CN111377514B - 一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统及其浓度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤泥水处理技术领域，具体涉及一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统及其浓度检测方法。本系统包括重量检测组件，重量检测组件包括沿煤泥水行进路径依序布置的煤泥水入料管、取样管及煤泥水出料管，所述煤泥水入料管连通浓缩池，取样管的两端均通过柔性连接管而分别固接和连通煤泥水入料管及煤泥水出料管；重量检测组件还包括称重传感器以及排水阀或排水泵；重量检测组件为两组以上且沿浓缩池高度方向依序布置。本系统可通过监控不同高度所取煤泥水样品的实时重量，从而获得不同高度处煤泥水的实时浓度，检测流程简便快捷，检测结果可靠度高且精确稳定。本发明的另一个目的是提供一种浓度检测方法，以进一步提升检测流程的便捷度。
Description
技术领域
本发明属于煤泥水处理技术领域，具体涉及一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统及其浓度检测方法。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，在一次能源消费中占到70％以上；在相当长的一段时期内，煤炭作为主要能源的地位不会改变。由于地质构造以及开采方式的原因，煤炭开采出来之后不可避免的参杂着大量的矸石，这部分矸石灰分高、硫分高、发热量低，对煤炭的清洁利用造成极大地不利影响，目前采用的主要解决方法是煤炭分选。传统煤炭主要的分选方式为湿法分选，选煤方法根据选前是否脱泥分为脱泥入选和不脱泥入选。而不论采用哪种方式，选煤厂煤泥水的处理都是选煤厂生产的一大难题，甚至成为制约选煤厂提质增效的障碍。选煤厂煤泥水的处理主要包括分级浓缩、分选、脱泥脱水、沉降及过滤脱水五个环节。上述环节中，由于煤泥粒度细，沉降过程受到浮力、相互之间的碰撞阻力、重力和水流冲击力的共同作用，其沉降过程复杂，沉降缓慢，通常需要建造大型浓缩池作为煤泥沉降的设备，所以煤泥沉降的效果是衡量煤泥水处理系统工作效率的关键因素。由于煤泥水在浓缩池内逐渐沉降至池底，沉降过程中需要监测沉降的速度，并根据沉降速度决定凝聚剂和絮凝剂的加药量，而沉降速度可以通过不同高度的浓度来反馈。传统检测大多采用的是超声波界面仪来检测煤泥水浓度。超声波界面仪要求固液有明显的分界面，这造成现有检测方法对浓缩池内煤泥沉降效果监测不准确且误差较大，给实际检测工作带来诸多困扰。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而紧凑的具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统，其可通过监控不同高度所取煤泥水样品的实时重量，从而获得不同高度处煤泥水的实时浓度，检测流程简便快捷，检测结果可靠度高且精确稳定；本发明的另一个目的为提供一种应用于上述具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统的浓度检测方法，以进一步提升检测流程的便捷度。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统，包括浓缩池；其特征在于：本系统还包括重量检测组件，所述重量检测组件包括沿煤泥水行进路径依序布置的煤泥水入料管、取样管及煤泥水出料管，所述煤泥水入料管连通浓缩池，取样管的两端均通过柔性连接管而分别固接和连通煤泥水入料管及煤泥水出料管；重量检测组件还包括用于称重取样管实时重量的称重传感器以及用于适时排出取样管内已称重煤泥水的排水阀或排水泵；所述重量检测组件为两组以上且沿浓缩池高度方向依序布置。
优选的，位于最高位的重量检测组件的煤泥水入料管与浓缩池的溢流堰相连通。
优选的，所述柔性连接管为波纹软管，取样管上固接有连接杆，连接杆铅垂向上延伸并与称重传感器的感应端间相固接。
优选的，所述排水阀为电磁阀，煤泥水出料管连通浓缩池的煤泥水入口。
