Зависимости электропотребления основных электроприемников обогатительных фабрик алмазодобывающей отрасли Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.В. Ляхомский, А.В. Скоробогатов, В. В. Евсеенко, 2005

УДК 622.7:622.371:621.31

А.В. Ляхомский, А.В. Скоробогатов, В.В. Евсеенко

ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ

Семинар № 17

"П настоящее время развитие алмазной .О промышленности широко требует повышения эффективности в потреблении энергоресурсов в частности электроэнергии. В алмаза добывающей отрасли в нашей стране себестоимость продукции очень высока и значительную долю в ней составляют энергозатраты. В следствии указанного, задача по снижению и рационализации электропотребления является актуальной.

Для выявления возможностей повышения эффективности потребления электроэнергии при обогащении алмазосодержащей руды на обогатительных фабрика компании ЗАО «АЛРОСА» в период с января по октябрь 2004 года был проведен ряд экспериментов по определению режимов электропотребления основного электрооборудования.

Экспериментальные обследования режимов электропотребления базируется на следующем:

1. Наблюдаемые признаки, обуславливающие процесс ЭП, являются случайными величинами, что предполагает соответствующее обеспечение планирования эксперимента (обследования) на основе выборочного метода. В числе основных вопросов в этом случае встают вопросы образования выборочной совокупности и определения числа членов (числа наблюдений) выборок.

Число членов (выборок) определяется как в случае собственно-случайной повторной выборки.

п=12*ст02/62, (1)

где 1 - значение случайной величины, при котором нормальная функция распределения Ф (х) равна выбранной доверительной вероятности Р; ст02 - дисперсия случайной величины в генеральной совокупности; А - предельная ошибка выборки, характеризующаяся наи-

большим отклонением выборочной средней от генеральной средней при заданной доверительной вероятности.

Имеются рекомендации о числе измерений (наблюдений) при исследовании режимов ЭП. В соответствии с этими рекомендациями точность при определении расчетных величин должна быть в пределах ±10 %.

При индивидуальных экспериментальных исследованиях, когда дисперсия определяется из статистической обработки замеров, рекомендуемое значение относительной ошибки составляют ±15 %, которое дает допуск в значении расчетной нагрузки на уровне 3-5 %. При этом количество замеров должно быть не менее 30-60, а число смен, в течение которых идет эксперимент, не менее 3-х.

При планировании экспериментальных исследований для обеспечения должной степени репрезентативности выбор электроустановок осуществляется с охватом всех технологических групп горных машин, механизмов, установок методом серийного отбора с последующей организацией технических выборок, на основе технологического признака.

2. Оценка энергозатрат должна производиться в нормализованных условиях, предполагающих: комплектацию оборудования в соответствии с проектной документацией; соответствие исполнения электрического и механического оборудования условиям эксплуатации, а их основных технических характеристик - паспортным данным; эксплуатация электромеханического оборудования в условиях, регламентированных правилами технической эксплуатации и др. инструкциями; соответствием качества электроэнергии стандарту (ГОСТ-13109-87*).

3. Экспериментальная установка должна обеспечить измерения и регистрацию значений расхода электроэнергии за определенные промежутки времени при работе электроприемников основных технологических процессов. В качестве интервала осреднения, при определении параметров режимов ЭП, приняты интервалы от 5 секунд до 1 часа.

Регистрация режимов электропотребления выполнялась с помощью приборов -анализаторов электропотребления ЛЯ-5, который позволяет измерять, вычислять, сохранять в памяти и трансформировать в память компьютеров основные параметры: пофазные и суммарные (для трехфазной системы) активные, емкостные, индуктивные мощности, токи, напряжения, частоту, коэффициент мощности, показатели качества электрической энергии.

Экспериментальные обследования режимов электропотребления машин и установок и энергоемкости процессов выполняются в следующем порядке:

1. Составляется первичная документация по эксперименту, включающая: карту эксперимента; схему исследуемой электроустановки; сведения об установленном оборудовании.

2. На выбранном фидере производится измерение и регистрация параметров режимов электропотребления с помощью экспериментальной установки, а так же снимаются контрольные показания приборов учета электроэнергии, расположенных в ячейке, питающей исследуемый электроприемник.

3. Регистрируются сменные расходы электроэнергии и производительности основных энергоемких потребителей.

4. По результатам измерений строятся графики электрических нагрузок, показатели энергоемкости, электробаланс.

5. Производится статистическая обработка результатов эксперимента.

