錢(qián)麗霞

（1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012）

絮凝沉降對(duì)于選煤廠(chǎng)煤泥水處理具有重要意義。生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)向煤泥水中添加一定量的絮凝劑，實(shí)現(xiàn)煤泥的快速沉降，降低溢流水的濃度[1]。我國(guó)大多數(shù)選煤廠(chǎng)仍然采用機(jī)械攪拌的方式配置絮凝劑，采用人工定量添加絮凝劑[2]，加藥量的大小完全憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，使之滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際的需要。這樣容易產(chǎn)生很多問(wèn)題，如絮凝劑溶液配制時(shí)，人工添加藥劑的方式勞動(dòng)強(qiáng)度大；工人拋撒藥劑粉末時(shí)，藥劑在煤泥水中分布不均勻，容易形成團(tuán)塊，不能充分溶解，使攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，不僅浪費(fèi)電能，還會(huì)對(duì)電機(jī)和設(shè)備造成更多磨損。同時(shí)，加藥過(guò)多或不足，難以保證循環(huán)水的質(zhì)量，影響選煤廠(chǎng)的正常生產(chǎn)。當(dāng)藥量不足時(shí)，煤泥水中的懸浮物不能快速沉降，導(dǎo)致溢流水濃度升高，最終影響脫泥、脫介效果；當(dāng)藥量過(guò)多，部分藥劑不能溶解，沉淀在攪拌桶底，不僅浪費(fèi)藥劑，而且因?yàn)樾跄Ｗo(hù)的反作用，影響懸浮物的沉淀[3-4]。 因此，在煤泥水處理過(guò)程中，絮凝劑添加系統(tǒng)控制的精確程度，對(duì)保證洗選指標(biāo)和洗選系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。采用自動(dòng)添加絮凝劑的方式，根據(jù)濃縮池的溢流水濃度，實(shí)現(xiàn)絮凝劑的精確添加[5]，不但可以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境，還能節(jié)電、節(jié)水、節(jié)藥。

1 選煤廠(chǎng)概況及存在的問(wèn)題

東灘煤礦選煤廠(chǎng)煤泥水處理工藝：采用兩段濃縮脫水回收的方式，采用沉降離心機(jī)處理一段底流，采用壓濾機(jī)處理二段底流，將二段溢流水作為循環(huán)水供全廠(chǎng)使用。生產(chǎn)中，向濃縮池加入絮凝劑，加速煤泥的沉降，使煤泥水得到沉淀、澄清，提高濃縮機(jī)的工作效率[6]。選煤廠(chǎng)原有絮凝劑添加采用的是人工配置方式，先向攪拌桶中放入清水，接著開(kāi)啟攪拌機(jī)，人工向攪拌桶內(nèi)拋撒絮凝劑粉末進(jìn)行攪拌，通過(guò)加藥泵向濃縮機(jī)添加混合好的絮凝劑溶解液[7]。通過(guò)分析，改造前的絮凝劑添加系統(tǒng)存在以下幾方面問(wèn)題：

（1）藥劑撒漏，危害人體健康。向攪拌桶中人工拋撒絮凝劑粉末，藥劑容易撒漏，因?yàn)樗巹┚哂幸欢ǖ母g性，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，而且危害人體健康[8]。

（2）攪拌不均，藥劑浪費(fèi)。用機(jī)械攪拌配制絮凝劑溶解液時(shí)，人工拋撒藥劑的方式藥劑分散不均勻而不能充分溶解，會(huì)延長(zhǎng)攪拌機(jī)攪拌時(shí)間，浪費(fèi)電能，增加設(shè)備的磨損[9]。未溶解的部分藥劑沉淀在攪拌桶底部不被利用，浪費(fèi)藥劑，降低循環(huán)水的質(zhì)量[10]。

（3）生產(chǎn)過(guò)程中煤泥水的流量不穩(wěn)定，工人需要憑經(jīng)驗(yàn)不斷調(diào)整藥劑添加量，不但增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，絮凝劑配比濃度也不準(zhǔn)確。

（4）藥粉直接添加到攪拌桶，容易結(jié)塊堵塞管路，增加人工清理負(fù)擔(dān)。

（5）機(jī)械攪拌配藥自動(dòng)化程度低，在藥劑的配置、儲(chǔ)存、添加的過(guò)程中，全部靠人工操作，難免因操作不準(zhǔn)確造成溶液的跑冒，浪費(fèi)清水和藥劑。

