煤泥水沉降速度检测装置的试验研究

1、煤泥水沉降速度检测装置的试验研究庞新宇,寇子明(太原理工大学,山西太原 030024)摘要:对一组检测装置进行了试验研究,为光敏元件用于在线检测煤泥水沉降速度提供了有力的依据。关键词:沉降速度;试验;光敏元件中图分类号:TD946 3 文献标识码:A 文章编号:1006 6772(2005)03 0022 04在选煤厂浓缩机的絮凝剂自动加药系统中,可根据不同的控制模式选择不同的检测量。如在前馈控制中,以入料浓度或流量为检测目标;在反馈控制中,常以溢流水浊度作为检测量。其中,取浓缩机沉降区一定量的煤泥水,模拟其沉降过程,同时检测澄清界面的沉降速度值,以此作为反馈量也可组成加药控制系统。目前大多数

2、选煤厂的加药控制系统都是选用浓度计来测量煤泥水的浓度值,这种仪器主要利用光学原理,建立投射(或散射)光强度与浓度的关系,因此对其精度要求较高,而以沉降速度作为目标值有其优势,同样采用光敏传感器,但不需要建立光强度与浓度的关系,只要透过光强度达到设定的感应值,输出一开关量即可,大大简化了检测元件的复杂性。国内目前还没有较好的用于煤泥水沉降速度检测的仪器,因此,本试验对研究沉降速度的在线检测具有实际意义。的澄清液具有了透光性,根据这一特性,试验装置采用光敏电阻作为光感应元件。首先,信号处理电路对标准的澄清液进行标定,记录其透光强度,当取样后的煤泥水开始沉降,并达到同样的透光度时,比较电路会输出一信

3、号,同时记录下不同界面高度的沉降时间。图1 煤泥水加药前后比较1 检测原理煤泥水在添加絮凝剂后,沉降速度加快,而且澄清液浓度较低,澄清界面非常明显,几乎是一条平缓的直线,如图1所示。在初始沉降区,界面匀速下降。由于界面上下部分的浓度差别较大,对光的遮挡也有明显的差异,沉降前,均匀混合的煤泥水样使光线无法透过,随着澄清界面的下降,上部收稿日期:2005-04-03作者简介:庞新宇(1976 ),女,山西文水人,讲师,及测控专业教学工作。1997年毕业于太原理工大学。现就职于太原理工大学机械工程学院,从事机电2 试验条件对煤泥水沉降速度检测试验装置的试验研究需要对一定的煤泥水样进行沉降实验,以其实

4、验数据作为验证检测装置的依据。实验在500mL的量筒中对阳泉二矿取样的煤泥水特性进行了分析,当加药量不同时,界面的沉降速度也不同。实验记录了1133种不同加药量沉降特性值,绘制了沉降特性曲线(图2为加药量为6ml时的沉降曲线),根据曲线并利用初始沉降速度公式结果见表1。Mv=13 试验装置该试验装置由恒压电源、光源、取样筒、光敏传感器及不同的电路组成,图3为检测试验结构图。计算了沉降速度值,BTiHi-(Mi=ABTi)(i=AHi)i=ABTi=AB2i-(Ti=AB6i)式中 v 澄清界面初始沉降速度,cm/min;Ti 某一累计时刻,s;Hi 对应于的Ti的澄清界面累计下降距离,mm;A

5、 直线段首端型值点顺序号;B 直线段末端型值点顺序号;M 直线段A到B的型值点的累计个数(M=B-A+1)。图3 检测试验结构1 恒压电源;2 暗箱;3 聚光镜;4 光源;5 取样筒;6 光敏电阻;7 放大器;8 电路;9 显示器;10 液位计3 1 取样筒取样筒为满足试验所需而自行设计,外形为方形,由钢板焊接而成,尺寸为120mm 120mm 230mm。取样筒本身不透光,为使光线透过,在两侧一定高度处(初始沉降高度内)开有20mm的透光孔,由透明玻璃粘接。为保证外界光线无法进入,设计两暗箱。其顶部装有液位计和一清水冲洗口,底部有进水孔和出水孔,分别用于煤泥水样的图2 加药量为6mL的沉降曲