Полученная в результате экспериментальных исследований информация характеризует процесс ЭП как сложное явление, для установления параметров, зависимостей и закономерностей которого тре-

буется выполнение процедур, основанных на положениях теории распределений, факторного и корреляционного анализа и др.

Для обработки статистических данных целесообразно использовать существующие пакеты программ. Для анализа данных по режимам электропотребления были применены пакеты программ БІаНвНеа, БРББ и др.

База данных для анализа режимов электропотребления производственных комплексов включает в себя данные измерений проведенных исследований и статистические данные оперативной отчетности предприятий.

Объемы проведенных экспериментальных исследований характеризуются следующим.

1. Периоды исследований с 03.01. по 18.01., с 26.04. по 15.05, с 15.07. по 08.10., с 30.10. по 6.11. 2004 г.

2. Предприятия, на которых производились экспериментальные исследования:

Таблица 1

Объем экспериментального материала при исследовании режимов электропотребления УГОКа

№ Потребитель Кол-во измерений в реализациях

1 Мельница самоизмельчения 1663

2 Пластинчатый питатель 1754

3 Наклонный ленточный конвейер 744

4 Ленточный конвейер 101

5 Дробилка 360

6 Питатель дробилки 360

7 Главный ленточный конвейер №1 первый двигатель 772

8 Главный ленточный конвейер №1 второй двигатель 772

9 Насос № 16 360

10 Насос № 23 360

11 Насос № 24 360

12 Пульпонасосная станция №1 первый двигатель 48

13 Пульпонасосная станция №2 первый двигатель 360

Таблица 2

Объем экспериментальны исследований режимов электропотребления потребителей АГОКа

№ Потребитель Кол-во измерений

Фабрика № 8

1 Мельница №1 300

2 Мельница № 2 820

3 Воздуходувка 356

4 Насос ГРАТ 350/40 84

5 Насос № 2 ГРАТ 225/40 167

6 Насос ГРАТ 400 162

7 Насос ГРАТ 600/65 39

8 Питатель пластинчатый 600

9 Питатель пластинчатый 336

10 Насосная свежей воды 120

Фабрика № 14

1 Вентилятор № 2 39

2 Дренажный насос 41

3 Воздуходувка отсадочных машин 56

4 Мельница № 3 1498

5 Конвейер, рудоподготовка 36

6 Конвейер, обогащение 1350

7 Конвейер, обогащение 1170

8 Насос обогащения ГРАТ1400/40 210

9 Насос обогащения ГРАТ1400/40 1400

10 Отсадочная машина 3 1508

11 Отсадочная машина 2 640

Таблица 3

Объем экспериментальны исследований режимов электропотребления потребителей МГОКа

- Удачнинский ГОК (карьер «Удачный», Фабрика №12, ЦХХ, ПТЭС и ЖХ)

- Айхальский ГОК (карьер «Юбилейный», Фабрика №8, Фабрика №14)

- Мирнинский ГОК (рудник «Интернациональный», рудник «Мир», Фабрика № 3, драга 202)

3. Исследования охватили следующие основные технологические потребители электрической энергии: дробилки, питатели, мель-

ницы конвейера, насосы, воздуходувки, экскаваторы, буровые станки, драги и др.

4. По каждому электроприемнику получены реализации следующих параметров:

- Напряжения (пофазные и среднее по трем фазам);

- Тока (пофазный и средний по трем фазам);

- Активной мощности (по-фазная и средняя по трем фазам);

- Реактивной мощности (пофазная и средняя по трем фазам);

- Активной энергии (по-фазная и средняя по трем фазам);

- Реактивной энергии (по-фазная и средняя по трем фазам);

- Коэффициента мощности (пофазный и средний по трем фазам);

- Гармоники (с 3-й по 52-ю);

- Частоты.

5. Объемы экспериментального статистического материала приведены в табл. 1-3.

Общий объем составил свыше 37 тысяч экспериментальных точек.

В связи с тем, что большая доля электропотребления относится к участку рудоподго-товки обогатительных фабрик компании была поставлена задача в определении режимов работы силового электрообо-рубования вышеуказанного участка. Из всего имеющегося на участке оборудовании было принято к исследованию нижеперечисленное:

- мельницы мокрого самоизмельче-ния(ММС)

- пластинчатые питатели

- дробилки и их питатели

- ленточные конвейера

- насосы гидротранспорта

- воздуходувки

У указанных потребителей с помощью прибора ЛЯ. 5 были сняты их электрические

№ Потребитель Кол-во измерений

Фабрика № 3

1 Дробилка 1030

2 Насос ГР 1 940

3 Насос ГРАТ 17 275

4 Насос ГРАТ 19 480

5 Ввод с трансформатора 270

6 Мельница 1 285

Таблица 4

Статистические характеристики распределений активной мощности (кВт) электропотребителей УГОКа

Наименование Руст Кол-во Среднее Медиа- Мода Асси- Эксцесс с.к.о.

