關於氣體轉子流（liú）量計自動控（kòng）製過程分析與應用情況（kuàng）
點擊次數（shù）：2401 發布時（shí）間：2021-01-20 07:36:40
摘要：為進一步提升選煤廠對細煤顆粒的浮選效果，減（jiǎn）少環境汙染，對原有氣體轉子流量計製過程進（jìn）行優化設計。在簡要（yào）介紹浮選原理的基礎上，給出優（yōu）化後（hòu）的氣體轉子流量計製造工程（chéng）係統設計，並重點對（duì）加藥量控製、給礦濃度（dù）控製以及給礦量控製（zhì）進行重點設（shè）計與分析。優化後的氣（qì）體轉子流量計製造方案在原選煤廠進行工業試（shì）驗（yàn），應用結（jié）果表明，優化方案的浮選指標（藥劑消耗、抽出率、灰（huī）分）均有明顯提升，係統運行穩定可靠，*大地降低了工人的勞動強度，具有較好的（de）經濟價值，值（zhí）得推廣。
引言
國內選煤廠設備大（dà）型化以及采煤機械化的不斷發展，使得細（xì）粒煤粉（fěn）不斷增（zēng）多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶來的（de）難度也 就（jiù） 越 大（dà），對選煤方法也就提出更高的（de）要求。浮選法（fǎ）主要用於細顆粒煤泥（ní）的分選，根據礦物原料表麵（miàn）性質的差異，調節加藥量、給礦量、給礦（kuàng）濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分（fèn）離成（chéng）滿足控製要（yào）求的精（jīng）礦和尾礦，實現（xiàn）礦物分（fèn） 選。傳統選煤廠的浮選工作停留在人工手動操作階段，工（gōng）人依據經驗，對浮選（xuǎn）過程進行觀（guān）察和操作，並（bìng）達到一個滿意（yì）的浮（fú）選效 果。國內外對（duì）礦物浮選的研究（jiū）較多，如（rú）國外（wài）對浮選柱的研（yán）究（jiū）起（qǐ）源於１９１５年，到２０世紀８０年代各種新型浮選柱層出不窮，並在浮選藥劑、空氣發生器等方（fāng）麵有較大改善和發展。國內對浮選柱（zhù）的（de）研究於２０世紀５０年代開始，並研製出自己的（de）浮選柱，高度越來（lái）越低、充（chōng）氣方式逐步完善（shàn）、礦化方式多樣化。浮選過程具有滯後性和慣性，且是一（yī）個時（shí）變（biàn）係統，控製過程中需要（yào）協調的變量較多，單純依靠（kào）人工經驗無法達到（dào）浮（fú）選指標。為進一步提高細煤顆粒的（de）分選（xuǎn）效果，減少環境汙染，必須對現有的氣體轉子流量計製造進行優化設計。
１浮（fú）選原理簡介
浮選是依據礦物原料表麵的化學性質，向待浮選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與（yǔ）礦（kuàng）漿充分融合，並根據各礦物原料的（de）黏附程度的不（bú）同，分選出不同的礦物。浮選（xuǎn）過程一般分（fèn）為礦漿碰撞、黏（nián）附、上浮以（yǐ）及精煤溢出四個階段。礦物原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發（fā）生器產生的小氣泡發生充分碰（pèng）撞，進行礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附於氣泡表麵，氣泡不（bú）斷上浮，形成精礦泡沫層（céng），精礦溢出（chū）浮選柱；由於尾礦的親水特性，尾礦沉入底部並排出。浮選流程如圖１所示。
２係統（tǒng）設計
