选煤厂浮选设备的设计优化研究

选煤厂浮选设备的设计优化研究

徐俊俊

中煤科工集团北京华宇工程有限公司天津分公司  天津红桥  300000

摘要：选煤厂的浮选设备是利用矿物颗粒亲疏水性的差异来分选的，是最重要的选矿方法之一。然而，浮选过程复杂多变，受到多个因素影响，是一个非线性、多耦合、滞后性的复杂工业过程，难以通过机理研究确定具体的模型进行选矿生产流程控制。为了满足矿物浮选指标、提高生产效率、节约资源与生产成本，实现浮选流程的自动化和智能化具有重要的意义。本文对浮选设备进行了设计方面的优化研究，实践证明，不仅提高了工作效率，而且切实可行。

关键词：选煤厂；浮选机；自动化控制

引言

选煤的浮选设备在浮选过程中，药剂添加的控制环节非常关键。如果加入药剂数量偏少，会导致煤炭资源无法更好分离，煤炭资源回收效率降低。如果加入药物数量偏高，会导致“跑槽”发生，使浮选设备的选择性变差，影响精煤的产出率，同时也使药剂严重浪费。另外，有些选煤厂用手工添加方式向浮选设备中添加药物时，药剂量多少是凭借操作人员自身经验，人为因素导致浮选效率及精度受到极大影响。目前，浮选设备加药控制工作仍然需大量人工操作，浮选设备的自动化优化设计改造目标是解决各种不利因素的影响，确保能精准控制浮选设备加药数量，对确保进一步提升选煤作业效率有重要作用和意义。

1 浮选设备自动化改造方案及意义

一直以来，对于浮选过程中浮选泡沫的大小、颜色、刮泡声音、尾矿颜色等特征的检测手段比较落后，实际操作中主要依赖技术工人凭借经验估计调整药剂添加量.受限于技术工人的经验和主观判断，无法客观评价浮选状态，造成矿物原料和浮选药剂的严重浪费.与此同时，原矿属性的不稳定导致工况变化、指标波动，传统控制方案难以实现浮选效果的精确控制。现阶段，选煤厂应用的浮选设备加药方法有2类：①在一次浮选作业的入料泵位置添加上浮选药物；②在浆液预处理装置上对应的分选位置添加上浮选药物。结合某企业具体情况以及目前选煤厂选煤作业实践经验，采用第二类加药方法更加科学。针对浮选设备的自动控制系统首先要确定设计方案，设计方案思路：在浆液流入浮选总管位置处设置浓度计装置，通过此装置检测进入浮选设备浆液浓度。同时，还应在浆液预处理装置对应的入料管中设置浆液流量计以及循环水流量计，通过此来检测流入预处理装置中的液体总量。在浮选设备预处理装置位置处设置相应的计量泵，用于自动向预处理装置中添加浮选药物。浮选设备结构示意图如图1所示。所设计的自动化控制系统能结合不同时间段内浮选设备具体流入的浆液数量，自动、独立地加入浮选药物，保证药物添加的精确性，同时也能有效避免由于入选浮煤质量偏差造成的差异。由于添加药物位置和选煤机设备较近，无需较长管道，确保浮选机设备自动化系统加药作业更加灵活，更有效地消除浮选设备自动化控制系统控制的滞后问题。通过自动化控制系统，能够显示流入浮选机实时液体数量以及液体浓度，确保选煤作业过程中获得准确数据，对于操作技术人员分析选煤作业现场情况非常有利。

图1 浮选设备结构示意图

2 选煤机自动化控制系统设计

此次设计选煤机自动化控制系统借助流入浮选设备浆液浓度以及数量的实时监测数据，能换算得到流入浮选设备中的干煤泥数量，可以通过干煤泥数量与浮选药物数量之间的数学关系式，利用PLC控制装置，对相关数据信息加以及时处理，根据不同时段内入选浆液浓度及数量波动情况，实时调节药物添加量，确保浮选设备运行时实现自动化控制操作。

