CC BY
25
Zatsepina Violetta Iosifovna, doctor of technical sciences, professor, vizatsepi-na@yandex.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Voblikov Evgeny Yurievich, postgraduate, voblikov.90@mail.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
УДК 621.926.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-39-43
ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТРЕХСТАДИЙНОГО ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ КОНУСНЫМИ ДРОБИЛКАМИ
И.А. Деревнин, Г.И. Бабокин
Дана оценка энергоэффективности процесса подготовки руды крупностью -12 мм по трехстадийной схеме дробления конусными дробилками и с замкнутым режимом работы грохота с дробилкой мелкого дробления. Показано что применение конусных дробилок взамен шаровой мельницы позволяет снизить удельный расход электрической на процесс подготовки руды на 21... 27%.
Ключевые слова: конусная дробилка, рудоподготовка, энергоэффективность, дробление, удельный расход электрической энергии.
Процессы дробления и измельчения минерального сырья в горной и строительной промышленности являются широко распространенными и энергоемкими технологическими процессами, потребляющими около 20% от потребляемой горно-обогатительным предприятием электрической энергии [1]. Поэтому выбор оборудования и разработка технических решений, обеспечивающих повышение энергоэффективности процесса рудоподготовки являются актуальными.
Тенденция развития рудоподготовки — это использование высокопроизводительного оборудования большой единичной мощности и интенсификация процессов дробления. Для дробления материалов применяются щековые, молотковые и конусные дробилки. Наибольшее применение для дробления твердых материалов нашли конусные дробилки, в которых раздавливание кусков материала происходит внутри неподвижной конусообразной чаши конусом, совершающим круговое качение. Конусные дробилки применяются для крупного, среднего и мелкого дробления. При вращении головка подвижного конуса с одной стороны приближается к корпусу, разрушая куски сырья, а с другой - удаляется от него, обеспечивая высыпание продукта [1,2.3,4].
В практике дробления средних по крепости и крепких руд (коэффициенты крепости по Протодьяконову 8-20) применяют щековые и конусные дробилки крупного дробления, а также конусные дробилки среднего и мелкого дробления, а для измельчения - стержневые и шаровые мельницы. Установлено [3], что при современных характеристиках перечисленного дробильного оборудования экономично подавать в мельницы как можно более мелкий материал: для стержневых крупностью 15-20 мм, для шаровых - 10-15 мм.
Целью работы является оценка энергоэффективности применения в условиях ЗИФ «Вернинское» трехстадийного процесса дробления с конусными дробилками крупного, среднего и мелкого дробления, с замкнутым режимом работы грохота, для подготовки руды крупностью -12 мм взамен использования одной мельницы мокрого измельчения ММПС-7,0х4,2.
В качестве параметра, характеризующего энергоэффективность работы оборудования принят удельный расход электроэнергии. определяемый как отношение мощности электрической энергии, потребляемой электроприводом дробилки, к ее производительности. В процессе рудоподготовки оценивались затраты энергии на дробление и измельчение, без учета затрат на вспомогательные процессы: питание рудой, охлаждение и вентиляцию.
Параметры рудоподготовки предприятия: плотность руды - 2,8 т/м3; крупность максимального куска руда, поступающего с карьера на дробление - 300 мм; крупность максимального куска руды, поступающего в шаровую мельницу - 12 мм; производительность обогатительной фабрики по руде 2,95 млн т/г; режим работы - непрерывный.
Предлагаемая трехстадиальная схема дробления с замкнутым режимом работы грохота с дробилкой мелкого дробления представлены на рис. 1.
ИсхоЭная руЗа 1
!. Дробление (крупное)
Грохочение 1 II. Дроблен 1 е (среЗнее]
]е (мелкое]
Грпхпчение II III. Дроблен
Но измельчение
Рис. 1. Трехстадийная схема дробления с замкнутым режимом работы грохота
с дробилкой мелкого дробления
В соответствии с исходными данным были рассчитаны необходимая производительность, степень дробления, ширина разгрузочной щели дробилок. В результате для каждой стадии были обоснованы параметры и выбраны необходимые конусные дробилки: первая стадия (крупное дробление) - дробилка ККД-500/75; вторая стадия (среднее дробление) - дробилка КСД-2200 и грохот ГИТ51М; третья стадия (мелкое дробление) - дробилка КМД-3000-П и грохот ГСТ72М-1.
