大平矿煤泥水自动加药系统的应用探讨

詹德宽

（铁法能源公司，辽宁省调兵山市，112700）

大平矿煤泥水自动加药系统的应用探讨

詹德宽

（铁法能源公司，辽宁省调兵山市，112700）

介绍了大平矿选煤厂安装使用的煤泥水自动加药系统的控制原理及工业性试验。实践表明，使用自动加药系统后，浓缩机浓缩效率提高10%以上，循环水浓度降低，分选效果明显改善；同时减少了药剂的用量，每年可节省费用近70万元。

煤泥水 絮凝剂 自动加药 效益分析

长期以来，在选矿作业中一直采用人工添加药剂。由于人工操作有间隔，难以实现连续控制。随着选矿厂大型化、连续化和自动化的迅速发展及管理水平的不断提高，对加药系统的自动控制提出了更高的要求。实践证明：传统选煤厂的管理方法已经远不能满足现代工业高品质、低能耗的要求。因而提高加药系统自动化水平已是大势所趋，先进的药剂自动控制系统的研发成为选煤业的重要研究课题之一。

1 大平矿煤泥水加药系统存在的问题

铁法能源公司大平矿选煤厂是一座年入洗原煤200万t的矿井型动力煤选煤厂。该厂洗煤尾水处理工艺是洗煤循环水进浓缩池进行浓缩处理后，底流经泵打入压滤车间压榨成煤泥，浓缩池溢流水返回循环水池作为系统补充循环水。

该厂洗煤水处理采用液态凝聚剂和固态粉末絮凝剂。凝聚剂主要成分是聚合氯化铝等，絮凝剂为高分子聚丙烯酰胺。现有加药设备主要是两套聚丙烯酰胺配药搅拌桶，一套为聚丙烯酰胺药剂储备池以及配套离心式加药泵，另一套为净水剂药储备池以及配套离心式加药泵。整个加药系统存在以下问题：

（1）聚丙烯酰胺搅拌桶高度大约是2.5m，药剂需人工从地面搬到桶顶，不停地向搅拌桶中倾洒药剂，劳动强度大。现在压滤车间月均用量约在8～9t，每天平均约280kg。

（2）聚丙烯酰胺搅拌桶只有一个单层叶轮搅拌器，搅拌能力明显不足，不能上下层兼顾，改为双层叶轮为宜。

（3）细微颗粒在洗水中积聚到一定程度，会影响分选效果，甚至导致生产中断。所以，为了保证澄清水的质量，操作人员本着宁多勿少的原则加药，致使加药量长期偏高，增加了生产成本。

（4）整个加药过程的所有操作都是人工控制，没有自动控制系统和监控系统。人工投加干粉药剂均匀性低，药液浓度不准确；更严重的是不均匀投加极易结块，结块的聚丙烯酰胺极难溶解，造成药品浪费。

（5）聚丙烯酰胺本身是无毒性的，但未聚合的丙烯酰胺单体是有毒性的。常用的聚丙烯酰胺中总是含有少量的丙烯酰胺单体，长期接触对身体健康不利。

为了克服由于人工加药带来的一系列问题，铁法能源公司大平矿选煤厂将采用煤泥水自动加药系统，从而优化该厂的煤泥水处理工艺。

2 自动加药系统的工作原理

系统结构如图1所示，聚丙烯酰胺溶解搅拌药桶总加水量10m3，30min完成。加水到2m3搅拌器启动，斗式提升机开始上料。上料是均匀定量地把聚丙烯酰胺粉剂输送到预混器，在预混器中，聚丙烯酰胺和旋转水流混合，然后进入搅拌桶。上药的速度由PLC控制斗式提升机驱动轮的转速来调节。加水完成以后搅拌器继续搅拌30min，聚丙烯酰胺就能充分溶解，配制好的0.2%（重量比）药液放入聚丙烯酰胺药剂池。

