CC BY
0
УДК 621.311
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИТИЯХ
Р.В. Клюев
Представлены результаты проведения комплексного энергоаудита на Никелевом заводе - одном из структурных подразделений «ГМК «Норильский Никель». Приведены структурная схема электроснабжения завода, динамика потребления электроэнергии, показывающая, что основное потребление электроэнергии на предприятии идет на производство никеля (69 % из агломерата и 21 % от Надеждин-ского металлургического завода). Анализ динамики изменения потребления электроэнергии по основным технологическим процессам производства никеля из агломерата показывает ярко выраженную зависимость изменения объемов потребления электроэнергии на производство агломерата и плавку в руднотермических печах. Представлен анализ работы электропривода напряжением 0,4 и 6 кВ, для чего была проведена фиксация параметров нагрузки наиболее мощных двигателей в технологических цехах предприятия. Установлено, что для увеличения эффективности использования электроэнергии, а также для снижения влияния электропривода на нагрузочные потери питающей сети необходимо рассмотреть возможность замены отдельных, наиболее ненагруженных двигателей на двигатели меньшей мощности или применение частотного регулирования производительности технологического оборудования. Произведен расчет потерь электроэнергии в приводе 0,4 кВ, для чего были рассчитаны потери электроэнергии в номинальном и текущем режимах работы измеренных электродвигателей. Для примера произведен расчет потерь в номинальном и текущем режимах для двигателя транспортера плавильного цеха. Выявлено, что средний процент потерь электроэнергии в приводе 0,4 кВ составляет 12,2 % от собственного потребления. В ходе проведения комплексного энергетического обследования предприятия разработан ряд рекомендаций, направленных на повышение эффективности использования электроэнергии.
Ключевые слова: энергоаудит, Никелевый завод, потребление электроэнергии, электропривод, напряжение, потери электроэнергии, рудно-термическая печь.
Введение
В промышленной отрасли РФ значительную часть составляют горнодобывающие и перерабатывающие предприятия, на которых добываются различные полезные ископаемые, обогащаемые затем на обогатительных фабриках (ОФ) [1, 2]. Для такого горнотехнического комплекса (добыча руды на шахтах - обогащение на ОФ - выпуск готовой продукции на горных комбинатах (ГК)) в условиях постоянного роста тарифов на электроэнергию особую значимость приобретают вопросы эффективного использования энергии как на отдельных технологических участках, так и на предприятии в целом [3, 4]. Для решения этих вопросов необходимо проведение инструментального энергетического обследования (энергоаудита) с разработкой соответствующих мероприятий [5, 6].
Краткая характеристика объекта исследования
Никелевый завод (НЗ) является крупным структурным производственным подразделением ОАО «ЗФ «ГМК «Норильский Никель». Основной продукцией завода являются никель и кобальт. Также на предприятии производятся хлор и водород.
Для получения цветных металлов на никелевый завод поступает следующее сырьё: известняк, песчаник, уголь - от Управления закладочных технологических и строительных материалов (УЗТСМ); никелевый шлак, серная кислота от - медного завода (МЗ); файнштейн от -Надеждинского металлургического завода (НМЗ); богатая руда от рудников «Комсомольский» и «Таймырский»; вкрапленная руда - от рудника «Медвежий»; обороты металлосодержащих материалов НМЗ и МЗ.
Структуру предприятия образуют следующие цеха:
- агломерационная фабрика (АФ), включенная в состав завода как самостоятельный цех (АЦ);
- плавильный цех (ПЦ);
- цех электролиза никеля (ЦЭН);
- хлорно-кобальтовый цех (ХКЦ);
- обжиговый цех (ОЦ).
Агломерационный цех предназначен для переработки медно-никелевых концентратов в агломерат для термической плавки, а также производства бисульфита натрия из бедных газов агломерирующего обжига концентратов.
Функцией плавильного цеха является переработка бедного по содержанию цветных металлов сырья и металлосодержащих продуктов в файнштейн.
Основной задачей обжигового цеха является разделение перерабатываемого файнштейна на медный и никелевый концентрат.
