工業(yè)技術(shù)有限公司，江蘇 徐州 221000)

1 概 述

呂臨能化公司選煤廠隸屬于霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，是一座設(shè)計(jì)能力為10.0 Mt/a的特大型煉焦煤選煤廠。選煤工藝為：200～50 mm塊煤重介淺槽預(yù)排矸、50～1 mm原煤采用兩段兩產(chǎn)品重介旋流器主再洗、1～0.35 mm粗煤泥采用TBS分選機(jī)分選、0.35 mm以下細(xì)煤泥采用機(jī)械攪拌式浮選機(jī)分選。

浮選系統(tǒng)的4臺(tái)XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)采用3+2階梯式布置，根據(jù)原煤煤質(zhì)情況采用如圖1所示的一次浮選或二次浮選工藝。生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)手動(dòng)在礦漿預(yù)處理器和中間3室4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加藥。由于加藥點(diǎn)多、分散，浮選司機(jī)為調(diào)節(jié)藥劑量，需來(lái)回攀爬浮選機(jī)，同時(shí)巡視浮選刮泡和尾礦情況，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、藥劑添加量不易控制、浮選指標(biāo)不穩(wěn)定等問(wèn)題，容易造成浮選藥劑浪費(fèi)和浮選精煤損失，生產(chǎn)效率較低，浮選成本較高，嚴(yán)重影響選煤廠經(jīng)濟(jì)效益，迫切需要實(shí)現(xiàn)浮選自動(dòng)控制。

圖1 選煤廠浮選工藝流程

實(shí)現(xiàn)浮選自動(dòng)控制最重要的基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，其中主要是指浮精和尾礦[1]。基于浮選司機(jī)觀察泡沫層狀態(tài)和尾礦顏色深淺的行為習(xí)慣，將機(jī)器視覺(jué)識(shí)別應(yīng)用到礦物浮選監(jiān)控的方法已引起廣泛關(guān)注。

保江等針對(duì)銻粗選異常工況下泡沫層高度改變，導(dǎo)致位置固定的工業(yè)相機(jī)采集到的泡沫圖像存在離焦模糊的問(wèn)題，提出了一種基于泡沫復(fù)原圖像特征和深度視覺(jué)特征融合的銻粗選異常工況識(shí)別方法[2]。王勇等提出了浮選泡沫紋理特征的灰度行程矩陣提取算法，研究表明，泡沫灰度可為煤泥浮選視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)提供泡沫狀態(tài)信息[3]。桂衛(wèi)華、曾榮研究并總結(jié)了視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和相關(guān)算法在金屬礦浮選泡沫方面的應(yīng)用[4-7]。

王光輝以灰度平均值、方差、平滑度、熵和能量5個(gè)特征向量，建立了基于煤漿灰分BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的煤漿灰分軟測(cè)量模型[8]。董志勇建立了基于濃度和彩色圖像特征的浮選尾煤灰分軟測(cè)量模型，基于煤漿透射圖像灰度特征的浮選尾煤濃度預(yù)測(cè)模型，基于圖像檢測(cè)法的浮選尾煤粗顆粒含量即跑粗程度的預(yù)測(cè)模型[9]。郭智平、武林海研究了基于增量型極限學(xué)習(xí)機(jī)(I-ELM)的尾礦灰分識(shí)別方法，提高了預(yù)測(cè)精度和速度[10，11]。

趙樓礦選煤廠通過(guò)對(duì)浮選泡沫圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整，建立了基于浮精灰分軟測(cè)量的自動(dòng)加藥系統(tǒng)[12，13]。蔣莊礦選煤廠應(yīng)用了一種基于視覺(jué)識(shí)別的浮選尾礦在線測(cè)灰儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾礦灰度的檢測(cè)和灰分的軟測(cè)量[14]。欒川鉬業(yè)集團(tuán)某鉬礦采用了一種基于泡沫圖像分析儀的浮選智能控制系統(tǒng)，智能調(diào)整泡沫層厚度以及充氣量，實(shí)現(xiàn)了泡沫流速控制，提高了浮選過(guò)程的穩(wěn)定性[15]。

