Дослідження енергоспоживання приводом млина в промислових умовах

Дослідження проводились на дослідній секції збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК обладнаної млином само подрібнення МБ-90-30 А продуктивністю 300 т/год. Для можливості встановлення залежності споживаної потужності від частоти обертання і завантаження барабана млина привід включав двигун постійного току і синхронний СДМ3-2-24-55-80 потужністю 4000 кВт. В процесі проведення досліджень змінювались частота обертання млина від 3-х до 11-ти об/хв. та заповнення барабана рудою від 28% до 55%. Для підвищення достовірності результатів досліджень в кожному із вищеприведених режимів млин працював не менше трьох робочих змін, а заміри споживаної потужності записувались осцилографом.

Дослідженнями електроспоживання приводом млина ММС-90-30 в промислових умовах збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК встановлено, що потужність, яка споживається приводом млина залежить, в основному, від ступеня заповнення барабана, відносної частоти обертання і ККД приводу. Питомі витрати електроенергії залежать також від продуктивності млина (рис. 3.8,3.9, 3.10) [74-76], [114].

Мал. 3.8 – Залежність споживаної потужності від частоти обертання барабану млину при різному ступені заповнення його рудою: 1-4 - для нової футерівки; 5 - для зношеної футерівки

(1-φ=0,28; 2-φ=0,33; 3-φ=0,38; 4-φ=0,46; 5-φ=0,55)

Рис. 3.9 – Енергетична діаграма розподілення і втрат потужності в елементах приводу млина МБ-90-30:

Р₁, Р₂ -потужності, споживані синхронними двигунами і двигунами постійного струму; Р₃ - корисна потужність на валі двигуна постійного струму; Р₄- потужність на виході редуктора; Р₅ - корисна потужність, яка передається на барабан млину; Δ Р₁, ΔР₂, Δ Р₃, ΔР₄ - втрати потужності відповідно в обертаючому перетворювачі, в двигуні постійного струму, редукторі та відкритій зубчатій передачі

а) б)

Рис. 3.10– Залежність питомих витрат електроенергії млина ММС-70-23 (а) і МБ-90-30 (б) від продуктивності за питомим споживанням

 

У табл. 3.2 наведені дані по однотипних млинах, що виготовляються вітчизняними заводами і закордонними фірмами. Подані дані показують, що питома енергоємність приводу млина (відношення встановленої потужності приводу до об'єму млина) більш висока на вітчизняних млинах. Це пояснюється наявністю на них більш високих ступенів заповнення барабанів при роботі й більш високими частотами обертання. Тому при подальших розробках і створенні нових млинів підвищеного об'єму потрібен ретельний аналіз і обгрунтування вибору таких параметрів як частота обертання і ступінь заповнення барабана.

У частині приводів, установлених на подрібнювальному устаткуванні збагачувальних фабрик ГЗК України, доцільно при їхній реконструкції розглянути питання деякого зниження частоти обертання барабана на млинах II і IIІ стадії, шляхом установки нових валів-шестерень зі зменшеним числом зубів. Таке зниження відносної частоти обертання з 80 до 75-78% від критичної може зменшити витрати електроенергії на приводах млинів II і III стадій від 2 до 5%, що складе близько 100 млн. кВт. год за рік.

Приводи рудорозмельних млинів різних типів, що виготовляються в даний час Новокраматорським машинобудівним заводом (НКМЗ) і Сизранським турбобудівним заводом (СТЗ) обладнані, здебільшого, синхронними двигунами і відкритою зубчастою передачею. Виключення складають млини СТЗ типу ММС-70х23, привід яких складається зі швидкохідного (1000 хв.^-1) і синхронного двигуна,

2-східчастого редуктора і відкритої зубчастої передачі. Як показав досвід експлуатації, застосування редуктора зв'язано не тільки зі збільшенням експлуатаційних витрат (за рахунок ремонтів редуктора), але і зменшеному коефіцієнті технічного використання (КТВ) млина і ККД приводу. Останнє неминуче призводить до збільшення електроспоживання млинами цього типу, приблизно, на 5%.