Основной задачей хлорно-кобальтового цеха является производство кобальта огневого, оксида кобальта.
Цех электролиза никеля производит основную продукцию - никель.
Укрупненная структурная схема электроснабжения НЗ приведена на рис. 1.
Рис. 2 показывает, что основное потребление электроэнергии на предприятии идет на производство никеля (69 % - М из агломерата и 21 % - М НМЗ), при этом доля потребления на производство М НМЗ постоянно растет, а доля М из агломерата незначительно снижается. Данный факт подтверждает динамику изменения потребления в среднемесячных значениях показателей в % к 2005 г., представленную на рис. 3.
ТЭЦ-1
ЗРУ-35 кВ ОКБ
ГПП-1
РП-144
ьс
РП-35
РП-92
ГПП-18
] [
ГПП-Збис
ГПП-38
ч РП-14 1 ч РП-234
ч РП-17 ч РП-235
ч РП-9
н РП-877 «А» 1 ВК-9
РП-877 «Б» 1 ВК-10
ВК-11
И
ГПП-1бис
ГПП-17
—ЦРП-138 | —РП-879
—ЦРП-825 | —РП-885
—ЦРП-873 | —РП РБН-5
—ЦРП-134 | —РП-875
—ЦРП-807 | —РП-876
—ЦРП-826 | 1—>| РП-14 р—|
ВЛ-162
ВЛ-161
ВЛ-163
ВЛ-164
ВЛ-165
РПП-220
Рис. 1. Укрупненная структурная схема электроснабжения НЗ
Анализ фактического потребления электроэнергии
Динамика потребления электроэнергии по НЗ за 2005 - 2008 гг. представлена на рис. 2.
] № НМЗ - Прочее
] № из агломерата - Линейный (№ из агломерата)
] Со металлический Линейный (№ НМЗ)
140000 120000 100000 80000 60000 40000
20000 -
0 -
Рис. 2. Динамика потребления электроэнергии по НЗ в тыс. кВтч
за 2005 - 2008 гг.
ВЛ-167
ЗРУ-110 кВ
ЗРУ-35 кВ
ЗРУ-35 кВ
к печам РТП
На рис. 3 представлены тенденция роста потребления электроэнергии на производство М НМЗ (на протяжении всего исследуемого периода) и относительное постоянство потребления на производство М из агломерата и Со металлический (с незначительными отклонениями в 2006 г.).
N1 НМЗ ° N1 из агломерата ° Со металлический
Рис. 3. Динамика изменения потребления электроэнергии, в среднемесячных значениях показателей в % к 2005 г.
В связи с тем, что основная доля потребления электроэнергии идет на производство М из агломерата, рассмотрим динамику потребления электроэнергии по основным направлениям данного производства (рис. 4). Основное потребление электроэнергии при производстве М из агломерата идет на плавку в рудно-термических печах (РТП), электролиз и общецеховые расходы.
из агломерата в тыс. кВт*ч за 2005 - 2008 гг (по основным направлениям)
Для более полного анализа рассмотрим динамику изменения потребления по основным технологическим процессам в среднемесячных значениях показателей в % к 2005 г., представленную на рис. 5.
I Производство агломерата
] Печи РТП
■ Производство анодов
■ Электролиз
130% 120% 110% 100% 90% 80% 70%
Ь с
—о—о о о о-
О О о б б б о
II
1
1Ш
ч
Л н Л « Л Л н Л Л Л Л Л Л н Л « Л Л н Л Л Л Л Л Л н Л « Л Л н Л Л Л
а со и © & ц Л я ц О & & Л Л Л Сц со <и © & ч се я ц О & & & Л Л Сц со и © & ц се я ц О & & &
СЗ 33 и 1 33 2 к 1 3 Ю о ю о ю с? о к ю и св со Я 33 <и 1 33 2 К 1 3 Ю о ю о ю с? О к Ю и се со Я 33 <и 1 33 2 К 1 3 Ю о ю О ю « о аз
2005
2006
2007
Рис. 5. Динамика изменения потребления электроэнергии по основным технологическим процессам производства М из агломерата в среднемесячных значениях показателей в % к 2005 г.
