詹德寬

（鐵法能源公司，遼寧省調兵山市，112700）

大平礦煤泥水自動加藥系統(tǒng)的應用探討

詹德寬

（鐵法能源公司，遼寧省調兵山市，112700）

介紹了大平礦選煤廠安裝使用的煤泥水自動加藥系統(tǒng)的控制原理及工業(yè)性試驗。實踐表明，使用自動加藥系統(tǒng)后，濃縮機濃縮效率提高10%以上，循環(huán)水濃度降低，分選效果明顯改善；同時減少了藥劑的用量，每年可節(jié)省費用近70萬元。

煤泥水 絮凝劑 自動加藥 效益分析

長期以來，在選礦作業(yè)中一直采用人工添加藥劑。由于人工操作有間隔，難以實現(xiàn)連續(xù)控制。隨著選礦廠大型化、連續(xù)化和自動化的迅速發(fā)展及管理水平的不斷提高，對加藥系統(tǒng)的自動控制提出了更高的要求。實踐證明：傳統(tǒng)選煤廠的管理方法已經(jīng)遠不能滿足現(xiàn)代工業(yè)高品質、低能耗的要求。因而提高加藥系統(tǒng)自動化水平已是大勢所趨，先進的藥劑自動控制系統(tǒng)的研發(fā)成為選煤業(yè)的重要研究課題之一。

1 大平礦煤泥水加藥系統(tǒng)存在的問題

鐵法能源公司大平礦選煤廠是一座年入洗原煤200萬t的礦井型動力煤選煤廠。該廠洗煤尾水處理工藝是洗煤循環(huán)水進濃縮池進行濃縮處理后，底流經(jīng)泵打入壓濾車間壓榨成煤泥，濃縮池溢流水返回循環(huán)水池作為系統(tǒng)補充循環(huán)水。

該廠洗煤水處理采用液態(tài)凝聚劑和固態(tài)粉末絮凝劑。凝聚劑主要成分是聚合氯化鋁等，絮凝劑為高分子聚丙烯酰胺?，F(xiàn)有加藥設備主要是兩套聚丙烯酰胺配藥攪拌桶，一套為聚丙烯酰胺藥劑儲備池以及配套離心式加藥泵，另一套為凈水劑藥儲備池以及配套離心式加藥泵。整個加藥系統(tǒng)存在以下問題：

（1）聚丙烯酰胺攪拌桶高度大約是2.5m，藥劑需人工從地面搬到桶頂，不停地向攪拌桶中傾灑藥劑，勞動強度大?，F(xiàn)在壓濾車間月均用量約在8～9t，每天平均約280kg。

（2）聚丙烯酰胺攪拌桶只有一個單層葉輪攪拌器，攪拌能力明顯不足，不能上下層兼顧，改為雙層葉輪為宜。

（3）細微顆粒在洗水中積聚到一定程度，會影響分選效果，甚至導致生產(chǎn)中斷。所以，為了保證澄清水的質量，操作人員本著寧多勿少的原則加藥，致使加藥量長期偏高，增加了生產(chǎn)成本。

（4）整個加藥過程的所有操作都是人工控制，沒有自動控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。人工投加干粉藥劑均勻性低，藥液濃度不準確；更嚴重的是不均勻投加極易結塊，結塊的聚丙烯酰胺極難溶解，造成藥品浪費。

（5）聚丙烯酰胺本身是無毒性的，但未聚合的丙烯酰胺單體是有毒性的。常用的聚丙烯酰胺中總是含有少量的丙烯酰胺單體，長期接觸對身體健康不利。

為了克服由于人工加藥帶來的一系列問題，鐵法能源公司大平礦選煤廠將采用煤泥水自動加藥系統(tǒng)，從而優(yōu)化該廠的煤泥水處理工藝。

2 自動加藥系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)結構如圖1所示，聚丙烯酰胺溶解攪拌藥桶總加水量10m3，30min完成。加水到2m3攪拌器啟動，斗式提升機開始上料。上料是均勻定量地把聚丙烯酰胺粉劑輸送到預混器，在預混器中，聚丙烯酰胺和旋轉水流混合，然后進入攪拌桶。上藥的速度由PLC控制斗式提升機驅動輪的轉速來調節(jié)。加水完成以后攪拌器繼續(xù)攪拌30min，聚丙烯酰胺就能充分溶解，配制好的0.2%（重量比）藥液放入聚丙烯酰胺藥劑池。

圖1 絮凝劑加藥配藥系統(tǒng)結構示意圖

當儲料箱到低料位時，電容料位傳感器報警，提升機停止上料。為提高干粉的流動性，儲料箱中有機械振動裝置。斗式提升機的鏈條上有許多小料斗，固定容積的料斗在儲料箱中充滿，料斗升至提升機頂部最高點處翻轉料斗實現(xiàn)卸料。只要控制輸送鏈條的速度就能計量，斗式提升機是容積計量。儲料箱裝在地面上，最高點距離地面不超過800mm，方便工人上料。預混器中的干粉藥劑極易吸潮結塊，因此裝有螺旋破碎裝置。