Дослідженнями проведеними разом з інститутом Механобрчермет і з Інгулецьким ГЗК привід млина ММС 70х23 був визнаний технічно й економічно недоцільним. У зв'язку з цим був зроблений вибір, обгрунтування та випробування нового приводу млина ММС 70х23 на базі тихохідного (125 хв.^-1) синхронного двигуна, що виключає застосування редуктора (рис.3.11). Отримані експериментальні дані показали, що новий привід дозволяє знизити споживану потужність, при проектному ступені заповнення млина, на 80 кВт, порівняно з аналогічними млинами, обладнаними редукторними приводами. Річна економія електроенергії по одному млині ММС 70х23 з безредукторним приводом складає близько 0,5 млн. кВт.год, а загальний економічний ефект складає 11,8 тис. грн. на один млин

 

 

 

Рис. 3.11 – Схема безредукторного приводу млину ММС-70-23:

1 - барабан; 2 - вінцева шестерня (z=254, m=20); 3 - електродвигун СДС-19-56-48 (Р=1600 кВт, п=125 хв); 4 - проміжний вал; 5 -муфта; 6 - вал-шестерня відкритої передачі (z=27, m=20)

 

Інгулецький ГЗК, по документації інституту Механобрчермет, здійснив перехід усіх млинів ММС 70х23 на безредукторнмй привід. Разом з тим на збагачувальній фабриці №1 Лебединського ГЗК дотепер продовжують працювати аналогічні млини із заводськими приводами, які обладнані редукторами. Тому при реконструкції зазначеної фабрики варто вважати за доцільне передбачити перехід млинів ММС 70х23 на безредукторний привід, що дозволить знизити витрату електроенергії по фабриці в розмірі близько 8,0 млн. кВт. год рік (рис. 3.12, 3.13) [75-76].

Однак питання підвищення ККД приводу млина не вичерпується тільки виключенням зі схеми приводу окремих елементів і зниженням на цій основі витрат електроенергії. Питання підвищення ККД приводу є також актуальним для всіх тих млинів, що обладнані безредукторним приводом з тихохідними синхронними двигунами. Такими приводами обладнані більш 800 одиниць млинів із загальною встановленою потужністю приводних двигунів близько 1 млн. кВт.

 

Рис. 3.12 – Залежність споживаної потужності

від типу приводу

і ступеня заповнення барабана млину ММС-70-23:

1 - редукторний привід; 2 - безредукторний привід

Рис. 3.10 – Залежність питомих витрат електроенергії на подрібнення в млині з різними варіантами приводів від продуктивності по концентрату:

1 - безредукторний привід; 2 - редукторний привід

 

Дослідженнями, проведеними на млинах різних типів (самоздрібнювання, рудногалечних, кульових із ґратами, кульових з центральним розвантаженням) встановлено, що кожному типу млинів відповідає визначений характер залежності коливань струмового навантаження, що, як відомо, повторює характер змін моменту опору на валу двигуна.

При цьому загальним для всіх млинів є пульсуючий характер моменту опору, який для млинів самоздрібнювання, рудногалечних і кульових з центральним розваніаженням є періодичним, а для млинів кульових із ґратами - аперіодичним.

Глибина зазначеної пульсації є наслідком комбінованого впливу ряду факторів таких, як точність виготовлення і монтаж зубчастих коліс, порушень у зубчатому зачепленні, що виникають при експлуатації, твердість сполучних елементів у системі двигун-млин, наявність і якість змащення та інше. Пульсація струму статора приводить до наведення струмів у демпферній обмотці та, як наслідок, до збільшення теплових втрат у двигуні, підвищення витрат електроенергії.

До підвищення витрат електроенергії приводить також відсутність на ГЗК автоматичних систем маслозмащювання відкритих зубчастих передач, що не забезпечує ефективної роботи передачі й знижує ККД приводу. Крім того, до зниження ККД приводу приводить також наявність порушень у зубчатому зачепленні та відсутність еластичних з'єднань між двигуном і млином.

Тому застосування еластичних муфт, систем автоматичного змащення відкритої зубчастої передачі, контроль за якістю зубчатого зачеплення при ППР можуть дати підвищення у ККД приводу не менш, ніж на 0,5%. Якщо взяти до уваги, середній коефіцієнт завантаження приводів млинів 0,8, коефіцієнт використання устаткування 0,9, то при зазначеній загальній установленій потужності приводів млинів 1 млн. кВт від застосування зазначених вище заходів може бути отриманий ефект економії електроенергії в розмірі не менш 32 млн. кВт.год/рік [75].