2 選煤廠智能浮選系統(tǒng)的研究與構(gòu)建

2.1 智能浮選系統(tǒng)的功能

智能浮選系統(tǒng)具備的功能：浮選藥劑罐液位檢測(cè)；藥劑罐自動(dòng)補(bǔ)充；藥劑自動(dòng)除雜；藥劑自動(dòng)乳化；加藥點(diǎn)2種藥劑各自獨(dú)立變頻；自動(dòng)、手動(dòng)加藥及加藥量自動(dòng)計(jì)量；入浮礦漿流量、濃度檢測(cè)；浮精及尾礦實(shí)時(shí)在線灰分檢測(cè)、輸出；系統(tǒng)故障自動(dòng)報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)組成

智能浮選系統(tǒng)如圖2所示，主要包括：浮選智能乳化加藥站、礦漿灰分儀、智能浮選系統(tǒng)控制平臺(tái)、流量計(jì)、濃度計(jì)等。作為主要檢測(cè)單元的礦漿灰分儀，是通過(guò)AI視覺(jué)與圖像處理技術(shù)在密閉空間、恒定光照環(huán)境下對(duì)浮精泡沫、尾礦漿進(jìn)行檢測(cè)得出灰分?jǐn)?shù)據(jù)。浮精檢測(cè)單元架設(shè)于浮選機(jī)浮精泡沫層上方實(shí)時(shí)采集分析浮精灰分，內(nèi)置專用光源，風(fēng)力強(qiáng)制除塵。尾礦取樣來(lái)自浮選機(jī)下部尾礦漿管道，尾礦漿進(jìn)入灰分儀內(nèi)部，經(jīng)過(guò)消泡、防沉淀、防污染處理后流經(jīng)檢測(cè)窗口，由專用工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)采集，對(duì)浮尾礦漿產(chǎn)品灰分進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

圖2 智能浮選系統(tǒng)

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

智能浮選系統(tǒng)可分為4層，第一層為數(shù)據(jù)采集層，主要包括濃度計(jì)、流量計(jì)、礦漿灰分儀等核心檢測(cè)儀器，用于現(xiàn)場(chǎng)浮選系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集；第二層為數(shù)據(jù)層，將第一層采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、異常過(guò)濾和分析，記錄設(shè)備操作、故障、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)反饋執(zhí)行的參數(shù)；第三層為控制邏輯層，按照第二層的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行控制、加藥前饋控制、加藥閉環(huán)修改控制、故障診斷、數(shù)據(jù)分析，確保系統(tǒng)按照最優(yōu)邏輯運(yùn)行；第四層人機(jī)界面層，能夠完成生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備控制、報(bào)警管理、設(shè)備維護(hù)、報(bào)表管理等操作和交互，如圖3所示。

圖3 礦漿灰分儀人機(jī)界面及設(shè)備照片

2.4 智能浮選系統(tǒng)建設(shè)方案

首先在每臺(tái)浮選機(jī)廠房藥劑罐內(nèi)安裝液位傳感器，與油庫(kù)內(nèi)補(bǔ)油泵聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)充藥劑。藥劑罐出口到藥劑除雜器之間安裝流量計(jì)用于計(jì)量藥劑用量。藥劑經(jīng)除雜后進(jìn)入加藥泵站，通過(guò)變頻加藥泵自動(dòng)泵入射流乳化器，經(jīng)高壓水乳化后流入加藥點(diǎn)。入浮礦漿管路安裝流量計(jì)及濃度計(jì)，實(shí)時(shí)計(jì)算入浮干煤泥量作為前饋量，通過(guò)設(shè)置在一、二、三、四室的加藥點(diǎn)各自獨(dú)立的變頻加藥計(jì)量泵自動(dòng)添加藥劑。在浮選機(jī)第四室浮選槽上部安裝浮精灰分儀檢測(cè)單元，在尾礦管下部安裝灰分主機(jī)及尾礦檢測(cè)單元，實(shí)時(shí)檢測(cè)浮選尾礦灰分，并輸出到智能加藥系統(tǒng)，作為閉環(huán)控制的修正指導(dǎo)數(shù)據(jù)。智能浮選控制流程如圖4所示。