Анализ показывает:
- ярко выраженную зависимость изменения объемов потребления электроэнергии на производство агломерата и плавку в рудно-термических печах [7 - 10] при этом наблюдается снижение уровня потребления в 2006 г.;
- относительное постоянство уровня потребления электроэнергии на электролиз до середины 2006 г. и дальнейшее его снижение в 2007 г.;
- незначительный рост потребления электроэнергии (на протяжении всего исследуемого периода) при производстве анодов.
Динамика изменения общего технологического и общего цехового потребления представлена на рис. 6, из которого следует, что при общем снижении уровня потребления электроэнергии на производство М из агломерата наблюдается значительный рост потребления на цеховые нужды [11, 12], что может говорить о снижении эффективности использования электроэнергии на общецеховые нужды.
Рис. 6. Динамика изменения общего технологического и общего цехового потребления электроэнергии при производстве М из агломерата в среднемесячных значениях показателей в % к 2005 г.
Анализ работы электропривода напряжением 0,4 кВ
Для анализа работы электропривода 0,4 кВ, была проведена фиксация параметров нагрузки наиболее мощных двигателей в технологических цехах предприятия. В табл. 1 приведены обобщенные результаты измерений приводов 0,66 (0,4) кВ.
Таблица 1
Обобщенные результаты измерений приводов 0,4 кВ_
Тип обору- Количество заме- Количество двигателей по степеням загрузки
ренных приводов менее 50% 50-70% более 70%
дования шт, % шт, % шт, % шт, %
Плавильный цех
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вентиляционное 30 78,95 15 50,00 13 43,833 2 6,67
Конвейерное 7 18,42 5 71,43 2 28,57 0 0,00
Насосное 1 2,63 0 0,00 1 100,00 0 0,00
Итого 38 100,00 20 52,63 16 42,11 2 5,26
Хлорно-кобальтовый цех
Вентиляционное 10 15,87 5 50,00 3 30,00 2 20,00
Вакуумнасо-сы 2 3,17 1 50,00 1 50,00 0 0,00
Компрессорное 1 1,59 0 0,00 1 100,00 0 0,00
Насосное 50 79,37 18 36,00 28 56,00 4 8,00
Итого 63 100,00 24 38,10 33 52,38 6 9,52
Агломерационный цех
Вентиляционное 18 33,33 10 55,56 8 44,44 0 0,00
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вакуумнасо-сы 16 29,63 1 6,25 10 62,50 5 31,25
Конвейерное 6 11,11 6 100,00 0 0,00 0 0,00
Насосное 12 22,22 6 50,00 6 50,00 0 0,00
Дробильное 2 3,70 2 100,00 0 0,00 0 0,00
Итого 54 100,00 25 46,30 24 44,44 5 9,26
Цех электролиза никеля
Вентиляционное 1 1,61 1 100,00 0 0,00 0 0,00
Вакуумнасо-сы 12 19,35 0 0,00 1 8,33 11 91,67
Насосное 49 79,03 9 18,37 27 55,10 13 26,53
Итого 62 100,00 10 16,13 28 45,16 24 38,71
Обжиговый цех
Вентиляционное 6 12,24 3 50,00 0 0,00 3 50,00
Вакуумнасо-сы 2 4,08 0 0,00 1 50,00 1 50,00
Конвейерное 5 10,20 5 100,00 0 0,00 0 0,00
Насосное 31 63,27 15 48,39 14 45,16 2 6,45
Флотационное 5 10,20 4 80,00 1 20,00 0 0,00
Итого 49 100,00 27 55,10 16 32,65 6 12,24
Итого по п редприятию
Вентиляционное 65 24,44 34 52,31 24 36,92 7 10,77
Вакуумнасо-сы 32 12,03 2 6,25 13 40,63 17 53,13
Конвейерное 18 6,77 16 88,89 2 11,11 0 0,00
Компрессорное 1 0,38 0 0,00 1 100,00 0 0,00
Насосное 143 53,76 48 33,57 76 53,15 19 13,29
Флотационное 5 1,88 4 80,00 1 20,00 0 0,00
Дробильное 2 0,75 2 100,00 0 0,00 0 0,00
Всего 266 100,00 106 39,85 117 43,98 43 16,17
Из табл. 1 следует, что всего был измерены 266 позиций, из которых основную долю составило насосное и вентиляционное оборудование, при этом с загрузкой менее 40 % работало:
-насосное оборудование - 48 шт., или 33,57 % от измеренного; -вентиляционное оборудование - 34 шт., или 52,31 % от измеренного;
-конвейерное оборудование - 16 шт., или 88,89 % от измеренного.
