CN110976101A - 基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法 - Google Patents

基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于泡沫层特征对浮游选煤过程进行评估的方法，根据浮游选煤中泡沫层的相对阻抗和稳定性，以及结合浮游选煤过程的进料流量、进料固体含量、起泡剂药剂量、捕捉剂药剂量、气泡层深度和充气速率，实现对浮游选煤过程异常操作的快速分析，评估浮游选煤过程的控制性能。

Description

基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法
技术领域
本发明属于浮游选煤技术领域，具体来说涉及一种基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法。
背景技术
浮游选煤是个复杂的物理化学过程，诸多相关工艺参数互相配合才能收到满意的效果。在传统的浮游选煤过程控制系统中，难以将诸多的工艺参数全部加以控制，仅仅针对我国浮选工艺系统和设备特点，对入浮矿浆浓度、流量、药剂量、浮选机液位、浮选入料、精煤和尾矿灰分等参数予以调控，浮游选煤的产品质量难以保证，产率难以控制，药剂浪费严重，直接影响生产单位的经济效益。
在浮游选煤的过程控制中，在煤浆进料恒定的情况下，最大精煤回收率受“浮选曲线”的限制。该曲线取决于煤颗粒的表面的疏水特性，颗粒的粒径分布和进料的灰分含量，且受限于入浮的煤质，这些过程变量是无法控制的。由实验分析可得，进料流量，进料固体含量，试剂用量和泡沫深度对浮选性能的影响，直接反映在浮游选煤精矿泡沫层的结构特性上，即泡沫层稳定性是决定浮游选煤过程分离效率的关键因素之一，当泡沫不够稳定时，载有颗粒的气泡在它们能够通过浮选机溢流堰之前就可能破裂，导致已经捕集到的煤颗粒分离并沉降回到煤浆中，所以稳定的泡沫结构有利于浮游选煤过程控制的操作优化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法，该方法通过计算泡沫层的相对阻抗和稳定性的变化，实现对浮游选煤过程异常操作的快速检测，评估浮游选煤过程的控制性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法：
步骤1，采集浮游选煤过程的进料流量、进料固体含量、起泡剂药剂量、捕捉剂药剂量、气泡层深度和充气速率，检测并分析泡沫层的相对阻抗值Zr和泡沫层稳定性值SR；
步骤2，检测泡沫层的稳定性值SR，如果SR值高于15％，定义泡沫层结构不稳定；如果SR值在8～12％的区间内，定义泡沫层结构稳定；
步骤3，如果泡沫层结构稳定，检测并判定泡沫层的相对阻抗值Zr是否近似等于2；
步骤4，若Zr值近似等于2，检查浮游选煤过程的进料固体流量，如果进料固体流量低于阈值，则认为浮选过程的分离效率良好；如果进料固体流量高于阈值，则认为浮游选煤系统处于进料过载状态；
步骤5，若Zr值大于2，则进一步判断Zr值是否在2～10的区间内；
步骤6，Zr值在2～10的区间内，判断可否通过增加起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则定义浮游选煤过程性能良好；
步骤7，若Zr值大于10，则判断浮游选煤过程进料固体流量是否高于阈值，若小于阈值，则进料流量不足；
步骤8，如果进料固体流量大于阈值，判断可否通过起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则入洗煤质为难选煤；
步骤9，如果泡沫层的结构不稳定，数检测并判定泡沫层的相对阻抗值Zr是否小于40；
步骤10，若Zr小于40。检查并判断降低浮游选煤过程的空气速率是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的空气速率过高；
步骤11，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的泡沫层深度是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的泡沫层深度过高；
步骤12，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的捕集剂剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程存在捕集剂过量；若无影响，则入洗煤质为难选煤；
步骤13，若Zr大于40，检查并判断增加浮游选煤过程的进料固体流量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的进料不足；
步骤14，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的起泡剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的起泡剂用量不足；