Одним зі способів економії електроенергії при роботі важких конвеєрів дробильних фабрик є виключення (чи зведення до мінімуму) витрат електроенергії на холості ходи. Це особливо важливо для тих механізмів, що характеризуються періодичністю завантаження матеріалу або нерівномірністю завантаження протягом зміни. Раніше на Михайлівському ГЗК була випробувана система автоматичного регулювання швидкості приводу конвеєра К-2 на дробильній фабриці. Дослідження показали, що застосування зазначеної системи забезпечує не тільки поліпшення умов пуску, створює рівномірний розподіл навантаження між двигунами в багагодвигуновому приводі, але і забезпечує зниження питомих витрат електроенергії на транспортування руди на 15% або, приблизно, на 0,1 кВт.год/т. В акті приймання зазначеної системи запропоновано при проектуванні нових і реконструкції діючих дробильних фабрик застосовувати регульований привід для великих конвеєрів, які характеризуються нерівномірністю завантаження матеріалом, що транспортується. Це може забезпечити додаткову економію електроенергії в розмірі близько 30 млн. кВт.год за рік [75-76].

За даними інституту Механобр при впровадженні піскових насосів з регульованим приводом Т.АРД-250 з поліуретановими і карбідними покриттями коліс підвищується термін служби в 2-4 рази, а економія електроенергії складає 5-10%. В той самий зарахунок нового керуючого впливу можна підвищити ефективність роботи гідроциклонів II і III стадій на 10-15%. Впровадження дробарок з розподілом споживання знижує витрати електроенергії на 10-15% і крупність за класом плюс 20 мм також знижується на 10-15%.

У той самий час впровадження в технологію рудопідготовки заходів щодо

попереднього магнітного збагачення сильномагнітних руд, сортування руд, усереднення, впровадження радіометричних методів збагачення, випробування руд у забої, багатозв'язне керування процесами здрібнювання, дроблення та їхня інтесифікація супервибухом дозволяє не тільки знизити енергоємність процесу на 16-20%, але і значно підвищити їхню продуктивність, не знижуючи якості концентратів.

Особливе місце в системах керування економією електроенергії займають АСК ТП збагачувальних фабрик, що дозволяють підвищити продуктивність на 5-8%, знизити втрати загального заліза в хвостах на 2-3% і стабілізувати вміст загального заліза в концентраті [75-76].

 

Витрати електроенергії на Криворізькому ГЗК окислених руд (Долинський ГЗК)

Перша черга будівництва Криворізького ГЗК окислених руд (КГ ЗКОР) за планом повинна була введена в 2008 р. Повний розвиток комбінату планувалось здійснити в 2015 р.

Річні витрати електроенергії за проектом споруджуваного Криворізького ГЗК окислених руд приведено у табл. 3.3 (прогнозовані показники при двох можливих варіантах технологічних схем збагачення -магнітної і магнітно-флотаційної схем з доведенням концентрату).

Економія електроенергії на 10% буде здійснена на КГЗКОР за рахунок застосування на млинах нових конструкцій вузлів розвантажувальної частини, розроблених разом з інститутом Механобрчермет, і систем автоматичного регулювання роботою млинів [113].

 

 

Таблиця 3.3 – Річні витрати електроенергії за проектом Криворізького ГКЗ окислених руд (прогнозовані показники)

Показники	Етапи введення в експлуатацію
Магнітна схема збагачення	Магнітно-флотаційна схема з доведенням концентрату
перший рік	через 5 років	через 10 років	через 15 років	перший рік	через 5 років	через 10 років	через 15 років
Річне споживання електроенергії, включаючи освітлювальну, млн., кВт. год	2705,3	2705,3	3264,0	3119,2	3050,0	3050,0	3632,0	3473,1
- збагачувальна фабрика (всього):	1560,0	1560,0	1771,8	1627,0	1855,6	1855,6	2239,0	2079,9
в тому числі:
- на подрібнення	1142,4	1142,4	1448,4	1303,6	-	-	1591,2	1432,1
- оком кувальна фабрика	638,2	638,2	797,2	797,2	638,3	638,3	792,2	792,2
- об´єкти хвостового господарства	216,8	216,8	300,0	300,0	350,0	350,0	390,0	390,0