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1、浓缩机药剂添加自动控制系统设计姓 名：张加东学 号：指 导 教 师：201215110228 张成联学 院：机电工程学院专 业：过程装备与控制工程完成日期：2015年6月25日浓缩机药剂添加自动控制系统设计煤炭洗选是提高煤炭资源利用率及改善中 国大气环境的有效手段。实现选煤厂煤泥水闭路 循环、净化复用对提高煤炭企业经济效益、保 持 矿区生态环境、节约水资源都具有十分重要的意 义，也是实现煤炭工业可持续发展的一项重要措 施。耙式浓缩机作为煤泥水处理过程中的关键设 备，对其絮凝剂等药剂的配制添加实现自动化控 制，不仅是确保设备安全高效运行、保证排放 水 质、降低药剂消耗的有效途径，也是实现煤泥 水
2、 处理技术进步、科学管理的必由之路1。1、国内外技术发展状况目前选煤厂浓缩机絮凝剂、助凝剂等药剂的 添加有定量加药和自动加药 2 种方式。定量加药 在入料矿浆均匀稳定的情况下是可行的，但实际 上入料矿浆浓度甚至流量都是随时间而变化的， 定量加药很难保障溢流水的质量，且会造成药剂 的严重浪费。因此自动加药是一种科学、合理的 选择，目前国内外常用的方法有 3 种：溢流水 浊 度检测控制加药、入料检测控制加药以及利用界 面分析仪的过渡区检测控制加药2。溢流水浊度检测控制加药是采用光敏三极 管做光电转换元件，利用可见光透射法对溢流水 浊度进行测量的。这种方法在一定的浊度范围和 测量条件下有较好的测量精
3、度，但当浊度较高或浊度变化较大时，测量误差较大甚至无法测量； 另外该方法还需要对测定管和仪器定期进行标 定，否则将影响测量精度。因此，单独使用浊度仪 测量溢流水浊度来控制絮凝剂的添加量很难保 证系统的稳定可靠运行。入料检测控制加药是通过流量计检测入料 矿浆的流量，利用密度计检测入料矿浆的密度， 由入料矿浆的密度和流量推算出入料矿浆中所 含的干煤泥量；根据干煤泥量与絮凝剂的对应关 系来控制絮凝剂的添加量。该方法实际上是一种 开环控制，并不能对药剂的添加进行实时的精确 控制。但由于配置简单，易于实现；当入料矿浆性 质稳定时，该方法可以满足煤泥水处理的控制要 求。因此该种方式在国内选煤厂的药剂添加自
4、动 控制中应用较多。浓缩机过渡区检测控制加药是利用在线界 面分析仪器实时检测浓缩机中澄清区和压缩区 之间过渡区的大小来控制药剂的添加量。过渡区 小说明固液界面分明，絮凝效果好；过渡区大 说 明固体沉淀不良而界面含糊不清，因此过渡区的 跨度可以作为絮凝剂添加的依据。用过渡区检测控制添加药剂的方法虽然具 有适应性强、稳定可靠、控制精度高的优点，但由 于在线界面分析仪价格昂贵，目前还主要用于金 属选矿厂的浓缩机药剂添加自动控制。因此， 煤炭洗选行业迫切需要一种控制精 确、稳定可靠、经济适用的浓 缩机药剂添加自动 控制系统。2 、絮凝剂添加自动控制系统设计综合考虑目前国内外使用的絮凝剂添 加自动控制方
5、式，提出了一种新的药剂添加自动 控制方案。其基本思路是：通过实时检测入料矿 浆流量和浓度，推算出单位时间进入浓缩池的干 煤泥量，跟踪干煤泥量的变化并按一定比例自动 添加絮凝剂等药剂；同时通过检测溢流水浊度对 药剂添加量进行实时校正和精确控制，从而实现 耙式浓缩机絮凝剂添加的前馈加反馈闭环控制。 控制原理如图 1 所示。图 1 絮凝剂添加控制原理2.1 控制模型的建立 由入料矿浆中干煤泥量推算絮凝剂和助凝剂加入量的计算公式为：Q1=k1Fq（1）Q2=k2Fq（2）k1=A1qB1（3）k2=A2qB2（4）式中 Q1絮凝剂的加入量，t/h； Q2助凝剂的加入量，t/h； F进入浓缩机的矿浆流量
