CN112255178A - 一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其包括调节测距单元、煤泥水紊流箱、煤泥水浓度监测单元和控制单元。本发明利用光线透过等厚度水流后光线衰减量的变化来量化判断煤泥水浓度的变化；实现测距传感器与煤泥水无接触检测，可有效防止煤泥水污染测距传感器，同时保持相对较高检测精度和检测数据的稳定性；能够及时调整絮凝剂的加药量，保证生产经济性和生产系统的安全稳定运行；无需人工参与，减少工人劳动强度；且投资少，生产周期短。
Description
技术领域：
本发明属于煤泥水在线监测技术领域，特别是涉及一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统。
背景技术：
选煤方法种类很多，根据选煤工艺是否使用含水介质，可概括分为两大类：干法选煤和湿法选煤。目前我国选煤厂中采用最广泛的选煤方法为湿法选煤，具体有跳汰选煤、重介选煤等。湿法选煤要求被选煤炭在水介质中根据其密度特性，进行煤与矸石的分离，煤炭经过水介质后，大部分细颗粒(小于0.75mm)被选煤炭留在水中，形成选煤厂煤泥水。煤泥水经过水力分级旋流器后，细煤泥进入具有浓缩沉降作用的浓缩池中，主要功能是将煤泥水中的煤泥和水进行分离、澄清、分层，生产工艺要求澄清后的水(煤泥浓度<5g/L)从浓缩池溢流堰溢出，不间断供洗选系统循环使用，而沉降至浓缩池底部的煤泥水(密度约300g/L)通过煤泥底流泵收集后进入选煤厂脱水工艺环节处理。
正常生产工艺条件下，要求浓缩池内上部清水层厚度保持在0.8-3米之间，当清水层厚度低于0.8米时，需要增加絮凝剂添加量，否则会使生产用循环水因污浊而造成生产工艺系统的不稳定，影响正常生产的连续性；清水层厚度高于3米时，需要减少絮凝剂添加量，因絮凝剂含量大造成煤泥透水透气性差，导致生产过程中煤泥脱水效率明显下降，选煤厂生产经济效益将受到较大影响，严重时造成生产系统瘫痪及环境污染事故。
目前，有两种检测清水层厚度的检测方法，一种是利用超声波污泥界面仪实现连续检测，通过电信号反馈并显示，需将超声波污泥界面仪的传感器完全浸入到被测煤泥水中，由于池内煤泥水浓度较大(固体颗粒含量在5-100g/l，约50％粒度小于0.045mm)，煤泥水中的固体颗粒极易附着于浸入水中的传感器表面，随着浸入水中时间变长，对传感器检测精度影响不断变大，为解决该问题，后续生产厂家的改进方式为在传感器表面增加清扫刷进行清理，但效果仍不是很理想，目前应用效果较差；另一种是传统人工检测，即生产过程中每隔1-2小时，用透明探杆人工检测清水层厚度，用于指导生产。该检测方法存在以下弊端：1、人工检测工作量大，每次检测，需人工手持长约4米的探杆工作，并需将探杆拆开解体用清水冲洗；2、人工检测精度不稳定，因人而异，存在主观性；3、由于透明探杆下方单向阀在浓度较高的环境中煤泥污染，造成单向阀打开不及时或关闭不严的情况从而影响检测精度；4、人工检测存在探杆掉入浓缩池的风险，若探杆掉入浓缩池内可能造成管道及水泵堵塞或损坏等其它工艺事故；5、不能实现在线实时检测和在线的控制，检测所提供的数据为间断段值，加药调整存在滞后性。
发明内容：
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种投资少、生产周期短、检测精度高、安全稳定的高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统。