氣體轉（zhuǎn）子流量計製造過程係統設計（jì）如圖２所示（shì），由上位機、 ＰＬＣ控製器以及（jí）外部元器件組成。上位（wèi）機（jī）用於顯示氣體轉子流量（liàng）計製造（zào）過程狀態參數、係統參數以及故障信息的顯示；ＰＬＣ控製器是該（gāi）係統的核心，以通信方式將浮選過程各數據信息傳送給上位（wèi）機，與係統外接的各傳感器、流量計、泵以模擬量（liàng）輸入／輸出擴展模式（shì）進行數據采集。
外（wài）部元器件中的用於（yú）模擬量輸入信號采集的壓力（lì）傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚定義為液位低，泡沫層薄定義（yì）為液位高；科氏質量流量計用於檢（jiǎn）測礦漿的（de）濃度，其原理是根據科裏（lǐ）奧利效（xiào）應，即礦漿流經管子時會（huì）產生科裏奧利力使其發生形變，根據礦漿質量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補科氏質量（liàng）流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢測礦漿（jiāng）濃度。用於模擬量輸出（chū）信號采集的外（wài）部元器件有變頻泵、離心式（shì）渣漿泵以及隔膜計量泵，分別用於尾礦控製、給（gěi）礦控製以（yǐ）及給（gěi）藥（yào）控（kòng）製。
３自動控製過程分析
３．１ 加（jiā）藥量控製
加藥量控製過程是一個隨機動態過程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿（jiāng）濃度的關係如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給定藥劑加（jiā）藥（yào）量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦（kuàng）漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經驗係數。
圖３中的礦漿流量與礦漿濃度分別由科氏質（zhì）量流量計和超聲波流量計測得，並（bìng） 以４～２０ｍＡ 電（diàn）流信號傳送給 ＰＬＣ控製器。由 ＰＬＣ控製器根據電流信號值計算出實際的礦漿濃度和礦漿流量值，對上述兩個值進行邏輯處理以及運算，得出實時加藥量。ＰＬＣ 控製器將計算（suàn）出的實時（shí）加藥量數據以４～２０ｍＡ 的電流信號發送給隔膜計量（liàng）泵，由其控製並實現加藥量過程的自動控製。
３．２ 給礦濃度控製
給礦濃度控製策略采用常規的ＰＩＤ調節器實現，如圖４所示。在（zài）該控製係統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸 入，ＰＩＤ 調節器的輸出為（wéi）變（biàn）頻泵的頻率。該頻率可進行自（zì）動與手動兩種控製（zhì）模式。以變頻控製方式（shì）對濃密機的底流泵進行精密轉速控製，即可控製濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為基（jī）礎，對礦濃度進行 ＰＩＤ調節控製，實時控（kòng）製濃密機底（dǐ）流泵轉（zhuǎn）速，保證濃密機排出的底流礦漿濃度在合理區間。
３．３ 給礦量控製
由於給礦量控製過程沒有滯後性幹擾，因此其控製策略可用 ＰＩ調（diào）節器控製完成，如圖（tú）５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以（yǐ）及反饋的給礦量（liàng）檢測（cè）值，其輸出為調節閥的輸入。對調節閥的控製分為自動和手動兩種操作模式，即（jí）調節閥的開度既可以（yǐ）自動（dòng）控製，也可以手動控製。
