10.1 Схема автоматизации угольной флотации

Флотация – наиболее сложный технологический процесс, зависящий как от управляемых технологических параметров, так и от неуправляемых, как правило, носящих случайный характер. Объектом управления в данном случае является сам процесс, включающий аппарат подготовки пульпы (АКП), флотационные машины и питатели реагентов.

Входные воздействия и выходные параметры процесса угольной флотации представлены на рис. 10.1.

На рисунке указаны входные (регулируемые) факторы: объемная нагрузка на флотацию (Q), разжиженность пульпы (R), расход реагента собирателя (q_с) и вспенивателя (q_в).

К возмущающим воздействиям отнесены факторы: зольность исходного шлама (А_ис); гранулометрический, фракционный и петрографический состав шлама соответственно (Г, Ф и П).

Основные выходные параметры, определяющие эффективность процесса, представлены показателями: зольность и выход концентрата (А_кт, γ_кт) и зольность хвостов флотации (А_хв).

Дополнительными промежуточными выходными факторами могут служить уровень пульпы в ванне флотомашине (Н_ф), разжиженность хвостов и концентрата (R_хв, R_кт) и объемный выход хвостов флотации (Q_хв).

Выполним анализ основных входных факторов, существенно влияющих на процесс.

Объемная нагрузка на флотационную машину. Данный параметр определяет время флотации, и, следовательно, извлечение горючей массы в концентрат, качественные показатели продуктов флотации. Кроме того, от объемной нагрузки зависит уровень пульпы во флотомашине. Следовательно, объемную нагрузку на флотацию необходимо контролировать и регулировать (стабилизировать). При этом стабилизируется общая нагрузка на флотацию, а на каждую индивидуальную флотомашину нагрузка устанавливается с помощью затворов, расположенных на АКП (с учетом типа и механического состояния флотомашины). Заметим, что объемная нагрузка в значительной мере определяет необходимый расход реагента-пенообразователя. Канал управления объемным расходом – дросселирование пульпы с помощью заслонки, задвижки и пр., установленных на пульпопроводе.

Второй важный параметр – содержание твердого продукта в пульпе. Практика показала, что колебание содержания твердого в пульпе в пределах 80 – 150 г/л не существенно влияет на эффективность процесса. Однако данный параметр определяет необходимый расход реагента-собирателя. Вспомним механизмы процесса флотации – собиратель адсорбируется на поверхности твердой фазы (угольной фракции). Следовательно, содержание твердого в пульпе необходимо контролировать и использовать данный параметр для управления расходом реагента-собирателя. Если же автоматизируемая схема флотирует сгущенную пульпу, то не составит труда установить систему регулирования ее плотности путем добавления в процесс технической воды.

Расходы реагентов – гибкие и важные каналы управления процессом. Реагент-собиратель следует дозировать пропорционально поверхности твердой фазы (угольной). Однако, автоматический контроль данного параметра весьма затруднителен. Поэтому приемлемым является изменение расхода собирателя пропорционально изменению содержания твердого в пульпе, т.е. стабилизировать удельный расход собирателя (г/т). Следовательно, необходимо разработать систему контроля данного параметра. Это достигается путем перемножения контролируемых факторов – объемной нагрузки (м³/час) и содержания твердого в пульпе (т/м³).

Расход реагента-пенообразователя влияет на степень аэрации пульпы, крупность и устойчивость воздушных пузырьков. Чем большая объемная нагрузка на флотацию, тем большим должен быть расход пенообразователя. Значит необходимо предусмотреть пропорциональное регулирование расхода пенообразователя. Изменение расхода реагентов осуществляется с помощью дозаторов реагентов, содержащих рабочий элемент для изменения расхода. На схемах автоматизации допустимо условно показывать дросселирование реагентного трубопровода с помощью поворотной заслонки.

Для управления процессом весьма полезно знать текущие зольности продуктов флотации, в настоящее время автоматические золомеры продуктов флотации практически отсутствуют, но если рассматривать схему автоматизации как техническое задание для проектирования соответствующим организациям, наличие систем контроля зольностей продуктов в схеме правомерно.

В процессе работы флотационного отделения необходимо иметь информацию об уровнях реагентов в рабочих баках. Желательно в схеме предусмотреть хотя бы дискретный контроль верхнего и нижнего уровней реагентов в баках.

На процесс флотации оказывают влияние и ряд других факторов, например, температура пульпы, рН среды, гранулометрический и петрографический состав шламов и пр. Однако их регулирование или экономически не оправдано, либо технически неосуществимо.

На рис. 10.2 показан вариант схемы автоматизации процесса угольной флотации.

На схеме упрощенно изображена технологическая схема, содержащая аппарат кондиционирования пульпы (АКП), флотационную машину, баки реагентов и трубопроводы с регулирующими органами (РО). При наличии нескольких однотипных машин, работающих параллельно, показывается одна машина (в данном случае - одна флотомашина). В нижней плоскости схемы расположены средства автоматики, установленные на щите (пульте).

Для упрощения схемы автоматизации на щите не показаны пусковая аппаратура, переключатели режима работы АСР.

В соответствие с выполненным анализом в схему автоматизации включаем следующие системы.

1. Система стабилизации объемной нагрузки на процесс (система 1), содержащая первичный датчик расхода (поз. 1-1), вторичный показывающий и регистрирующий прибор (1-2), регулятор расхода (1-3), задатчик (1-4), исполнительный механизм (1-5) и регулирующий орган (1-6), установленный на питающем пульпопроводе.

2. Система контроля содержания твердого в пульпе (система 2), включающая первичный датчик плотности (2-1) и показывающий вторичный прибор (2-2).

3. Система дозирования реагента-собирателя (система 3), которая содержит блок перемножения параметров (3-1), на который поступает информация от вторичных приборов объемного расхода (1-2) и содержания твердого в пульпе (2-2), регулятор расхода собирателя (3-2) с задатчиком удельного расхода (3-3) и исполнительный механизм (3-4) с заслонкой (или питатель реагентов).

4. Система дозирования реагента-пенообразователя (система 4), включающая регулятор (4-1), куда поступает информация об объемном расходе пульпы, задатчик (4-2) и питатель пенообразователя (4-3).

5. Системы контроля зольности концентрата (система 5) и отходов (система 6), которые на данном этапе автоматизации только регистрируются вторичными приборами. В дальнейшем эти системы можно расширить до управляющих, воздействуя, например, на АСР расхода реагентов при отклонении зольностей продуктов от заданных.

6. Системы дискретного контроля с сигнализацией верхнего и нижнего уровней реагентов в баках (системы 7 и 8). Для упрощения чтения схемы в данных системах линии передачи информации условно разорваны.

Анализ работы систем данной схемы проста, если вспомнить буквенные обозначения технологических параметров и функциональных признаков приборов (раздел 9).

Следует отметить, что приведенная схема (как и нижеследующие) реализует первый этап автоматизации. В дальнейшем, при наличии надежно действующих первичных датчиков параметров и алгоритмов управления, в схему автоматизации можно ввести централизованный управляющий комплекс на базе микропроцессорной техники.