Технические параметры выбранных дробилок представлены в табл. 1
Технические параметры конусных дробилок
Таблица 1
Параметр ККД-500/75 КСД-2200Т КМД-3000Т-П
Диаметр основания дробящего конуса, мм 1200 2200 3000
Ширина приемного отверстия на открытой стороне, мм 500 275 95
Наибольший размер кусков исходного материала, мм 400 250 75
Диапазон регулирования ширины выходной щели в фазе сближения профилей 75 15-30 6-20
Производительность на материале с временным сопротивлением сжатию 100-150 Мпа и влагосодержанием до 4% в открытом цикле, не менее 200 180-360 320-440
Мощность электродвигателя, кВт 110 250 400
При определении энергетических параметров выбранных дробилок мощность электрической энергии, потребляемой электроприводом, определялась по формуле [ 2 ]:
где о- временное сопротивление сжатию исходного материала, МПа; Д< - диаметр основания дробящего конуса, м; Е - модуль упругости материала, МПа; п - механический КПД привода; Ав и ёСв - средневзвешенный размер, соответственно, исходного материала и продукта дробления, м; п - частота вращения (качаний) дробящего конуса, об/с; кпр - суммарный поправочный коэффициент учитывающий типоразмер и конструктивное исполнение дробилки, динамику процесса дробления и степень заполнения камеры дробления.
При расчете суммарного поправочного коэффициента кпр для конкретной дробилки принято, что максимальная мощность дробилки потребляется при минимальной выходной щели и максимальном размере загружаемого тела и равна 0,75^ст, КПД привода равен 0,85.
40
Временное сопротивление сжатию исходного материала о - 160 МПа; модуль упругости материала Е - 7000 МПа; коэффициент разрыхления материала ц - 0,5; плотность руды рм - 2,8 т/м3.
По формуле (1) для предельных параметров материала дробилки и максимальной установленной мощности дробилки найден коэффициент Кщ,:
_ 0,01224£'лМдв
Объемная производительность конусных дробилок определялась по формуле [5]:
V = (2)
где 1 = - высота зоны параллельности; ц - коэффициент разрыхления материала.
При анализе конструктивных особенностей конусных дробилок [6,7,8,9] было установлено, что удельное энергопотребление зависит от параметров руды-сопротивление сжатию, модуль упругости, коэффициент разрыхления, плотность, размер исходного и конечного материала, скорости вращения конуса, величины выходной щели и конструктивных особенностей конусной дробилки-диаметра основания подвижного конуса, высоты зоны параллельности. При этом параметры руды, конструктивные особенности дробилки являются постоянными параметрами, а скорость вращения задается так, чтобы материал успевал разгружаться за время половины оборота эксцентрикового стакана. Поэтому при анализе энергетических характеристик конусных дробилок в качестве переменной величины принята ширина выходной щели, обеспечивающая заданный размер конечного продукта.
В результате расчетов энергетических характеристик дробилок по формулам (1,2) были построены зависимости удельного энергопотребления дробилок среднего и мелкого дробления от величины выходной щели, представленные на рис. 2.
£ 1
и 0,8
3
0,6 0,4 0,2 0
«ч
• КСД-2200Т КМД-3000-П
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035
d, м
Рис. 2. Зависимости удельного энергопотребления конусных дробилок от ширины выходной щели
Из данных рис. 2 следует, что при увеличении ширины выходной щели конусной дробилок КСД-2200Т и КМД-3000-П от 0,015м до 0,03м удельное энергопотребление снижается в виде гиперболической функции, соответственно, от 1,1 кВт ч/м3 до 0,55 кВт ч/м3 и от 0,97 кВт ч/м3 до 0,27 кВт ч/м3. Дробилка крупного дробления ККД-500/75 имеет неизменную ширину щели и постоянное удельное энергопотребление, равное 0, 159 кВт ч/т.
Параметры энергопотребления на каждой стадии дробления для предложенной схемы процесса рудоподготовки (рис. 1), представлены в табл. 2.
Таблица 2
Энергетические параметры конусных дробилок_
Параметр Конусная дробилка
ККД-500/75 КСД-2200 КМД-3000-П
Производительность м3/ч 180 114 373
Производительность т/ч 504 323 1044,4
Потребляемая мощность, кВт 80 199 298
Удельное энергопотребление, кВт ч/т 0,159 0,62 0,285
Энергетические параметры грохотов, применяемых в предложенной схеме дробления представлены в табл. 3.
Таблица 3
Энергетические параметры грохотов_
Параметр Грохот
ГИТ51М ГСТ72М-1
Производительность м3/ч 47 370
Производительность т/ч 131,6 1035
Потребляемая мощность, кВт 14,8 44
Удельное энергопотребление, кВт ч/т 0,112 0,0425
В соответствии с данными табл. 3 и 4 установлено, что суммарное удельного энергопотребление трехстадийной схемы дробления с замкнутым режимом работы грохота с дробилкой мелкого дробления равно 1,22 кВт ч/т. Энергопотребление мельницы ММПС-7,0х4,2 зависит от значения коэффициента Бонда и колеблется от 1,48 кВт ч/т до 1,55 кВт ч/т. Таким образом, предложенная трехстадийная схема дробления, заменяющая мельницу мокрого полусамо-измельчения, при одинаковых размерах входного и конечного продукта, позволяет снизить затраты на электроэнергию на 21-27%.
Заключение.
1. Обоснованы энергетические параметры электрооборудования трехстадийной схемы дробления конусными дробилками с замкнутым режимом работы грохота для подготовки руды крупностью - 12 мм.
