寺河矿选煤厂浓缩池工况实时监测系统的研究与实践

寺河矿选煤厂浓缩池工况实时监测系统的研究与实践
巩固
【摘要】通过对寺河矿选煤厂煤泥水处理系统工艺现状的分析,确定煤泥水系统存在的主要问题是无法实现及时、准确地测量浓缩池内煤泥厚度,从而无法及时调整入洗量、配煤量及加药量、打饼量.为此,研制、安装了煤泥界面检测的浓缩池工况实时监测系统,通过该系统给出的信号,可在监视器上直接反馈煤泥厚度,从而实现对煤泥水处理系统的有效控制.
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2010(037)006
【总页数】3页(P63-65)
【关键词】浓缩池;煤泥水;低频声纳传感器;实时监测
【作者】巩固
【作者单位】山西晋煤集团寺河矿选煤厂,山西,晋城,048205
【正文语种】中文
【中图分类】TD76;TD926.2
寺河矿选煤厂现年入洗量已达到1500万t以上,其中包含有将近350万t的
9#,15#的外来煤,而这部分煤在入洗时易泥化,且煤泥不易沉降,故在处理过程中直接增加了煤泥水的处理量和处理难度,现处理煤泥约54万t/a。

选煤厂现煤泥水处理系统采用两段浓缩两段回收,共有4个浓缩池,即1个一级浓缩池、2个二级浓缩池和1个事故浓缩池。

生产运行时,主洗系统产生的煤泥水首先进入一级池进行一段
浓缩回收,一级池的溢流水再进入2个二级池进行二段浓缩回收,两段浓缩回收后的溢流澄清水最终溢流到循环水池,作为生产用水循环使用;一、二级浓缩池沉淀的煤泥通过底流泵送至压滤车间进行打饼回收;而事故池是作为一级浓缩池的事故备用池存放煤泥水用。

所以保证一、二级浓缩池,特别是一级浓缩池内的煤泥含量是保证浓缩机安全运行,保证选煤厂正常生产的重要环节,而及时、准确地测量浓缩池内煤泥厚度、含量又是保证煤泥池低煤泥含量运行的前提。

寺河矿选煤厂现使用4台NT型周边齿轮传动浓缩机,早期浓缩池煤泥厚度的检测主要是通过人工探杆来测量。

人站在浓缩机的驱动架上,手持探杆随着驱动架的旋转,来测量池内各点的煤泥厚度。

整个测量过程人为影响因素较大,特别是当9#煤入洗量大时,由于煤泥不易沉淀,虽然池内煤泥量大但探测不出来,既不安全,又不准确,也不能实时监控。

由于测量误差大[1],曾经发生过几次煤泥压耙事故,造成全厂停产,严重影响安全生产。

而现在市场上的煤泥自动检测装置,一是采用检测电动机电流或转矩的方法来反映浓缩机工况[2-3],之后再与人工探测对比形成经验值来确定,由于受电网电压波动电流变化较大,且当煤泥不沉淀在池内形成悬浮液时,池内煤泥含量大但电流或转矩均无较大变化,也无法有效检测;二是通过测量煤泥水的溢流水浓度或通过射线检测煤泥浓度,由于溢流水浓度非常低,测量溢流水浓度实际作用不大,而通过射线测量煤泥浓度,只适合测量管路中的煤泥含量,而不能直接全面地测量整个浓缩池各部位煤泥浓度。

所以现在市场上的直接煤泥测量方法,均不适合寺河矿选煤厂的实际需要。

通过对国内其他选煤单位工艺流程的现场调研和分析[4],针对本厂一级浓缩池6101(型号NT45,容积约5000 m3)的工况特点,将浓缩池工况监测系统分为三部分:一是根据浓缩池内煤泥的沉降特性通过低频声纳界面仪进行直接监测煤泥厚度;二是通过监测浓缩池的主电动机电流对其工况进行间接反映;三是将现场的监测信息通过无线模块传至控制室,利用浓缩池工况的控制软件,将煤泥厚度以数字和曲线图
的形式显示于监视器上。

寺河选煤厂浓缩系统工艺流程见图1。

煤泥水在浓缩机中的沉淀浓缩过程通常分为5层,可简化成如图2所示的3层。

需沉降的煤泥水送入浓缩池中央的自由沉降悬浮层B,再下是沉淀煤泥层C,在B上面是清水层A,澄清水流入环形槽中,作为溢流(循环水)排出。

通过监测清水层和煤泥层的厚度来对浓缩池的工况进行监测。

通过监测煤泥层厚度的变化,为控制底流泵提供参考信号;通过监测清水层的厚度变化,可以得知B层的沉降速率,从而判断此时加药系统的给药量是否合适。

正常情况下,中间层B应处于一个比较合适的高度。

窄小的过渡区表明一个固液比较分明的界面,絮凝剂的添加量合适;宽广的过渡区表明沉降不好,中间层在减缓和阻碍固体的沉降。

通过检测中间层的厚度来控制絮凝剂的添加量。

采用低频声纳界面仪对浓缩池工况进行实时监控,选择频率30 kHz,低频声纳传感器波长相对较长,可穿透中间悬浮层,在高密度的介质层形成连续回波被传感器接收,准确全面测量到煤泥层的厚度,并且可以同时输出2个模拟信号。