Известно, что эксплуатация недозагруженных двигателей наряду с неэффективным использованием электроэнергии из-за работы их не в номинальном режиме приводит к росту потребления реактивной мощности [13, 14]. Это, в свою очередь приводит к росту потребления суммарной мощности и тока, а также к увеличению загрузки питающих сетей и трансформаторов, что повышает нагрузочные потери в сети и снижает ее пропускную способность [15, 16]. Для увеличения эффективности использования электроэнергии, а также, для снижения влияния электропривода на нагрузочные потери питающей сети, необходимо рассмотреть: возможность замены отдельных, наиболее ненагруженных двигателей на двигатели меньшей мощности или применение частотного регулирования производительности технологического оборудования [17, 18].
Анализ работы электропривода напряжением 6 кВ
Для анализа работы высоковольтного электропривода были проведены замеры параметров потребления электроэнергии работающих высоковольтных двигателей (всего 26 шт.).
Результаты измерений показывают, что средний уровень загрузки электропривода 6 кВ на предприятии составляет 60 %, что ниже рекомендованного значения 70...80 %. Наименьшая загрузка высоковольтного привода наблюдалась в Агломерационном цехе (средняя загрузка составила 54 %), наибольшая загрузка наблюдалась в Цехе электролиза никеля (средняя загрузка составила 81 %).
Низкая загрузка электропривода, как правило, сопровождается снижением эффективности использования электроэнергии, в связи с чем, рекомендуется рассмотреть мероприятия по повышению эффективности работы электропривода, таких как замена на меньшую мощность, подбор исполнительных агрегатов, удовлетворяющих существующим нагрузкам и использование энергосберегающего оборудования [19, 20].
Расчет потерь электроэнергии в приводе 0,4 кВ.
Для оценки уровня потерь электроэнергии в электроприводе предприятия, были рассчитаны потери электроэнергии в номинальном и текущем режимах работы измеренных электродвигателей.
В связи с отсутствием данных о КПД приводов были приняты следующие допущения: режим работы приводов на момент проведения замеров соответствует нормальному режиму работы и остается неизменным в течение года; КПД приводов принят равным 90 %.
Для примера произведен расчет потерь в номинальном и текущем режиме для двигателя транспортера 21 СТ, Рн=200 кВт, плавильного цеха.
Потери в номинальном режиме работы электродвигателя
АР = ^^^ • Р , (1)
н ^ н
(1 - 0 92) Ар = V—^^ • 200 = 17,39 кВт,
н 0,92
где п - КПД двигателя; Рн - номинальная мощность, Текущие потери электроэнергии
АРтек = 0,35 • АРн + кз • 0,65 • АРн, (2)
АР = 0,35 • 17,39 + 0,21 • 0,65 • 17,39 = 7,51 кВт, тек
где кз - коэффициент загрузки двигателя.
Результаты расчета потерь электроэнергии в приводе 0,4 кВ по плавильному цеху представлены в табл. 2.
