Дослідження каналів розподілу і споживання енергоресурсів на гірничо-збагачувальних комбінатах
3.3.1. Дослідження і аналіз енергоспоживання дробильних фабрик
Дробильні фабрики оснащені дуже енергоємним устаткуванням. Типова схема ланцюга апаратів дробильної фабрики наведена на рисунку 3.7. Авторами було проведено дослідження і аналіз роботи дробильного устаткування з погляду електроспоживання [75, 76].
Рис. 3.7 – Схема ланцюгу апаратів дробильної фабрики №1 Північного ГЗК:1 - дробарка ККД 1500/180; 2 - дробарка КРД 900/100: 3 -живильник стрічковий В-1700 мм; 4 - конвеєр стрічковий В=2000 мм, L=345 м; 5 - конвеєр стрічковий; 6 - дробарка КСД 2200/600; 7 - грохот 173ГР; 8 - дробарка КМД 2200/600; 9 - конвеєр стрічковий М-15; 10-конвеєр стрічковий
Встановлено, що енергоспоживання процесу дроблення залежить від складного комплексу параметрів режиму експлуатації. У дробильному просторі періодично виникають зони переущільнення матеріалу, що впливають на потужність дроблення.
В умовах напруженого режиму експлуатації дробарки внаслідок зростання енергозавантаженості приводного електродвигуна може відбутися стопоріння конусів, що дроблять, і зупинка під завалом. Ймовірність цього збільшується зі збільшенням загального завантаження дробарки.
Встановлено, що на енергоспоживання дробленням впливають наступні параметри:
- загальна кількість руди, що переробляється;
- кількість дробарок та їх встановлена потужність;
- ступінь скорочення матеріалу і розподіл ступеня скорочення між стадіями дроблення;
- вологість вихідної руди.
Встановлено, що найбільший кореляційний зв'язок з витратою електроенергії має друга стадія дроблення, де встановлені редукційні дробарки (коефіцієнт кореляції 0,522). менш енергоємною є стадія середнього дроблення в порівнянні зі стадією дрібного дроблення [115-116].
Умовно виграти електроенергії можна розділити на дві складові, а саме: енергію, що витрачається тільки на руйнування матеріалу та енергію, що витрачається на холостий хід, тобто
| Wдр=Wр+Wxx, |
де Wдр - витрати електроенергії на дроблення,
Wр - витрати електроенергії на процес руйнування при дробленні,
Wхх - витрата електроенергії на холостий хід.
Під холостим ходом мається на увазі робота вхолосту дробарок, а також наявні на дробильних фабриках конвеєри, маслонасоси, живильники та інше допоміжне устаткування, що споживає електроенергію.
Аналіз роботи ряду гірничо-збагачувальних комбінатів показав, що однієї з основних причин перевищення фактичних витрат електроенергії над розрахунковими с неповне використання дробарок.
Потужність, необхідна для приводу дробарок, змінюється в широких межах і залежить від ступеня завантаження, фізико-технІчних і хіміко-мінералогічних властивостей матеріалу, що переробляється, стану дробильного устаткування і т.д.
Однак всі дробарки визначеного типорозміру комплектуються асинхронним двигуном, розрахованим на найбільш важкі умови роботи. Тому в дійсних умовах двигуни працюють з низьким коефіцієнтом завантаження, що приводить до росту складової .Wxx
Завищення встановленої потужності приводу над необхідною при використанні асинхронних двигунів приводить до зниження коефіцієнта потужності й коефіцієнта корисної дії, а отже, і до непродуктивної витрати електроенергії
Так, установлено, що для переробки річної кількості руди ПівдГЗК необхідно 1,85 дробарки ККД 1500/180, замість установлених чотирьох (при паспортній продуктивності 1300 м3/рік і річному числі годин роботи дробильного устаткування 6405 год). Завищення встановленої потужності устаткування викликано відсутністю надійних засобів контролю заповнення камери дроблення і систем завантаження, а внаслідок цього можливими пусками дробарок під завалом, неритмічною подачею матеріалу в дробильне відділення, що викликає напружені режими роботи дробарок на устаткування і відповідне збільшення питомих витрат за рахунок складової холостого ходу. на гірничо-збагачувальних комбінатах також не налагоджений достатній контроль ні за розподілом дробленого матеріалу між дробарками, ні за рівномірним завантаженням їх, ні за запобіганням сегрегації дробильного матеріалу, а в результаті знижується коефіцієнт використання дробильного устаткування.
