浮选柱自动控制系统设计

王亚南

(晋城煤业集团，山西 晋城 048021)

浮选柱自动控制系统设计

王亚南

(晋城煤业集团，山西 晋城 048021)

针对现有洗煤厂浮选柱存在的自动化程度较低、产品质量波动较大、工人劳动强度大等问题，论述了浮选过程各个变量的影响过程，通过合理的设计和选型，开发了包括冲洗水量自动控制、入料浓度自动控制、矿浆液位自动控制、循环矿浆压力自动控制、浮选药剂自动添加在内的浮选柱分选过程影响变量自动检测控制系统。

浮选柱；冲洗水量；入料浓度；循环矿浆压力；药剂添加；自动控制

0 引言

在洗煤厂浮选设备中，浮选柱以其对极微细粒物料(≤0.074 mm)的高选择性分选，同时无运动部件、结构简单、高效节能、易维护等优势，得以迅速发展。浮选柱分选过程主要影响因素有冲洗水量、入料浓度、矿浆液位、循环矿浆压力、药剂制度。目前大部分选煤厂浮选柱分选过程影响因素都是浮选现场操作人员根据以往的经验进行人工手动调节，普遍存在调整不及时、随意性较大、产品质量波动剧烈、工人劳动强度大等问题，同时调整的效果还与操作人员的经验和素质有很大的关系。因此，加强对浮选柱过程变量的自动检测，实现浮选柱的自动控制，对于充分发挥浮选柱设备性能优势，提高浮选精煤产品指标有着重要意义。

1 冲洗水量自动控制

在浮选柱泡沫层上方加装冲洗水，主要作用是强化二次富集作用，降低浮选精煤中高灰细泥部分含量，因此，合适的冲洗水量能降低浮选泡沫层中的高灰细泥含量，从而降低精煤灰分。目前，浮选柱冲洗水多为浮选司机手动调整水量控制阀门从而控制冲洗水量，本系统设计了冲洗水量的自动控制系统。

本系统选用电磁流量计作为冲洗水量的测量传感器，安装在冲洗水主管道上。同时，在管道上安装电动蝶阀，通过PID控制器控制电动蝶阀的开度，从而控制冲洗水量。

2 入料浓度自动控制

浮选入料浓度是影响浮选柱分选效果的一个重要因素。入料浓度越大，单位体积矿浆中含有的固体颗粒越多，柱体内气泡上升速度越低，起泡与矿粒的碰撞概率就越高，矿浆通过量即浮选柱处理量也会增加。但是入料浓度过高，矿浆量过大，甚至超过浮选柱最大允许量，就会造成煤粒来不及矿化就进入尾煤中导致跑煤，同时会造成机械夹带，部分细泥会混入精煤产品，使精煤灰分增高；若给料量过小，浮选时间过长，会使一些高灰杂质浮起而污染精煤，同时矿浆通过量降低，造成浮选柱处理量减少，单位能耗和药耗增加，成本费用提高[1]。

浓度自动控制系统由同位素浓度计、控制器、电控气动阀门组成，采用PID控制，阀门控制稀释水量，放射性同位素密度计测量煤泥水密度，然后再由PLC通过测量得到的密度计算出煤泥水浓度，测量精度可达±0.5%，稳定性良好。密度转换浓度的计算公式为：

Q=1 000δ(ρ-1)/(δ-1)

(1)

式中，Q为浮选入料浓度(g/L)；ρ为浮选入料煤泥水密度(g/cm3)；δ为浮选入料煤泥真密度(g/cm3)，根据现场实验结果取δ=1.69 g/cm3。

当安装在煤泥水管道上的浓度计检测到煤泥水实时浓度后，与设定值进行比较，根据差值控制器输出相应信号给电控气动阀门，调节阀门开度大小，控制稀释水量，进而实现入料浓度控制。

3 矿浆液位自动控制

浮选柱内矿浆液位的稳定控制是实现浮选柱正常分选的重要前提和保证，矿浆液位的调整对于浮选过程有着重要的影响，矿浆液位越高，浮选柱捕集区即粗选段高度越大，浮选矿粒在浮选柱中上升时间越长，与气泡碰撞概率就越大，气泡上粘附的矿粒数量也越多，从而使浮选产品数量增加。然而矿浆液位过高，捕集区高度过大，泡沫区即精选段高度则会相应降低，二次富集效果减弱，使浮选产品质量下降。因此，维持一个合适的矿浆液位对于保证浮选柱高效分选至关重要。