Таблица 2
Наименование Рном Р ^Рном dPтек dW
кВт кВт кВт кВт %
1 2 3 4 5 6
Плавильный цех
П-18 РТП-3 75 23,70 7,42 3,98 16,80
П-24 РТП-4 55 34,50 5,44 3,92 11,37
П-17 РТП-3 75 35,40 7,42 4,67 13,18
П-19 РТП-3 75 26,50 7,42 4,15 15,65
П-25 РТП-4 55 36,30 5,44 4,03 11,09
П-26 РТП-4 75 53,80 7,42 5,74 10,68
П-13 РТП-2 55 31,00 5,44 3,72 11,99
П-5 РТП-1 55 33,00 5,44 3,83 11,62
ТЗ-9 РТП-5 75 25,40 7,42 4,08 16,07
П-1 пульт РТП 55 20,10 5,44 3,08 15,32
ПН-1 пульпонасос 55 14,40 5,44 2,75 19,07
ПУ-11 МОУ РТП-5 55 4,70 5,44 2,18 46,36
П-38 РТП-5 75 39,70 7,42 4,92 12,39
ОМ-9 обдув мантеля 37 12,40 4,11 2,24 18,10
ОМ-10 обдув мантеля 37 5,70 4,11 1,81 31,74
П-27 РТП-4 55 31,50 5,44 3,75 11,89
П-28 РТП-4 55 48,03 5,44 4,71 9,81
П-29 РТП-4 75 37,10 7,42 4,77 12,85
АТУ-3А 40 22,30 4,44 3,01 13,48
ОМ-6 РТП-3 55 15,40 5,44 2,80 18,21
П-V Юж.эркер 75 34,20 7,42 4,60 13,44
П-П Юж.эркер 55 45,70 5,44 4,58 10,02
П-6А 55 30,90 5,44 3,71 12,01
П-15 75 29,90 7,42 4,35 14,53
П-5 РТП-1 75 27,30 7,42 4,19 15,36
П-4 55 19,90 5,44 3,07 15,42
П-14 75 10,10 7,42 3,19 31,55
АС-13 45 18,40 5,00 2,95 16,01
АС-14 45 15,40 5,00 2,75 17,86
КТ-160 (вент) 55 28,30 5,44 3,56 12,58
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5 6
транспортер 21 СТ 200 27,30 17,39 7,51 27,50
транспортер 21 К 45 10,50 5,00 2,43 23,17
Транспортер 19А 75 51,50 6,52 4,96 9,63
Транспортер 1А 40 19,10 4,44 2,80 14,64
Транспортер 16 20 5,90 1,74 0,92 15,52
Лотк. Питатель 51 55 9,80 4,78 2,18 22,28
Транспортер 16А 22 5,20 3,00 1,46 27,99
Н-1 дренажный насос 18,50 13,90 2,52 1,97 14,15
Итого по цеху 14,18
Таким образом, средний процент потерь электроэнергии в приводе 0,4 кВ составляет 12,2 % от собственного потребления. При расчетном потреблении электропривода 0,4 кВ в 2007 г. равном 192597,9 тыс. кВт-ч, общие потери составили 23496 тыс. кВт-ч в год.
Выводы
1. Представлены результаты проведения комплексного энергоаудита предприятия горной промышленности.
2. Анализ динамики изменения потребления электроэнергии по основным технологическим процессам производства никеля из агломерата показывает ярко выраженную зависимость изменения объемов потребления электроэнергии на производство агломерата и плавку в руднотермиче-ских печах.
3. Установлено, что для увеличения эффективности использования электроэнергии, а также, для снижения влияния электропривода на нагрузочные потери питающей сети, необходимо рассмотреть: возможность замены отдельных, наиболее ненагруженных двигателей на двигатели меньшей мощности или применение частотного регулирования производительности технологического оборудования.
4. Выявлено, что низкая загрузка электропривода, как правило, сопровождается снижением эффективности использования электроэнергии, в связи с чем, рекомендуется рассмотреть мероприятия по повышению эффективности работы электропривода, таких как замена на меньшую мощность, подбор исполнительных агрегатов, удовлетворяющих существующим нагрузкам и использование энергосберегающего оборудования.