步骤15，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的捕集剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的捕集剂用量不足。若无影响，则定义泡沫层的不稳定是由难选煤引起。
在上述技术方案中，泡沫层与精矿泥浆相的阻抗值的比值，即为泡沫层的相对阻抗Zr。
在上述技术方案中，泡沫层的稳定性SR：
Figure BDA0002277825540000031
其中，μ是泡沫层阻抗的平均值，xi是第i次泡沫层阻抗的测量值。
在上述技术方案中，一种用于获取泡沫层特征的检测系统，包含，电抗频谱仪(1)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)、超声波液位计(4)、控制器(5)、标尺(6)和电极测量单元(112)，将标尺(6)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)和超声波液位计(4)，固定于固定支架(8)上端，控制器(5)用于实现对数据的采集和线性执行机构(2)的动作控制；
所述电极测量单元(112)安装在线性执行机构(2)的末端，实现电极测量单元(112)可以按标尺高度与实际工况需求驱动进入浮选机精矿池以测量精矿泥浆相以及泡沫层的阻抗值；
应用浮球液位计(3)检测精矿泥浆的实际液面高度，应用超声波液位计(4)检测泡沫层上沿高度，以计算泡沫层实际深度。
在上述技术方案中，电极测量单元(112)包括两片电极，两片电极分别安装在相应的非导电板上；两个非导电板按横向间隔排列，由一对细长的支撑柱隔开，支撑柱分别连接在两个非导电板的顶部和底部边缘部分，底部支撑住为圆柱形。
本发明的优点和有益效果为：
本发明能够计算浮游选煤中泡沫层的相对阻抗和稳定性，并根据泡沫层特征实现对浮游选煤过程异常操作的快速检测分析，评估浮游选煤过程的控制性能。
附图说明
图1为本发明的检测系统结构示意图。
图2为本发明的检测系统中的电抗频谱仪的电路原理图。
图3为本发明的检测系统中的电极测量单元的结构图。
图4为本发明的泡沫层相对阻抗值函数图。
图5为本发明的泡沫层相对阻抗与浮选回收率的关系图。
图6为本发明的浮游选煤过程性能评估分析流程图。
图7为本发明的不稳定泡沫结构的原因识别流程图。
图1中：1-电抗频谱仪；2-线性执行机构；3-浮球液位计；4-超声波液位计；5-控制器；6-标尺；8-固定支架；112电极测量单元。
图2中：11-监控系统；12-微处理器；13-集成单元；14-交流耦合放大器；15-电压转电流放大器；16-差分放大器；17-增益可选放大器；18-控制信号；19-差分电压放大器；110-低通滤波器；111-缓冲放大器；112-电极测量单元；112A-电极，112B-电极。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见附图1，本实施例给出一种用于获取浮游选煤精矿泡沫层特征的检测系统，主要包含，电抗频谱仪(1)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)、超声波液位计(4)、控制器(5)、标尺(6)和电极测量单元(112)，将标尺(6)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)和超声波液位计(4)，固定于固定支架(8)上端，控制器(5)用于实现对数据的采集和线性执行机构(2)的动作控制。
所述电极测量单元(112)安装在线性执行机构(2)的末端，实现电极测量单元(112)可以按标尺高度与实际工况需求驱动进入浮选机精矿池以测量精矿泥浆相以及泡沫层的阻抗值(所述泡沫层是漂浮在矿泥浆的上层)。
应用浮球液位计(3)检测精矿泥浆的实际液面高度，应用超声波液位计(4)检测泡沫层上沿高度，以计算泡沫层实际深度。
进一步的，参见附图2，电抗频谱仪(1)的设计方案为：
电抗频谱仪的集成单元(13)内部产生激励信号，且内置AD5933模块响应此激励信号，用于实现在测试频率为65kHz和100kHz的条件下，对浮选精矿泥浆相以及泡沫层的阻抗测量，应用离散傅立叶变换将阻抗值的实部和虚部分量返回微处理器(12)，并将测量得到的阻抗值通过TCP/IP协议传输至监控系统(11)。
为满足浮游选煤过程中的阻抗测量需要，设计由交流耦合放大器(14)组成的外部信号调节电路，根据需要增减，并由集成单元(13)产生的输出波形，同时消除电路中存在的任何直流偏移量，应用电压转电流放大器(15)产生的恒定的根均方激励电流并传输至电极测量单元(112)的两片电极(112A)和(112B)，用于测量泥浆相以及泡沫层的阻抗值。
设计精密电阻器(113)用于响应两个电极测量单元(112)间的激励信号，经精密电阻器(113)上的响应电压反馈到具有高输入阻抗的差分放大器(16)和增益可选放大器(17)。增益可选放大器(17)的增益由微处理器(12)通过由虚线表示控制信号(18)自动选择。增益可选放大器(17)的输出反馈到阻抗频谱仪的集成单元(13)的信号输入。
