Классификация технологических схем переработки отходов нерудных карьеров и оценка эффективности используемого в них оборудования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СЕМИНАР 9

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

В.И. Морозов, проф., д.т.н., А.Д. Бардовский, доц., к.т.н.,

МГГУ МГГУ

В.П. Жуков, гл. инж.,

Моспромстройматериалы

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НЕРУДНЫХ КАРЬЕРОВ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗУЕМОГО В НИХ ОБОРУДОВАНИЯ

Отходы нерудных карьеров, которые могут быть использованы для получения товарных продуктов переработки, являются, как правило, отсевами дробления, то есть совокупностью зерен пород, образующихся из продуктов дробления в виде остатка после выделения щебня или промежуточных продуктов. Исследования различных видов отсевов дробления нерудных пород выявили возможность получения из них товарного щебня, используемого для дорожного строительства (фракции 20-70 мм, 20-40 мм, 5-40 мм, 5-20 мм и 3(5)-10 мм), песка дробленого, известняковой муки, минеральных порошков для ас-фальтобетоновых смесей и других продуктов народного хозяйства. В последние годы проведено значительное количество исследований по использованию отходов из карбонатных пород как сырья для наполнителей при производстве керамических, резиновых изделий, лаков, красок и др. Выпущены опытные партии различных товаров полученных из отходов. Однако значительные колебания в минералогическом и зерновом составе этой группы сырьевых ресурсов, а также различие требований, предъявляемых к качеству получаемых продуктов переработки, требуют индивидуальных технологических решений при их использовании. Выбор технологических схем по переработке отходов в значительной степени зависит от наличия комовой глины и требований к содержанию глинистых включений в производимом из отходов товарном продукте. С целью упорядочения технологических

схем переработки отходов, образованных при производстве нерудных материалов, разработана их классификация, созданная по результатам проведенных исследований, испытаний и внедрений опытных технологий на предприятиях нерудной промышленности Моспромстройматериалов, а также в итоге поиска и анализа имеющихся в литературе сведений. В основу данной классификации положена крупность продуктов переработки, определяющая необходимость использования операции измельчения. По этой классификации все технологические схемы по переработке отходов (отсевов) нерудных карьеров делятся на 2 класса. Первый - для получения товарных продуктов с использованием только разделительных операций, второй - для получения измельченных продуктов переработки.

В таблице 1 представлены типовые схемы переработки отходов, получаемых в процессе производства нерудных материалов. Определяющими технологическими операциями являются удаление комовой глины, разделение материала на фракции и по мере необходимости - измельчение.

Как видно из таблицы, в состав технологических схем входит традиционное оборудование, используемое для переработки нерудного сырья: корытные мойки, сушильные барабаны, вибрационные грохоты, оснащенные различными типами сит, пневмоклассификаторы, шаровые и стержневые барабанные, молотковые вибрационные мельницы, дезинтеграторы и др. Вместе с тем в последние годы

в указанных схемах нашли применение разработанные в МГГУ следующие типы высокоэффективного оборудования: для грохочения и классификации трудно-сортируемых отходов с высокой чистотой разделения по классам -виброгрохоты, оснащенные резинотросовыми струнными просеивающими поверхностями, дуговые и винтовые грохоты, пневмоклассификаторы с поддерживающей решеткой; для тонкого и сверхточного измельчения отходов -вибрационные мельницы с наклонными помольными камерами, планетарные мельницы; для промывки и удаления комовой глины - струйные и акустические мойки.

Анализ существующих и перспективных технологических схем по переработке отходов показывает, что при их проектировании необходимо обеспечить сочетание технологических машин в комплексе с такими режимными и конструктивными параметрами, которое бы обеспечило выполнение функциональных задач переработки с минимальными затратами при сохранении требуемого качества полученного продукта.

Для сравнительной оценки механических систем определенного назначения и различной производительности в работе [1] введен интегральный критерий «удельное действие», определяющий затраты механической системы в целом, отнесенные к единице эффекта. В зависимости от вида механической системы затраты могут быть выражены в виде энергии - времени, количества движений -времени и т.д. Главным удельным действием является такое удельное

действие, которое соответствует цели исследуемой механической системы.