электропотре- кВт знач. на метрия

бителя

Фабрика №12

ММС1 3300 563 2896 2894 2889 -0,03 -0,004 18,44

ММС2 3300 32 2264 2213 2201 0,22 -0,872 122,5

ММС4 4000 96 2334 2345 2306 0,08 -1,6 30,2

ММС6 3300 66 2553 2637 МиШрІе -1,91 2,69 180,4

ММС7 3300 96 2567 2614 2614 -1,37 0,58 113,7

ПП1 55 559 17,81 19,03 20,54 -1,33 1,3 4,2

ПП2 55 32 5,64 5,56 МиШрІе 0,65 -0,38 2,35

ПП4 55 96 11,02 11,37 11,88 -0,45 -0,52 2,12

ПП6 55 68 13,68 13,88 15,26 -0,4 0,94 2,6

ПП7 55 96 15,73 16,64 МиШрІе -0,88 0,11 4,11

Дробилка 400 358 74,11 45,75 45,22 2,32 5,86 52,97

Питатель дробилки 32 351 10,3 13,14 МиШрІе -0,48 -1,29 6,6

ГЛК1 первый двигатель 315 53 128,01 135 МиШрІе -0,67 -0,001 40,32

ГЛК1 второй двигатель 315 51 103,01 107 121 -0,68 0,07 27,61

ЛК123 90 96 18 18,23 МиШрІе -0,41 -0,7 1,57

НЛК1 40 24 11,13 11,04 МиШрІе 0,13 1,06 1,14

Насос №16 1000 296 684,3 683,54 683,54 -5,34 62,79 19,14

Насос №23 1000 360 796,41 797,73 807,22 0,21 1,25 30,04

Насос № 24 1000 960 549,89 542,25 МиШрІе 0,1 -0,24 34,04

параметры (напряжение, активная и реактивная энергия, ток, частота и т.д.)

Статистические характеристики распределений активной мощности электропотребителей УГОКа приведены в табл. 4.

Анализ статистических характеристик показывает, что средние нагрузки технологических электроприемников по активной мощности находятся в пределах (от номинальных мощностей приведенных электродвигателей):

- для мельниц от 0,58 до 0,88;

- для питателей от 0,10 до 0,32;

- для дробилки - 0,18;

- для ленточных конвейеров от 0,2 до 0,41;

- насосы от 0,55 до 0,8.

Значительная часть технологических электроприемников имеет статистически неоднородный характер нагрузок, о чем свидетельствует полимодальность распределений. Это указывает на нестабильный характер работы технологического обору-дования.

Варьирование активных нагрузок около срединных значений имеет относительно невысокий уровень, о чем свидетельствуют значения среднеквадратических отклонений.

Статистические характеристики распределений активной мощности электропотребителей АГОКа приведены в табл. 5.

Анализ статистических характеристик свидетельствует, что средние нагрузки технологических электроприемников по активной мощности находятся в пределах (от номинальных мощностей приведенных электродвигателей):

- для мельниц от 0,51 до 0,58;

- для питателей от 0,49 до 0,64;

- для насосов гидротранспорта от 0,56 до 1,08;

- для насоса свежей воды 0,75;

- для насоса пенной сепарации 0,40;

- для отсадочных машин 0,47;

- для воздуходувок от 0,65 до 0,74.

Полученные данные показывают, что

практически все электроприемники работают со значительной недогрузкой. Исключение

Таблица 5

Статистические характеристики распределений активной мощности (кВт) электропотребителей АГОКа

Наименова-ние Руст Кол-во Среднее Медиа- Мода Асси- Эксцесс с.к.о.