图1 絮凝剂加药配药系统结构示意图

当储料箱到低料位时，电容料位传感器报警，提升机停止上料。为提高干粉的流动性，储料箱中有机械振动装置。斗式提升机的链条上有许多小料斗，固定容积的料斗在储料箱中充满，料斗升至提升机顶部最高点处翻转料斗实现卸料。只要控制输送链条的速度就能计量，斗式提升机是容积计量。储料箱装在地面上，最高点距离地面不超过800mm，方便工人上料。预混器中的干粉药剂极易吸潮结块，因此装有螺旋破碎装置。

搅拌桶上的液位计有两个作用，一是提供加水到位信号，PLC关闭进水电动阀；二是将配制好的药液排放液位下降的速度反馈给PLCPLC由此判断过滤器堵塞的程度，严重时发出报警信号。过滤器中的杂物需人工清除。

聚丙烯酰胺药剂池高液位时，搅拌桶不工作，中等液位时搅拌桶恢复工作，低液位时加药泵不工作，且报警。高液位和中液位之间有10m3的空间，刚好能容下一桶配制好的聚丙烯酰胺溶液。

3 自动加药控制系统的组成及控制原理

3.1 自动加药控制系统的组成及功能

自动加药控制系统由5部分组成，见图2。

（1）可编程控制器（PLC），是控制系统的核心。PLC可使系统配置灵活，可搭载多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I／O点和不同功能的控制系统。

（2）主站。主站为电源空气开关、模拟量模块、光端机及隔离继电器提供承载平台，主站控制柜内配置有DC24V电源。

（3）上位机，可以是一台或几台PC机。操控人员也可以使用上位机组态流程图开启和关闭任何设备和阀门。

（4）厂级局域网。局域网的形成可以实现厂内相关管理人员随时随地登陆组态软件，监视自动加药流水线的状态。

（5）远程控制站。属主站控制柜的远程部件，以触摸屏控制的形式来开启和关闭流程中的设备。

图2 控制系统结构示意图

3.2 自动控制系统控制原理

大平煤矿选煤厂煤泥水自动加药控制系统选用三菱可编程控制器（PLC），型号为FX2N－48MR－001。1个输入扩展模块FX2N－16EX（扩展16个输入点），1个RS－485通讯用的扩展板FX2N－485－BD，1个8通道模拟量输入模块FX2N－8AD1个8通道模拟量输出模块FX2N－8DA 485通讯扩展板用于和上位连接通讯。

模拟量输入模块用于把现场的测量信号传给PLC，如流量、浓度、煤泥厚度等；模拟量输出模块用于控制现场的控制单元，如加药泵等，触摸屏作为现场的人机接口，可显示流程、报警和各控制单元的状态（如阀门的开关、流量、液位、浓度、煤泥厚度等和各种曲线图等），还能通过触摸屏设定参数，控制各设备的运行。通过上位机能把每天各参数的运行曲线保存打印，还可以在上位机上把各参数的运行数据做成表格保存、打印，保存的天数取决于硬盘的容量，在上位机也能远程控制所有操作。

3.3 自动加药控制系统特点

（1）采用模块化、集散型结构，保证扩展性、开放性和稳定性；

（2）所有操作都有手动和自动两种方式；

（3）各被控制对象和监控数据都能在触摸屏和上位机实时显示，且能以表格或曲线形式存档，能历史查询；

（4）故障报警响应准确及时，能存档查询；（5）采用标准网络，能与厂级公用系统联网。

4 工业性试验结果

经过一段时间的工业试验及参数采集、标定，该自动化系统已正式投入生产使用，其主要技术经济指标均有较大改善。

药剂浓度与浓缩机入料、溢流、底流浓度呈现一定的关系，试验结果如表1所示。

表1 絮凝剂浓度与煤泥水处理效率试验表

（1）溢流浓度值与药剂浓度值成反相关关系，即溢流浓度随着药剂浓度的升高而降低。而当药剂浓度大于等于3.0‰时，溢流浓度维持在0.5gL此时可视为循环水较清澈。

（2）底流浓度值与药剂浓度值成正相关关系。而当药剂浓度大于等于2.5‰时，底流浓度过高，易导致耙式浓缩机负荷过重，甚至导致洗煤生产中断。

（3）综上试验结论，该选煤厂尾水处理所使用的絮凝剂浓度不宜超过2.5‰；再从浓缩池入料浓度结果来看，当浓度为2.0‰时，入料浓度最低，即尾水处理效率处在较高点。所以，该厂尾水处理所配制的絮凝剂理论浓度定为2.0‰。