У табл. 3.4 наведений порівняльний аналіз необхідної та фактично встановленої кількості дробарок і крупного дроблення ККД 1500/180, необхідної для забезпечення річної продуктивності з переробки руди.
Таблиця 3.4 – Аналіз порівняльної ефективності експлуатації дробарок крупного дроблення ККд 1500/180 на ГЗК
| Найменування ГЗК | Річна продук-тивність дробильної фабрики, т/рік | Кількість дробарок, шт. | Паспортна продук-тивність дробарки, м3/год | Розрахункова продуктивність дробарки при =6405 годин, м3/рік | Розрахункова кількість дробарок, необхідних для переробки річної кількості руди, шт |
| Південний ГЗК | 1,844 | ||||
| Інгулецький ГЗК | 1,87 | ||||
| ЦГЗК | 1,226 | ||||
| НКГЗК | 1,42 | ||||
| Північний ГЗК | 2,614 | ||||
| Коршуновський ГЗК | 0,78 | ||||
| Лебединський ГЗК | 1,14 | ||||
| Костомукшський ГЗК | 0,43 |
Продуктивність дробарок для кожного конкретного ГЗК розраховувалася з обліком питомої насипної ваги, зазначеного в опитувальних аркушах.
Встановлене на дробильних фабриках допоміжне устаткування, що впливає на складову холостого ходу процесу енергоспоживання дроблення, наприклад, конвеєри, у більшості випадків використовуються нераціонально.
Конвеєри по продуктивності використовуються не більше, ніж на 50%, що веде до додаткових перевитрат електроенергії.
Для зниження питомих витрат електроенергії рекомендується наступне.
1. Впровадити комплекс організаційно технічних заходів, спрямований на підвищення продуктивності кожної з дробарок і всього допоміжного устаткування дробильної фабрики, максимально обмеживши його холостий хід.
2. При глибоких і тривалих зниженнях необхідної продуктивності фабрики (більш 2-х діб) доцільно впровадити комплекс заходів, спрямований на перерозподіл роботи дроблення між стадіями. При цьому виключити (по можливості) із процесу редукційні дробарки, по можливості збільшити ступінь дроблення в третій стадії і відключити незавантажені дробарки стадії дрібного дроблення.
3. Налагодити ритмічне завантаження дробарок великого дроблення, незавантажені дробарки відключити.
4. Налагодити контроль за рівномірним завантаженням дробарок і за запобіганням сегрегації матеріалу, що дробиться.
5. Враховувати реальний стан дробильного устаткування і коригувати параметри автоматизації з урахуванням цього стану.
6. Для напружених режимів експлуатації передбачати засоби запобігання зупинці дробарки під завалом внаслідок перевантаження приводного двигуна.
7. Використовувати дробарки в останній стадії в закритому циклі, що дозволить істотно знизити крупність готового продукту і повніше використовувати дробильне устаткування.
Особливої уваги заслуговує питання про доцільність застосування синхронних двигунів з автоматичним регулюванням струму збудження як приводів дробарок середнього і дрібного дроблення.
Умови пуску і тривалої роботи дробарок середнього і дрібного дроблення показують, що використання синхронних двигунів доцільно з наступних причин:
- збільшений зазор синхронного двигуна забезпечує більшу надійність роботи, ніж асинхронний двигун, і cкорочує число ушкоджень обмотки ротора при зносі підшипників;
- завищена номінальна продуктивність приводного двигуна, що працює в умовах експлуатації зі значним недовантаженням, не є причиною низького коефіцієнта потужності дробильних фабрик, а за рахунок збільшення номінальної реактивної потужності синхронного двигуна дозволяє поліпшити коефіцієнт потужності і режим напруги в цьому вузлі, а також зменшити втраті в електричній мережі.
