浮选自动加药系统的构建及试验研究

浮选自动加药系统的构建及试验研究

浮选是选煤技术中最常用的过滤方法之一，添加药物环节是其重要因素。为此,神华宁夏煤业集团太西洗煤厂引入蠕动泵作为浮选加药的执行机构,对浮选加药过程中小流量调节的精度难题进行了探索。1测试1.1材料及泵头的选择研究采用蠕动泵为河北保定创锐泵业有限公司的BT300蠕动泵(图1)。蠕动泵泵头的技术参数型号Yz1515x流量/(mL·min转速/(r·min软管型号13软管壁厚/mm1.6质量/kg0.46泵头材料PPS/PESU滚轮材料SS滚轮数/个3其中,PPS是热塑性特种工程塑料;PESU是无定形热塑性材料;SS是不锈钢材料。浮选过程的加药量是对微小流量药剂的精确补加,而蠕动泵泵管作为一种耗材,需要定时更换,故选择易装型泵头装卡,其型号为Yz1515x,使用的转速较小,在0～300r/min之间,且对应的流量在0～800mL/min之间,可以同时满足两种药剂的不同流量的加药量,也使蠕动泵的微小流量更加精准;同时采用铝制的泵头和不锈钢的滚轮,可以有效地防止浮选药剂的腐蚀,从而提供精准可靠的蠕动泵泵头。根据厂家提供的不同软管管径额定转速与流量的关系,结合太西洗煤厂浮选过程实际的流量要求,选择171.2浮选实际药耗测定法浮选过程需添加的药剂为捕收剂和起泡剂,这两种药剂均为太西洗煤厂生产现场实际使用的药剂,也应用于目前国内大部分选煤厂。本次研究以太西洗煤厂的浮选药剂的实际药剂消耗量为依据,进行试验校准及误差范围的测量,于2018年1—2月分别对其浮选系统的焦煤正常灰、焦煤低灰、肥煤正常灰、肥煤低灰四种原煤浮选的实际药耗进行了采样。各种原煤浮选时的平均药剂消耗情况见表1。1.3捕收剂传输量由表1可以看出,2018年1—2月的焦煤低灰和肥煤低灰对药剂的需求量较大,两者捕收剂的平均流量都接近于600mL/min,焦煤低灰、肥煤低灰起泡剂的平均流量分别约为200、100mL/min。因以上四种煤种捕收剂的平均传输量为597.36mL/min,故试验中的捕收剂传输量以200、600mL/min作为校准标准;其起泡剂的平均传输量为132.10mL/min,试验中的起泡剂传输量以100、200mL/min作为校准标准。2浮选药剂校准方程为了探究每一种传输介质在不同校准标准下的最佳值,保证传输的流量误差最小,通过大量的试验得到了两种浮选药剂的校准方程,其中包含大量的校准试验数据,并对校准方程进行分析。2.1传输水的校准采用17表2中数据均为未经校准的蠕动泵原有系统中读出的数据,根据表2的原始数据绘制此型号蠕动泵未经校准的转速与流量的关系曲线(图2)。图2中的曲线是经过ORIGIN软件拟合得到的,近似为一条直线,其斜率为2.879。拟合直线的方程为:=2.879蠕动泵的额定转速与流量曲线为:=2.9联立(1)(2)两方程后,可得两直线的交点为(110.24,319.69),即当转速为110.24r/min时,蠕动泵的实际流量与额定流量相等,此转速下蠕动泵的流量精度最高。由此可知,转速未经校准时测得的流量与额定流量存在误差。当更换软管、传输介质或外界条件改变时,需要进行校准试验。下面以水为介质进行流量校准,校准的标准分别为10、200、500mL,对以上三个流量标准进行校准,设定时间为60s。以10mL为校准标准时,用量筒测量三次得到的流量值分别为9.6、9.6、9.7mL,将测量值输入系统中经校准后进行传输试验,最终取平均值,得到实测流量的试验数据(表3)。由表3可知,10mL校准后实测平均流量完全能够达到10mL,精度为100%,但整体的流量仍然存在误差,范围在10%以内,且除最大极限值转速为299.90r/min以外的实测流量均大于设定流量。根据表3中数据绘制转速与流量的关系(图3)。由图3可以直观地看出设定流量和实测流量的曲线基本重合。用ORIGIN软件对两条曲线进行一次拟合。设定流量直线的斜率为2.786,直线的拟合方程为:=2.786实测流量拟合直线的斜率为2.765,直线拟合方程为:=2.765两条线的交点为(185.10,515.69),当转速<185.10r/min时,实测流量高于设定流量;当转速>185.10r/min时,设定流量高于实测流量。以10mL为标准校准的传输水试验,除在10mL流量有较高精度外,其流量为515.69mL,实测流量与设定流量相等。同理,分别以200、500mL为标准进行校准试验。以200mL为标准时,对曲线拟合得到:设定流量直线的斜率为2.762,直线的拟合方程为:=2.762实测流量拟合直线的斜率为2.697,直线拟合方程为:=2.697两条线的交点为(55.43,151.97),当转速<55.43r/min时,实测流量小于设定流量;当转速>55.43r/min时,设定流量小于实测流量;除了在以流量200mL为标准校准的传输水试验中具有较高精度外,此时流量为151.97mL,实测流量与设定流量相等。