浮选柱矿浆液位自动控制采用尾矿调节阀法，利用投入式液位传感器插入浮选柱柱体内部测量浮选柱矿浆液位，在浮选柱底部尾矿排放口安装电控气动模拟量调节蝶阀，通过控制器利用PID法控制蝶阀阀门开度，来调节尾矿排放量和排放速度，从而达到液位调节的目的。利用该方法调节矿浆液位，系统响应速度快，调节灵活方便，且易于实现自动化。

4 循环矿浆压力自动控制

循环泵压力对浮选柱分选效果的影响主要有以下2点：如果压力增大，充气量和浮选柱内的气含量会随之增加，柱体内气泡量增加，精煤产率则会得到提高，同时，气泡的过粉碎作用会随着压力的增加而加强，矿浆内微泡数量会得到进一步提高，浮选效果得到进一步改善。然而如果压力过大，气泡数量过多，会导致无用矿物的机械夹带，从而增加精煤灰分，当超过某个极限值时，甚至会造成上冲气流，出现浮选柱内矿浆“翻花”，无法完成分选过程；如果压力过低，循环矿浆量减少，充气量和气含量降低，气泡数量减少质量变差，则会造成颗粒矿化不充分，精煤产率降低。因而在实际生产过程中需要根据煤质和现场工况的变化及时调整循环泵工作压力。

对于浮选柱而言，通过现场实践应用，循环矿浆压力一般在0.14～0.18 MPa。在浮选柱上循环矿浆管道分支管上安装压力变送器，测量循环矿浆压力，通过变频器控制循环泵的转速从而控制循环矿浆压力。

5 药剂添加自动控制

传统的浮选柱药剂添加为人工手动添加，通过现场工人观察现场工况，包括矿浆液位、泡沫层状态、入料浓度等，根据经验控制水嘴开度从而控制药剂量。浮选药剂包括捕收剂和起泡剂等，工人在手动加药时与药剂直接接触，会受到一定的伤害，多数情况下浮选过程现场工况波动剧烈，煤质波动频繁，造成浮选司机操作频繁，劳动强度大，药剂添加量和添加比例很难合适，因此存在药剂添加不及时、过量、欠量、药耗高等现象，造成浮选产品质量出现波动甚至不合格的现象。针对上述问题，设计了基于干煤泥量的浮选柱药剂添加自动控制系统。

(1) 传感器。针对上述问题设计的浮选药剂自动添加系统，以入料浓度和入料流量作为控制系统依据，入料浓度测量采用上述射源式浓度传感器，入料流量的测量选用德国科隆电磁流量计，测量精确。

(2) 执行机构。针对传统的药剂添加执行机构，如电磁阀、隔膜泵等出现的加药不精确、易堵塞且多为断点加药的现象，本系统药剂添加执行机构选用德国进口Seepex精密计量螺杆泵。螺杆泵是一种新型的液体输送泵，具有结构简单、使用方便、易维护等特点，尤其是针对高黏度流体以及含有杂质的液体具有良好的适用性，泵的型号依据现场药剂用量情况定制，很好地解决了传统的执行机构(如隔膜泵和电磁阀)的堵塞问题，并且计量精确。利用螺杆泵进行药剂添加时，通过控制器输出控制信号控制变频器频率，变频器带动螺杆泵运行，螺杆泵的转速与药剂量成正比关系，因此确定了螺杆泵的型号后，系统以线性关系进行药剂添加。

(3) 控制策略。浮选过程中，浮选药剂的用量和浮选过程干煤泥处理量有很大关系，因而本系统浮选药剂自动添加采用基于干煤泥量的药剂添加策略。由浮选入料流量Q，入料浓度N，计算出干煤泥量G=QN。对现场煤质进行实验，依据实验得出吨干煤泥量药耗Kq和Kb，则药剂自动添加量为捕收剂Qb=KbG、起泡剂Qq=KqG。由于螺杆计量泵的转速与流量呈线性比例关系，通过控制泵电机的转速即可控制药剂添加量，因此系统自动运行过程中根据实时检测得到的干煤泥量自动计算出起泡剂和捕收剂的用量，由PLC输出相应的电流信号控制变频器频率，调节泵电机转速，从而实现药剂用量的精确添加。

6 结语

本文针对现有的浮选柱人工手动调节造成的浮选过程调节随意性较大，调整不及时、不准确，人工强度大等问题，通过合理的设计、传感器和执行机构的合理选型，实现了浮选柱分选过程影响变量在线自动检测与自动控制。

[1]葛咸浩.操作参数对浮选柱分选效果的影响[J].洁净煤技术，2013，19(3):6～9

2014-06-30

王亚南(1969—)，男，山西泽州人，工程师，从事机电工程技术管理与研究工作。