электропотре- бителя кВт знач. на метрия

Фабрика №14

ММС3 5600 1446 2846 3147 3248 -1,65 1,49 808,25

Конвейер обо- 132 1329 92 107 107 -2,12 2,58 36,26

гащения

Насос обога- 630 194 696 718 754 -2,89 16,46 71,24

щения

Дренажный на- 132 56 73 74 75 -1,48 2,79 2,26

сос

Отсадочная 9000 162 425 419 419 2,45 5,58 19,36

машина (Вт)

Воздуходувка 200 56 147 149 149 -6,84 49,55 20,72

Фабрика №8

ММС1 1600 300 882 903,01 МиШрІе -3,69 24,42 89,91

ММС2 1600 754 908 928,32 МиШрІе -2,54 10,35 120,71

ПП1 75 479 48 20,00 20,00 2,15 2,71 70,11

ПП2 75 344 36 50,00 50,00 -0,46 -1,03 22,96

Насосная све- 530 122 397 398,93 398,93 -9,49 97,87 20,73

жей воды

Насос пенной 160 167 64 65,00 66,00 4,89 36,78 3,37

сепарации

воздуходувка 200 373 131 135,00 135,00 -5,77 32,27 20,46

составляет один из обследованных насосов, у которого даже наблюдалась перегрузка (насос разгрузки мельниц). В целом режимы электропотребления технологических потребителей АГОКа, так же как и УГОКа, могут характеризоваться как недостаточно эффективные.

Неоднородный характер энергетических нагрузок для электроприемников АГОКа наблюдается несколько реже, чем для электроприемников УГОКа. Изменчивость режимов электропотребления характеризуется уровнем, аналогичным для режимов электропотребления

УГОКа.

Статистические характеристики распределений активной мощности электропотребителей МГОКа приведены в табл. 6.

Анализируемые статистики распределений показывают, что средние нагрузки технологических электроприемников по активной мощности находятся в пределах (от номинальных мощностей приводных двигателей):

- для мельниц - 0,67;

- для дробилок - 0,10 (режим холостого хода);

- для насосов гидротранспорта - 0,78;

Таблица 6

Статистические характеристики распределений активной мощности (кВт) электропотребителей МГОКа

Наименование Руст Кол-во Среднее Медиа- Мода Асси- Эксцесс с.к.о.

электро- кВт знач. на метрия

потребителя

Фабрика №3

Ввод 16000 259 8806 9926 9958 -2 2,66 2545,08

ММС1 1600 274 1075 1088 МиШрІе -3,89 18,17 105,67

Дробилка 250 558 25 25 26 -0,33 -0,94 0,30

Насос ГРАТ 1600 1600 399 1252 1253 1245 -0,12 -0,34 35,93

- для вводного трансформатора фабрики - - для вводных трансформаторов драг - от

0,55; 0,38 до 0,45;

№

Наименование потребителя

Закон распределения

Фабрика №12

Мельница самоизмельчения №1

/ (Р) =

уріж *18,44

Мельница самоизмельчения №2

/ (Р) =

Т2л*122,46

Мельница самоизмельчения №4

/ (Р) =

л/2л*30,2

Мельница самоизмельчения №6

/ (Р) =

Т2л*180,39

Мельница самоизмельчения №7

/ (Р) =

1

72^*113,73

Пластинчатый питатель №1

/ (Р) =

1

\/2л *4,2

Пластинчатый питатель №2

/ (Р) =

л/!Л *2,35

Пластинчатый питатель №4

/ (Р) =

1

■ЛП*2,12

Пластинчатый питатель №6

/ (Р) =

\/2л *2,6

10

Пластинчатый питатель №7

/ (Р) =

*4,11

11

Наклонный ленточный конвейер

/ (Р) =

■72л *1,14

12

13

14

Ленточный конвейер

/ (Р) =

л/2л *1,57

Дробилка

Питатель дробилки

/ (Р) =

л/5Л*6,6

15

Главный ленточный конвейер №1 первый двигатель

/ (Р)=

(Р-128,01)2 1_________Л 2*40,322

-\/2л *40,32

16

Главный ленточный конвейер №1 второй двигатель

/ (Р) =

л/2л* 27,61

17

Насос № 16

/ (Р) =

л/2п*19,14

18

Насос № 23

/ (Р) =

л/2л* 24,18

19

Насос № 24

/ (Р) =

4!л *34,04

(Р-2896,92)

1

(Р-2264,64)

1

2*122,46

2

(Р-2334,34)

1

2*30,2

3

(Р-2553,11)

2*180,39

4

(Р-2587,48)

2*113.73

5

2*4,2

6

1

2*2,35

7

8

1

2*2,6

9

(Р-15,73) і .,*,,,2

2*4,11

( Р-11,13)

1 і «2

2*6,6

(Р-103,01)

1

1

(Р-796,41)

