CC BY
175
УДК 622.733
В.Б.КУСКОВ, канд. техн. наук, доцент, (812)328-82-85 В.В.ЛЬВОВ, канд. техн. наук, ассистент, (812)328-82-85 Санкт-Петербургский государственный горный университет
V.B.KYSKOV, PhD in eng. sc., associate professor, (812)328-82-85 V.V.LVOV, PhD in eng. sc., assistant lecturer, (812)328-82-85 Saint Petersburg State Mining University
ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ В ГИДРОЦИКЛОНЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
Конструкция обогатительного гидроциклона «Water-only» для обогащения угля разработана и испытана. Разработана схема автоматического управления работой гидроциклона. Применение автоматического управления позволило повысить технологические показатели обогащения.
Ключевые слова: автоматизация, классификация, обогащение, уголь, гидроциклон «Water-only».
METHOD FOR COAL PREPARATION WITH AUTOMATIC
CONTROL
The design of a concentrating hydrocyclone «Water-only» for coal preparation is developed and tested. The scheme of automatic control is developed by hydrocyclone work. Automatic control application has allowed raising technological indices of concentration.
Key words: automation, classification, concentration, coal, hydrocyclone «Water-only».
Как известно, гидроциклоны обычно применяются в качестве классифицирующих аппаратов, а также для обезвоживания и обесшламливания. Для обогащения обычно применяются тяжелосредние (суспензионные) гидроциклоны, в которых производится разделение сравнительно мелких частиц по плотности в тяжелой суспензии*. Суспензионные гидроциклоны, несмотря на высокую эффективность разделения, имеют и ряд недостатков. В таких аппаратах необходимо использовать утяжелитель, который приходится постоянно покупать, так как часть утяжелителя безвозвратно те-
* Иофа М.Б. Обогащение мелкого угля в тяжелосредних гидроциклонах / М.Б.Иофа, Л.С.Зарубин, В.И.Хайдактн. М.: Недра, 1978.
Iofa M.B., Zarubin L.S., Khaidaktn V.I. Enrichment of fine coal in hydrocyclones with the heavy environment. Moscow: Nedra, 1978.
ряется с продуктами разделения. Кроме того, схемы обогащения в тяжелосредних гидроциклонах сложны. Они кроме собственно операции разделения в гидроциклоне включают и операции приготовления суспензии, отмывки и регенерации утяжелителя, что приводит к существенному удорожанию процесса.
Еще одним видом обогатительных циклонов являются так называемые коротко-конусные гидроциклоны (сейчас их часто называют циклоны «Water-only»). Было установлено, что с увеличением угла конусности циклона все больше проявляется влияние плотности частиц на результаты их разделения. Так, циклоны, использующиеся для классификации (угол конусности 10 или 20°), делят частицы преимущественно по крупности, а циклоны с углом конусности 90° и более - по плотности.
Рис. 1. Обогатительный циклон с параболической нижней частью
1 - цилиндрическая; 2 - параболическая; 3 - верхняя плоская крышка; 4 - питающий патрубок; 5 - сливной патрубок; 6 - песковая насадка
Рис.3. Опытные образцы гидроциклонов
Рис.2. Обогатительный циклон с параболической верхней частью
1 - цилиндрическая; 2 - параболическая;
3 - верхняя параболическая крышка;
4 - питающий патрубок; 5 - сливной
патрубок; 6 - песковая насадка
Рис.4. Схема автоматического управления гдроциклоном
1
6
На результаты разделения в циклонах «Water-only» влияют те же факторы, что и на работу обычных классифицирующих гидроциклонов (диаметр циклона, угол конусности, размеры патрубков, давление на входе и т.д.). Кроме того, появляются новые факторы: профиль конической части, высота
цилиндрической части и некоторые другие факторы.
Были испытаны гидроциклоны разных размеров и с различными профилями рабочих поверхностей. Из испытанных конструкций наилучшие показатели дали гидроциклоны с параболической нижней частью (рис.1).
_ 25
Санкт-Петербург. 2011
Математическое моделирование показало, что для повышения эффективности разделения в таком циклоне верхнюю крышку лучше изготавливать не плоской, а параболической, повторяющей профиль нижней части (рис.2).
