浮選智能加藥系統在鎮城底礦選煤廠的研究

仝戰偉

(山西焦煤西山煤電集團 鎮城底礦選煤廠，山西 太原 030024)

1 選煤廠概況

鎮城底礦選煤廠位于山西省古交市鎮城底鎮，隸屬于山西焦煤西山煤電集團，為一座設計產能150 萬t/a的礦井型選煤廠，現有兩套全重介分選系統，兩套系統工藝流程一致，為原煤不脫泥使用無壓三產品重介旋流器分選，小于0.5 mm煤泥采用FJC16-6噴射式浮選機浮選直接浮選，入洗原煤為2煤、3煤及8煤配洗，產品為十級肥精煤。臺時處理量550 t/h左右，入浮煤泥占原煤約25%，浮選精礦灰分在10.5%左右，加藥方式為傳統的人工加藥。

2 存在問題及解決方案

目前鎮城底礦選煤廠浮選以人工操作為主，勞動強度大，需要崗位操作人員多，浮選自動化水平較低，加藥粗放，藥耗高，且操作過程中浮選精煤灰分波動較大，導致浮選抽出率偏低，精煤損失嚴重。

針對目前存在問題，通過增加浮選智能加藥系統，實現浮選智能加藥及精礦、尾礦灰分檢測，提高加藥準確性及浮選操作的指導性，降低藥耗，提高浮選產率，同時浮選崗位制轉換為巡檢制，降低職工勞動強度，可由其它崗位巡檢監管，實現浮選系統無人值守。

3 設計依據及內容

3.1 設計依據

根據工藝特點，對整個工藝實現過程自動化控制、設備集中控制；以此對生產工藝實現自動控制，最終取代人工控制，優化生產過程控制，穩定工藝性能指標，降低生產成本，提高生產效率，實時現場監控，降低工人勞動強度，改善工作環境；最終控制目的在保證最終精礦產品質量的前提下，充分挖掘設備潛能，提高處理量，降低設備故障率，提高浮精綜合回收率，降低浮選藥耗，實現最佳增效節能效果。

3.2 設計內容

本著投資最小化，利潤最大化的目的，無人化智能化控制系統如圖1所示。

圖1 無人化智能化控制系統

3.2.1 系統具備功能

浮選藥劑自動補充、藥劑自動乳化、入浮、礦漿顆粒檢測、入浮礦漿流量檢測、濃度檢測、入浮礦漿濃度自動調節、加藥站自動加藥、進風量遠程手動(自動)調節、浮精泡沫及尾礦漿視覺實時自動檢測、尾礦灰分輸出、尾礦閘板遠程手動(自動)調節、浮精泡沫自動消泡、加藥系統故障自動報警等。

在整個自動化控制系統中包括現場檢測部分、PLC控制單元部分、上位機監控及操作部分、軟件編程部分、網絡通訊部分等?？刂葡到y包括兩部分功能：工藝流程順序控制功能和工藝過程控制功能。

3.2.2 系統操作功能

整個系統具有硬手動/自動操作功能，以實現機旁手動操作與集中控制功能，同時上位機也能實現軟手動和自動控制，操作人員可根據需要選擇啟停相應的工藝設備，實現三級保護。

上位機操作功能，在上位機中實時顯示整個工藝流程以及設備運行狀態，同時具備設備連鎖啟停、設備狀態報警等；集控室操作人員只需要在計算機上輕點鼠標即可實現設備的連鎖啟停，如需調節參數值只需要輸入相應的數值回車確認即可，剩下所有的工作就交給自動控制系統去實現，現場只需保留巡檢崗位，減少了現場污染環境的操作工崗位，大幅度降低了工人勞動強度。

4 系統控制原理

4.1 浮選加藥自動控制

浮選藥劑添加是整個浮選工藝流程的入口，其控制效果的好壞直接影響后續工序的作業指標，甚至影響最終產品質量。由于人工檢測滯后40～120 min，給浮選加藥的自動控制帶來很大難度，況且影響這一環節的因素特別多(如入浮量、藥劑質量、進風量、煤質等)，所以這一環節成了一種時變的非線性的復雜系統。對于這種復雜系統，單一地根據入浮煤泥量來添加浮選藥劑，很容易造成失控。經過長期的研發，現場控制經驗的積累，研究出了一種適合這一環節的有效的控制方法：即AI實時在線視覺識別+模糊控制+AI自主訓練。

4.2 AI在線視覺識別

AI在線視覺礦漿檢測儀，實時檢測浮選礦漿加藥后尾礦狀態和浮精泡沫狀態的變化，生成尾礦灰分值和浮精灰分值，并反饋到控制系統實現自動加藥，實現無人化浮選智能加藥。

AI視覺礦漿檢測儀通過在密閉空間、恒定光照環境對浮選機(柱)設備藥劑添加后尾礦狀態、浮精泡沫狀態進行實時檢測；浮精泡沫樣品、尾礦樣品的采集、檢測、回流整個過程完全自動操作，自動輸出尾礦和浮精灰分，整個過程完全無需人工操作。

4.3 閉環模糊控制

由于浮選過程的復雜性和參數的時變性及大滯后特性，無法定量地判斷浮選的工作狀態和浮精的質量，只能定性地或趨勢性地判斷，這種判斷是無法實現浮選加藥的精確控制的。因此，為了實現浮選加藥的精確控制，必須將浮選機的性能、浮選系統的工藝過程、煤質性質的變化、浮選藥劑添加后浮精泡沫的變化、尾礦狀態的變化等諸多因素與生產實踐結合起來，建立模糊控制規則，進行模糊推理，得出模糊推理結果，反模糊化，與各控制對象的PID控制相結合，組成Fuzzy + PID的控制策略，從而實現浮選加藥的精確控制?？刂频哪康氖欠€定浮選生產過程，提高浮精品質的穩定性，減少藥劑損耗。我司研究人員對浮選過程建立了不同的數學模型，通過工藝分析，結合實際測試，優化原有的復雜模型，引入模糊控制理論，選用模糊控制和PID控制相結合的方法，這樣既可保持PID控制的無靜差、穩定性好的特點，又具有模糊控制對參數的適應性和調節速度快的特點。

經過這種控制方法得到的控制量是一個連續量。對于浮選生產過程來說，這種控制方式實現了“入浮礦漿→智能加藥→加藥后狀態反饋→自動調整加藥量”這樣一種連續閉環控制。系統每時每刻都在分析浮選加藥的工作狀態，根據分析得到的結果實時給出控制方案。

5 效益分析

通過數據擬合試驗，浮選精煤產率約能提高0.1%，藥耗能降低10%，現入浮煤泥(小于0.5 mm)占原煤25%，入洗原煤按150萬t/a，精煤價格按2 000元/t，煤泥價格按50元/t計。

(1)提高回收率可產生經濟效益：150×25%×0.1%×(2000-50)=73.12(萬元/a)。

(2)降低藥耗可產生經濟效益：仲辛醇及煤油按1∶4折合單價7 500 元/t，干煤泥藥耗0.9 kg/t，則年節約藥耗150×25%×0.9×10%×7500/1000=25.31(萬元)。

綜上，產生經濟效益73.12+25.31=98.43(萬元)。

6 結 語

若增加浮選智能加藥系統，每年創造經濟效益98.43 萬元。浮選崗位制轉換為巡檢制，降低了職工勞動強度，可由其它崗位巡檢監管，實現浮選系統無人值守，達到減員增效的目的。確保浮選精煤質量穩定，便于對重介系統操作，為穩定產品質量創造條件，同時也為實現全廠智能化奠定基礎。