5 技术经济效益分析

（1）浓缩机浓缩效率提高10%以上，溢流中微细颗粒明显减少，即使连续洗煤生产，溢流仍可保持清水状态。同时，底流浓度、粒度的变化也为压滤生产创造了有益的条件，有效提高了压滤煤泥产量。

（2）加药系统改造前，聚丙烯酰胺粉剂由人工投加，而这一过程常由于粉剂不均匀造成结块不能充分溶解，造成大约10%的浪费；由于人工添加药液量和添加时间的相对盲目性，投加聚丙烯酰胺药液和净水剂药液，又造成大约20%的浪费。综合起来，聚丙烯酰胺浪费了30%。而实现自动化加药以来，提升机的卸料斗可实现定量均匀的卸料，且PLC浊度计模块可以较准确的探测到洗水浓度，从而更准确的判断加药时间和加药量，杜绝了聚丙烯酰胺的浪费。聚丙烯酰胺价格按12500元／t计，改造前每月聚丙烯酰胺耗用以平均8t计，年用聚丙烯酰胺96t，采用自动加药系统后，每年节省聚丙烯酰胺药费36万元。

（3）净水剂以72t／月计，年用净水剂864t，净水剂浪费了20%，净水剂价格按1790元／t计，采用自动加药系统每年节省药剂费30.9万元。

（4）自动控制及提高溶解药效，不但节省药剂的费用，而且还能节约大概30%～40%的电能。平均节电按35%计算，现在每天用电450kW·h，电费按0.6元／kW·h计算，则每年约节省电费3.4万元。

（5）加药系统现有两名操作员，人员不减，但降低了劳动强度，提高了系统的自动化程度，便于系统的运行、监控及控制，延长设备的使用寿命。0.189mgm

在露天煤矿无组织扬尘污染控制中，应重点通过密闭运输、洒水、道路硬化、绿化以及煤扬尘新型覆盖剂等措施降低矿区运输道路扬尘；此外，采掘场等污染源下风向边界外也是扬尘污染防治的重点。

（3）露天矿大气扬尘浓度的日变化总体为：早上较高，上午10∶00－15∶00浓度较低，傍晚TSP浓度有所回升；采掘场下风向周界外TSP浓度在15：00左右相对较高。胜利一号露天矿无组织排放源周界外扬尘浓度的日变化规律与许多城市大气颗粒物的日变化规律有相似之处，只是峰谷值出现的具体时间因地区和城市功能区的不同而稍有差异。

露天矿扬尘的动态变化特征与气象因素有很大关系，特别受风廓线引起的萨夫曼（Saffman）力以及湍流脉动的影响较大。而且气象因素特别是风和湿度对颗粒物的影响是复杂综合的过程，当风速大、湿度小时一般容易起尘，但低风速、高湿度的稳定状态也会使颗粒物因扩散不良而聚集增多，今后应加强对露天矿无组织扬尘起尘、扩散的影响因素做深入研究，在实际管理过程中，要依据具体情况，并考虑风向、风速以及其他影响因素，加大扬尘起尘量大且不易扩散时期的防控力度。

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Application study of automatic dosing system to slime water of Daping Coal Mine

Zhan Dekuan

（Tiefa Energy Company，Diaobingshan，Liaoning 112700，China）

The control theory and industrial test of coal slurry automatic dosing system at Daping Coal Preparation has been introduced.The efficiency of thickener concentration has increased 10%，the concentration of circulating water has decreased.The separation effect has been significantly improved；At the same time，the amount of pharmaceutical use was reduced and about 700thousand Yuan was saved.

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TD946.2

B

郭二果（1978－），女，内蒙凉城人，博士生，毕业于中国林业科学研究院，主要从事城市生态及环境保护方面的研究工作。

（责任编辑 孙英浩）