攪拌桶上的液位計有兩個作用，一是提供加水到位信號，PLC關閉進水電動閥；二是將配制好的藥液排放液位下降的速度反饋給PLCPLC由此判斷過濾器堵塞的程度，嚴重時發(fā)出報警信號。過濾器中的雜物需人工清除。

聚丙烯酰胺藥劑池高液位時，攪拌桶不工作，中等液位時攪拌桶恢復工作，低液位時加藥泵不工作，且報警。高液位和中液位之間有10m3的空間，剛好能容下一桶配制好的聚丙烯酰胺溶液。

3 自動加藥控制系統(tǒng)的組成及控制原理

3.1 自動加藥控制系統(tǒng)的組成及功能

自動加藥控制系統(tǒng)由5部分組成，見圖2。

（1）可編程控制器（PLC），是控制系統(tǒng)的核心。PLC可使系統(tǒng)配置靈活，可搭載多種基本單元、擴展單元和擴展模塊，組成不同I／O點和不同功能的控制系統(tǒng)。

（2）主站。主站為電源空氣開關、模擬量模塊、光端機及隔離繼電器提供承載平臺，主站控制柜內配置有DC24V電源。

（3）上位機，可以是一臺或幾臺PC機。操控人員也可以使用上位機組態(tài)流程圖開啟和關閉任何設備和閥門。

（4）廠級局域網(wǎng)。局域網(wǎng)的形成可以實現(xiàn)廠內相關管理人員隨時隨地登陸組態(tài)軟件，監(jiān)視自動加藥流水線的狀態(tài)。

（5）遠程控制站。屬主站控制柜的遠程部件，以觸摸屏控制的形式來開啟和關閉流程中的設備。

圖2 控制系統(tǒng)結構示意圖

3.2 自動控制系統(tǒng)控制原理

大平煤礦選煤廠煤泥水自動加藥控制系統(tǒng)選用三菱可編程控制器（PLC），型號為FX2N－48MR－001。1個輸入擴展模塊FX2N－16EX（擴展16個輸入點），1個RS－485通訊用的擴展板FX2N－485－BD，1個8通道模擬量輸入模塊FX2N－8AD1個8通道模擬量輸出模塊FX2N－8DA 485通訊擴展板用于和上位連接通訊。

模擬量輸入模塊用于把現(xiàn)場的測量信號傳給PLC，如流量、濃度、煤泥厚度等；模擬量輸出模塊用于控制現(xiàn)場的控制單元，如加藥泵等，觸摸屏作為現(xiàn)場的人機接口，可顯示流程、報警和各控制單元的狀態(tài)（如閥門的開關、流量、液位、濃度、煤泥厚度等和各種曲線圖等），還能通過觸摸屏設定參數(shù)，控制各設備的運行。通過上位機能把每天各參數(shù)的運行曲線保存打印，還可以在上位機上把各參數(shù)的運行數(shù)據(jù)做成表格保存、打印，保存的天數(shù)取決于硬盤的容量，在上位機也能遠程控制所有操作。

3.3 自動加藥控制系統(tǒng)特點

（1）采用模塊化、集散型結構，保證擴展性、開放性和穩(wěn)定性；

（2）所有操作都有手動和自動兩種方式；

（3）各被控制對象和監(jiān)控數(shù)據(jù)都能在觸摸屏和上位機實時顯示，且能以表格或曲線形式存檔，能歷史查詢；

（4）故障報警響應準確及時，能存檔查詢；（5）采用標準網(wǎng)絡，能與廠級公用系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

4 工業(yè)性試驗結果

經(jīng)過一段時間的工業(yè)試驗及參數(shù)采集、標定，該自動化系統(tǒng)已正式投入生產(chǎn)使用，其主要技術經(jīng)濟指標均有較大改善。

藥劑濃度與濃縮機入料、溢流、底流濃度呈現(xiàn)一定的關系，試驗結果如表1所示。

表1 絮凝劑濃度與煤泥水處理效率試驗表

（1）溢流濃度值與藥劑濃度值成反相關關系，即溢流濃度隨著藥劑濃度的升高而降低。而當藥劑濃度大于等于3.0‰時，溢流濃度維持在0.5gL此時可視為循環(huán)水較清澈。

（2）底流濃度值與藥劑濃度值成正相關關系。而當藥劑濃度大于等于2.5‰時，底流濃度過高，易導致耙式濃縮機負荷過重，甚至導致洗煤生產(chǎn)中斷。

（3）綜上試驗結論，該選煤廠尾水處理所使用的絮凝劑濃度不宜超過2.5‰；再從濃縮池入料濃度結果來看，當濃度為2.0‰時，入料濃度最低，即尾水處理效率處在較高點。所以，該廠尾水處理所配制的絮凝劑理論濃度定為2.0‰。