2 絮凝劑自動(dòng)添加方案

選煤廠(chǎng)從現(xiàn)場(chǎng)條件和操作上考慮，對(duì)整個(gè)電控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，采用絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)濃縮機(jī)藥劑絮凝劑（聚丙烯酰胺）制備和自動(dòng)添加，用可編程序控制器替代原來(lái)用按鈕、繼電器、接觸器組合的控制方式，將絮凝劑粉末配置成一定濃度的絮凝劑溶液，可精確地預(yù)設(shè)溶液濃度，既可以就地操作也可以集控操作，滿(mǎn)足選煤廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際需要。

3 絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、液位控制、控制柜、攪拌器、加藥泵六個(gè)部分。絮凝劑配比濃度為0.1%～0.5%，處理能力為5000 L/h。控制面板由可編程序邏輯控制器控制，具有可中英文切換的操作界面?？刂乒駜?nèi)置智能控制器，可對(duì)絮凝劑制備相關(guān)用電設(shè)備（如攪拌器、送料器等）進(jìn)行控制并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可及時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的故障進(jìn)行報(bào)警和顯示。絮凝劑添加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1，絮凝劑添加系統(tǒng)裝配圖如圖2。

圖1 絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)裝配圖

3.1.1 進(jìn)料系統(tǒng)

（1）干粉輸送

風(fēng)機(jī)通過(guò)文氏管將粉料吸入輸送管道，并通過(guò)風(fēng)機(jī)輸送到攪拌桶中，中間用透明軟管，可以實(shí)時(shí)看到管道里粉料輸送情況。采用不銹鋼箱體，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。

（2）干粉進(jìn)料器

進(jìn)料器（帶料位傳感器）包括120 L 料斗、螺旋給料系統(tǒng)、加熱器、物位探頭、輸送風(fēng)機(jī)、文氏管。配置料位探頭用于輸出低料位信號(hào)，傳出報(bào)警?？招耐都勇輻U的螺桿帶防架橋大螺旋。為防止絮凝劑干粉受潮結(jié)塊，采用電加熱器對(duì)藥粉進(jìn)行加熱。投料量通過(guò)PLC 程序，當(dāng)配藥濃度改變時(shí)，PLC 經(jīng)過(guò)計(jì)算后自動(dòng)改變進(jìn)料電機(jī)藥劑投加量，從而保證藥液配比濃度準(zhǔn)確。通過(guò)風(fēng)機(jī)將粉料從文丘里管送入攪拌桶中。

3.1.2 進(jìn)水系統(tǒng)

（1）進(jìn)水管路

進(jìn)水管路主要由手動(dòng)球閥、Y 型過(guò)濾器、電動(dòng)球閥（220VAC）壓力表和管路組成。主體材質(zhì)和電動(dòng)球閥均采用304 不銹鋼。

（2）投加和排空連接

投加/排空連接在箱體的后面，抽取口和排空口有球閥連接。

3.1.3 液位控制

液位計(jì)用來(lái)監(jiān)測(cè)攪拌箱和儲(chǔ)藥箱的液位。攪拌箱的液位計(jì)可以控制系統(tǒng)進(jìn)水閥的起停。儲(chǔ)藥箱的液位計(jì)分三個(gè)液位觸點(diǎn)：低、中、高。當(dāng)達(dá)到低液位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)，配置藥液；當(dāng)達(dá)到高液位時(shí)，自動(dòng)停止系統(tǒng)；當(dāng)液位極低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并立即關(guān)閉加藥泵。采用靜壓液位計(jì)，能直觀(guān)地看到液位的顯示，能傳出4～20 mA 的電信號(hào)，探頭材質(zhì)采用304 不銹鋼。

3.1.4 控制柜

采用西門(mén)子S7 系列PLC 控制器，對(duì)各儀表傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)煤泥水濃度計(jì)算絮凝劑的添加量，可以計(jì)算絮凝劑添加量的實(shí)時(shí)偏差和預(yù)測(cè)偏差，通過(guò)控制變頻器對(duì)加藥量進(jìn)行調(diào)整?？刂乒駥?shí)現(xiàn)絮凝劑制備過(guò)程電氣設(shè)備的供電、過(guò)負(fù)荷、手動(dòng)/自動(dòng)控制、就地/集中控制轉(zhuǎn)換等功能，對(duì)絮凝劑制備系統(tǒng)中攪拌器、送料器等用電設(shè)備進(jìn)行控制并對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備故障及時(shí)報(bào)警和提示。

