絮凝剂自动添加系统在东滩煤矿选煤厂的应用

钱丽霞

（1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012）

絮凝沉降对于选煤厂煤泥水处理具有重要意义。生产过程中，通过向煤泥水中添加一定量的絮凝剂，实现煤泥的快速沉降，降低溢流水的浓度[1]。我国大多数选煤厂仍然采用机械搅拌的方式配置絮凝剂，采用人工定量添加絮凝剂[2]，加药量的大小完全凭经验调整，使之满足生产实际的需要。这样容易产生很多问题，如絮凝剂溶液配制时，人工添加药剂的方式劳动强度大；工人抛撒药剂粉末时，药剂在煤泥水中分布不均匀，容易形成团块，不能充分溶解，使搅拌机的搅拌时间延长，不仅浪费电能，还会对电机和设备造成更多磨损。同时，加药过多或不足，难以保证循环水的质量，影响选煤厂的正常生产。当药量不足时，煤泥水中的悬浮物不能快速沉降，导致溢流水浓度升高，最终影响脱泥、脱介效果；当药量过多，部分药剂不能溶解，沉淀在搅拌桶底，不仅浪费药剂，而且因为絮凝保护的反作用，影响悬浮物的沉淀[3-4]。 因此，在煤泥水处理过程中，絮凝剂添加系统控制的精确程度，对保证洗选指标和洗选系统的稳定性具有重要意义。采用自动添加絮凝剂的方式，根据浓缩池的溢流水浓度，实现絮凝剂的精确添加[5]，不但可以降低工人劳动强度，改善劳动环境，还能节电、节水、节药。

1 选煤厂概况及存在的问题

东滩煤矿选煤厂煤泥水处理工艺：采用两段浓缩脱水回收的方式，采用沉降离心机处理一段底流，采用压滤机处理二段底流，将二段溢流水作为循环水供全厂使用。生产中，向浓缩池加入絮凝剂，加速煤泥的沉降，使煤泥水得到沉淀、澄清，提高浓缩机的工作效率[6]。选煤厂原有絮凝剂添加采用的是人工配置方式，先向搅拌桶中放入清水，接着开启搅拌机，人工向搅拌桶内抛撒絮凝剂粉末进行搅拌，通过加药泵向浓缩机添加混合好的絮凝剂溶解液[7]。通过分析，改造前的絮凝剂添加系统存在以下几方面问题：

（1）药剂撒漏，危害人体健康。向搅拌桶中人工抛撒絮凝剂粉末，药剂容易撒漏，因为药剂具有一定的腐蚀性，不仅对环境造成污染，而且危害人体健康[8]。

（2）搅拌不均，药剂浪费。用机械搅拌配制絮凝剂溶解液时，人工抛撒药剂的方式药剂分散不均匀而不能充分溶解，会延长搅拌机搅拌时间，浪费电能，增加设备的磨损[9]。未溶解的部分药剂沉淀在搅拌桶底部不被利用，浪费药剂，降低循环水的质量[10]。

（3）生产过程中煤泥水的流量不稳定，工人需要凭经验不断调整药剂添加量，不但增加工人劳动强度，絮凝剂配比浓度也不准确。

（4）药粉直接添加到搅拌桶，容易结块堵塞管路，增加人工清理负担。

（5）机械搅拌配药自动化程度低，在药剂的配置、储存、添加的过程中，全部靠人工操作，难免因操作不准确造成溶液的跑冒，浪费清水和药剂。

2 絮凝剂自动添加方案

选煤厂从现场条件和操作上考虑，对整个电控系统进行升级，采用絮凝剂自动添加系统，实现浓缩机药剂絮凝剂（聚丙烯酰胺）制备和自动添加，用可编程序控制器替代原来用按钮、继电器、接触器组合的控制方式，将絮凝剂粉末配置成一定浓度的絮凝剂溶液，可精确地预设溶液浓度，既可以就地操作也可以集控操作，满足选煤厂生产实际需要。

3 絮凝剂自动添加系统简介

3.1 结构组成

系统主要包括进料系统、进水系统、液位控制、控制柜、搅拌器、加药泵六个部分。絮凝剂配比浓度为0.1%～0.5%，处理能力为5000 L/h。控制面板由可编程序逻辑控制器控制，具有可中英文切换的操作界面。控制柜内置智能控制器，可对絮凝剂制备相关用电设备（如搅拌器、送料器等）进行控制并对设备运行状态进行监控，可及时对系统内的故障进行报警和显示。絮凝剂添加系统结构示意如图1，絮凝剂添加系统装配图如图2。

图1 絮凝剂自动添加系统结构示意图

图2 絮凝剂自动添加系统装配图

3.1.1 进料系统

（1）干粉输送

风机通过文氏管将粉料吸入输送管道，并通过风机输送到搅拌桶中，中间用透明软管，可以实时看到管道里粉料输送情况。采用不锈钢箱体，耐腐蚀性强，使用寿命长。

（2）干粉进料器

进料器（带料位传感器）包括120 L 料斗、螺旋给料系统、加热器、物位探头、输送风机、文氏管。配置料位探头用于输出低料位信号，传出报警。空心投加螺杆的螺杆带防架桥大螺旋。为防止絮凝剂干粉受潮结块，采用电加热器对药粉进行加热。投料量通过PLC 程序，当配药浓度改变时，PLC 经过计算后自动改变进料电机药剂投加量，从而保证药液配比浓度准确。通过风机将粉料从文丘里管送入搅拌桶中。