以式（３）為基礎，對給礦量進行 ＰＩ調節，實時控製調節閥的（de）開度，並對給礦量進行精確控製。
４ 應用情況
氣體轉子流量計製造過程優化設計完成後，在原選煤廠進行為期三個月的工業試驗，並對優化前後的浮選（xuǎn）關鍵指標參數進行統計和分析。應用情況數據表（biǎo）明，經過優化設計的浮選自動控製係統，各關鍵浮選指標參數都有明顯（xiǎn）提升（shēng），詳見表（biǎo）１
５ 結語
提（tí）升並加快選煤廠浮選過程的自動化、智能化進程迫在眉睫（jié），是進一步提（tí）升細煤分選效果、減少環（huán）境汙染的必由之路。浮選過程（chéng）的藥劑控製、給（gěi）礦量流量／濃度檢測、空氣發生器控製、液位控製等方麵都需要進一步展開研究。在後續的工作中，需要在硬件設備選（xuǎn） 型、控（kòng） 製 模型／算法優化、全過（guò）程的自（zì）動化／智能（néng）化以及遠程監（jiān）控等方（fāng）麵進行（háng）更深入的研究。
引言
國內選煤廠設備大（dà）型化以及采煤機械化的不斷發展，使得細（xì）粒煤粉（fěn）不斷增（zēng）多。粉煤的粒度越細，給選煤工作帶來的（de）難度也 就（jiù） 越 大（dà），對選煤方法也就提出更高的（de）要求。浮選法（fǎ）主要用於細顆粒煤泥（ní）的分選，根據礦物原料表麵（miàn）性質的差異，調節加藥量、給礦量、給礦（kuàng）濃度等參數，將細顆粒礦物礦漿分（fèn）離成（chéng）滿足控製要（yào）求的精（jīng）礦和尾礦，實現（xiàn）礦物分（fèn） 選。傳統選煤廠的浮選工作停留在人工手動操作階段，工（gōng）人依據經驗，對浮選（xuǎn）過程進行觀（guān）察和操作，並（bìng）達到一個滿意（yì）的浮（fú）選效 果。國內外對（duì）礦物浮選的研究（jiū）較多，如（rú）國外（wài）對浮選柱的研（yán）究（jiū）起（qǐ）源於１９１５年，到２０世紀８０年代各種新型浮選柱層出不窮，並在浮選藥劑、空氣發生器等方（fāng）麵有較大改善和發展。國內對浮選柱（zhù）的（de）研究於２０世紀５０年代開始，並研製出自己的（de）浮選柱，高度越來（lái）越低、充（chōng）氣方式逐步完善（shàn）、礦化方式多樣化。浮選過程具有滯後性和慣性，且是一（yī）個時（shí）變（biàn）係統，控製過程中需要（yào）協調的變量較多，單純依靠（kào）人工經驗無法達到（dào）浮（fú）選指標。為進一步提高細煤顆粒的（de）分選（xuǎn）效果，減少環境汙染，必須對現有的氣體轉子流量計製造進行優化設計。
１浮（fú）選原理簡介
浮選是依據礦物原料表麵的化學性質，向待浮選的礦漿中加入浮選藥劑和空氣，使其與（yǔ）礦（kuàng）漿充分融合，並根據各礦物原料的（de）黏附程度的不（bú）同，分選出不同的礦物。浮選（xuǎn）過程一般分（fèn）為礦漿碰撞、黏（nián）附、上浮以（yǐ）及精煤溢出四個階段。礦物原料在浮選藥劑的作用下，與 空氣發（fā）生器產生的小氣泡發生充分碰（pèng）撞，進行礦物捕集。利用礦物間的疏水特性，礦物粘附於氣泡表麵，氣泡不（bú）斷上浮，形成精礦泡沫層（céng），精礦溢出（chū）浮選柱；由於尾礦的親水特性，尾礦沉入底部並排出。浮選流程如圖１所示。
２係統（tǒng）設計
氣體轉（zhuǎn）子流量計製造過程係統設計（jì）如圖２所示（shì），由上位機、 ＰＬＣ控製器以及（jí）外部元器件組成。上位（wèi）機（jī）用於顯示氣體轉子流量（liàng）計製造（zào）過程狀態參數、係統參數以及故障信息的顯示；ＰＬＣ控製器是該（gāi）係統的核心，以通信方式將浮選過程各數據信息傳送給上位（wèi）機，與係統外接的各傳感器、流量計、泵以模擬量（liàng）輸入／輸出擴展模式（shì）進行數據采集。