为阻止电极的极化，设计具有高输入阻抗的差分电压放大器(19)和低通滤波器(110)的组合电路，来测量激励信号到电极单元的直流分量，将激励信号的近直流分量通过缓冲放大器(111)反馈回电压转电流放大器(15)，以调控电极测量单元(112)上的直流偏移为零。
进一步的，电极测量单元(112)的设计方案为(参见附图3)：
两片电极(112A)和(112B)分别安装在相应的非导电板上。
两个非导电板按横向间隔排列，由一对细长的支撑柱隔开，支撑柱分别连接在两个非导电板的顶部和底部边缘部分，为降对浮选精矿泡沫层移动产生的阻力影响，底部支撑住设计为圆柱形。
为提高电极表面的化学稳定性，电极设计为矩形，且外层包裹惰性金属，并应用由聚氨酯套封装的同轴电缆连接电极和电抗频谱仪。
实施例二
利用实施例一的检测系统，获取泡沫层特征的方法为：
应用电抗频谱仪间隔性采样浮游选煤精矿泥浆相和泡沫层的阻抗值，通过计算泡沫层与精矿泥浆相的阻抗值的比值，得到泡沫层的相对阻抗Zr，并绘制相对阻抗相统计分析图。
通过计算标准偏差与平均值的比率，量化泡沫层的稳定性SR：
Figure BDA0002277825540000061
其中，μ是泡沫层阻抗的平均值，xi是第i次泡沫层阻抗的测量值。
通过对浮游选煤精矿的取样和灰分分析，可得SR值越高，泡沫稳定性越低。
在常规加入起泡剂的条件下，SR值在8～12％的区间内，浮游选煤精矿的泡沫稳定性最优，且泡沫层的相对阻抗值Zr与精煤回收率成反比，即在最优的泡沫稳定性条件下，泡沫层的相对阻抗值Zr越低，浮选精矿回收率越高。在浮游选煤精矿泡沫层不稳定(SR>15％)或过稳定(SR<15％)的条件下，泡沫层的浮选性能较差。
实施例三
进一步的，基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法为：
泡沫层的相对阻抗与泡沫层中的固体含量和水含量相关联，即相对阻抗越低，泡沫相中的固体含量和水含量越高，浮选精矿回收率越好。鉴于泡沫层的相对阻抗值与浮选性能的相关性，就浮选工艺的分离效率而言，可以通过计算泡沫层稳定性和其他参数，评估浮选性能并优化过程控制，包括以下步骤：
步骤1，采集浮游选煤过程的进料流量、进料固体含量、起泡剂药剂量、捕捉剂药剂量、气泡层深度和充气速率，检测并分析泡沫层的相对阻抗值(Zr)和泡沫层稳定性值(SR)。
步骤2，检测泡沫层的稳定性值(SR)。如果SR值高于15％，定义泡沫层结构不稳定；如果SR值在8～12％的区间内，定义泡沫层结构稳定。
步骤3，如果泡沫层结构稳定，检测并判定泡沫层的相对阻抗值(Zr)是否近似等于2。
步骤4，若Zr值近似等于2，检查浮游选煤过程的进料固体流量，如果进料固体流量低于阈值，则认为浮选过程的分离效率良好；如果进料固体流量高于阈值，则认为浮游选煤系统处于进料过载状态。
步骤5，若Zr值大于2，则进一步判断Zr值是否在2～10的区间内。
步骤6，Zr值在2～10的区间内，判断可否通过增加起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则定义浮游选煤过程性能良好。
步骤7，若Zr值大于10，则判断浮游选煤过程进料固体流量是否高于阈值，若小于阈值，则进料流量不足。
步骤8，如果进料固体流量大于阈值，判断可否通过起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则入洗煤质为难选煤。
步骤9，如果泡沫层的结构不稳定，数检测并判定泡沫层的相对阻抗值(Zr)是否小于40。
步骤10，若Zr小于40，检查并判断降低浮游选煤过程的空气速率是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的空气速率过高。
步骤11，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的泡沫层深度是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的泡沫层深度过高。
步骤12，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的捕集剂剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程存在捕集剂过量；若无影响，则入洗煤质为难选煤。
步骤13，若Zr大于40，检查并判断增加浮游选煤过程的进料固体流量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的进料不足。
步骤14，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的起泡剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的起泡剂用量不足。