Для оценки комплексов оборудования, входящих в состав технологических схем по переработке минерального сырья, в работе [2] предложен обобщенный критерий удельного действия, учитывающий затраты совокупной энергии -времени на получение единицы объема (массы) целевого продукта переработки, а также удельную металлоемкость перерабатывающего оборудования:

іі = ЇР • ‘2р 'ЇМ о

І=1 І=1

где Їр - суммарная потребляе-

І=1

мая мощность перерабатывающего оборудования; 1 - средняя продолжительность переработки при получении единичного объема (массы) целевого продукта переработки, С.; М - удельная металлоемкость перерабатывающего оборудования; п - число единиц оборудования, входящего в перерабатывающий комплекс. По результатам сопоставления сравниваемых схем, по удельным действиям выбираются схемы, «удельные действия» которых минимальные.

В таблице 2 приведены типовые (базовые) и альтернативные технологические схемы 1 класса сухой переработки карбонатных отходов на примере Пятовского карьера для получения товарных фракций щебня, фракций 10-20 мм, 3(5) - 10 мм и дробленого песка 3(5) мм, а также представлены результаты оценки эффективности использования оборудования, входящего в состав этих схем.

Как видно, применение альтернативных технологических схем в отличие от базовых предполагает вместо сушки исходного материала организацию сушки мелкого продукта разделения (кл -5(3) мм) с последующей классификацией, совмещенной с сухой очисткой продуктов разделения от пылевато-глинистых частиц. Однако, как показывает практика, при разделении отходов естествен-

ной влажности на 2 - ой стадии переработки удаление пылеватоглинистых частиц в операции сухой очистки (3-я стадия переработки) удается обеспечить при влажности мелких фракций, не превышающей 7-8 %.

В качестве безальтернативного оборудования для разделения отходов по кл. 20 (10) мм используются виброгрохоты типа ГИЛ или ГИС, оснащенные различными просеивающимися поверхностями. Для мелкой классификации могут быть использованы виброгрохоты, пневмоклассификаторы, дуговой и винтовой грохоты с неподвижными криволинейными просеивающими поверхностями, винтовой виброгрохот и другое оборудование. Выполнение условий по соблюдению качества и производительности по готовому продукту для базовых и альтернативных вариантов переработки отходов с использованием перечисленного оборудования подтверждено результатами проверенных в МГГУ исследований [3].

Были рассчитаны данные по определению обобщенного критерия удельных действий J применительно к рассматриваемым вариантам технологических схем при производительности по исходному материалу Qn = 100 т/ч

и Р. = 50 т/ч. Составляющие критерия, входящие в формулу (1), определились следующим образом.

Суммарные затраты мощности (энергии) определились расчетным путем по номинальным (табличным) значениям, приведенным в технических характеристиках стандартного и опытнопромышленного оборудования, что приемлемо при сопоставительных оценках. Они складываются из затрат мощности электродвигателей и расхода топлива с последующего пересчетом в энергию по формуле:

W = Q * С'* К (2)

где Р - расход топлива, кг.; С -441 * 105 - теплота сгорания дизельного топлива, дж/кг; К - 2,18

* 10- - переводной коэффициент из Дж в квт/ч.

Так как целевыми продуктами переработки данных технологических линий являются несколько получаемых в результате разделения товарных фракций, для сравнительного анализа среднюю продолжительность переработки при получении одной тоны суммарных продуктов можно определить по выражению:

1

(3)

ср

Р. П ЕІ

i=1

где Е1 - эффективность классификации отходов на 1-ой стадии; п -число стадий разделения.

Удельная металлоемкость перерабатывающего оборудования определялась с учетом обеспечения заданной производительности в каждом цикле переработки.

Сравнение представленных в таблице 2 вариантов технологических схем указывает на предпочтительность использования альтернативных способов переработки, так как имеет место экономия затрачиваемой энергии на сумму влажных отходов до стадии классификации. Эффективность грохочения на струнных ситах по кл. 20(10) мм в зависимости от производительности по исходному материалу при альтернативных способах на 12-14 % ниже, чем при базовых, что увеличивает среднюю продолжительность получения заданной массы продуктов переработки , однако выигрыш в мощности , затрачиваемой на переработку при этих способах, обеспечивает снижение критерия в 2-2,5 раза. Применение же

варианта переработки без сушки материала перед классификацией мелкого продукта, в которой в качестве разделительного оборудования применяется винтовой виброгрохот, позволяет добиться более чем 50-кратного снижения критерия J . Однако такой способ переработки может быть рекомендован в том случае, если

требования по содержанию загрязняющих примесей в продуктах разделения низкие (например, для приготовления минерального порошка для асфальтно-бетонных смесей).