5. В ходе проведения комплексного энергетического обследования предприятия разработаны следующие рекомендации, направленные на повышение эффективности использования электроэнергии:
- замена отдельных агрегатов (насосов, вентиляторов и т.д.), работающих на не расчетных режимах, характеризующихся низкой загрузкой электродвигателя и низким КПД исполнительного аппарата, что позволит
повысить эффективность использования электроэнергии, за счет общего повышения КПД;
- замена отдельных электродвигателей, работающих в режиме загрузки ниже 40 % (при отсутствии возможности замены совместно и исполнительным аппаратом), позволит снизить уровень потерь электроприводе;
- внедрение частотного регулирования производительности отдельных агрегатов (насосов, вентиляторов и т.д.), работающих в режимах переменной нагрузки, что позволит снизить электропотребление, за счет повышения эффективности регулирования производительности;
- модернизация системы освещения, включающая в себя замену ламп накаливания и ДРЛ на более эффективные источники света, а также замену морально устаревших электромагнитных пускорегулирующих устройств газоразрядных ламп на электронные;
- внедрение современных автоматизированных систем коммерческого и технического учета электроэнергии, что позволит осуществлять более жесткий контроль за потреблением электрической энергии предприятием и повысить точность коммерческого учета;
- внедрение на предприятии энергоменеджмента, основными функциями которого являются непрерывный контроль и управление внутренними энергетическими потоками предприятия.
Список литературы
1. Ge L., Quan L., Zhang X. Efficiency improvement and evaluation of electric hydraulic excavator with speed and displacement variable pump // Energy Conversion and Management 150. 2017. P. 62-71.
2. Tailings utilization and zinc extraction based on mechanochemical activation / V.I. Golik [and others] // Materials 2023. 16. 726. HTTPS: //DOI.ORG/ 10.3390/MA16020726.
3. Energy-saving effect of integrated cooling unit with rotary booster and compressor for data center / Yu Liu, Guoyuan Ma, Lianzheng Xue, Feng Zhou, Lei Wang // International Journal of Refrigeration. 2020. Vol. 119. P. 366-375.
4. Multi-dimensional analysis of air-conditioning energy use for energy-saving management in university teaching buildings / Xinyue Li [and others] // Building and Environment. 2020. Vol. 185. 07246.
5. Gutierrez G., Celeita D., Ramos G. Ground-directional solution to improve selectivity in underground mining power systems protection // Computers & Electrical Engineering 80. 2019.
6. Tiancheng Shang, Peihong Liu, Junxiong Guo. How to allocate energy-saving benefit for guaranteed savings EPC projects? A case of China // Energy. 2020. Vol. 191. 116499.
7. Estimation of energy consumption in machine learning / Eva García-Martín, Crefeda Faviola Rodrigues, Graham Riley, Hákan Grahn // Journal of Parallel and Distributed Computing. 2019. Vol. 134. P. 75-88.
8. Hamed Ghoddusi, Germán G.Creamer, Nima Rafizadeh. Machine learning in energy economics and finance: A review // Energy Rconomics. 2019. Vol. 81. P. 709-727.
9. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Efremenkov A.B. Recycling of metal ore mill tailings // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 682. P. 363-368.
10. Litvinenko V. S. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research, 2019. doi: 10.1007/s11053-019-09568-4.
11. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in economy of the depressed mining enterprises of the Russian Caucasus // International Business Management. 2015. Т. 9. № 6. P. 1210-1216.
12. Клюев Р.В., Босиков И.И., Гаврина О.А., Текиев М.Т. Оптимизация режимов работы синхронных двигателей для повышения пропускной способности сетей электроснабжения промышленных предприятий // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1. С. 272-293.
13. Статистическое исследование электропотребления карьера горно-металлургического комбината / Р.В. Клюев, И.И. Босиков, О.А. Гаврина, А.И. Тилов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 3. С. 133-146.
14. Performance evaluation of functioning of natural-industrial system of mining-processing complex with help of analytical and mathematical models / I. I. Bosikov, R. V. Klyuev, V. Ch. Revazov, D. E. Pilieva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 327 022013.
15. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damage at 110 kV substations in JSC IDGC of the North Caucasus- «Sev-kavkazenergo» // Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok). 2019. Inspec Accession Number 19229305 DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934076.
16. Оценка агроэкологического состояния агроландшафтов для повышения их устойчивости / В.Л. Татаринцев, Л.М. Татаринцев, Ф.К. Ерме-ков, Ю.С. Лисовская // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. Т.14. № 1. С. 76-86. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-76-86.