以500mL为标准时,对曲线拟合得到:设定流量直线的斜率为2.777,直线的拟合方程为:=2.777实测流量直线的斜率为2.689,直线拟合方程为:=2.689两条线的交点为(38.32,106.25),当转速<38.32r/min时,实测流量小于设定流量;当转速>38.32r/min时,设定流量小于实测流量。除了在以流量500mL为标准校准的传输水试验中具有较高精度外,此时流量为106.25mL,流量的精度也非常高。根据所测数据,得到以水为传输介质时,时间设定为60s时以10、200、500mL为不同校准标准下的误差结果见表4。根据表4中的数据绘制出不同校准标准下的误差曲线如图4所示。由图4可知,以水为传输介质,在以10、200、500mL为标准校准后,小流量校准时,实测流量总体大于设定流量,测量值偏大,大流量校准时,设定流量总体大于实测流量,测量值偏小。随着校准流量值变大,设定流量与实测流量拟合函数的交点转速值减小,每个校准值都有一个除本流量外的较高精度的流量,且该流量值随着校准值的增大逐渐减小。最大差值都出现在设定流量值为835.90mL,转速接近最大转速时测量误差较大。2.2未校准及实测流量的相对误差当传输介质为捕收剂时,分别以200mL和600mL为标准进行校正时的数据进行处理,处理方法与水介质相同,得到的误差曲线如图5所示。由图5可知,以捕收剂为传输介质,在未校准或以200mL和600mL为标准校准的不同设定流量和实测流量的相对误差,最大误差值出现在未校准的试验数据中,设定流量为700mL时,实测流量的相对误差最大为9.58%。按照相对误差的最大值从大到小排序为:未校准>600mL>200mL,故设定流量为200mL时,误差值最小,为0.5%。同时,可以直观地看出以200mL为标准校准的误差范围最小,相对最稳定,以捕收剂为介质进行传输以200mL为校准值相对误差小于4%,和以水为介质的传输误差相同,符合选煤厂浮选药剂的添加误差范围不超过5%的规定。2.3以200ml为标准校准的流量误差比较以起泡剂为传输介质时,分别测得未经核准时的数据,以100mL和200mL为标准进行校正时的数据进行处理,得到的误差曲线如图6所示。由图6可知,以起泡剂为传输介质,在未校准或以100mL和200mL为标准校准的不同设定流量和实测流量的相对误差,最大误差值出现在未校准的试验数据中,设定流量为200mL,实测流量的相对误差最大为7.32%。相对误差的最大值从大到小排序为:未校准>100mL>200mL,故设定流量为200mL时,误差值最小,为0.17%。同时,可以直观地看出以200mL为标准校准的误差范围最小,相对最稳定,以起泡剂为介质进行传输以200mL为校准值相对误差<1%,完全符合选煤厂浮选药剂的添加误差范围不超过5%的规定。根据以上误差分析,不论以什么介质进行传输,首次使用都必须经过校准才可以传输,如果是定流量传输,仅需校准一个流量即可达到很高的精度,几乎可以达到零误差,如果改变流量就需要重新校准。根据从太西洗煤厂生产现场取得的数据分析,传输捕收剂和起泡剂,都是选择以200mL为标准校准的误差范围最小,最为稳定,捕收剂的误差精度<4%,起泡剂的误差精度<1%。由此可见,蠕动泵是完全可以用作浮选自动加药系统的执行机构。3浮选加药的优点在验证蠕动泵作为浮选加药的可行性后,设计了一套浮选自动加药系统,并集成到上位机中,控制界面如图7所示。该系统于2018年3月在太西洗煤厂投入运行,经过半年多的生产实践应用表明,此控制系统性能可靠,有效地提高了生产指标,降低了药剂消耗,减轻了工人劳动强度,改善了工作环境。主要体现在以下几个方面:(1)提高了浮选加药的精度。经统计,加药量的平均相对误差<5%,实现了准确并及时添加药剂。(2)减轻了工人的操作负担。系统有效地解决了人工很难根据实际需要调节加药量的问题,每班仅需要一两名工人即可完成全厂药剂准确添加的工作。(3)提高了浮选精煤产率。系统投入使用后,浮选精煤产率提高了1.01个百分点。经过半年多的工业应用,蠕动泵展示了其作为非接触式计量泵的优越性,但也存在一些缺点,如蠕动泵在使用中会产生脉冲、泵管为易损件、压力低等。此外,蠕动泵在浮选加药系统中的长时间使用会造成硅胶管老化,液体则从软管涔出流入泵头的滚轮内,造成滚轮滑动,进而影响准确度,故需定期更换软管。可见,蠕动泵作为一种新型浮选加药系统的执行机构,仍有较多需要不断改善的地方。4太西洗煤厂将蠕动泵作为浮选加药系统的执行机构,通过进行大量的试验分析其可行性,并成功应用于太西洗煤厂。该系统运行可靠,控制精度较高,不但使浮选工艺指标得到改善、商品煤质量稳定,而且使工人劳动强度下降,浮选药剂消耗量降低,取得了较好的经济效益。