本发明的目的由如下技术方案实施：一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其包括调节测距单元、煤泥水紊流箱、煤泥水浓度监测单元和控制单元；所述调节测距单元的取水管的出口端与所述煤泥水紊流箱的第一煤泥水入口连接；所述煤泥水紊流箱的第一排水口与所述煤泥水浓度监测单元的第二煤泥水入口连接；且所述第一排水口与所述第二煤泥水入口的大小与形状完全相同；所述调节测距单元的测距传感器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接；所述煤泥水浓度监测单元的光敏传感器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接；所述控制单元的信号输出端与所述调节测距单元的高度调节装置的信号输入端连接。
进一步，所述调节测距单元包括潜水泵、高度调节装置和所述测距传感器，所述潜水泵置于浓缩池的煤泥水液面下，所述高度调节装置固定设于所述浓缩池的上方，所述潜水泵设于所述高度调节装置的下方，并与所述高度调节装置固定连接；所述潜水泵的出口与所述取水管的进口端连接；所述测距传感器与所述高度调节装置固定连接。
进一步，所述高度调节装置为电动绞盘，所述电动绞盘的钢丝绳与所述潜水泵固定连接；所述控制单元的信号输出端与所述电动绞盘的电机信号输入端连接。
进一步，所述测距传感器为拉绳位移传感器，所述拉绳位移传感器的拉绳与所述电动绞盘的钢丝绳平行设置，且当所述潜水泵下降至浓缩池液面处时，将所述拉绳位移传感器的拉绳与所述电动绞盘的钢丝绳固定连接。
进一步，所述煤泥水浓度监测单元其包括不透光的箱体，所述箱体的顶部由箱体的一端至另一端开设有第二煤泥水入口；所述箱体的内部一侧设有光源，所述箱体的内部另一侧设有光敏传感器；所述光源与所述光敏传感器分居所述第二煤泥水入口的两侧；所述箱体的底部设有第二排水口。
进一步，所述第二煤泥水入口为矩形缝隙。
进一步，所述矩形缝隙的宽为1.5-3mm，宽度值越小透光率越高。
进一步，所述煤泥水紊流箱包括紊流箱体，所述紊流箱体的上方设有所述第一煤泥水入口、排气口和溢流口，且所述溢流口高度低于所述第一煤泥水入口和所述排气口的高度；所述紊流箱体的底部设有第一排水口。
进一步，所述紊流箱体内沿所述第一排水口的长度方向设有导流槽；所述导流槽的顶部两侧分别倾斜固定设有导流板，所述导流板的顶部及两侧边缘均与所述紊流箱体的内壁贴合固定连接；所述导流槽的底部与所述紊流箱体的所述第一排水口连通。导流板与导流槽组合设计，使经紊流后的煤泥水在重力作用下，形成连续稳定且能够与第一排水口形状相同的水流。
本发明的优点：
1、本发明利用光线透过等厚度水流后光线衰减量的变化来量化判断煤泥水浓度的变化；实现测距传感器与煤泥水无接触检测，可有效防止煤泥水污染测距传感器，同时保持相对较高检测精度和检测数据的稳定性；
2、通过本发明系统可实现在线连续测量煤泥水清水层厚度，能够及时调整絮凝剂的加药量，保证生产经济性和生产系统的安全稳定运行；
3、无需人工参与，减少工人劳动强度；
4、本发明系统所用设备成本仅为污泥界面仪或深度计的1/40，在材料准备就绪的条件下，2名技术人员可在1天内制造完成，投资少，生产周期短。
附图说明：
图1为本实施例电气原理图；
图2为本实施例系统连接示意图；
图3为煤泥水浓度监测单元结构示意图；
图4为煤泥水紊流箱结构示意图；
图5为利用本实施例系统监测煤泥水清水层厚度的方法流程图。
图6为本实施例控制原理图。
调节测距单元1，潜水泵1-1，电动绞盘1-2，测距传感器1-3，煤泥水紊流箱2，紊流箱体2-1，第一煤泥水入口2-2，排气口2-3，溢流口2-4，第一排水口2-5，导流槽2-6，导流板2-7，煤泥水浓度监测单元3，箱体3-1，第二煤泥水入口3-2，光源3-3，光敏传感器3-4，第二排水口3-5，水幕3-6，控制单元4。
具体实施方式：