3.1.2 进水系统

（1）进水管路

进水管路主要由手动球阀、Y 型过滤器、电动球阀（220VAC）压力表和管路组成。主体材质和电动球阀均采用304 不锈钢。

（2）投加和排空连接

投加/排空连接在箱体的后面，抽取口和排空口有球阀连接。

3.1.3 液位控制

液位计用来监测搅拌箱和储药箱的液位。搅拌箱的液位计可以控制系统进水阀的起停。储药箱的液位计分三个液位触点：低、中、高。当达到低液位时，自动启动系统，配置药液；当达到高液位时，自动停止系统；当液位极低时，系统自动报警并立即关闭加药泵。采用静压液位计，能直观地看到液位的显示，能传出4～20 mA 的电信号，探头材质采用304 不锈钢。

3.1.4 控制柜

采用西门子S7 系列PLC 控制器，对各仪表传感器的信号进行采集，根据煤泥水浓度计算絮凝剂的添加量，可以计算絮凝剂添加量的实时偏差和预测偏差，通过控制变频器对加药量进行调整。控制柜实现絮凝剂制备过程电气设备的供电、过负荷、手动/自动控制、就地/集中控制转换等功能，对絮凝剂制备系统中搅拌器、送料器等用电设备进行控制并对系统中各设备的运行状态进行监控，并对设备故障及时报警和提示。

搅拌器主要用于搅拌混合溶液加快熟化过程，其叶片和轴均采用不锈钢材质，电机保护等级为IP55。加药泵采用螺杆泵，一用一备，采用变频调速的方式，材质为304 不锈钢，电机防护等级IP55。

3.2 工作原理

粉状絮凝剂人工添加到干粉料斗中。首先启动系统，进水阀门打开，自动打开进料器，通过干粉料斗中的过滤网对絮凝剂进行初步过滤，通过喂料机将絮凝剂输送到加热料斗；鼓风机吹动气流，双文氏管吸取药粉经过透明的输送管进入混料室，经过雾化混合进入搅拌桶；搅拌器搅拌混合药粉和清水，形成一定浓度的絮凝剂溶液；在PLC 的控制下，打开转排阀，将药液排放到储药箱，药液全部转排结束，系统进行下一次制备。需要添加药液时，PLC 控制螺杆泵将药液定量输送到加药点（浓缩机入料管）。絮凝剂自动添加系统工作原理如图3。

图3 絮凝剂自动添加系统工作原理图

3.3 特点

（1）人工一次性向给料漏斗添加絮凝剂干粉后，设置好配置相关参数，整个制备添加工作全部由系统自动完成，降低了工人的劳动强度。结合生产实际需要，可以选择切换自动控制和手动控制，操作灵活。

（2）絮凝剂粉末被高速气流从文氏管吹入混料系统，与高速水流迅速混合，保证絮凝剂完全分散，不易形成团块，混合效果良好。

（3）加热料斗中使用螺旋加热器，可对输送管道中的絮凝剂粉末自动进行加热，不仅可以提高送料精度，还能防止因药剂受潮造成的出料口堵塞。

（4）系统采用两台螺杆泵添加药剂，通过变频控制的方式，可随流量变化调整加药量,加药准确稳定，保证药液配比浓度不变。

（5）完善的报警功能。整套系统内设流量计、液位和料位传感器，当液位和料位低时输出报警信号，防止设备损坏和生产现场其他不必要的损失。在水流过小、储药箱液位过低、搅拌电机发生损坏时，系统均能自动发出报警信号并立即停止系统工作。

（6）采用先进的推流式溶液操作系统，能充分混合药液。各个设备的运行均采用PLC 集中控制的方式，系统运行稳定，操作简单方便。

4 应用效果

（1）煤泥水浓缩机的工作效率得到提高，溢流水浓度降低且稳定。

（2）原煤药剂消耗降低，每吨原煤降低0.75 g，降幅达到18%。

（3）一台搅拌电机功率为7.5 kW，应用系统后，每天减少运行3 h，年节省电费达0.54 万元。

（4）工人劳动强度降低。原来人工配药需要多次调整添加药剂，并对搅拌桶、储药桶的液位高低实时观测。工人只需要一次性投入絮凝剂，设定相关参数后系统将自动运行，大大减少了人力消耗。

5 结论

东滩煤矿选煤厂絮凝剂自动添加系统采用先进的西门子系列PLC 对絮凝剂干粉进料、溶液制备、溶液添加过程进行自动控制，实现了絮凝剂添加的自动化，有效降低了工人劳动强度，药剂配比浓度稳定，精煤产量提高，系统处理量增强，明显节约了药剂、电能和水资源，保证了生产的稳定连续进行，为建设智能化选煤厂打下良好的基础。