优选的，本系统还包括絮凝剂加药组件及凝聚剂加药组件；所述絮凝剂加药组件及凝聚剂加药组件均包括加药搅拌桶，药剂或药粉经依序经由药剂储存部处给药器、进料输送带而进入加药搅拌桶筒腔内，加药搅拌桶处还布置用于进水的进水管以及用于搅拌桶腔内混合药剂的搅拌组件；絮凝剂加药组件及凝聚剂加药组件的加药搅拌桶的出药管均与煤泥水入口相连通后连通至浓缩池处；所述搅拌组件包括搅拌电机，搅拌电机的动力输出轴铅垂向下延伸且动力输出轴上布置搅拌叶；每组搅拌叶均包括彼此平行布置的上叶板及下叶板，且所述上叶板的下板面处向下叶板方向凸设有倾斜状子叶板；所述倾斜状子叶板的板面与上叶板板面间呈夹角布局，且在高度方向上，倾斜状子叶板与下叶板间存有间距。
优选的，所述搅拌叶整体呈现向上或向下弯曲的曲面弯扭结构，且在高度方向上，以相邻的一组以上的搅拌叶为一组搅拌层，相邻两组搅拌层的搅拌叶的弯曲方向彼此反向。
一种应用所述具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统的浓度检测方法，其特征在于包括以下步骤：
煤泥水可视为水和煤泥构成，水的密度为ρ1，煤泥密度ρ2；现场取煤泥水样品，将样品在放入实验室离心机中高速离心，可得到水样和沉底的煤泥样，分别测其密度，获得ρ1值和ρ2值；
体积v为已知，一般通过首次校正完成体积v的修正；具体过程是：预先测得任一组重量检测组件处取样管内实际的浓度，之后称重重量检测组件中此时显示测得的重量，即可得到任一组重量检测组件内煤泥水样品的体积v；设由上向下可得到的取样管内的重量值依次为x1，x2，x3，x4……，假设需要得到的浓度值依次为m1，m2，m3，m4……；
通过以下公式：
x1＝m1*v*ρ1+(1-m1)*v*ρ2
x2＝m2*v*ρ1+(1-m2)*v*ρ2
x3＝m3*v*ρ1+(1-m3)*v*ρ2
x4＝m4*v*ρ1+(1-m4)*v*ρ2
……
即可求得m1，m2，m3，m4……的实际值。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明通过在浓缩池侧面不同高度设置有重量检测组件，从而可将不同高度煤泥水从浓缩池体中分别取出。以其中一个为例，煤泥水经由柔性连接管进入其中一个取样管，即可通过称重传感器获得浓缩池上下不同高度所取煤泥水样品的重量；由于下方煤泥水样品的浓度高于上方，因此下方所测的重量大于上方。在获得重量后，即可通过计算而获得当前高度处煤泥水的浓度，进而计算出需要添加的凝聚剂加药量和絮凝剂加药量。通过排水阀或排水泵来适时更新位于取样管内的煤泥水，从而可实现对不同高度所取煤泥水样品的实时重量的实时监控目的，进而获得不同高度处煤泥水的实时浓度，检测流程简便快捷，检测结果可靠度高且精确稳定。
2)、进一步的，位于最高位的重量检测组件的煤泥水入料管与浓缩池的溢流堰相连通，以便能更清晰的确认不同高度处煤泥水的浓度变化，从而使得换算结果更为精确。柔性连接管为波纹软管，实际使用时或者直接固接取样管两端，甚至可以将两组柔性连接管相邻端相向延伸固接后再外套取样管均可。取样管一方面提供煤泥水样品以容纳空间，另一方面则作为硬质载体以供称重传感器的感应端安装及测量，以保证实际工作的稳定性及可靠性。
3)、由于浓缩池内煤泥水的浓度是实时变化的，或处于多次取样取平均值考虑，或处于检测后的煤泥水样品不干扰后续取样考虑，检测后的煤泥水都应当直接通过排水阀而回流至煤泥水入口处，以确保重量检测组件的后续检测数据的精确性。
4)、进一步的，本系统还增设有絮凝剂加药组件及凝聚剂加药组件；这样，一旦检测出浓缩池内不同高度处煤泥水的浓度，即可计算出需要添加的凝聚剂加药量和絮凝剂加药量，之后可通过控制药剂向加药搅拌桶内进料，随后再将凝聚剂、絮凝剂及煤泥水混合后一同进入浓缩池，即可实现自动化的药剂添加操作，最终获得最佳的煤泥沉降的效果。由于浓缩池内浓度检测是实时性的，那么絮凝剂及凝聚剂的添入也应当是具备实时性的，不应当有延误；显然，对于加药搅拌桶而言，搅拌叶的设计是关键，必须能第一时间即使得水和相应药剂迅速达到混合搅拌目的。搅拌叶一方面自身为上叶板与下叶板搭配形成，并配合倾斜状子叶板，更利于形成湍流效果，使得水和相应药剂能更迅速进行混合搅拌；另一方面，每层搅拌叶整体呈现向上或向下弯曲的曲面弯扭结构，且在高度方向上，以相邻的一组以上的搅拌叶为一组搅拌层，相邻两组搅拌层的搅拌叶的弯曲方向彼此反向，可更利于提升实际搅拌效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意简图；
图2为浓缩池及重量检测组件的配合状态图；
图3为絮凝剂添加组件的结构示意图；
图4为重量检测组件的结构示意简图；
图5为搅拌叶的布置状态图；
图6为图5的俯视图；
图7为上叶板的立体结构示意图；
