浮选自动加药系统在西曲矿选煤厂应用与优化研究

赵 佳

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿选煤厂，山西 古交 030200）

0 引言

以自动控制为基石，结合计算机、网络以及现代信息技术，构建选煤厂智能管理系统，打造智慧矿山，实现无人或少人厂区；现阶段浮选作为国内外处理细粒煤的主要技术，浮选智能化研究已然成为选煤领域的一项重要课题。本文从西曲选煤厂细粒煤浮选系统入手，针对实际生产过程中，由于人为和环境因素所造成的浮选精煤产率低、精煤灰分波动大、浮选药剂损耗严重等问题，进行浮选系统改造，添加自动加药装置，并对自动加药系统进行优化，达到增加厂区经济效益的目的，并且提供了智能化在选煤厂应用的实践基础，必然会得到越来越多的工业应用。

1 选煤厂概况

西曲矿选煤厂隶属于山西焦煤西山煤电股份有限公司，1985年9月开始建设，于1987年10月正式投产，计划煤炭洗选量为300万t/a。目前选煤厂整体工艺大致为：大于50 mm原煤重介浅槽分选，0～50 mm原煤经过无压三产品重介质旋流器、粗煤泥TB S分选和煤泥浮选工艺。

2 浮选系统现有工艺及存在问题

2.1 浮选系统现有工艺

西曲矿选煤厂煤泥水系统物料主要来自于脱泥筛筛下物、重介系统中各产品离心液和精煤、中煤磁选尾矿；进入浮选系统的煤泥来自分级旋流器溢流，在现有的浮选加药工艺中，浮选药剂手动调节一次性加入矿浆准备器中。

2.2 存在的问题

在现有的浮选加药工艺中，浮选系统中的药剂量完全由阀门控制，统计药剂损耗则是通过药剂罐上刻度与总表示数计算所得，这种加药工艺中存在很大问题：

1）药剂量控制精度差，浮选司机操作繁琐。现有加药工艺完全依赖于人工手动加药，无法精确控制加药量，并且阀门元件老化，不利于操作，使得药剂量更加难以控制；现场实际生产中，浮选司机进行加药操作需爬到矿浆准备器顶部进行药量调节，过程繁琐不具备时效性，并且不利于安全生产。

2）加药量难以确定。生产过程中浮选机的入料、浮精、浮尾等需要浮选司机经验判断和煤质科室化验，但在化验所需的时间中现场并不停产，以至于临时的药剂调节量仅靠浮选司机进行经验判断，而现场存在很多的浮选司机仅仅只是通过短暂培训就已经上岗，缺乏经验储备，并且在调节过程中存在不当操作使得加药量有很大的随意性。

3）环境因素影响。西曲矿存在夜班生产的情况，在夜班生产时浮选司机会因为一定的环境因素而无法及时对加药量进行调整，面对煤质突变的情况无法及时、准确的控制药剂量。

3 自动加药系统设计及优化

针对现有浮选系统加药工艺所遇见的问题，设计并添加了一套浮选自动加药系统，从加药系统流程原理及控制算法原理进行说明，并完善浮选系统监控设备。

3.1 浮选自动加药系统

3.1.1 浮选自动加药系统所需设备

新添浮选自动加药系统所需主要设备见表1，均为高智能化、高精度、便于维护的仪表设备。

表1 浮选自动加药系统设备

3.1.2 浮选自动加药系统控制算法原理

浮选自动加药装置算法原理如图1所示，实现这种算法需要通过公式（1）计算干煤泥量和公式（2）加药量。其中大数据是通过拥有多年现场浮选操作技工和选煤领域专家共同建立的数据库，以经验丰富的浮选司机对现场药量的把控为基础，利用选煤专家编制的计算模型，通过各项实时数据实现浮选药剂自动添加。在实际生产过程中各种设备状态和参数均能实时反映在控制画面中，方便操作人员监控，如出现指标或设备出现问题会响起警报，并且可以无缝衔接至手动模式。中控箱会按照用户设定时间进行数据整理、收集，并且按照提前设定好的格式形成打印报表传输至西曲矿选煤厂中控系统。