Внешний вид опытных образцов гидроциклонов приведен на рис.3.
Серия предварительных исследований была направлена в основном на экспериментальное подтверждение работоспособности такого аппарата, а также на разработку схемы его автоматизации.
Эксперименты показали, что при разжижении пульпы (Ж:Т) меньше 5 %, существенно ухудшаются технологические показатели. Увеличение разжижения от 5 до 10 % фактически не улучшает технологические показатели, но при этом снижается производительность по твердому, растут затраты на дальнейшее обезвоживание. Поскольку соотношение Ж: Т исходных шла-мов меньше 5 %, то, очевидно, что разделение в циклоне следует вести при минимально возможном соотношении Ж: Т, а именно от 5 до 6 %. Поэтому первой задачей автоматизации процесса обогащения в циклоне является автоматическое поддержание Ж: Т
в этих пределах. Это позволит получить оптимальные технологические показатели и снизить затраты на обогащение за счет минимизации расхода воды и снижении затрат на обезвоживание.
Существенно влияет на работу гидроциклонов (особенно обогатительных) давление на его входе. Для стабилизации давления на входе в суспензионный циклон обычно подается питание не через насос, а через специальный напорный бак. Но такая подача усложняет технологическую схему за счет нестабильного уровня угольных шламов в баке и увеличивает капитальные затраты. Автоматическое регулирование давления на входе производится с помощью насоса, оснащенного двигателем с регулируемой частотой вращения, и позволяет упростить и удешевить процесс без снижения технологических показателей.
На рис.4 представлена принципиальная схема автоматизации гидроциклона. Реализация управления происходит следующим способом. Измеряют расход пульпы в сливе и песках гидроциклона 1 расходомерами 2 и 3. Данные в виде электрических сигналов поступают в регулирующий микроконтроллер 4. В микроконтроллере
Результаты испытаний гидроциклона
Показатель Выход, % Содержание, % Извлечение, %
гидроциклона Зола Сера общая Зола Сера общая
Плоская верхняя крышка
Хвосты 45,2 65,60 1,42 76,98 66,50
Концентрат 54,8 16,18 0,59 23,02 33,50
Итого: 100,0 38,52 0,97 100,00 100,00
Параболическая верхняя крышка
Хвосты 45,9 66,61 1,61 79,26 76,06
Концентрат 54,1 14,79 0,43 20,74 23,94
Итого: 100,0 38,58 0,97 100,00 100,00
Плоская верхняя крышка
(с автоматическим управлением)
Хвосты 46,1 69,32 1,72 82,50 83,53
Концентрат 53,9 12,58 0,29 17,50 16,47
Итого: 100,0 38,74 0,95 100,00 100,00
Параболическая верхняя крышка
(с автоматическим управлением)
Хвосты 46,9 71,22 1,81 86,27 88,39
Концентрат 53,1 10,01 0,21 13,73 11,61
Итого: 100,0 38,72 0,96 100,00 100,00
они сравниваются с заданной величиной соотношения измеренных расходов, которые определяются при тарировке системы в зависимости от типа руд. При разбалансе с учетом знака полученного рассогласования вырабатывается управляющий импульс, который через исполнительный механизм 5 воздействует на регулирующий орган 6, изменяя сечение песковой насадки, чтобы убрать возникший разбаланс (при увеличении соотношения разбаланса дается команда на увеличение песковой насадки и наоборот). Для управления песковой насадкой предлагается резиновая насадка - тор , управляемая с помощью пневматического исполнительного механизма.
Применение данного способа автоматического управления гидроциклоном позволяет улучшить качество разделения и поддержать заданную крупность углей, что сказывается на технико-экономических показателях обогащения.
Предварительные испытания велись на угольных шламах крупностью - 1 мм (см. таблицу). Основные параметры гидроциклона: диаметр и высота цилиндрической части 100 мм, высота нижней параболической части 60 мм.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
* Поваров АМ. Способ автоматического регулирования гидроциклоном / А.М.Поваров, М.Г.Забиров // Обогащение руд. 1958. № 3.
Povarov A.M., ZabirovM.G. A way of automatic control by a hydrocyclone // Enrichment of ores. 1958. N 3.
_ 27
Санкт-Петербург. 2011
