Повышение эффективности работы водно-шламовых систем углеобогатительных фабрик за счет сокращения продолжительности нестационарного режима (стр. 2 )

Связь работы с научными программами, планами, темами. В основу работы положенные результаты исследований, выполненных в рамках госбюджетной темы Д13-07 «Научные основе управления замкнутыми технологическими циклами с учетом нестационарности и транспортного запаздывания» (№ госрегистрации 0107U001418), исполнителем которой был автор диссертационной работы.

Целью работы является обоснование параметров оценки эффективности работы ВШС углеобогатительных фабрик.

Для достижения поставленной цели в работе решаются основные задачи:

- разработать методику исследования работы замкнутых циклов с применением ориентированных графов, которая учитывает инерционность поступления питания;

- разработать критерий оценки эффективности работы ВШС;

- выполнить исследование работы ВШС ГОФ «Луганска» и ЦОФ «Чумаковская» с учетом инерционных свойств систем и провести анализ полученных результатов;

- исследовать изменение характеристик лабораторного гидроциклона при работе в замкнутом цикле с продуктами разделения и разном гранулометрическом составе питания;

- разработать и внедрить технологические рекомендации.

Объект исследований – замкнутые технологические циклы регенерации шламовых вод с различными инерционными свойствами.

Предмет исследований - параметры процесса накопления шлама в ВШС.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы такие методы исследований: научное обобщение и систематизация - для определения путей повышения эффективности работы замкнутых циклов; аналитический – для моделирования работы ВШС с учетом инерционности элементов системы; экспериментальный – для исследования работы лабораторного гидроциклона в замкнутом цикле с продуктами разделения; промышленная апробация – для проверки разработанных рекомендаций и определения их эффективности.

Идея работы заключается в использовании теории графов и численного метода итераций для анализа работы ВШС, которая дает возможность определить рациональный вариант ее построения.

Научная новизна полученных результатов.

Научные положения, которые выносятся на защиту:

1.  Суммарная энергия, необходимая для сокращения длительности переходных процессов, определяется количеством циркулирующего шлама и длительностью нестационарного режима работы и рассчитывается как сумма начальной энергии, которая затрачивается системой на транспортировку потоков без накопления шлама, и энергии, которая тратится за период нестационарной работы схемы. При этом количество циркулирующего шлама увеличивает значение энергии, а инерционность - длительность ее затрат, что позволяет оценить процесс накопления шлама от начала работы схемы до выхода на стационарный режим и определить рациональную топологию схемы.

2.  Кинетика накопления шлама в узлах и аппаратах ВШС имеет скачкообразный характер, при этом длительность стабилизации процесса накопления нелинейно зависит от инерционных свойств системы. Это позволяет определить ожидаемую продолжительность процесса накопления для тонкого и зернистого шлама при известных транспортных задержках в системе и направления ее совершенствования.

Степень новизны полученных результатов:

-  впервые в результате численного моделирования с использованием теории графов установлено преобладающее влияние транспортных задержек вводных потоков в пределах от 200 до 400с и значительных объемов пульпы для ВШС на длительность нестационарного режима ее работы по сравнению с выводными потоками и увеличении времени стабилизации содержимого шлама на 10-15%, что позволяет определить рациональную длину коммуникаций;

-  впервые выявлены критические значения количеств выводимого шлама, составляющие для тонкого шлама 0,3, для зернистого – 0,4-0,5 долей од., ниже которых накопление шлама и время достижения его равновесной концентрации резко увеличиваются, что способствует определению необходимого количества вывода шлама;

-  установлено, что параллельное соединение аппаратов с низкими инерционными свойствами является средством сокращения инерционности технологических маршрутов, при этом разделительные свойства аппаратов и пропускная способность операции остаются неизменными, а скорость выведения шлама через маршруты увеличивается на 30%, что сокращает длительность нестационарного режима на 15-20% и повышает эффективность работы схемы в целом;

-  показано, что циркуляция потоков зернистых частиц в большей степени изменяет (на 20-25%) сепарационные характеристики гидроциклонов по сравнению с циркуляцией тонких, что позволяет оптимизировать режим работы гидроциклонов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, подтверждается: корректностью поставленных задач, использованием эффективных апробированных методов их решения и статистически значимым объемом экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и промышленных условиях.