17. Баловцев С.В., Скопинцева О.В., Коликов К.С. Управление аэрологическими рисками в подготовительных выработках угольных шахт // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. Т. 14. № 1. С. 107-116. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-107-116.
18. Васильев П.В., Стась Г.В., Смирнова Е.В. Оценка риска травматизма при добыче полезных ископаемых // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 45-58.
19. Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Оценка влияния повторно используемых выработок на аэрологические риски на угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 2-1. С. 40-53. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-40-53.
20. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
Клюев Роман Владимирович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук
INCREASING THE EFFICIENCY OF ELECTRICITY USE IN MINING ENTERPRISES
R.V. Klyuev
The paper presents the results of a comprehensive energy audit at the nickel plant, one of the structural divisions of MMC Norilsk Nickel. A structural diagram of the plant's power supply is presented, the dynamics of electricity consumption is shown, showing that the main electricity consumption at the enterprise goes to the production of nickel (69% from the sinter and 21% from the Nadezhda Metallurgical Plant). Analysis of the dynamics of changes in electricity consumption for the main technological processes of nickel production from sinter shows a pronounced dependence of changes in the volume of electricity consumption for the production of sinter and smelting in ore-thermal furnaces. An analysis of the operation of electric drives with voltages of 0.4 kV and 6 kV is presented, for which the load parameters of the most powerful motors in the technological shops of the enterprise were recorded. It has been established that in order to increase the efficiency of energy use, as well as to reduce the influence of the electric drive on the load losses of the supply network, it is necessary to consider: the possibility of replacing individual, most unloaded motors with motors of lower power or the use of frequency control of the performance of process equipment. A calculation was made of electricity losses in a 0.4 kV drive, for which the electricity losses in the nominal and current operating modes of the measured electric motors were calculated. As an example, losses were calculated in nominal and current modes for the conveyor motor of a smelting shop. It was revealed that the average percentage of electricity losses in a 0.4 kV drive is 12.2 % of its own consumption. During a comprehensive energy audit of the enterprise, a number of recommendations were developed aimed at increasing the efficiency of energy use.
Key words: energy audit, Nickel plant, electricity consumption, electric drive, voltage, electricity losses, ore-thermal furnace.
Klyuev Roman Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences
Reference
1. Ge L., Quan L., Zhang X. Efficiency improvement and evaluation of electric hydraulic excavator with speed and displacement variable pump // Energy Conversion and Management 150. 2017. P. 62-71.
2. Tailings utilization and zinc extraction based on mechanochemical activation / V.I. Golik [and others] // Materials 2023, 16, 726. HTTPS://DOI.ORG/ 10.3390/MA16020726.
3. Energy-saving effect of integrated cooling unit with rotary booster and compressor for data center / Yu Liu, Guoyuan Ma, Lianzheng Xue, Feng Zhou, Lei Wang // International Journal of Refrigeration. 2020. Vol. 119. pp. 366-375.
4. Multi-dimensional analysis of air-conditioning energy use for ener-gy-saving management in university teaching buildings / Xinyue Li [and oth-ers] // Building and Environment. 2020. Vol. 185. 07246.
5. Gutierrez G., Celeita D., Ramos G. Ground-directional solution to improve selectivity in underground mining power systems protection // Computers & Electrical Engineering 80. 2019.
6. Tiancheng Shang, Peihong Liu, Junxiong Guo. How to allocate en-ergy-saving benefit for guaranteed savings EPC projects? A case of China // Energy. 2020. Vol. 191. 116499.
7. Estimation of energy consumption in machine learning / Eva Gar-cía-Martín, Crefeda Faviola Rodrigues, Graham Riley, Hákan Grahn // Jour-nal of Parallel and Distributed Computing. 2019. Vol. 134. Pp. 75-88.
8. Hamed Ghoddusi, Germán G.Creamer, Nima Rafizadeh. Machine learning in energy economics and finance: A review // Energy Rconomics. 2019. Vol. 81. Pp. 709-727.
9. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Efremenkov A.B. Recycling of metal ore mill tailings // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 682. Pp. 363-368.