图1 浮选自动加药装置算法原理图

式中：Gc为干煤泥量（m3/h）；Pi为浮选入料密度（g/cm3）；Px为煤泥密度值（g/cm3）；Q为浮选入料流量（m3/h）。

式中：Qi为加药量（L/h）；Kt为药剂吨煤消耗量（g/cm3）；A a为产品要求灰分（%）；Ab为煤泥化验灰分（%）；M为灰分修正系数（大数据经验值）；K为加药量修正值（L/h）。

3.1.3 浮选自动加药系统流程原理

如图2所示，通过仪表实时数据对中控的传输，在线计算出加药量，并将信号传输至加药装置，完成对浮选入料的精准加药。

图2 浮选自动加药装置流程原理图

3.2 浮选自动加药系统优化

3.2.1 浮选自动加药系统不足

1）煤泥在管道运输过程中容易产生气泡，在进入矿浆准备器时存在一定气泡量影响到密度计的准确数据，间接影响到加药量。

2）实际生产过程中，煤质科化验灰分需要一定时间，无法敏捷的应对煤质突变的情况。

3.2.2 浮选自动加药系统优化为保证数据的准确性，入浮煤泥在进入矿浆准备器前先进入一个自制转换器，便于物料中气泡的释放，使得密度计示数更加精确。并且在浮选机上方安装X射线和高清摄像头，通过X射线摄像可以清楚的知道浮选泡沫的实时灰分，极大程度上提高了自动加药系统应对煤质突变的灵敏性；通过高清摄像可以清晰的观察浮选泡沫层现状，在自动加药系统出现故障时，以便浮选司机及时进行人工操作。

4 浮选自动加药系统应用效果及经济效益

4.1 矿物组成分析

由图3所示，进入浮选系统煤泥入料主要含有无机矿物高岭石、石英、方解石。

图3 浮选自动加药系统优化装置

4.2 选自动加药系统应用效果

浮选自动加药系统在西曲一套浮选设备上应用，在厂区生产过程中对是否安装自动加药系统的2套浮选设备同时采样、化验、整理，当浮选精煤产品灰分要求为10%时，试验结果见表2—表4。

表2 手动加药试验数据

表4 优化自动加药试验数据

由表2、3可知，表2中的5组试验整体浮选精煤灰分波动较大，在第5组试验过程中由于入浮量的突然增加，浮选司机仅凭经验进行加药量判断，导致药剂量损耗过大，且产品并未达到要求；表3中灰分相对于表1整体波动有所减少，在药剂量的使用上均有所减少，产率有所提高，产品基本达到要求。

表3 自动加药试验数据

由表4可知，在表4中灰分相对于表3整体波动更为平缓，在对自动加药系统进行优化后，药剂量的使用上有所减少，产率有所提高，产品达到要求。

4.3 选自动加药系统经济效益

对比手动加药与自动加药厂区1天的浮选系统进行经济效益分析，结果见表5。

表5 经济效益对比

由表5所示，在产品质量达标的前提下，自动加药系统作用下在减少精煤灰分的情况下，浮精产率有所提高，吨煤泥加药量仅仅是手动加药的88%。

综上所述，自动加药模式下系统会随着实时浮选入料数据以及浮选灰分、泡沫情况及时调节加药量，药剂添加准确；系统的应用克服了人工手动调节的不可控因素，减轻工人劳动强度；在很大程度上改善了浮选指标，提高生产效果，有较好的经济效益。

5 结论

1）自动加药相对于手动加药整体系统更加稳定，产品浮精灰分波动较小。

2）自动加药系统相对于手动加药，浮精灰分降低0.16%，浮精产率提高5.09%，吨煤泥加药量降低0.15 kg。