而普通的声纳界面仪无法穿透中间悬浮层,不能用在高密度的介质中,仅适用于测量清水层,适用于污水处理等简单的工艺。

如图3所示,将煤泥界面仪安装在浓缩机旋转大架的中部,通过测量浓缩池中部煤泥厚度来反映浓缩池内煤泥沉降效果。

煤泥界面仪的传感器(精度±0.25%,最大探测深度可达60 m),置于浓缩池液面以下10～15 cm,超声波能量从探头表面向沉淀池下面连续发射,超声波被水中的预设置浓度为50 g/L的界面反射,形成连续回波被传感器接收,专门的分析软件对回波数据进行分析,根据声速和预设置固定的浓度计算出清水层的深度,同理,超声波同时也被水中的预设置浓度为250 g/L的界面反射,计算出悬浮层的深度,沉淀池总深度减去悬浮层深度即是煤泥层的厚度。

煤泥界面仪第1个信号可表示清水层的厚度,即反映出被检测液体中固体物料的沉降质量,可以人为作为絮凝剂给药系统的反馈信号,控制絮凝剂的用量。

第2个信号
反映底部煤泥层的厚度,可以用于控制底流泵的工作,控制底流密度,给压滤系统以稳定的高浓度煤泥,提高处理煤泥的效率。

控制流程见图4。

通过检测浓缩池料耙的主电动机(11 kW)电流的变化,以间接反映浓缩池工况,与界
面检测互相验证,提高了系统的集成度和可靠性。

浓缩池的工况与浓缩机的主电动
机的工作电流(负荷)大小息息相关。

通过监测浓缩机的工作电流可以间接反映浓缩池的工况,与物料的沉降速度监测一起,相辅相成。

安装在连续旋转的料耙上的浓缩池工况监测系统,可以通过采用无线信号传输技术
来实现现场与控制室之间的信号传输。

无线传输模块是将现场仪表输出的信号通过无线发射端发射至无线接收端,接收端可以输出信号给上位机再经转换器后输出
4～20 mA电流信号给PLC或数据采集终端。

直观实时显示测控参数的趋势图(见图5),便于集控人员指导生产,发出正确加药指令,具有历史纪录、统计报表和运行趋势图,还可接入企业局域网,组成工厂自动化系统。

声纳界面仪提供固定在浓缩机上的清洁装置。

自动清洁机构能够对传感器定时4 h 震荡清洗1次,能使仪表在相当长的时间内正常工作而不需使用者对传感器进行清
洁保养。

寺河矿选煤厂在一级浓缩池浓缩机上安装了1套ORCA低频声纳界面仪对浓缩池
工况进行实时监控,并对界面仪的显示数据与人工实测数据进行了多次对比,见表1。

对数据进行综合分析,界面仪显示数据与实际基本相符,界面仪实时反馈2个信号,第1个信号表示清水层厚度,可使操作人员及时进行加药量的控制,避免出现浓缩池不
沉淀、跑黑水现象;第2个信号表示泥层的厚度,可使操作人员用于控制浓缩池底流泵的工作,控制底流密度,给压滤系统以稳定的高浓度煤泥,提高处理煤泥的效率,同时也杜绝了因浓缩池煤泥层过实、过厚而出现的压耙现象。

随着现代化选煤工艺的发展,煤泥水处理工艺的自动化控制技术越来越被人们重视,
既要减少人为操作的误差和欠稳定性,又要符合国家及集团公司产业技术发展政策
和远景规划[5]。

本项目确定的煤泥水浓度和煤泥层在线直接监测的方案,具有宽测量范围的能力,可用于高密度的介质,直接准确测量到煤泥层厚度,实现对浓缩池清水层和煤泥层的在线监测,且可实时反馈到集中控制室显示监测数据,便于操作人员准确有效指导生产,具备较高的科技含量。

自从在一级浓缩池安装煤泥声纳界面仪1 a 多来,彻底杜绝了压耙、跑黑水等生产事故,减少了不必要的药剂损耗,具有较好的经济效益和社会效益,对于国内选煤厂浓缩池工况的实时监控具有较好的参考价值。

【相关文献】
[1]徐春林.耙式浓缩机煤泥沉积的原因及防治措施[J].徐煤科技,1996(2).
[2]张德生.选煤厂大型煤泥浓缩机的改进与实践[J].环境保护与循环经济,2010(5).
[3]朱希英.国外浓缩机的发展特点和趋势[J].矿山机械, 1996(5).
[4]胡星强.兴隆庄选煤厂浓缩机药剂配制及自动控制添加系统设计[J].矿山工程技术,2007(6).
[5]周春生.我国选煤厂煤泥水处理技术现状与发展方向[J].甘肃科技,2005(2).。