10. Litvinenko V. S. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research, 2019. doi:10.1007/s11053-019-09568-4 .
11. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in economy of the depressed mining enterprises of the Russian Caucasus // International Business Management. 2015. Vol. 9. No. 6. Pp. 1210-1216.
12. Klyuyev R.V., Bosikov I.I., Gavrina O.A., Tekiev M.T. Optimization of operating modes of synchronous motors to increase the starting capacity of power supply networks of industrial enterprises // Proceedings of Tula State University. Earth Sciences. 2022. Issue 1. pp. 272-293.
13. Statistical study of power consumption of a mining and metallurgical combine quarry / R.V. Klyuyev, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina, A.I. Tilov // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2022. Issue 3. pp. 133-146.
14. Performance evaluation of functioning of natural-industrial sys-tem of mining-processing complex with help of analytical and mathematical models / I. I. Bosikov, R. V. Klyuev, V. Ch. Revazov, D. E. Pilieva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 327 022013.
15. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of techno-logical damage at 110 kV substations in JSC IDGC of the North Caucasus- «Sevkavkazenergo» // Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Mod-ern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok). 2019. Inspec Access Number 19229305 DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934076.
16. Assessment of the agroecological state of agricultural landscapes to increase their sustainability / V.L. Tatarintsev, L.M. Tatarintsev, F.K. Ermekov, Y.S. Lisovskaya // Sustainable development of mountainous territories. 2022. Vol.14. No. 1. pp. 76-86. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-76-86.
17. Balovtsev S.V., Skopintseva O.V., Kolikov K.S. Management of aerological risks in preparatory workings of coal mines // Sustainable development of mountain territories. 2022. Vol. 14. No. 1. pp. 107-116. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-107-116.
18. Vasiliev P.V., Stas G.V., Smirnova E.V. Assessment of injury risk in mining // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2016. Issue. 2. Pp. 45-58.
19. Balovtsev S. V., Skopintseva O. V. Assessment of the impact of reused workings on aerological risks in coal mines // Mining information and analytical bulletin. 2021. No. 21. pp. 40-53. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-40-53.
20. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials To- day: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/J.matpr.2020.10.139.
УДК - 622-1/-9
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАРУШЕНИЯ СХЕМЫ РАССТАНОВКИ РЕЗЦОВ ИЗ-ЗА ОТКАЗОВ РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЕЙ НА СИЛОВУЮ УРАВНОВЕШЕННОСТЬ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ
В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ
КОМБАЙНОВ
Ю.Н. Линник, А.Б. Жабин, В.Ю. Линник
При работе угледобывающих комбайнов на пластах сложного строения, содержащих крупные твердые включения и крепкие породные прослойки, что характерно для шахт Кузбасса, велика доля отказов резцедержателей, приводящих к систематическим нарушениям схемы расстановки резцов на исполнительном органе. Это приводит к увеличению неравномерности нагруженности исполнительного органа, оцениваемого конструктивным коэффициентом вариации суммарной силы резания за один оборот шнека Уы, и повышенной динамической нагруженности комбайна в целом.
Экспериментально установлено, что по мере отказов резцедержателей и с увеличением скорости подачи комбайна имеет место нарастание размахов варьирования потребляемой электродвигателями комбайна мощности, что отрицательно сказывается на устойчивом электромагнитном моменте и устойчивой мощности двигателей. В результате моделирования процесса разрушения пласта при различном числе отсутствующих резцов предложены расчетные зависимости, позволяющие оценивать силовую уравновешенность исполнительного органа с учетом систематических нарушений схемы расстановки резцов из-за отказов резцедержателей при работе угледобывающих комбайнов в реальных условиях разрушения угольных пластов.
Ключевые слова: угледобывающий комбайн, исполнительный орган, отказ резцедержателей, неравномерность нагруженности, угольный пласт, устойчивая мощность электродвигателей, электромагнитный момент, неравномерность нагруженно-сти, коэффициент вариации силы резания.
Введение. Важнейшим аспектом повышения надежности угледобывающих комбайнов, особенно при выемке пластов сложного строения, со-