外（wài）部元器件中的用於（yú）模擬量輸入信號采集的壓力（lì）傳感器測量泡沫層液位高度，泡沫層厚定義為液位低，泡沫層薄定義（yì）為液位高；科氏質量流量計用於檢（jiǎn）測礦漿的（de）濃度，其原理是根據科裏（lǐ）奧利效（xiào）應，即礦漿流經管子時會（huì）產生科裏奧利力使其發生形變，根據礦漿質量流量和密度可得到礦漿濃度。為彌補科氏質量（liàng）流量計安裝的不足，增加超聲波流量計和電磁流量計共同檢測礦漿（jiāng）濃度。用於模擬量輸出（chū）信號采集的外（wài）部元器件有變頻泵、離心式（shì）渣漿泵以及隔膜計量泵，分別用於尾礦控製、給（gěi）礦控製以（yǐ）及給（gěi）藥（yào）控（kòng）製。
３自動控製過程分析
３．１ 加（jiā）藥量控製
加藥量控製過程是一個隨機動態過程，給定藥劑加藥量與礦漿流量以及礦漿（jiāng）濃度的關係如下：
Ｇ ＝Ｋ·Ｑ·ｑ（Ａ －Ｂ·ｑ） （１）
式中：Ｇ為原給定藥劑加（jiā）藥（yào）量，ｋｇ／ｔ；Ｑ為礦漿流量， ｍ３／ｈ；ｑ為礦（kuàng）漿濃 度，ｇ／Ｌ；Ｋ為噸 煤 油 耗 量，ｋｇ／ｔ，Ａ 與 Ｂ 為經驗係數。
圖３中的礦漿流量與礦漿濃度分別由科氏質（zhì）量流量計和超聲波流量計測得，並（bìng） 以４～２０ｍＡ 電（diàn）流信號傳送給 ＰＬＣ控製器。由 ＰＬＣ控製器根據電流信號值計算出實際的礦漿濃度和礦漿流量值，對上述兩個值進行邏輯處理以及運算，得出實時加藥量。ＰＬＣ 控製器將計算（suàn）出的實時（shí）加藥量數據以４～２０ｍＡ 的電流信號發送給隔膜計量（liàng）泵，由其控製並實現加藥量過程的自動控製。
３．２ 給礦濃度控製
給礦濃度控製策略采用常規的ＰＩＤ調節器實現，如圖４所示。在（zài）該控製係統中，給礦濃度設定值以及反饋的給礦濃度檢測值為ＰＩＤ調節器的輸 入，ＰＩＤ 調節器的輸出為（wéi）變（biàn）頻泵的頻率。該頻率可進行自（zì）動與手動兩種控製（zhì）模式。以變頻控製方式（shì）對濃密機的底流泵進行精密轉速控製，即可控製濃密機排出的底流礦漿的濃度。
以式（２）為基（jī）礎，對礦濃度進行 ＰＩＤ調節控製，實時控（kòng）製濃密機底（dǐ）流泵轉（zhuǎn）速，保證濃密機排出的底流礦漿濃度在合理區間。
３．３ 給礦量控製
由於給礦量控製過程沒有滯後性幹擾，因此其控製策略可用 ＰＩ調（diào）節器控製完成，如圖（tú）５所示。ＰＩ調節器的輸入為給礦量設定值以（yǐ）及反饋的給礦量（liàng）檢測（cè）值，其輸出為調節閥的輸入。對調節閥的控製分為自動和手動兩種操作模式，即（jí）調節閥的開度既可以（yǐ）自動（dòng）控製，也可以手動控製。
以式（３）為基礎，對給礦量進行 ＰＩ調節，實時控製調節閥的（de）開度，並對給礦量進行精確控製。
４ 應用情況
氣體轉子流量計製造過程優化設計完成後，在原選煤廠進行為期三個月的工業試驗，並對優化前後的浮選（xuǎn）關鍵指標參數進行統計和分析。應用情況數據表（biǎo）明，經過優化設計的浮選自動控製係統，各關鍵浮選指標參數都有明顯（xiǎn）提升（shēng），詳見表（biǎo）１
５ 結語
提（tí）升並加快選煤廠浮選過程的自動化、智能化進程迫在眉睫（jié），是進一步提（tí）升細煤分選效果、減少環（huán）境汙染的必由之路。浮選過程（chéng）的藥劑控製、給（gěi）礦量流量／濃度檢測、空氣發生器控製、液位控製等方麵都需要進一步展開研究。在後續的工作中，需要在硬件設備選（xuǎn） 型、控（kòng） 製 模型／算法優化、全過（guò）程的自（zì）動化／智能（néng）化以及遠程監（jiān）控等方（fāng）麵進行（háng）更深入的研究。