Проведено порівняльний аналіз асинхронного двигуна з к.з. ротором АС 13-52-12, застосовуваного на дробарках КСД-2200 і КМД-2200, і з синхронним двигуном типу АЗС 12-46-12 на напругу 380/660В, 250 кВт, ККД якого па 1,5% вище ККД асинхронного двигуна 6000В, 250 кВт, причому коефіцієнт потужності асинхронного двигуна при номінальному навантаженні дорівнює тільки 0,8, а при недовантаженні значно знижується, в той час, як випереджальна реактивна потужність синхронного двигуна при тих самих умовах досягає 155 кВАр і вище; вартості цих двигунів приблизно однакові, капітальні витрати в середньому знижуються на 1200 грн., а приведені витрати на 400-500 гри. на одну дробарку [76,115-116].
Статичний момент цього синхронного двигуна дорівнює 1,8 і відповідає потужності на валі 450 кВт, в той час, як повторювані піки навантаження при найбільш несприятливих умовах не перевищують 430 кВт, або потужності на валі дробарки близько 390 кВт, номінальний і максимальний (4900 і 8800 н-м) момент синхронного двигуна 380/660 В, 250 кВт майже в півтора і два рази вище, ніж в асинхронного.
Максимальний момент синхронного двигуна пропорційний напрузі U, а в асинхронного двигуна U2. Тому при зниженні напруги синхронний двигун зберігає велику навантажувальну здатність. Крім того, використання можливості збільшення струму збудження синхронних двигунів дозволяє збільшити надійність їхньої роботи при аварійних зниженнях напруги в мережі й поліпшувати в цих випадках умови роботи енергосистеми. Відповідно до досліджень Л.В.Литовка та І.А.Сиромятникова синхронні двигуни з соsf=1 по своїй вартості та втратах енергії завжди мають перевагу перед асинхронними двигунами, забезпеченими конденсаторними батареями для компенсації коефіцієнта потужності до соsf=1. При Рн>300 кВт вигідно використовувати синхронні двигуни з соsф=0,9 (перезбудження) і при Рн>1000 кВт із соsф=0,8.
Здатність синхронного двигуна в перезбудженому режимі роботи віддавати в мережу реактивну потужність, тобто працювати в режимі компенсатора, дає можливість економії електроенергії в години ранкового і вечірнього обмеження потужності енергосистеми, а в періоди спаду споживчих навантажень (наприклад, вночі) доцільна робота в не збудженому режимі, тому що в цих випадках напруга мережі прагне зрости. Для цього синхронні двигуни доцільно забезпечити автоматичним регулятором збудження (АРЗ).
Застосування систем автоматичного регулювання збудження синхронних двигунів доцільно ще і з погляду підвищеної статичної та динамічної перевантаженості синхронних двигунів, стійкості їхньої роботи при заданих режимах завантаження. Причому, в дробарках синхронні двигуни працюють з різко змінним ударним навантаженням, тому доцільно встановлювати автоматичні регулятори збудження, що регулюють струм збудження двигунів за активним струмом статора, з метою зменшення коливань напруги у вузлі навантаження І пристрою форсування збудження, що діють при зниженні напруги до (15-20%) Uhom. Це дає можливість значного підвищення перевантажувальної здатності двигуна в умовах напруженого режиму експлуатації дробарок і в ряді випадків зменшити номінальну потужність двигуна.
У випадку, якщо АРЗ пропорційної дії виявляються неефективними, доцільна установка АРЗ сильної дії, що реагують на швидкість зміни активного струму статора і напруги мережі. Застосування сильнодіючого АРЗ що враховує навантаження двигуна і напруги мережі, відкриває можливість вибору двигуна дробарок, виходячи з умов нагрівання. Питання доцільності застосування того чи іншого АРЗ вимагає додаткових досліджень і повинно зважуватися для кожного гірничо-збагачувального комбінату окремо з врахуванням фізико-технологічних і хіміко-мінералогічних властивостей руд, що переробляються, і режимів експлуатації дробильного устаткування.