2. Разработана методика расчета удельного расхода электрической энергии конусных дробилок КСД-2200 иКМД-3000-П и показано, что с увеличением ширины выходной щели дробилки удельный расход снижается по гиперболической зависимости.
3. Применение трехстадийной схемы дробления конусными дробилками с замкнутым режимом работы грохота с дробилкой мелкого дробления взамен шаровой мельницы полуса-моизмельчения, в условиях ЗИФ «Вернинское», позволяет снизить удельный расход электрической энергии на процесс подготовки руды на 21-27%.
Список литературы
1. Червяков С.А. Обоснование конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилок: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук (05.05.06) / Червяков Сергей Алексеевич; Уральский государственный горный университет. -Екатеринбург, 2004. 24 с.
2. Пономарев В.Б., Лошкарев А.Б. Щековые и конусные дробилки: методические указания по курсовому проектированию. Екатеринбург: ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ, 2008. 71 с.
3. Кусков В.Б., Львов В.В. Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы специалиста // Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Санкт-петербург, 2013. 52 с.
4. Софронов В.Л. Машины и аппараты химических производств. Северск: СГТА, 2008.
263 с.
5. Лагунова Ю.А. Энергопотребление при дроблении горных пород конусными дробилками // Известия УГГГА: сб. науч. ст. Екатеринбург, 2000. №9. С. 158-161.
6. Фурин В.О., Федулов К.А., Турьянский Б.В. Интеллектуальные конусные дробилки ПАО «Уралмашзавод» // Научно-технический и производственный журнал: горная промышленность. 2016. №6 (130). С. 15-20.
7. Терещенко А.Н. Кинематический расчет конусной дробилки // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова: Сборник труд. конф. Белгород, 2017. С. 2297-2304.
8. Игнаткина В.А. Обогащение полезных ископаемых // Издательский Дом НИТУ «МИСиС». М.: Издательский Дом НИТУ «МИСиС». 2020.
9. Поскребышев В.А., Радина Т.Н., Ефремов И.М. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий // Братский государственный технический университет. Братск, 2002.
Деревнин Игорь Андреевич, магистрант, igor_derevnin121@mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический институт «МИСиС»,
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор, babokinginov@yandex. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический институт «МИСиС»
EVALUTION OF THE ENERGUEFFICIENCY OF THE THREE-STAGE CRUSHING PROCESS
BY CONE CRUSHERS
I.A. Derevnin, G.I. Babokin
An assessment of the energy efficiency of the process of preparing ore with a size of -12 mm according to a three-stage crushing scheme with cone crushers and with a closed mode of operation of a screen with a fine crushing crusher is given. It is shown that the use of cone crushers instead of a ball mill makes it possible to reduce the specific consumption of electric power for the ore preparation process by 21-27%.
Key words. cone crusher, ore preparation, energy efficiency, and crushing, specific consumption of electrical energy.
Derevnin Igor Andreevich, master, derevnin_ia@mail.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS», Mining Institute,
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, babokingi-nov@yandex.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS», Mining Institute
УДК 621.341.572:621.372.852
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-43-51
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ ГЛИНОЗЕМНОГО
ЗАВОДА В ЛАМ ДОНГЕ, ВЬЕТНАМ
Ю.В. Шевырев, До Тхань Лич
Приведено решения по повышению качества электроэнергии в системах электроснабжения с нелинейными нагрузками на примере системы электроснабжения глиноземного завода в Лам Донге, Вьетнам. На основании выполненных исследований сделан вывод о необходимости одновременного применения в схеме электроснабжения с нелинейными нагрузками активных фильтров гармоник и статических компенсаторов реактивной мощности. Данное решение улучшает коэффициент мощности системы электроснабжения и устраняет воздействие высших гармоник на производственную деятельность предприятия.
Ключевые слова: система электроснабжения, нелинейная нагрузка, реактивная мощность, высшие гармоники, математическая модель, статический компенсатор реактивной мощности, активный фильтр гармоник.
Введение. Обоснование решений по повышению качества электроэнергии приведено на примере системы электроснабжения глиноземного завод в Лам Донге, Вьетнаме) [1], который представляет собой предприятие мощностью 650 тысяч тонн глинозема в год. Электроэнергия на глиноземный завод поступает от двух линий электропередачи 110 кВ. На самом заводе имеются две трансформаторные подстанции 20 МВА для понижения напряжения 110 кВ до 6 кВ. От двух трансформаторов 110/6 кВ напряжение 6 кВ подаётся на распределительные станции ПД1...ПД6. От станций ПД1...ПД6 получают электроэнергию подстанции низкого напряжения 6/0,4 кВ [1].
Для регулирования скорости электродвигателей различных машин и механизмов широко используются преобразователи частоты, которые являются нелинейной нагрузкой для системы электроснабжения. Наличие нелинейных нагрузок на низковольтных станциях 0,4 кВ приводит к перегреву кабеля и повреждению изоляции. Также возможен перегрев двигателя,