2.1 自动化控制原理分析

浮选机设备自动化控制属于动态控制过程，浮选操作过程中，不同时间内添加药物具体数量和流入浮选机设备中浆液浓度以及数量等存在直接关联性，其数学关系式如下：

Q0i=K1×m+K0i

式中：Q0i代表了特定时间段内所需加入药物的具体数量，L/h；K1代表了特定时间段内流入浮选设备的干煤泥所需浮选药物具体数量，L/t；m代表了特定时间段内流入浮选设备的干煤泥对应质量，t/h；K0i代表了修正系数，L/h。选煤作业因为不同浮选设备运行情况不同，不同时间段内流入浮选设备的煤泥浆液其性质存在差异，因此，向浮选设备中加入药物数量也存在差异，借助修正系数能调节浮选药物实际添加量，确保所加入浮选药物量更为精准。

2.2 自动化控制系统结构优化设计

此次设计的浮选设备自动控制系统具体框架构成见图2。在浮选机设备自动化控制系统中，有PLC控制装置、触摸屏装置、计量泵装置以及浓度计装置等多个装置。将浓度测量装置设置于浮选设备入料管道中，电磁流量计设置在预处理装置的入料管道以及循环水管道中。通过对流入浮选设备液体浓度以及数量进行检测，利用公式得到特定时间段内流入浮选设备中干煤泥数量。

图2 选煤厂浮选设备自动控制系统

如果要防止浮选设备中药物罐体中药剂液面变化对计量泵具体输出药剂数量的影响，同时避免管道出现虹吸问题，可在相应管路中设置背压阀。另外，在相应管路中设置脉冲阻尼器，这便能够保障药剂液体其压力以及流量均更加稳定，能够有效避免管路出现振动，为背压阀正常运行提供可靠保障。图3为浮选设备自动控制系统中计量泵安装示意图。

图3 计量泵安装示意图

2.3 自动化控制系统功能设计

浮选设备自动化控制系统控制流程见图4。

图4 浮选设备自动化控制系统控制流程

2.3.1 测量及控制功能

在浮选设备自动化控制系统中，PLC装置利用所安装的流量及浓度检测装置获取相关数据信息，同时利用以太网和安装的触摸屏之间完成信息交换，所收集的信息利用CPU进行相应计算及处理后，借助输出功能模块输出指令，在计量泵收到指令后便会作出动作。所设计的浮选设备自动化控制系统可更加全面监测对流入浮选设备干煤数量，同时也能够调节控制计量泵具体药物添加数量。另外，浮选设备自动化控制系统具体操作模式包含有2种，自动操作模式与手动操作模式，操作人员可依照现场具体状况采用适宜的操作模式。

2.3.2 操作功能、显示功能以及记录功能

操作功能、显示功能以及记录功能，主要是在显示屏上动态呈现浮选设备具体作业流程及各个运行参数，显示自动操作模式与手动操作模式选择按钮，显示计量泵装置的启停操作按钮，显示浮选设备实施运行各项参数信息，同时也显示历史数据信息。

2.3.3 网络功能

此次所设计的浮选机设备自动化控制系统，利用操作软件，能对不同用户分配对应操作权限，能确保不同用户同时使用，还可将监测数据信息及时传输至选煤厂内部网络系统之中，不同用户均能利用软件对浮选设备具体运行情况以及现场操作情况进行实时查询。

3 应用效果

此处归纳一下创新点对浮选设备进行改造设计后，在选煤作业过程中使用药剂数量显著减少，而且抽出率也相应提升，灰分也在一定程度上减少。改造设计前后相应参数对比如表1所示。

表1 改造设计前后浮选参数对比

4 结语

实践中，目前大多数选煤厂应用的浮选机设备其自动化程度偏低，通过应用自身设计的浮选机自动化控制系统，确保了煤炭进行浮选操作时相关参数的测量准确，药物添加工作实现了自动化，同时能够实时掌握浮选机设备运行情况，确保了浮选操作自动化程度进一步提升，有效地改善了煤炭浮选效率及质量，对于提升精煤产量非常有利，为选煤厂带来极大的经济效益。另外，通过应用浮选设备自动化控制系统，显著地降低操作人员作业强度，确保操作人员更易完成各项操作工作，其社会效益非常显著，值得在选煤厂浮选设备自动化控制过程中推广应用。

参考文献：

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[2]刘波,吴刚.选煤厂浮选机改造下的自动控制应用研究[J].内蒙古煤炭经济,2017(18):12+21.

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