如图1、图2、图6所示，一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其包括调节测距单元1、煤泥水紊流箱2、煤泥水浓度监测单元3和控制单元4；调节测距单元1的取水管的出口端与煤泥水紊流箱2的第一煤泥水入口2-2连接；煤泥水紊流箱2的第一排水口2-5与煤泥水浓度监测单元3的第二煤泥水入口3-2连接；且第一排水口2-5与第二煤泥水入口3-2的大小与形状完全相同；调节测距单元1的测距传感器1-3的信号输出端与控制单元4的信号输入端连接；煤泥水浓度监测单元3的光敏传感器3-4的信号输出端与控制单元4的信号输入端连接；控制单元4的信号输出端与调节测距单元1的高度调节装置的信号输入端连接。本实施例，控制单元4为MCU微处理器，使用arduino Uno R3开发板，在arduinoIDE开发环境下，编写程序并编译下载。
在一具体实施方式中，调节测距单元1包括潜水泵1-1、高度调节装置和测距传感器1-3，潜水泵1-1置于浓缩池的煤泥水液面下，高度调节装置固定设于浓缩池的上方，潜水泵1-1设于高度调节装置的下方，并与高度调节装置固定连接；潜水泵1-1的出口与取水管的进口端连接；测距传感器1-3与高度调节装置固定连接；潜水泵1-1将浓缩池内煤泥水打入煤泥水紊流箱2内。
在一具体实施方式中，高度调节装置为电动绞盘1-2，电动绞盘1-2的钢丝绳与潜水泵1-1固定连接；控制单元4的信号输出端与电动绞盘1-2的电机信号输入端连接。本实施例电动绞盘1-2为电动蜗杆绞盘，220V～，线速度为10mm/s。
在一具体实施方式中，测距传感器1-3为拉绳位移传感器，本实施例中，拉绳位移传感器为高精密拉绳位移传感器MPS-M-4500，输出DC0-5V。拉绳位移传感器的拉绳与电动绞盘1-2的钢丝绳平行设置，且当潜水泵1-1下降至浓缩池液面处时，将拉绳位移传感器的拉绳与电动绞盘1-2的钢丝绳固定连接；拉绳位移传感器检测潜水泵1-1至浓缩池内煤泥水液面的高度。
在一具体实施方式中，煤泥水浓度监测单元3其包括不透光的箱体3-1，箱体3-1的顶部由箱体的一端至另一端开设有第二煤泥水入口3-2；箱体3-1的内部一侧设有光源3-3，箱体3-1的内部另一侧设有光敏传感器3-4；本实施例选用的光敏传感器3-4为光敏电阻传感器模块；其工作电压为3.3-5V；输出信号为模拟电压信号；接口：4P；工作温度：-40-85摄氏度；光源3-3与光敏传感器3-4分居第二煤泥水入口3-2的两侧；箱体3-1的底部设有第二排水口3-5。煤泥水经第二煤泥水入口3-2流入不透光的箱体3-1内，在箱体3-1内形成水幕3-6，水幕3-6将箱体3-1分割为两个完全独立的空间；光敏传感器3-4将检测到的光源发出的光透过水幕3-6的光信号转换为电信号，并将电信号作为煤泥水浓度信号传输至控制单元4。如图3所示，本实施例中，不透光的箱体3-1长100mm，宽60mm，高300mm，第二煤泥水入口3-2位于箱体3-1上平面中部，形状为矩形缝隙，矩形缝隙长100mm，宽2mm，水流在箱体3-1中间形成等厚度的水幕3-6并自由下落，在箱体3-1的长度方向两侧，距入口上边约30mm的中间部位，开孔并安装光源3-3和光敏传感器3-4，箱体3-1下方留有第二排水口3-5。
在一具体实施方式中，如图4所示，煤泥水紊流箱2包括紊流箱体2-1，紊流箱体2-1的上方设有第一煤泥水入口2-2、排气口2-3和溢流口2-4，且溢流口2-4高度低于第一煤泥水入口2-2和排气口2-3的高度；紊流箱体2-1的底部设有第一排水口2-5。本实施例溢流口2-4与浓缩池连接，溢流煤泥水流入浓缩池。煤泥水紊流箱2用于缓冲潜水泵1-1从浓缩池内抽出的煤泥水，将待测煤泥水进行适当紊流调节后，流入煤泥水浓度监测单元3，提高检测稳定性和精确度。
在一具体实施方式中，紊流箱体2-1内沿第一排水口2-5的长度方向设有导流槽2-6；导流槽2-6的顶部两侧分别倾斜固定设有导流板2-7，导流板2-7的顶部及两侧边缘均与紊流箱体2-1的内壁贴合固定连接；导流槽2-6的底部与紊流箱体2-1的第一排水口2-5连通。其中，导流板2-7与导流槽2-6组合设计，使经紊流后的煤泥水在重力作用下，形成连续稳定且能够与第一排水口2-5形状相同的水流。
