双浮子磁致伸缩传感器在洗煤污水处理系统中的应用

双浮子磁致伸缩传感器在洗煤污水处理系统中的应用
作者：赵建光；谢青海






       煤炭行业的洗煤废水、选煤厂的煤泥水及燃煤厂的地面冲洗废水都是水与细煤粉的混合物，洗煤废水很难自然澄清，大量洗煤废水未达标排放，造成水体污染、河道淤塞及煤泥流失，给国家造成了极大的经济损失，也使得煤炭行业水资源更为紧缺，严重制约着煤炭生产的发展。洗煤废水一般都采用絮凝法处理，主要是通过提高絮凝体的密度实现固液的高速分离，常用聚丙烯酰胺作为洗煤废水的絮凝剂，经过絮凝法处理后可以实现洗煤污水中的煤泥和洗煤废水的自然分层。

       洗煤废水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合组成的一种多项体系。洗煤废水中包含有煤泥颗粒（粗煤泥颗粒 0.5～1 mm，细煤泥颗粒 0～0.5 mm）、矿物质及粘土颗粒等。洗煤废水一般具有 SS，CODcr，BOD5浓度高、ζ 电位极负的特点，因此，煤泥水不仅具有悬浊液的性质，还往往带有胶体的性质；细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小，不易静沉，这些性质决定了该类废水污染重、处理难度大。絮凝法处理洗煤废水主要是通过提高絮凝体的密度实现固液的高速分离，从而达到高效去除悬浮物的目的，此工艺可省去预处理构筑物，处理后的水质可达到澄清要求，水力停留时间短，表面负荷高，处理效果好。洗煤废水通过处理后，在洗煤废水池中进行澄清。为实现资源的重复利用，达到节能降耗的目的，需要对煤泥和污水进行回收利用。煤泥比重大，沉降在水池底部，形成一个明显的分层界面，传统的洗煤废水煤泥分离完全依靠人工操作，通过目测和手动控制泵来实现水的循环使用和煤泥的回收，不仅劳动强度大，而且工人的工作效率低下，造成了极大的能源浪费。为了节约成本，提高洗煤废水处理效率，降低工人的劳动强度，在洗煤废水池上采用双浮子磁致伸缩液位传感器来实现该环节的自动运行控制。

洗煤废水经过絮凝处理后，利用煤泥与废水比重不同的原理，静置 1 h 使其自然分层，上层液体是洗煤污水，下层为煤泥。洗煤污水通过泵 1 抽至集水池，进行后续处理后循环使用，煤泥通过泵 2 抽至压泥机，经干燥处理后作为煤炭产品之一进行销售。如洗煤废水经过絮凝处理，静置分层1 h 时后，由泵 1 自动将上层洗煤废水抽至集水池，再循环用于洗煤。如果分层后出现煤泥界面高于出水口，则先利用泵 2 将煤泥抽出一部分，直到传感器的界面浮子低于废水出口时，在进行废水抽取。

      磁致伸缩液位传感器具有如下特点：①可靠性强；②精度高；③安全性好，可以在洗煤池这样的恶劣环境中使用；④易于安装和维护简单；⑤便于系统自动化工作。由于液面和分界面液位高度的检测在一个传感器上进行，省去了安装多个传感器的不便。双浮子式磁致伸缩液位传感器通过对浮子的配重可以实现对界面和液面液位高度的检测，输出的液面和界面信号均选择 4～20 mA 电流信号，便于信号的远传和 PLC 的处理。

     
      洗煤废水池煤泥分离自动控制系统控制器硬件组态在煤炭洗煤控制系统中，由于涉及的变量较多，且考虑到系统将来工程扩展的需要，所以选取了性价比适中的 S7-300 CPU 315-2DP 做主控制器。双浮子磁致伸缩液位传感器信号被分配在 0# 机架的 9#槽，占用通道3和通道4，系统自动为其分配地址为PIW340 和 PIW342。制系统中所用的磁致伸缩液位传感器输出的液面和界面信号均为 4~20 mA 电流模拟信号，对应的量程为 0～3.2 m，输出的模拟信号通过屏蔽电缆传送至 S7-300 的模拟量输入模块 SM331 上，同时需要将 SM331 模块侧面的量程卡调制位置 D（两线制电流传感器模式）。洗煤废水处理的环境较为恶劣，生产过程中会存在电机或泵等执行设备运行产生的干扰信号，且现场信号采集点与控制柜之间的距离较远，为减少信号在传输过程受到的干扰，除使用质量较好的屏蔽线外，还需要将屏蔽电缆的屏蔽层统一连接在控制柜的接地端子上。

     应用 STEP7 软件编写控制程序，实现处理后的煤泥废水的煤泥和废水的自动分离。

1）静置分层。煤泥废水经过处理后，利用煤泥与废水的比重不同可以进行自然分层，程序中设置静置时间为 1 h，分层后传感器界面浮子位于分层界面处，液面浮子始终位于分离器液面上层，这时通过主控室的监控计算机可以很方便地分辨出液面和界面高度。为防溢出，磁致伸缩液位传感器上浮子液位不能超过水池设定的容量上限。

2）成品分离。产品静置 1 h，实现煤泥与废水完全分离，在废水池的中部接有 1 条废水出料管道直通水洗锅，在 PLC 中编写程序，比较传感器检测的液面和界面信号高度，可以实现自动回收煤泥废水的控制。当下浮子液面高于出料口或上浮子液面低于出料口时，都会自动关闭出水泵门。

3）系统安全保护。控制系统加装双浮子磁致伸缩液位计，并在程序中添加了一些保护环节，但还不能完全避免出现传感器因长时间使用而损坏，浮子中有异物被卡住，电气控制系统故障等事件。为避免此类危险事件出现导致重大安全事故，一方面自动分离煤泥和废水时由专人巡视，同时主控室值班人员密切观察上料时分离器中液位的变化情况，一旦出现异常则紧急停止泵的工作；另一方面在灌顶加装 1 个液位开关，一旦液位开关动作会切断上料电机的控制电路。通过这些措施保证了系统安全可靠的运行。

     洗煤水分离控制系统中使用双浮子磁致伸缩液位计，实现煤泥和洗煤水的自动分离，达到了自动化控制的目的，提高了工作效率，减轻了工作人员劳动强度，节约了企业成本，在实际生产中具有较高的应用价值，值得大面积的推广和应用。





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