Анализируя только альтернативные варианты технологических схем по степени уменьшения критерия удельных действий J , их

можно расположить в следующем порядке (по использованию оборудования на стадии мелкой классификации): пневмоклассифика-

ционные установки, вибрационный

грохот с струнными ситами, дуговые грохоты и винтовые грохоты.

Следовательно, сравнение указанных типов оборудования по критерию минимальных удельных действий указывает на целесообразность использования бесприводных грохотов с криволинейными просеивающими поверхностями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горский Б.Е. Динамическое совершенствование механических систем. Киев. «Техника», 1987 г. 201 стр.

2. Морозов В.И., Бардовский А.Д. Оценка перерабатывающего оборудования для получения нерудных строи-

тельных материалов из отходов минерального сырья: Сборник «Совершенствование технологии обогащения комплексных полезных ископаемых « -М.: МГГУ, 1996 г. С. 129-134.

3. Картавый Н.Г., Бардовский А.Д. Перспективы развития высокоэффективного классификационно-измельчительного оборудования для безотходного производства нерудных строительных материалов: Сборник «Проблемы комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых» -М., «Недра», 1989, С. 115-128.

© В.И. Морозов, А.Д. Бардовский, В.П. Жуков

A.К. Скурвидас, В.Е. Иванов, к.т.н.,

Центруглемаш Центруглемаш

B.И. Морозов, проф., д.т.н., В.В. Рогозов, проф., к.т.н.,

МГГУ Институт Гипроуглеавтоматизация

Принципы автоматизации очистных механизированных комплексов для подземной добычи угля

В России уголь является одним из важнейших сырьевых источников для энергетики, металлургии и химии. Правительство постоянно уделяет внимание развитию угольной промышленности. В настоящее время идет процесс реструктуризации угольной промышленности, который сопровождается повышением эффективности работы отрасли. В 1996г. подземным способом добыто 95 млн тонн угля, из них 80 % комплекс-но-механи-зированными забоями (КМЗ). Поэтому эффективная работа КМЗ во многом определяет эффективность функционирования шахты.

В настоящее время реализуется два направления: первое, повышение нагрузки на КМЗ и увеличения ресурса оборудования до 2-3 млн тонн; второе, переход к автоматизации оборудования механизированных комплексов. Анализ показывает, что экономически целесообразно ав-

томатизировать КМЗ, если его наработка на отказ составляет не менее 100 часов.

На механизированных комплексах нового поколения (КМ137, КМ138, КМ144,

КМ700/800, КМ142) наработка на отказ достигнута в пределах 35...40 час.

При автоматизации КМЗ реализуется:

1. Принцип функциональной надежности системы.

Механизированная крепь должна иметь систему гарантированного распора, передвижение секций с подпором, систему очистки рабочей жидкости, систему диагностики технического состояния гидропривода и др.

У очистного комбайна должна быть оптимальная структура привода, например, на базе частотного регулирования или асинхронных электромагнитных муфт. Комбайн оснащается электрическим приводом подачи с

вынесенными или встроенными бесцепными системами подачи. У них должны быть системы, обеспечивающие надежное торможение и удержание при стоянке, когда комбайн обесточен. Должно быть исключено несанкционированное включение комбайна. Также как и крепь, комбайн должен иметь развитую систему технической диагностики.

У забойного конвейера должна быть предусмотрены: система выравнивания нагрузки на приводах, текущая диагностика состояния обоих приводов и целостности тягового органа с выдачей результатов на портативный радиопульт и на центральный пульт управления; аварийная остановка конвейера при отклонении контролируемых параметров от предельных значений. Реализация этого принципа повышает как общую надежность КМЗ, так и надежность отдельных элементов.

2. Принцип унификации элементов систем автоматизации КМЗ.

Снижение затрат на изготовление и поддержание работоспособного состояния КМЗ в эксплуатации связано с унификацией всех его элементов, включая элементы систем автоматизации. Переход от ручного управления передвижкой секции крепи к дистанционному электрогидравлическому увеличивает затраты на автоматизацию КМЗ примерно в 2.2 раза.

