选煤厂压滤系统自动加药装置的设计与应用实践

巴春星，张 涛，沈 亮

(1.淮南矿业集团选煤分公司 顾桥选煤厂，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

随着我国煤炭开采技术的不断进步，采煤机械化水平越来越高，原煤开采量不断攀升，随之而来的突出问题是矸石含量不断增加，原煤煤质逐渐变差。在这种情况下，生产系统内的煤泥含量增加，煤泥水质量下降，尾煤处理难度增加。按照现代化选煤厂的建设要求，选煤生产系统应实现洗水闭路循环，但其中的尾煤处理直接影响洗水平衡和洗水闭路循环[1-3]。

据调研，淮南矿区选煤厂的煤泥水处理流程大致相同，包括一段浓缩流程和二段浓缩流程。一段浓缩机底流采用沉降离心脱水机处理，一段浓缩机溢流和沉降离心脱水机的离心液直接进入二段浓缩机。二段浓缩机入料一般含有矸石磁选尾矿和压滤机滤液[4-6]，这些物料粒度均<0.5 mm，且极细颗粒含量较高，物料脱水难度较大。目前，大多数选煤厂采用向搅拌桶内添加聚合氯化铝的方式来提高物料脱水效果。传统做法是向搅拌桶内注料时加入聚合氯化铝干粉，聚合氯化铝用量通常由岗位工人依据经验判断。从实际使用效果来看，聚合氯化铝干粉存在溶解速度慢、难以搅拌均匀、工人劳动强度大等问题[7-8]。但聚合氯化铝水剂不存在这些问题，且药剂用量少，生产成本低，使用效果好。目前，聚氯化铝水剂已在淮南矿区大部分选煤厂得到使用，这为压滤系统自动加药装置的设计和使用提供了有利条件。

但聚氯化铝水剂从加药箱进入搅拌桶时，其用量依靠岗位工人经验来判断，药剂用量不足或过量的现象时有发生，容易引发药剂浪费或煤泥压滤效果不理想的问题。此外，这种调节方式较为复杂，生产数据波动频繁时加药量调节频率增加，岗位工人手动调节无法满足生产需要[9-10]。为此，根据实际生产状况，设计出压滤系统自动加药装置。

1 压滤系统自动加药装置的设计

1.1 工作原理

压滤系统自动加药装置由“眼、脑、手”三大部分组成，实时生产数据监测机构相当于人类的眼睛；核心是可编程控制器PLC，其配置是否得当，决定着控制系统能否正常发挥功效；控制系统中的执行机构充当了双手，其将前两部分的采集、运算数据转化成最终的控制成果。压滤系统主要结构如图1所示。

图1 压滤系统结构示意图

通过现场监测的入料浓度和流量数据，结合手动操作时聚氯化铝水剂的用量，找出两者的对应关系。完善工艺过程检测手段，主要参考二段浓缩机底流的流量和浓度等数据，先计算出搅拌桶入料的实时干煤泥量，通过给定的关系式，确定经验药剂用量，再采用精密药剂泵向生产系统添加相应的药剂。

1.2 硬件和软件的选择

由干煤泥质量与煤泥水流量和浓度的关系可知：要知道压滤机内的干煤泥质量，就必须知道管路内煤泥水的流量和浓度。故设计自动加药装置的第一步就是安装二段浓缩机底流出料管流量计，此次选用电磁管道流量计，该流量计测量精度高，安装方便，可输出4～20 mA电流信号，能够满足自动加药装置的要求。此外，在煤泥管路的总管段安装一台型号为Cs137的γ射线浓度计，用于测量物料的实时浓度。该浓度计通过测量接收端的射线量，计算出管路中的物料密度，在换算成浓度单位后通过二次仪表向外输出4～20 mA电流信号。

在压滤车间现场配置一台PLC控制柜，其具有触摸式人/机交互界面，可供电气工程师现场调试；后期岗位司机也可使用，其具有显示生产数据和历史曲线的功能。PLC站点具有模拟量输入/输出模块和数字量输入/输出模块，输入模块用于读取流量计、浓度计的实时电流信号，其经数字滤波处理后转换成具体数据；根据聚氯化铝水剂用量与干煤泥质量和系数的关系，可以确定聚氯化铝水剂的实时用量，CPU执行内部程序计算出药剂用量后，通过模拟量输出模块将数据转换成4～20 mA电流信号，再输出至计量泵。按照流量偏小，控制精度高的要求，计量泵选择电磁式隔膜计量泵，其具有体积小、安装方便、控制精度高、隔膜损耗低等优点，最重要的是可以直接接受4～20 mA电流信号的调控，能与PLC直接配合使用，有利于降低控制系统的复杂性。压滤系统自动加药流程如图2所示。

图2 压滤系统自动加药流程

为了更加直观地显示自动加药装置运行情况，方便岗位司机切换控制方式，在PLC站点配置人/机交互式触摸操作屏。通过触摸屏可以调取各台压滤机的运行时间、班次加药量，触摸屏后台程序还可收集记录生产数量历史曲线，方便生产技术人员调阅和分析。

1.3 技术特点

采用传感器、PLC、计量泵构成的压滤系统自动加药装置，能够实现聚氯化铝水剂的动态添加，与手动加药方式相比，具有以下技术特点：

(1)自动化程度高，工人劳动强度降低。该自动加药装置完全实现了聚合氯化铝水剂自动添加，使加药不再依赖岗位工人手动添加、调节，岗位工人劳动强度大大降低。

(2)实现精准加药，有助于节约聚氯化铝。聚氯化铝用量根据生产情况由程序计算得到，再通过计量泵定量添加，不再依赖工人经验，而是以实际生产数据为依据。程序所用计算式是在历史经验数据的基础上建模得出的，具有很高的可靠性，药剂浪费得以杜绝。

(3)装置响应迅速，调节速度快。从监测到调控都是不间断的，当干煤泥量发生变化时，程序立即对药剂用量进行调整，完全实现了药剂用量跟踪煤泥含量的实时调控。调控反应时间在10 s以内，能够消除手动加药不及时、不准确等问题。

2 应用效果

压滤系统自动加药装置设计成功后，在淮南矿区选煤厂压滤系统中进行了应用。自动加药装置使用前后浓缩机的运行指标见表1。由表1可知:在浓缩机入料浓度相同的情况下，使用自动加药装置后药剂用量为40 g/t，药剂消耗下降50个百分点，浓缩机的浓缩效率提高约2.02个百分点，使用效果较为明显。

表1 压滤系统自动加药装置使用前后浓缩机的运行指标

3 结语

淮南矿区选煤厂生产实践表明，压滤系统自动加药装置的设计与应用，给企业带来可观的经济收益和社会效益。该装置采用聚氯化铝水剂代替干粉，能够有效解决干粉溶解慢、搅拌不均匀、用量不准确等问题，有助于降低材料成本，节约人力资源；最重要的是还能帮助技术人员及时掌握实际生产数据，有利于生产工艺优化和效率改善。