本实施例中，潜水泵1-1和电动蜗杆绞盘采用交流220V供电；控制箱内安装直流12V电源模块，给MCU微处理器及继电器供电，电气原理图如图1所示，检测方法流程如图5所示。当系统电源接通后，MCU初始化并起动潜水泵1-1，进入检测及输出状态。
利用本实施例高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统检测浓缩池内清水层厚度，包括如下步骤：
(1)浓缩池内煤泥水经潜水泵1-1打入煤泥水紊流箱2，经煤泥水紊流箱2紊流后，经第一排水口2-5和第二煤泥水入口3-2，流入煤泥水浓度监测单元3的箱体3-1形成水幕3-6；水幕3-6将箱体3-1分割为两个完全独立的空间；
(2)光敏传感器3-4将检测到的光源发出的光透过水幕3-6的光信号转换为电信号，并将电信号作为煤泥水浓度信号传输至MCU微处理器。
(3)MCU微处理器接收到煤泥水浓度信号后通过限幅平均滤波法进行运算得到检测值，具体为：取连续若干个检测数据为一组，将每次采样到的新数据组中，去除最大值和最小值，将剩余检测数据进行平均滤波处理，输出检测值。此方法可针对偶然出现的脉冲性干扰，进行滤波纠偏，提高检测精准度。本实施例中，接收光敏传感器3-4输出为直流电压0-5V，MCU微处理器内部对应数值为0-1023，取连续10个检测数据为一组，将每次采样到的新数据组中，去除最大值和最小值，将其余8个进行平均滤波处理，输出检测值。
MCU微处理器将检测值与系统设定的上限值和下限值进行比较，其中，上限值和下限值根据LED光源光照强度不同，光敏传感器3-4检测值会随之变化，因此控制设定上限值和下限值需根据实际情况进行设定。本实施例中，手动调整潜水泵1-1高度位置，观察煤泥水浓度变化，确定煤泥水分层处测得数值为300左右，取其允许波动幅度为50(约为光敏传感器全量程对应MCU微处理器内部数值1023的5％)，故本实施例中，设定的上限值为350，设定的下限值为250；如检测值大于系统设定的上限值，MCU微处理器输出正转控制信号至电动绞盘1-2的电机，电动绞盘1-2的电机接收到MCU微处理器的正转控制信号后电机启动运行，正转设定的第一时间，带到电动绞盘1-2正转，进而带动潜水泵1-1上升设定的第一时间；并延时设定时长后煤泥水浓度监测单元3继续检测水幕3-6的煤泥水浓度；本实施中，正转设定的第一时间为30s，此时潜水泵1-1向上提升约30cm；延时设定时长为60s，延时目的为将系统内煤泥水全部转换，实现检测潜水泵1-1新位置处的煤泥水浓度。
如检测值小于系统设定的下限值，则MCU微处理器输出反转控制信号至电动绞盘1-2的电机，电动绞盘1-2的电机接收到MCU微处理器的反转控制信号后电机启动运行，反转设定的第二时间，带到电动绞盘1-2反转，进而带动潜水泵1-1下降设定的第二时间，并延时设定时长后煤泥水浓度监测单元3继续检测水幕3-6的煤泥水浓度；本实施中，反转设定的第二时间为30s，此时潜水泵1-1下降约30cm；延时设定时长为60s，延时目的为将系统内煤泥水全部转换，实现检测潜水泵1-1新位置处的煤泥水浓度。
如检测值处于系统设定的上限值和下限值之间，则MCU微处理器输出不启动控制信号至电动绞盘1-2的电机，电动绞盘1-2的电机接收到MCU微处理器的不启动控制信号后电机保持停运状态，进而潜水泵1-1保持原位，煤泥水浓度监测单元3继续检测水幕3-6的煤泥水浓度；