Создание унифицированного ряда базовых датчиков, приборов и алгоритмов управления позволит комплектовать из них системы автоматизации с одинаковым уровнем независимо от конструкции секции крепи и количества машин и механизмов, входящих в состав КМЗ.

3. Принцип управляемости КМЗ предусматривает централизованное управление механизмами комплекса. Децентрализация управления повышает живучесть при отказах единичных технических средств и электропитания. Например, двухстороннее пооперационное и групповое управление секциями крепи при децентрализации интеллектуальных средств за счет максимальной информационно-командной нагрузки на контроллер секции дает возможность управлять крепью при отказе контроллера.

Реализация данного принципа в механизированных крепях обеспечивает: ручное пооперационное управление «влево-вправо» соседними секциями (передвижка секции с подпором, распор) и секцией оператора (выдвижка конвейера); управление «влево-вправо» соседними секциями, обеспечивающими подачу звукового сигнала перед выполнением алгоритма «цикл» (передвижка секции, распор, уведомление о завершении цикла и переход в режим ручного управления), а также отмена режима «цикл», групповое управле-

ние «влево-вправо» и «на себя-от себя» несколькими секциями за счет реализации алгоритма группового управления, состоящего из посекционного исполнения алгоритма и «цикл» и уведомление оператора об окончании группового управления по завершению алгоритма «цикл» последней секцией в группе и переход в режим ручного управления, а также отмена режима группового управления с немедленной остановкой исполняемой операции алгоритма «цикл» и переход в режим ручного управления.

4. Принцип перехода системы автоматизации КМЗ дополняет принцип управляемости. Он предусматривает три уровня автоматизации. Система низшего уровня автоматизации реализуется в гидравлическом и электрогидравли-ческом вариантах.

Гидравлическая система

управления механизмами одной секции, обеспечивающая ручное управление первым каскадом гидрораспределителя, второй каскад которого размещен на управляемой секции и соединен с первым каскадом гибким многожильным гидравлическим шлангом. Элек-трогидравлическая система дистанционного управления, предназначенная для управления всеми механизмами одной соседней секции с помощью электрогидрораспределителя соседней секции от модулей управления по многожильному гибкому кабелю. Контроль за операциями осуществляется оператором крепи визуально без использования датчиков.

Система среднего уровня автоматизации - электрогидравличе-ская, обеспечивающая управление всеми механизмами соседней секции в двух направлениях с помощью секционного пульта, реализованного на базе микропроцессорной техники. Сигналы управления передаются на соседние секции по информационным каналам. Контроль за использова-

нием операций осуществляет оператор крепи визуально с использованием информации от датчиков давления в рабочих цилиндрах распора.

Система высокого уровня это также электрогидравлическая система, которая имеет секционные и штрековые пульты управления на базе микропроцессорной техники, связанные между собой информационной магистралью. Аппаратура секции комплектуется датчиками, которые позволяют реализовать дистанционное - автоматизированное и автоматическое управление. На данном уровне автоматизации у комбайна предусмотрены:

♦ автоматическое поддержание рабочей скорости, обеспечиваемой встроенной системой подачи с электромагнитным тормозом, вплоть до остановки и реверса подачи при наличии препятствий движению;

♦ программный режим резания по гипсометрии пласта с использованием эталонного обучающего прохода;

♦ дистанционное управление всеми органами комбайна как с центрального пульта на штреке, так и с портативного радиопульта в лаве;

♦ полная диагностика состояния комбайна на штреке и на портативном пульте.

В настоящее время данные принципы реализуются в разрабатываемых в России системах автоматизации КМЗ. Для разработки систем автоматизации привлечены институты и предприятия оборонного комплекса. Разработаны и проходят опытно-промышленные испытания: система управления очистным комплексом (СОУК); комплекс средств автоматизированного управления секциями крепи М-146И (КСАУК-146); система кнопочного дистанционного управления механизированным комплексом.

© А.К. Скурвидас, В.Е. Иванов,

В.И. Морозов, В.В. Рогозов

Оценка эффективности использования оборудования для сухой переработки карбонатных отходов на примере

Пятовского карьера в технологических схемах I класса

Типовые технологические схемы переработки отходов нерудных карьеров