圖4 控制流程

3 應(yīng)用情況

智能浮選系統(tǒng)完成建設(shè)并經(jīng)調(diào)試投入運(yùn)行后，統(tǒng)計(jì)人工采制化的浮精和尾礦灰分共計(jì)70條，如表1所示，浮精平均灰分10.89%，尾礦平均灰分68.06%，浮選平均抽出率88.32%，智能浮選系統(tǒng)運(yùn)行的浮選指標(biāo)滿足生產(chǎn)要求。

表1 使用后浮選尾礦灰分統(tǒng)計(jì)

呂臨能化選煤廠近期浮選指標(biāo)穩(wěn)定，未出現(xiàn)因煤質(zhì)變化導(dǎo)致的較大波動(dòng)情況，因此對(duì)智能浮選系統(tǒng)使用后和使用前2個(gè)月的浮精和尾礦班灰指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如圖5所示。浮選智能系統(tǒng)使用后浮精平均灰分提升0.14%，基本上變化不大，但尾礦灰分提升7.9%，提升效果明顯，且從圖5中可以看出，尾礦灰分穩(wěn)定性較使用前有很大的提升。

圖5 使用前后浮精尾礦灰分統(tǒng)計(jì)

4 效益分析

(1)減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和安全性。代替人員操作，減少爬樓梯頻率，減少安全事故發(fā)生率。同時(shí)減少職工與藥劑的接觸次數(shù)，避免職業(yè)危害。

(2)計(jì)量準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單。根據(jù)確定的具體參數(shù)實(shí)現(xiàn)藥劑的精確計(jì)量與添加，操作簡(jiǎn)單，避免了浮選司機(jī)業(yè)務(wù)水平、責(zé)任心及經(jīng)驗(yàn)誤差帶來(lái)的影響，同時(shí)在隔膜泵的抽吸作用下，減輕了藥劑雜質(zhì)的影響，大大降低了堵塞概率，增強(qiáng)了浮選生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

(3)浮選精礦和尾礦灰分實(shí)時(shí)反饋，較傳統(tǒng)化驗(yàn)檢測(cè)方式更加及時(shí)，避免了人工化驗(yàn)滯后帶來(lái)的藥劑調(diào)整滯后，實(shí)現(xiàn)浮選精煤及尾礦灰分接近上限生產(chǎn)，提高了浮選精煤抽出率，降低了藥劑消耗。加藥系統(tǒng)實(shí)施后，浮選精煤抽出率提高1.0%，總精煤產(chǎn)率提升0.2%，按照入洗原煤800萬(wàn)t/a計(jì)算，可多生產(chǎn)精煤1.6萬(wàn)t/a，按1 500元/t計(jì)算，可增收2 400萬(wàn)元/a。噸原煤綜合藥劑消耗減少10 g，全年可節(jié)省藥劑80 t，藥劑售價(jià)按10 000元/t計(jì)，可節(jié)支80萬(wàn)元/a。

(4)原每班浮選司機(jī)2人，使用自動(dòng)加藥系統(tǒng)后，職工勞動(dòng)強(qiáng)度降低，現(xiàn)設(shè)1人，實(shí)現(xiàn)了減人提效。

5 結(jié) 語(yǔ)

智能浮選系統(tǒng)在呂臨能化選煤廠應(yīng)用后，利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制手段實(shí)現(xiàn)了浮精、尾礦灰分的在線檢測(cè)和自動(dòng)加藥，提高了浮選系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平，浮選精煤抽出率提高1.0%，噸原煤藥劑消耗降低10 g，同時(shí)降低了浮選操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了樣品的采制化工作，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)、控員、提效，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。