(4)调节测距单元1的测距传感器1-3检测潜水泵1-1至浓缩池内煤泥水液面的高度即浓缩池内清水层厚度，并将检测到的高度信号传输至控制单元4。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，其包括调节测距单元、煤泥水紊流箱、煤泥水浓度监测单元和控制单元；所述调节测距单元的取水管的出口端与所述煤泥水紊流箱的第一煤泥水入口连接；所述煤泥水紊流箱的第一排水口与所述煤泥水浓度监测单元的第二煤泥水入口连接；且所述第一排水口与所述第二煤泥水入口的大小与形状完全相同；所述调节测距单元的测距传感器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接；所述煤泥水浓度监测单元的光敏传感器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接；所述控制单元的信号输出端与所述调节测距单元的高度调节装置的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述调节测距单元包括潜水泵、高度调节装置和所述测距传感器，所述潜水泵置于浓缩池的煤泥水液面下，所述高度调节装置固定设于所述浓缩池的上方，所述潜水泵设于所述高度调节装置的下方，并与所述高度调节装置固定连接；所述潜水泵的出口与所述取水管的进口端连接；所述测距传感器与所述高度调节装置固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述高度调节装置为电动绞盘，所述电动绞盘的钢丝绳与所述潜水泵固定连接；所述控制单元的信号输出端与所述电动绞盘的电机信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述测距传感器为拉绳位移传感器，所述拉绳位移传感器的拉绳与所述电动绞盘的钢丝绳平行设置，且当所述潜水泵下降至浓缩池液面处时，将所述拉绳位移传感器的拉绳与所述电动绞盘的钢丝绳固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述煤泥水浓度监测单元其包括不透光的箱体，所述箱体的顶部由箱体的一端至另一端开设有第二煤泥水入口；所述箱体的内部一侧设有光源，所述箱体的内部另一侧设有光敏传感器；所述光源与所述光敏传感器分居所述第二煤泥水入口的两侧；所述箱体的底部设有第二排水口。
6.根据权利要求5所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述第二煤泥水入口为矩形缝隙。
7.根据权利要求6所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述矩形缝隙的宽为1.5-3mm。
8.根据权利要求1所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述煤泥水紊流箱包括紊流箱体，所述紊流箱体的上方设有所述第一煤泥水入口、排气口和溢流口，且所述溢流口高度低于所述第一煤泥水入口和所述排气口的高度；所述紊流箱体的底部设有第一排水口。
9.根据权利要求8所述的一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统，其特征在于，所述紊流箱体内沿所述第一排水口的长度方向设有导流槽；所述导流槽的顶部两侧分别倾斜固定设有导流板，所述导流板的顶部及两侧边缘均与所述紊流箱体的内壁贴合固定连接；所述导流槽的底部与所述紊流箱体的所述第一排水口连通。
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| CN202011232351.7A CN112255178A (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 一种高效连续的智能化在线监测煤泥水清水层厚度的系统 |
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2020
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