攪拌器主要用于攪拌混合溶液加快熟化過(guò)程，其葉片和軸均采用不銹鋼材質(zhì)，電機(jī)保護(hù)等級(jí)為IP55。加藥泵采用螺桿泵，一用一備，采用變頻調(diào)速的方式，材質(zhì)為304 不銹鋼，電機(jī)防護(hù)等級(jí)IP55。

3.2 工作原理

粉狀絮凝劑人工添加到干粉料斗中。首先啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)料器，通過(guò)干粉料斗中的過(guò)濾網(wǎng)對(duì)絮凝劑進(jìn)行初步過(guò)濾，通過(guò)喂料機(jī)將絮凝劑輸送到加熱料斗；鼓風(fēng)機(jī)吹動(dòng)氣流，雙文氏管吸取藥粉經(jīng)過(guò)透明的輸送管進(jìn)入混料室，經(jīng)過(guò)霧化混合進(jìn)入攪拌桶；攪拌器攪拌混合藥粉和清水，形成一定濃度的絮凝劑溶液；在PLC 的控制下，打開(kāi)轉(zhuǎn)排閥，將藥液排放到儲(chǔ)藥箱，藥液全部轉(zhuǎn)排結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)行下一次制備。需要添加藥液時(shí)，PLC 控制螺桿泵將藥液定量輸送到加藥點(diǎn)（濃縮機(jī)入料管）。絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)工作原理如圖3。

圖3 絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)工作原理圖

3.3 特點(diǎn)

（1）人工一次性向給料漏斗添加絮凝劑干粉后，設(shè)置好配置相關(guān)參數(shù)，整個(gè)制備添加工作全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，可以選擇切換自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，操作靈活。

（2）絮凝劑粉末被高速氣流從文氏管吹入混料系統(tǒng)，與高速水流迅速混合，保證絮凝劑完全分散，不易形成團(tuán)塊，混合效果良好。

（3）加熱料斗中使用螺旋加熱器，可對(duì)輸送管道中的絮凝劑粉末自動(dòng)進(jìn)行加熱，不僅可以提高送料精度，還能防止因藥劑受潮造成的出料口堵塞。

（4）系統(tǒng)采用兩臺(tái)螺桿泵添加藥劑，通過(guò)變頻控制的方式，可隨流量變化調(diào)整加藥量,加藥準(zhǔn)確穩(wěn)定，保證藥液配比濃度不變。

（5）完善的報(bào)警功能。整套系統(tǒng)內(nèi)設(shè)流量計(jì)、液位和料位傳感器，當(dāng)液位和料位低時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，防止設(shè)備損壞和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)其他不必要的損失。在水流過(guò)小、儲(chǔ)藥箱液位過(guò)低、攪拌電機(jī)發(fā)生損壞時(shí)，系統(tǒng)均能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并立即停止系統(tǒng)工作。

（6）采用先進(jìn)的推流式溶液操作系統(tǒng)，能充分混合藥液。各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行均采用PLC 集中控制的方式，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單方便。

4 應(yīng)用效果

（1）煤泥水濃縮機(jī)的工作效率得到提高，溢流水濃度降低且穩(wěn)定。

（2）原煤藥劑消耗降低，每噸原煤降低0.75 g，降幅達(dá)到18%。

（3）一臺(tái)攪拌電機(jī)功率為7.5 kW，應(yīng)用系統(tǒng)后，每天減少運(yùn)行3 h，年節(jié)省電費(fèi)達(dá)0.54 萬(wàn)元。

（4）工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。原來(lái)人工配藥需要多次調(diào)整添加藥劑，并對(duì)攪拌桶、儲(chǔ)藥桶的液位高低實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)。工人只需要一次性投入絮凝劑，設(shè)定相關(guān)參數(shù)后系統(tǒng)將自動(dòng)運(yùn)行，大大減少了人力消耗。

5 結(jié)論

東灘煤礦選煤廠(chǎng)絮凝劑自動(dòng)添加系統(tǒng)采用先進(jìn)的西門(mén)子系列PLC 對(duì)絮凝劑干粉進(jìn)料、溶液制備、溶液添加過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了絮凝劑添加的自動(dòng)化，有效降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，藥劑配比濃度穩(wěn)定，精煤產(chǎn)量提高，系統(tǒng)處理量增強(qiáng)，明顯節(jié)約了藥劑、電能和水資源，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，為建設(shè)智能化選煤廠(chǎng)打下良好的基礎(chǔ)。