6、，m3/h； q进入浓缩机的矿浆浓度，t/m3； A、B与入料矿浆浓度、溢流水浊度有关的系数，由试验确定。 实际使用时矿浆浓度常用每升多少克固体量表示，且矿浆的浓度是无法直接测量的。一般 是采用通过测量矿浆密度换算出矿浆浓度的间 接测量。由矿浆密度转换成矿浆浓度，需要知道 矿浆中固体物的真实密度。若矿浆浓度为 q，固体 物质的密度为 ，则该矿浆的密度为 （5） 同理，矿浆的浓度为 （6）式中 q矿浆浓度，g/L； x被测矿浆密度，g/cm3； 矿浆中固体物质的密度，g/cm3。2.2 药剂添加自动控制系统的实现在上述控制模型基础上，研究开发了耙式浓 缩机药剂添加的自动控制系统并在选煤厂投入 使
7、用，收到了良好的效果。该系统采用一套 PLC 和一台工业控制机组成分布式计算机控制，PLC 设在控制现场对现场设备实施控制，工业控制机 作为上位机设置在选煤厂总调度集中控制室； PLC 与上位机之间采用 RS- 485 方式通讯，实现 指令及数据的传输。浓缩机入料矿浆流量的检测采用电磁流量 计，密度的检测采用 射线密度计；采 用浊度计 实时检测溢流水的浊度；絮 凝剂 、助 凝剂等药剂 的添加采用单螺杆计量泵，通过变频器调节单螺 杆计量泵的转速达到计量和调节的目的。工艺流 程如图 2 所示。图 2 浓缩机药剂添加自动控制工艺流程 1流量计；2浓度计；3输入输出单元；4入料信 号；5调节器；6变频
8、器；7计量泵；8浓缩机； 9上位机；10浊度计该系统实现了以下功能：（1）自动/手动加药的无扰切换。可以方便地 进行絮凝剂添加手动与自动控制之间的切换。（2）由浓缩机入料来控制系统的启动。在浓 缩机入料停止后，药剂添加自动控制系统自动停 止运行。一旦浓缩机入料泵启动，控制系统接收 到启动信号后，自动启动添加药剂。（3）根据入料性质调整药剂添加制度。当入 选原煤的性质发生变化时，煤泥水的性质也会随 之变化。因此絮凝剂等药剂的添加量也会发生改 变。该系统可以方便地改变药剂的设定值，并可以存储多种煤质条件下的药剂添加制度供选择。（4） 工艺参数的动态显示和完善的数据处 理。通过上位机可以动态显示药剂
9、添加系统的运 行状态和工艺参数，并可对数据进行存储、查询、 统计报表、打印等处理。（5）系统故障报警和快速诊断。一旦系统发生 故障无法正常工作，系统会自动报警，并在监视屏 上显示系统各部分的状态，以便快速排除故障。（6）组网与数据传输。药剂添加自动控制系 统中的所有检测数据可以通过工业以太网和局 域网传送到管理计算机及各个终端。通过实施药剂添加自动控制，有效解决了选 煤厂的水污染、药剂浪费和细粒级煤的回收等问 题，实现了煤泥水的闭路循环 ，循 环水的浓度降 到 25g/L 以下，煤泥水处理单位耗药量降到原来 的 60%以下，并极大地降低了工人的劳动强度， 改善了劳动环境，取得了可观的经济效益和
10、社会 效益。3、结 论笔者提出了一种新的耙式浓缩机药剂添加自动控制方案并对控制系统进行了开发，选用可 靠的密度、流量、浊度检测仪器以及变频调速计 量泵、可编程序控制器、工业控制计算机等组成 选煤厂浓缩机药剂添加自动控制系统。现场实 际应用表明：系统具有测控精度高、对入料矿浆 适应性强等特点，满足了耙式浓缩机药剂添加自 动控制的要求。同时，该系统人机界面丰富，功 能完善，为选煤厂煤泥水处理的科学管理提供了 良好的技术支撑。参考文献：1谢广元，张明旭，边炳鑫,等. 选矿学M. 徐州：中国矿业 大学出版社，2001.2徐志强，阎钦运. 利用界面分析仪实现浓缩机的自动控制J. 东北煤炭技术，1997(4).3童朝东. 东滩煤矿选煤厂药剂添加自动控制系统J. 洁净 煤技术，2001(1): 2324.4邱长贵 ，陈 平涛 ，符 东旭. 煤泥水药剂自动添加优化控制 在邢台矿选煤厂的应用J. 河北煤炭，2005(3):4243.
