高效浮選智能加藥系統在呂臨能化選煤廠的應用

尉曉瓏，曹英華

(1.霍州煤電集團 呂臨能化公司選煤廠，山西 呂梁 033200；2.江蘇仕能工業技術有限公司，江蘇 徐州 221000)

1 概 述

呂臨能化公司選煤廠隸屬于霍州煤電集團有限責任公司，是一座設計能力為10.0 Mt/a的特大型煉焦煤選煤廠。選煤工藝為：200～50 mm塊煤重介淺槽預排矸、50～1 mm原煤采用兩段兩產品重介旋流器主再洗、1～0.35 mm粗煤泥采用TBS分選機分選、0.35 mm以下細煤泥采用機械攪拌式浮選機分選。

浮選系統的4臺XJM-KS45型機械攪拌式浮選機采用3+2階梯式布置，根據原煤煤質情況采用如圖1所示的一次浮選或二次浮選工藝。生產過程中通過手動在礦漿預處理器和中間3室4個點進行加藥。由于加藥點多、分散，浮選司機為調節藥劑量，需來回攀爬浮選機，同時巡視浮選刮泡和尾礦情況，存在勞動強度大、藥劑添加量不易控制、浮選指標不穩定等問題，容易造成浮選藥劑浪費和浮選精煤損失，生產效率較低，浮選成本較高，嚴重影響選煤廠經濟效益，迫切需要實現浮選自動控制。

圖1 選煤廠浮選工藝流程

實現浮選自動控制最重要的基礎是實現產品質量的在線實時檢測，其中主要是指浮精和尾礦[1]?；诟∵x司機觀察泡沫層狀態和尾礦顏色深淺的行為習慣，將機器視覺識別應用到礦物浮選監控的方法已引起廣泛關注。

保江等針對銻粗選異常工況下泡沫層高度改變，導致位置固定的工業相機采集到的泡沫圖像存在離焦模糊的問題，提出了一種基于泡沫復原圖像特征和深度視覺特征融合的銻粗選異常工況識別方法[2]。王勇等提出了浮選泡沫紋理特征的灰度行程矩陣提取算法，研究表明，泡沫灰度可為煤泥浮選視覺監控系統提供泡沫狀態信息[3]。桂衛華、曾榮研究并總結了視覺識別技術和相關算法在金屬礦浮選泡沫方面的應用[4-7]。

王光輝以灰度平均值、方差、平滑度、熵和能量5個特征向量，建立了基于煤漿灰分BP神經網絡訓練的煤漿灰分軟測量模型[8]。董志勇建立了基于濃度和彩色圖像特征的浮選尾煤灰分軟測量模型，基于煤漿透射圖像灰度特征的浮選尾煤濃度預測模型，基于圖像檢測法的浮選尾煤粗顆粒含量即跑粗程度的預測模型[9]。郭智平、武林海研究了基于增量型極限學習機(I-ELM)的尾礦灰分識別方法，提高了預測精度和速度[10，11]。

趙樓礦選煤廠通過對浮選泡沫圖像進行實時監測與調整，建立了基于浮精灰分軟測量的自動加藥系統[12，13]。蔣莊礦選煤廠應用了一種基于視覺識別的浮選尾礦在線測灰儀，實現了對尾礦灰度的檢測和灰分的軟測量[14]。欒川鉬業集團某鉬礦采用了一種基于泡沫圖像分析儀的浮選智能控制系統，智能調整泡沫層厚度以及充氣量，實現了泡沫流速控制，提高了浮選過程的穩定性[15]。

2 選煤廠智能浮選系統的研究與構建

2.1 智能浮選系統的功能

智能浮選系統具備的功能：浮選藥劑罐液位檢測；藥劑罐自動補充；藥劑自動除雜；藥劑自動乳化；加藥點2種藥劑各自獨立變頻；自動、手動加藥及加藥量自動計量；入浮礦漿流量、濃度檢測；浮精及尾礦實時在線灰分檢測、輸出；系統故障自動報警。

2.2 系統組成

智能浮選系統如圖2所示，主要包括：浮選智能乳化加藥站、礦漿灰分儀、智能浮選系統控制平臺、流量計、濃度計等。作為主要檢測單元的礦漿灰分儀，是通過AI視覺與圖像處理技術在密閉空間、恒定光照環境下對浮精泡沫、尾礦漿進行檢測得出灰分數據。浮精檢測單元架設于浮選機浮精泡沫層上方實時采集分析浮精灰分，內置專用光源，風力強制除塵。尾礦取樣來自浮選機下部尾礦漿管道，尾礦漿進入灰分儀內部，經過消泡、防沉淀、防污染處理后流經檢測窗口，由專用工業相機實時采集，對浮尾礦漿產品灰分進行實時檢測。