6、线进入和排出。3 2 传感器光敏元件和光源分别置于取样筒两侧的暗箱内,光源选用由恒压电源提供的可见光,通过聚光镜,使其成为平行光束射出。光敏电阻有光电效应,它将感应到的光信号转化为电流值,输出给比较电路,与标定存储器中的标准值进行比较,达到标定值后输出一开关量信号。光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的使用寿命、高度的稳定性能、很小的体积、以及简单的制造工艺,所以被广泛的用于自动化技术中2首先,取澄清的溢流水进入取样筒进行标定,作为澄清水的标准值,并根据澄清液的浊度调整传感器的灵敏度,标定完成后即排掉溢流水。添加药剂后的煤泥水经过充分混合进入取样筒,当所取的煤泥水样与液位计相接触时,取样停止,同时,

7、检测装置开始计时,这时沉降过程也开始进行。因为沉降过程中固液分界面很明确,且澄清液基本稳定,当澄清界面下降到光敏元件的安装位置时,光敏元件将接受到的光信号经放大补偿后与标定值相比较,如果澄清液与所标定的溢流水一致时,则输出一信号,计时器停止计时,并通过显示器显示出来。光敏元件位于煤泥水的初始沉降高度,根据该高度的沉降时间,可以求出其沉降速度。计时停止后,即可排掉取样筒中的煤泥水。排水完成后,清水进入取样筒进行清洗,之后排出,完成一个检测过程。试验选取3组测量数据,与标准值进行比较,试验结果见表2。3 3 电路部分电路由放大电路、比较电路和计时电路等组成,分别实现对信号的放大补偿,对澄清液透光量

8、的标定和煤泥水从沉降开始到接收到透光量的计时。图4所示为计时及显示电路,输出4位液晶显示器显示。电路由2个BCD 7段译码锁存驱动器(4543)、2个3位数BCD计数器(4553)以及3个电源驱动器(9012)组成。其中,A为计时开始信号即液位计开关信号,B为复位信号即光敏电阻输出,C为时钟脉冲信号。4 试验过程用与沉降实验同样的煤泥水进行检测试验,验证光敏元件的可行性。根据取样筒中所容纳液体的容量(L)计算药剂量,即L/500 p(mL)。5 结果分析通过对同样浓度的煤泥水进行沉降试验和检测试验,得出利用光敏元件测得的初始沉降速度与所要达到的沉降速度基本接近,实际相对误差不超过图4 计时及显

9、示电路1138%,说明通过光敏传感器来检测煤泥水的沉降速度是可行的。试验中发现,由于取样筒设计的宽度较大,影响了光敏元件的感应度,当澄清液的浊度大时,无法正常工作,检测元件的灵敏度降低。因此,在实际应用中,取样筒的宽度应作适当调整。另外,由于阳泉二矿的煤泥水浓度过高(超过100g/L),因此,其絮凝沉降效果差,实际应用中,应配合使用两种药剂。使用光敏传感器来实现对煤泥水沉降速度的在线检测滞后性小,且具有成本低、非接触测量以及易维护等特点。通过对其进一步的改进,可应用于现场进行在线检测,组成完整的控制系统,实现药剂的自动添加,因此,在煤泥水处理方面具有很广阔的应用前景。参考文献:1 周振英,刘炯

10、天.选煤工艺试验研究方法M.徐州:中国矿业大学出版社,电子科技大学出版社,1991.2 黄贤武,郑莜霞.传感器原理与应用M.成都:1995.6 结 语该试验研究为絮凝剂自动添加系统中检测环节的改进提供了有力的依据,与使用浊度计检测溢流水的浊度和使用界面计检测澄清液的高度相比较,ExperimentandResearchofDetectingDeviceforSubsidingSpeedofSlimeWaterPANGXin-yu,KOUZi-ming(TaiyuanUniversityofTechnology.Taiyuan 030024,China)Abstract:Onegroupexperimentofmeasuringsubsidingspeedofslimewaterwasconductedandtheresultcanbeprovidedasabasisforphotosensitivecomponentusedmeasuringonline.Keywords:subsidingspeed;experimen;tphotosensitivecomponen