图8为倾斜状子叶板与上叶板的配合状态简图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
a-PLC总控模组 b-重量测量监控PLC分模组
c-絮凝剂监控PLC分模组 d-凝聚剂监控PLC分模组 e-排药泵
10-浓缩池 20-重量检测组件
21-煤泥水入料管 22-取样管 23-煤泥水出料管
24-排水阀 25-柔性连接管 26-连接杆 27-称重传感器
30-煤泥水入口
40a-絮凝剂加药组件 40b-凝聚剂加药组件
41-加药搅拌桶 42a-药剂储存部 42b-给药器
43-进料输送带 43a-重量传感器 43b-皮带清洁器
44-进水管 44a-进水电磁阀 45-搅拌电机
46-搅拌叶 46a-上叶板 46b-下叶板 46c-倾斜状子叶板
47-液位计
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-8，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明的具体构造可参照图1-8所示，包括浓缩池10，并以浓缩池10为核心，设置有重量检测组件20、絮凝剂加药组件40a及凝聚剂加药组件40b。其中：
重量检测组件20如图2及图4所示，包括依序布置的煤泥水入料管21、柔性连接管25、取样管22及煤泥水出料管23。实际装配时，柔性连接管25或可为单独的软质管体结构，如波纹软管等。通过将柔性连接管25两端分别固定煤泥水入料管21及取样管22，以及分别固定煤泥水出料管23及取样管22，从而形成煤泥水样品的流通通路；当然，还可将两组柔性连接管25的相邻端彼此相向延伸形成一体结构，而取样管22直接套在柔性连接管25的延伸端上，从而形成如图3所示结构，同样能实现取样管22的取样检测功能。在图3所示结构中可看到，取样管22外壁处铅垂向上延伸有连接杆26，连接杆26的顶端再固接称重传感器27，以实时获得取样管22内煤泥水样品的重量。当取样及称重操作完成后，即可通过排水阀24以实现煤泥水样品的快速排出。必要时，也可考虑在煤泥水入料管21处增设可控的开关阀或开关泵，以便实现对取样管22的煤泥水的定量泵入和称取功能，此时优选排水泵来进行取样管22内煤泥水样品的适时排出操作，以便后续跟进和检测新的煤泥水样品。
对于絮凝剂加药组件40a及凝聚剂加药组件40b而言，其具体结构参照图1及图3-6所示。絮凝剂加药组件40a及凝聚剂加药组件40b均包括加药搅拌桶41，加药搅拌桶41的桶口处布置药剂添入组件及水添入组件。其中：药剂添入组件包括进料输送带43，进料输送带43的上带面下方布置重量传感器43a，从而适时监控从给药器42b也即药剂储存部42a处流出药剂的重量；具体或可将进料输送带43的带面布置为容器状，或直接在进料输送带43的上带面处布置暂存药剂的容器。当然，如果给药器42b处直接排出的是药粉，其结构可参照图1及图3所示，直接将药粉排送至进料输送带43上带面处即可。当重量达标后，进料输送带43会带动药剂前行直至倒入加药搅拌桶41内。考虑到清洁效果，也可在进料输送带43处布置皮带清洁器43b，这是后话。对于水添入组件而言，包括进水管44及进水电磁阀44a，以适时的实现对加药搅拌桶41内水液的快速添入。为保证加药搅拌桶41内液面高度，可布置液位计47进行监控，并通过PLC模组进行相应管理。
加药搅拌桶41处还布置有搅拌组件，从图4-6中可看出，搅拌组件包括搅拌电机45，搅拌电机45的动力输出轴铅垂向下延伸且动力输出轴上布置搅拌叶46。每组搅拌叶46均包括彼此平行布置的上叶板46a及下叶板46b，且上叶板46a的下板面处向下叶板46b方向凸设有倾斜状子叶板46c。倾斜状子叶板46c的板面与上叶板46a板面间呈夹角布局，且在高度方向上，倾斜状子叶板46c与下叶板46b间存有间距。为保证搅拌效果，搅拌叶46整体呈现向上或向下弯曲的曲面弯扭结构，且在高度方向上，以相邻的一组以上的搅拌叶46为一组搅拌层，相邻两组搅拌层的搅拌叶46的弯曲方向彼此反向。倾斜状子叶板46c与上叶板46a的配合倾斜程度，可在图7-8中看出。
实际操作时，在上述结构的基础上，还可考虑通过增设PLC模组的方式来实现整个系统的自动化运行功能。具体而言，PLC模组可分为PLC总控模组a、用于监控重量测量组件的重量测量监控PLC分模组b、用于监控絮凝剂加药组件40a的絮凝剂监控PLC分模组c，以及用于监控凝聚剂加药组件40b的凝聚剂监控PLC分模组d。工作时，重量测量监控PLC分模组b进行浓缩池10内不同高度处煤泥水浓度的数据汇总，并发送至PLC总控模组a处，PLC总控模组a处理汇总后的数据后将信息发送至絮凝剂监控PLC分模组c及凝聚剂监控PLC分模组d，以便通过如图4所示的排药泵e，完成絮凝剂及凝聚剂向浓缩池10内的适量添加工作，其自动化程度可得到显著提升。