5 技術經(jīng)濟效益分析

（1）濃縮機濃縮效率提高10%以上，溢流中微細顆粒明顯減少，即使連續(xù)洗煤生產(chǎn)，溢流仍可保持清水狀態(tài)。同時，底流濃度、粒度的變化也為壓濾生產(chǎn)創(chuàng)造了有益的條件，有效提高了壓濾煤泥產(chǎn)量。

（2）加藥系統(tǒng)改造前，聚丙烯酰胺粉劑由人工投加，而這一過程常由于粉劑不均勻造成結塊不能充分溶解，造成大約10%的浪費；由于人工添加藥液量和添加時間的相對盲目性，投加聚丙烯酰胺藥液和凈水劑藥液，又造成大約20%的浪費。綜合起來，聚丙烯酰胺浪費了30%。而實現(xiàn)自動化加藥以來，提升機的卸料斗可實現(xiàn)定量均勻的卸料，且PLC濁度計模塊可以較準確的探測到洗水濃度，從而更準確的判斷加藥時間和加藥量，杜絕了聚丙烯酰胺的浪費。聚丙烯酰胺價格按12500元／t計，改造前每月聚丙烯酰胺耗用以平均8t計，年用聚丙烯酰胺96t，采用自動加藥系統(tǒng)后，每年節(jié)省聚丙烯酰胺藥費36萬元。

（3）凈水劑以72t／月計，年用凈水劑864t，凈水劑浪費了20%，凈水劑價格按1790元／t計，采用自動加藥系統(tǒng)每年節(jié)省藥劑費30.9萬元。

（4）自動控制及提高溶解藥效，不但節(jié)省藥劑的費用，而且還能節(jié)約大概30%～40%的電能。平均節(jié)電按35%計算，現(xiàn)在每天用電450kW·h，電費按0.6元／kW·h計算，則每年約節(jié)省電費3.4萬元。

（5）加藥系統(tǒng)現(xiàn)有兩名操作員，人員不減，但降低了勞動強度，提高了系統(tǒng)的自動化程度，便于系統(tǒng)的運行、監(jiān)控及控制，延長設備的使用壽命。0.189mgm

在露天煤礦無組織揚塵污染控制中，應重點通過密閉運輸、灑水、道路硬化、綠化以及煤揚塵新型覆蓋劑等措施降低礦區(qū)運輸?shù)缆窊P塵；此外，采掘場等污染源下風向邊界外也是揚塵污染防治的重點。

（3）露天礦大氣揚塵濃度的日變化總體為：早上較高，上午10∶00－15∶00濃度較低，傍晚TSP濃度有所回升；采掘場下風向周界外TSP濃度在15：00左右相對較高。勝利一號露天礦無組織排放源周界外揚塵濃度的日變化規(guī)律與許多城市大氣顆粒物的日變化規(guī)律有相似之處，只是峰谷值出現(xiàn)的具體時間因地區(qū)和城市功能區(qū)的不同而稍有差異。

露天礦揚塵的動態(tài)變化特征與氣象因素有很大關系，特別受風廓線引起的薩夫曼（Saffman）力以及湍流脈動的影響較大。而且氣象因素特別是風和濕度對顆粒物的影響是復雜綜合的過程，當風速大、濕度小時一般容易起塵，但低風速、高濕度的穩(wěn)定狀態(tài)也會使顆粒物因擴散不良而聚集增多，今后應加強對露天礦無組織揚塵起塵、擴散的影響因素做深入研究，在實際管理過程中，要依據(jù)具體情況，并考慮風向、風速以及其他影響因素，加大揚塵起塵量大且不易擴散時期的防控力度。

[1] 武國平，劉蒙林，李金山等.大型露天煤礦選煤廠生產(chǎn)過程粉塵綜合治理的技術實踐[J].中國煤炭，2007（9）

[2] 楊丹，王颯.堆煤場煤塵起塵及其在大氣中運移擴散的理論研究[J].能源環(huán)境保護，2007（2）

[3] 叢曉春，陳志龍，詹水芬.露天煤場靜態(tài)起塵量的實驗研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2010（6）

[4] 許靈，群高亮，陸文忠等.杭州煤場煤塵環(huán)境影響預測分析[J].煤礦環(huán)境保護，1998（6）

[5] 邵劍，曹首英.煤礦礦區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀及控制對策[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2002（10）

[6] 郭二果，王成，郄光發(fā)等.北京西山典型游憩林空氣顆粒物不同季節(jié)的日變化[J].生態(tài)學報，2009（6）[7] 姚從容，陳魁.城市環(huán)境空氣質量變化規(guī)律及污染特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007（5）

[8] Latha K M，Highwood E J.Studies on particulate matter PM10and its precursors over urban environment of reading[J].Journal of Quantitative Spectroscopy ＆Radiative Transfer，2006（2）

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.

coal slurry，flocculent，automatic reagent feeding，benefit analysis

TD946.2

B

郭二果（1978－），女，內蒙涼城人，博士生，畢業(yè)于中國林業(yè)科學研究院，主要從事城市生態(tài)及環(huán)境保護方面的研究工作。

（責任編輯 孫英浩）