圖2 智能浮選系統

2.3 系統架構

智能浮選系統可分為4層，第一層為數據采集層，主要包括濃度計、流量計、礦漿灰分儀等核心檢測儀器，用于現場浮選系統生產數據的采集；第二層為數據層，將第一層采集到的數據進行存儲、異常過濾和分析，記錄設備操作、故障、生產等數據，計算系統反饋執行的參數；第三層為控制邏輯層，按照第二層的參數，實現設備運行控制、加藥前饋控制、加藥閉環修改控制、故障診斷、數據分析，確保系統按照最優邏輯運行；第四層人機界面層，能夠完成生產監控、設備控制、報警管理、設備維護、報表管理等操作和交互，如圖3所示。

圖3 礦漿灰分儀人機界面及設備照片

2.4 智能浮選系統建設方案

首先在每臺浮選機廠房藥劑罐內安裝液位傳感器，與油庫內補油泵聯動，自動補充藥劑。藥劑罐出口到藥劑除雜器之間安裝流量計用于計量藥劑用量。藥劑經除雜后進入加藥泵站，通過變頻加藥泵自動泵入射流乳化器，經高壓水乳化后流入加藥點。入浮礦漿管路安裝流量計及濃度計，實時計算入浮干煤泥量作為前饋量，通過設置在一、二、三、四室的加藥點各自獨立的變頻加藥計量泵自動添加藥劑。在浮選機第四室浮選槽上部安裝浮精灰分儀檢測單元，在尾礦管下部安裝灰分主機及尾礦檢測單元，實時檢測浮選尾礦灰分，并輸出到智能加藥系統，作為閉環控制的修正指導數據。智能浮選控制流程如圖4所示。

圖4 控制流程

3 應用情況

智能浮選系統完成建設并經調試投入運行后，統計人工采制化的浮精和尾礦灰分共計70條，如表1所示，浮精平均灰分10.89%，尾礦平均灰分68.06%，浮選平均抽出率88.32%，智能浮選系統運行的浮選指標滿足生產要求。

表1 使用后浮選尾礦灰分統計

呂臨能化選煤廠近期浮選指標穩定，未出現因煤質變化導致的較大波動情況，因此對智能浮選系統使用后和使用前2個月的浮精和尾礦班灰指標統計如圖5所示。浮選智能系統使用后浮精平均灰分提升0.14%，基本上變化不大，但尾礦灰分提升7.9%，提升效果明顯，且從圖5中可以看出，尾礦灰分穩定性較使用前有很大的提升。

圖5 使用前后浮精尾礦灰分統計

4 效益分析

(1)減輕職工勞動強度，提高工作效率和安全性。代替人員操作，減少爬樓梯頻率，減少安全事故發生率。同時減少職工與藥劑的接觸次數，避免職業危害。

(2)計量準確，操作簡單。根據確定的具體參數實現藥劑的精確計量與添加，操作簡單，避免了浮選司機業務水平、責任心及經驗誤差帶來的影響，同時在隔膜泵的抽吸作用下，減輕了藥劑雜質的影響，大大降低了堵塞概率，增強了浮選生產的穩定性。

(3)浮選精礦和尾礦灰分實時反饋，較傳統化驗檢測方式更加及時，避免了人工化驗滯后帶來的藥劑調整滯后，實現浮選精煤及尾礦灰分接近上限生產，提高了浮選精煤抽出率，降低了藥劑消耗。加藥系統實施后，浮選精煤抽出率提高1.0%，總精煤產率提升0.2%，按照入洗原煤800萬t/a計算，可多生產精煤1.6萬t/a，按1 500元/t計算，可增收2 400萬元/a。噸原煤綜合藥劑消耗減少10 g，全年可節省藥劑80 t，藥劑售價按10 000元/t計，可節支80萬元/a。

(4)原每班浮選司機2人，使用自動加藥系統后，職工勞動強度降低，現設1人，實現了減人提效。

5 結 語

智能浮選系統在呂臨能化選煤廠應用后，利用先進的監測和控制手段實現了浮精、尾礦灰分的在線檢測和自動加藥，提高了浮選系統的自動化、智能化水平，浮選精煤抽出率提高1.0%，噸原煤藥劑消耗降低10 g，同時降低了浮選操作工人勞動強度，減少了樣品的采制化工作，實現了提質、控員、提效，具有顯著的經濟效益。