进一步的，本发明的煤泥水样品的实际检测流程包括以下步骤：
煤泥水可视为水和煤泥构成，水的密度为ρ1，煤泥密度ρ2；现场取煤泥水样品，将样品在放入实验室离心机中高速离心，可得到水样和沉底的煤泥样，分别测其密度，获得ρ1值和ρ2值；
体积v为已知，一般通过首次校正完成体积v的修正；具体过程是：人工通过量筒和电子秤等测得任一组重量检测组件20处取样管22内实际的浓度，为便于取样，通常取最上方的重量检测组件20；之后称重该组重量检测组件20中此时显示测得的重量，即可得到任一组重量检测组件20内实际煤泥水样品的体积v。设由上向下可得到的取样管22内的重量值依次为x1，x2，x3，x4……，假设需要得到的浓度值依次为m1，m2，m3，m4……；
通过以下公式：
x1＝m1*v*ρ1+(1-m1)*v*ρ2
x2＝m2*v*ρ1+(1-m2)*v*ρ2
x3＝m3*v*ρ1+(1-m3)*v*ρ2
x4＝m4*v*ρ1+(1-m4)*v*ρ2
……
即可求得m1，m2，m3，m4……的实际值。
通过所求得的m1，m2，m3，m4……的实际值，随后可通过常规计算而获得需要添加的凝聚剂加药量和絮凝剂加药量。之后，絮凝剂加药组件40a及凝聚剂加药组件40b即可动作，排药泵e开启并配合煤泥水入口30处煤泥水的正常添加，最终实现浓缩池10内煤泥水浓度的在线变化和沉降效果的最优调整目的。
当然，以上为本发明的其中一种具体的实施例。实际操作时，对作为重量检测组件20内的取样管22及柔性连接管25的等功能下的单纯结构替换，或将电磁阀等采用其他泵类或阀类结构取代，或对搅拌叶46的弯曲弧度作数值上的精确变化，甚至对浓缩池10外形作其他改变等，这类在本发明结构前提下的常规结构改变，均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统，包括浓缩池(10)；其特征在于：本系统还包括重量检测组件(20)，所述重量检测组件(20)包括沿煤泥水行进路径依序布置的煤泥水入料管(21)、取样管(22)及煤泥水出料管(23)，所述煤泥水入料管(21)连通浓缩池(10)，取样管(22)的两端均通过柔性连接管(25)而分别固接和连通煤泥水入料管(21)及煤泥水出料管(23)；重量检测组件(20)还包括用于称重取样管(22)实时重量的称重传感器(27)以及用于适时排出取样管(22)内已称重煤泥水的排水阀(24)或排水泵；所述重量检测组件(20)为两组以上且沿浓缩池(10)高度方向依序布置；
所述柔性连接管（25）为波纹软管，取样管（22）上固接有连接杆（26），连接杆（26）铅垂向上延伸并与称重传感器（27）的感应端间相固接；
所述排水阀（24）为电磁阀，煤泥水出料管（23）连通浓缩池（10）的煤泥水入口（30）；
本系统还包括絮凝剂加药组件（40a）及凝聚剂加药组件（40b）；所述絮凝剂加药组件（40a）及凝聚剂加药组件（40b）均包括加药搅拌桶（41），药剂或药粉依序经由药剂储存部（42a）处给药器（42b）、进料输送带（43）而进入加药搅拌桶（41）筒腔内，加药搅拌桶（41）处还布置用于进水的进水管（44）以及用于搅拌桶（41）腔内混合药剂的搅拌组件；絮凝剂加药组件（40a）及凝聚剂加药组件（40b）的加药搅拌桶（41）的出药管均与煤泥水入口（30）相连通后连通至浓缩池（10）处；所述搅拌组件包括搅拌电机（45），搅拌电机（45）的动力输出轴铅垂向下延伸且动力输出轴上布置搅拌叶（46）；每组搅拌叶（46）均包括彼此平行布置的上叶板（46a）及下叶板（46b），且所述上叶板（46a）的下板面处向下叶板（46b）方向凸设有倾斜状子叶板（46c）；所述倾斜状子叶板（46c）的板面与上叶板（46a）板面间呈夹角布局，且在高度方向上，倾斜状子叶板（46c）与下叶板（46b）间存有间距；
所述搅拌叶（46）整体呈现向上或向下弯曲的曲面弯扭结构，且在高度方向上，以相邻的一组以上的搅拌叶（46）为一组搅拌层，相邻两组搅拌层的搅拌叶（46）的弯曲方向彼此反向。
2.根据权利要求1所述的一种具备浓度检测功能的煤泥水浓缩系统，其特征在于：位于最高位的重量检测组件（20）的煤泥水入料管（21）与浓缩池（10）的溢流堰相连通。
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