2*24,18

№ Наименование потребителя Закон распределения

Фабрика №14

1 Дренажный насос , (Р-73,5)2 /(Р) = 1 е 2*2,“2 ■ЛЯ *2,26

2 Воздуходувка отсадочных машин , (Р-147,96)2 /(Р) - 1 е 2*2“,721 ■Ля *20,72

3 Мельница № 3 . (Р-2846,89)2 /(Р) - 1 е 2*808,241 л/2я *808,24

4 Конвейер, обогащение , (Р-92,05 )2 /(Р) - 1 е 1*36,151 ЛЯ *36,25

5 Насос обогащения ГРАТ1400/40 (P-696,91)1 /(Р) - 1 е 1*71,14l Л/2Я *71,24

6 Отсадочная машина 2 , (Р-425,42)2 /(Р) = 1 е 2*19,362 ЛЯ *19,36

Фабрика №8

7 Мельница №1 (Р-882,41)2 /(Р) - _ 1 е 1*89,9I1 Ля *89,91

8 Мельница № 2 (Р-908,73)2 /(Р) - 1 е 2*120,7l1 ^/1Я*I10,7I

9 Воздуходувка (Р-131,06)2 /(Р) - 1 е 2*20,45l -ПЯ *20,45

10 Насос № 2 ГРАТ 225/40 (Р-64,67)2 /(Р) -^ е 2*3,362 л/2Я*3,36

11 Питатель пластинчатый № 1 (Р-4,81)2 /(Р) - 1 е 2*7,012 Т2Я*7,01

12 Питатель пластинчатый №2 , (Р-3,69)2 /(Р) - е 2*2,29l ЛЯ * 2,29

13 Насосная свежей воды , (P-387,1I)1 /(Р) - 1 е 1*10,731 Ля *20,73

- для черпаковой цепи - от 0,33 до 0,38;

- для вводного трансформатора рудника -0,40;

- для вентилятора главного проветривания - 0,48;

- для станции замораживания - 0,71;

- для компрессоров - 0,75.

Приведенные данные показывают, что загрузка основных технологических электроприемников производится недостаточно, что приводит к ухудшению энергетических пока-

зателей и, как следствие, к снижению эффективности режимов электропотребления.

Изменчивость потребляемой активной мощности, как случайной величины имеет относительно невысокий уровень.

Часть электроприемников имеет статистически неоднородный характер электропотребления, что говорит о нестабильности работы технологических установок, оборудования, что приводит к снижению эффективности электропотребления.

№ Наименование потребителя Закон распределения

Фабрика №3

1 Дробилка (P-25,37)2 f (P) -г- e 2*0-31 л/2Л*о,з

2 Насос ГРАД 1 , (P-1252,05)2 f(P) - 1 e 2*35’932 *35,93

3 Ввод с трансформатора . (P-8806,34)2 f(P) - 1 e 2*2545-072 V2n *2545,07

4 Мельница 1 , (P-1075,33)2 f (P) - 1 e 2*105-672 V2ff *105,67

Для описания режимов электропотребления технологических машин и установок, как случайных величин требуется установить их законы распределения. В этой связи с помощью критерия Колмагорова (при доверительной вероятности 0,95) были проверены гистограммы о принадлежности полученных экспериментальных распределений, к законам: нормальному, экспоненциальному, бета, гамма, Вейбула, логарифмически нормальному. Проверка статистических гипотез показала, что экспериментальные распределения лучше всего соответствуют нормальному закону распределения.

В одном случае (для дробилки фабрики №12) экспериментальное распределение

лучше соответствует экспоненциальному закону.

Законы распределения активной мощности основных типов технологических электроприемников предприятий АК «Алроса» приведены в табл. 7-9.

Полученные законы распределения достаточно надежно и достоверно позволяют идентифицировать режимы потребления активной мощности основными технологическими установками машинами и оборудованием предприятий АК «Алроса».

По результатам проделанной работы были получены зависимости электропотребления основного технологического оборудования обогатительных фабрик компании, определены параметры и режимы электропотребления, их статистические характеристики. Определены законы распределения активной мощности потребителей.

Вышеизложенные результаты исследования режимов потребления активной мощности могут служить базой для принятия управленческих решений по планированию, повышению, энергетических показателей, повышению эффективности электропотребления на предприятиях АК «Алроса».

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------

Ляхомский А.В., Скоробогатов А.В. - Московский государственный горный университет, Евсеенко В.В. - ЗАО «АЛРОСА».

-А