Научное значение работы заключается в определенные зависимости времени достижения равновесной концентрации шлама от суммарной инерционности системы, которая для тонкого шлама имеет вид экспоненты, а для зернистого – прямой линии. Коэффициенты в зависимостях являются индивидуальными для каждой системы регенерации оборотных вод. Это позволило определить направления совершенствования топологии сложных замкнутых технологических циклов.

Практическое значение полученных результатов.

1. Полученные результаты применяются для исследования, анализа, усовершенствования и повышения эффективности работы замкнутых технологических циклов, на углеобогатительных фабриках.

2. В ходе лабораторных исследований установлено, что циркуляция потоков зернистых частиц повышает среднюю крупность питания гидроциклонов и продуктов разделения, содержание твердого в питании и приводит к изменению сепарационных характеристик. При этом граничная крупность разделения увеличивается в 1,5-2 раза.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по повышению эффективности работы ВШС внедрены: на ГОФ «Луганская» для сокращения циркуляций шлама в обратной воде и длительности нестационарного режима, в Донецком национальном техническом университете на кафедре обогащения полезных ископаемых при чтении курсов «Проектирования обогатительных фабрик», «Технология обогащения угля», при курсовом и дипломном проектировании по специальности «Обогащения полезных ископаемых». Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предложенных рекомендаций на ГОФ «Луганская» составляет около 20 тыс. грн. в год.

Личный вклад соискателя заключается в формулировке проблемы, цели, идеи, задач исследования, научных положений, выводов и рекомендаций, а также в теоретическом решении поставленных задач, в проведении экспериментальных исследований, в обработке и анализе результатов, в проведении промышленных испытаний и внедрении результатов работы.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертации докладывались на международных научно-практических и научно-технических конференциях: «Горная энергомеханика и автоматика» (Донецк, 2008), «Форум горняков» (Днепропетровск, 2005), «Устойчивое развитие горно-металлургической промышленности" (Кривой рог, 2005, 2006), на международных научно-практических конференциях по обогащению полезных ископаемых (Донецкая обл., м. Бердянск, 2012).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 14 научных работах, из которых 14 в научных специализированных профессиональных периодических изданиях, материалы конференции 4, 5 работ в соавторстве.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка использованных источников, из 134 наименований, 4 дополнений, 69 рисунков, 13 таблиц. Объем работы - 203 страницы. Объем основного текста - 167 страниц.

ВЫВОДЫ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой решена актуальная научно-практическая задача обоснования параметров, определяющих повышение эффективности работы ВШС углеобогатительных фабрик путем установления нелинейной зависимости времени достижения равновесной концентрации шлама в оборотной воде от инерционности системы, что позволило определить направления совершенствования топологии сложных замкнутых технологических циклов.

Нелинейные зависимости для исследуемых схем имеют вид степенной функции Т = 6,7 I 0,97 и Т = 3,6 I 0,9.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1.  Работа комплексов регенерации шламовых вод воспроизводится по схемам замещения, построенным с применением ориентированных графов с заданными длинами дуг. При этом учитываются все основные технологические факторы: коэффициенты распределения шлама, сепарационные характеристики аппаратов, инерционность узлов и шламовых потоков, топология схемы.

2.  Энергия, необходимая для сокращения продолжительности переходных процессов, определяется количеством циркулирующего шлама и длительностью нестационарного режима работы и рассчитывается как сумма начальной энергии, затрачиваемой системой на транспортирование потоков без накопления шлама, и энергии, затрачиваемой за период нестационарной работы схемы. При этом количество циркулирующего шлама увеличивает значение энергии, а инерционность - продолжительность ее затрат, что позволяет оценить процесс накопления шлама от начала работы схемы до выхода на стационарный режим и определить рациональную топологию схемы.

3.  Впервые установлено, что транспортные задержки входящих потоков в пределах от 200 до 400с для ВШС углеобогатительных фабрик и значительные объемы пульпы в потоках играют определяющую роль в продолжительности нестационарного режима работы по сравнению с выводящими потоками, увеличивая время стабилизации содержания шлама на 10-15%.

4.  Параллельное соединение аппаратов с низкими инерционными свойствами является средством сокращения инерционности технологических маршрутов. При этом разделительные свойства аппаратов и пропускная способность операции остаются неизменными, а скорость вывода шлама увеличивается, что сокращает продолжительность нестационарного режима и повышает эффективность работы схемы в целом.