步骤15，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的捕集剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的捕集剂用量不足。若无影响，则定义泡沫层的不稳定是由难选煤引起。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集浮游选煤过程的进料流量、进料固体含量、起泡剂药剂量、捕捉剂药剂量、气泡层深度和充气速率，检测并分析泡沫层的相对阻抗值Zr和泡沫层稳定性值SR；
步骤2，检测泡沫层的稳定性值SR，如果SR值高于15％，定义泡沫层结构不稳定；如果SR值在8～12％的区间内，定义泡沫层结构稳定；
步骤3，如果泡沫层结构稳定，检测并判定泡沫层的相对阻抗值Zr是否近似等于2；
步骤4，若Zr值近似等于2，检查浮游选煤过程的进料固体流量，如果进料固体流量低于阈值，则认为浮选过程的分离效率良好；如果进料固体流量高于阈值，则认为浮游选煤系统处于进料过载状态；
步骤5，若Zr值大于2，则进一步判断Zr值是否在2～10的区间内；
步骤6，Zr值在2～10的区间内，判断可否通过增加起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则定义浮游选煤过程性能良好；
步骤7，若Zr值大于10，则判断浮游选煤过程进料固体流量是否高于阈值，若小于阈值，则进料流量不足；
步骤8，如果进料固体流量大于阈值，判断可否通过起泡剂和捕集剂剂量降低Zr值，如果Zr值降低，则浮游选煤过程存在试剂剂量不足的情况；若无影响，则入洗煤质为难选煤；
步骤9，如果泡沫层的结构不稳定，数检测并判定泡沫层的相对阻抗值Zr是否小于40；
步骤10，若Zr小于40，检查并判断降低浮游选煤过程的空气速率是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的空气速率过高；
步骤11，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的泡沫层深度是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的泡沫层深度过高；
步骤12，如果SR值无影响，检查并判断降低浮游选煤过程的捕集剂剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程存在捕集剂过量；若无影响，则入洗煤质为难选煤；
步骤13，若Zr大于40，检查并判断增加浮游选煤过程的进料固体流量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的进料不足；
步骤14，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的起泡剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的起泡剂用量不足；
步骤15，如果SR值无影响，检查并判断增加浮游选煤过程的捕集剂的剂量是否会降低SR值，如果SR值降低，则浮游选煤过程的捕集剂用量不足。若无影响，则定义泡沫层的不稳定是由难选煤引起。
2.根据权利要求1所述的基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法，其特征在于：泡沫层与精矿泥浆相的阻抗值的比值，即为泡沫层的相对阻抗Zr。
3.根据权利要求1所述的基于泡沫层特征的浮游选煤过程在线评估及调控的方法，其特征在于：泡沫层的稳定性SR：
Figure FDA0002277825530000021
其中，μ是泡沫层阻抗的平均值，xi是第i次泡沫层阻抗的测量值。
4.一种用于获取泡沫层特征的检测系统，其特征在于：包含，电抗频谱仪(1)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)、超声波液位计(4)、控制器(5)、标尺(6)和电极测量单元(112)，将标尺(6)、线性执行机构(2)、浮球液位计(3)和超声波液位计(4)，固定于固定支架(8)上端，控制器(5)用于实现对数据的采集和线性执行机构(2)的动作控制；
所述电极测量单元(112)安装在线性执行机构(2)的末端，实现电极测量单元(112)可以按标尺高度与实际工况需求驱动进入浮选机精矿池以测量精矿泥浆相以及泡沫层的阻抗值；
应用浮球液位计(3)检测精矿泥浆的实际液面高度，应用超声波液位计(4)检测泡沫层上沿高度，以计算泡沫层实际深度。
5.根据权利要求4所述的用于获取泡沫层特征的检测系统，其特征在于：电极测量单元(112)包括两片电极，两片电极分别安装在相应的非导电板上；两个非导电板按横向间隔排列，由一对细长的支撑柱隔开，支撑柱分别连接在两个非导电板的顶部和底部边缘部分，底部支撑住为圆柱形。
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