浮选智能加药系统在镇城底矿选煤厂的研究

仝战伟

(山西焦煤西山煤电集团 镇城底矿选煤厂，山西 太原 030024)

1 选煤厂概况

镇城底矿选煤厂位于山西省古交市镇城底镇，隶属于山西焦煤西山煤电集团，为一座设计产能150 万t/a的矿井型选煤厂，现有两套全重介分选系统，两套系统工艺流程一致，为原煤不脱泥使用无压三产品重介旋流器分选，小于0.5 mm煤泥采用FJC16-6喷射式浮选机浮选直接浮选，入洗原煤为2煤、3煤及8煤配洗，产品为十级肥精煤。台时处理量550 t/h左右，入浮煤泥占原煤约25%，浮选精矿灰分在10.5%左右，加药方式为传统的人工加药。

2 存在问题及解决方案

目前镇城底矿选煤厂浮选以人工操作为主，劳动强度大，需要岗位操作人员多，浮选自动化水平较低，加药粗放，药耗高，且操作过程中浮选精煤灰分波动较大，导致浮选抽出率偏低，精煤损失严重。

针对目前存在问题，通过增加浮选智能加药系统，实现浮选智能加药及精矿、尾矿灰分检测，提高加药准确性及浮选操作的指导性，降低药耗，提高浮选产率，同时浮选岗位制转换为巡检制，降低职工劳动强度，可由其它岗位巡检监管，实现浮选系统无人值守。

3 设计依据及内容

3.1 设计依据

根据工艺特点，对整个工艺实现过程自动化控制、设备集中控制；以此对生产工艺实现自动控制，最终取代人工控制，优化生产过程控制，稳定工艺性能指标，降低生产成本，提高生产效率，实时现场监控，降低工人劳动强度，改善工作环境；最终控制目的在保证最终精矿产品质量的前提下，充分挖掘设备潜能，提高处理量，降低设备故障率，提高浮精综合回收率，降低浮选药耗，实现最佳增效节能效果。

3.2 设计内容

本着投资最小化，利润最大化的目的，无人化智能化控制系统如图1所示。

图1 无人化智能化控制系统

3.2.1 系统具备功能

浮选药剂自动补充、药剂自动乳化、入浮、矿浆颗粒检测、入浮矿浆流量检测、浓度检测、入浮矿浆浓度自动调节、加药站自动加药、进风量远程手动(自动)调节、浮精泡沫及尾矿浆视觉实时自动检测、尾矿灰分输出、尾矿闸板远程手动(自动)调节、浮精泡沫自动消泡、加药系统故障自动报警等。

在整个自动化控制系统中包括现场检测部分、PLC控制单元部分、上位机监控及操作部分、软件编程部分、网络通讯部分等。控制系统包括两部分功能：工艺流程顺序控制功能和工艺过程控制功能。

3.2.2 系统操作功能

整个系统具有硬手动/自动操作功能，以实现机旁手动操作与集中控制功能，同时上位机也能实现软手动和自动控制，操作人员可根据需要选择启停相应的工艺设备，实现三级保护。

上位机操作功能，在上位机中实时显示整个工艺流程以及设备运行状态，同时具备设备连锁启停、设备状态报警等；集控室操作人员只需要在计算机上轻点鼠标即可实现设备的连锁启停，如需调节参数值只需要输入相应的数值回车确认即可，剩下所有的工作就交给自动控制系统去实现，现场只需保留巡检岗位，减少了现场污染环境的操作工岗位，大幅度降低了工人劳动强度。

4 系统控制原理

4.1 浮选加药自动控制

浮选药剂添加是整个浮选工艺流程的入口，其控制效果的好坏直接影响后续工序的作业指标，甚至影响最终产品质量。由于人工检测滞后40～120 min，给浮选加药的自动控制带来很大难度，况且影响这一环节的因素特别多(如入浮量、药剂质量、进风量、煤质等)，所以这一环节成了一种时变的非线性的复杂系统。对于这种复杂系统，单一地根据入浮煤泥量来添加浮选药剂，很容易造成失控。经过长期的研发，现场控制经验的积累，研究出了一种适合这一环节的有效的控制方法：即AI实时在线视觉识别+模糊控制+AI自主训练。

4.2 AI在线视觉识别

AI在线视觉矿浆检测仪，实时检测浮选矿浆加药后尾矿状态和浮精泡沫状态的变化，生成尾矿灰分值和浮精灰分值，并反馈到控制系统实现自动加药，实现无人化浮选智能加药。

AI视觉矿浆检测仪通过在密闭空间、恒定光照环境对浮选机(柱)设备药剂添加后尾矿状态、浮精泡沫状态进行实时检测；浮精泡沫样品、尾矿样品的采集、检测、回流整个过程完全自动操作，自动输出尾矿和浮精灰分，整个过程完全无需人工操作。

4.3 闭环模糊控制

由于浮选过程的复杂性和参数的时变性及大滞后特性，无法定量地判断浮选的工作状态和浮精的质量，只能定性地或趋势性地判断，这种判断是无法实现浮选加药的精确控制的。因此，为了实现浮选加药的精确控制，必须将浮选机的性能、浮选系统的工艺过程、煤质性质的变化、浮选药剂添加后浮精泡沫的变化、尾矿状态的变化等诸多因素与生产实践结合起来，建立模糊控制规则，进行模糊推理，得出模糊推理结果，反模糊化，与各控制对象的PID控制相结合，组成Fuzzy + PID的控制策略，从而实现浮选加药的精确控制。控制的目的是稳定浮选生产过程，提高浮精品质的稳定性，减少药剂损耗。我司研究人员对浮选过程建立了不同的数学模型，通过工艺分析，结合实际测试，优化原有的复杂模型，引入模糊控制理论，选用模糊控制和PID控制相结合的方法，这样既可保持PID控制的无静差、稳定性好的特点，又具有模糊控制对参数的适应性和调节速度快的特点。

经过这种控制方法得到的控制量是一个连续量。对于浮选生产过程来说，这种控制方式实现了“入浮矿浆→智能加药→加药后状态反馈→自动调整加药量”这样一种连续闭环控制。系统每时每刻都在分析浮选加药的工作状态，根据分析得到的结果实时给出控制方案。

5 效益分析

通过数据拟合试验，浮选精煤产率约能提高0.1%，药耗能降低10%，现入浮煤泥(小于0.5 mm)占原煤25%，入洗原煤按150万t/a，精煤价格按2 000元/t，煤泥价格按50元/t计。

(1)提高回收率可产生经济效益：150×25%×0.1%×(2000-50)=73.12(万元/a)。

(2)降低药耗可产生经济效益：仲辛醇及煤油按1∶4折合单价7 500 元/t，干煤泥药耗0.9 kg/t，则年节约药耗150×25%×0.9×10%×7500/1000=25.31(万元)。

综上，产生经济效益73.12+25.31=98.43(万元)。

6 结 语

若增加浮选智能加药系统，每年创造经济效益98.43 万元。浮选岗位制转换为巡检制，降低了职工劳动强度，可由其它岗位巡检监管，实现浮选系统无人值守，达到减员增效的目的。确保浮选精煤质量稳定，便于对重介系统操作，为稳定产品质量创造条件，同时也为实现全厂智能化奠定基础。