Автоматизация основных обогатительных процессов

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ В ТЯЖЕЛОСРЕДНЫХ СЕПАРАТОРАХ

На углеобогатительных фабриках   в основ­ном находят применение установки с использованием магнетитовой суспензии. Обогатительные аппараты, в которых в каче­стве разделительной среды используется минеральная суспен­зия, можно разделить на два типа: статические и динамические.

В статических сепараторах разделение угля по удельным ве­сам происходит под действием двух статических сил: силы тя­жести частиц и архимедовой выталкивающей силы. В статиче­ских сепараторах создают потоки суспензии для ее перемеши­вания, предупреждения оседания твердых частиц утяжелителя и транспортировки всплывших фракций.

В динамических сепараторах суспензии сообщают значитель­ные скорости для интенсификации процесса разделения за счет инерционных сил, действующих на суспензию и частицы обога­щаемого материала. Используются главным образом враща­тельные вихревые потоки, обусловливающие активное действие центробежных инерционных сил.

Принцип сепарации частиц угля по плотности, основные вход­ное и выходные параметры и величины, характеризующие про­цесс, не зависят от типа и типоразмера тяжелосредного стати­ческого сепаратора.

Тяжелосредные статические сепараторы применяют для обогащения углей крупнее 10—50 мм.

Суспензия как разделительная среда характеризуется двумя параметрами, которые должны автоматически регулироваться: плотностью и вязкостью. Плотность разделения зависит глав­ным образом от плотности суспензии.

Опытные исследования в промышленных условиях показали, что между плотностью суспензии и плотностью разделений име­ется линейная зависимость.

Практически изменение плотности суспензии на 10 кг/м³ приводит к изменению зольности концентрата на 0,15—0,25%, выхода концентрата на 0,3—0,4%. Реальная точность поддер­жания заданной плотности суспензии в промышленных сепара­торах составляет ±10 кг/м³.

Вязкость суспензии имеет двойной смысл. С одной стороны, она должна быть минимальной, чтобы скорее происходила пе­регруппировка частиц угля в процессе их разделения по плотно­стям. С другой стороны, она должна быть достаточной, чтобы суспензия не расслаивалась и частицы утяжелителя не оседали. Для каждой плотности разделения есть определенное оптималь­ное значение вязкости суспензии, при которой достигается мак­симальная эффективность обогащения. Зона максимальной эф­фективности обогащения находится в пределах изменения вязко­сти суспензии на (0,5-1) мПа·с от оптимального значения. Так, максимальная эффективность обогащения угля по плотно­сти 1,4 соответствует вязкости суспензии в пределах 3,5-5 мПа·с.

Для измерения вязкости суспензии в промышленных обога­тительных установках разработано устройство, входящее в стандартную систему РУТА.

Хотя уголь перед обогащением классифицируется и в боль­шинстве случаев дешламируется для отделения мелких частиц, суспензия постепенно засоряется шламом, и ее можно рассмат­ривать как трехкомпонентную систему, состоящую из воды, утя­желителя и шлама. Плотность суспензии может быть выражена через плотности ее компонентов (воды, шлама, утяжелителя).

Вязкость суспензии определяется общей суммарной поверх­ностью всех твердых частиц, находящихся в единице объема суспензии. Так как частицы шлама, образовавшиеся в резуль­тате истирания угля и породы, имеют значительно меньшие раз­меры, то на их долю приходится значительно большая поверх­ность твердых частиц при сопоставимых весовых или объемных количествах утяжелителя и шлама в суспензии, и поэтому вязкость суспензии зависит в основном от количества в ней шлама.

Практикой установлено, что оптимальное количество шлама в суспензии должно составлять 150—200 кг/м³.

Для достижения эффективного обогащения угля в статиче­ском тяжелосредном сепараторе необходимо поддерживать за­данную плотность суспензии в пределах ±10 кг/м³ при содер­жании шлама 150—200 кг/м³.

Основные выходные показатели процесса обогащения угля — зольность готовых продуктов и эффективность процесса, оцени­ваемая по взаимному засорению полученных продуктов. Для оперативного контроля зольности могут быть использованы ра-диоизотопныезоломеры. Для оперативного контроля взаим­ного засорения продуктов реальных разработок пока не имеется.

Эффективность разделения в тяжелосредных сепараторах при нормальном течении процесса близка к теоретической, по­этому оперативное управление процессом сводится к контролю исправности работы оборудования и стабилизации заданных свойств суспензии.

Технологическая схема предусматривает циркуляцию суспен­зии в системе и постоянные добавки в нее шлама и воды с уг­лем; часть утяжелителя уносится с продуктами обогащения. При ополаскивании продуктов обогащения в целях уменьшения потерь утяжелителя в систему добавляется вода. Таким обра­зом, для поддержания заданных свойств циркулирующей сус­пензии необходимо ее регенерировать, выводя из системы лиш­ние воду и шлам и добавляя утяжелитель. Вывод из суспензии воды и шлама обеспечивается системой регенерации.

Для автоматизации тяжелосредных обогатительных комплек­сов широко используются локальные САР плотности рабочей суспензии, а также система комплексной автоматизации тяже­лосредных установок РУТА, которая в различ­ных вариантах состава удовлетворяет основным требованиям автоматизации всех типов тяжелосредных обогатительных уста­новок угольной промышленности.

Применение системы РУТА позволяет централизовать управ­ление комплексом, облегчает работу обслуживающего персо­нала, обеспечивает выдачу необходимой информации о процессе, стабилизирует качество продуктов обогащения, позволяет сни­зить зольность и повысить выход концентрата на 3 %.

Технологическое оборудование комплекса: 1 — сепаратор статического типа; 2 —напорный бак для оперативного регули­рования плотности и распределения рабочей суспензии; 3 — сборник рабочей суспензии; 4 — сборник некондиционной сус­пензии, образующейся при ополаскивании продуктов обогаще­ния; 5 — суспензионные насосы; 6 — коллектор; 7 — исполнитель­ный механизм делителя потока суспензии; 8 — грохот для отделения суспензии от продуктов обогащения; 9 — электромаг­нитный сепаратор для выделения магнетита из некондиционной суспензии; 10 — делитель потока суспензии.

Средства автоматизации: 11 — пульт регулирования плотно­сти с показывающими приборами и задатчиками; 12 — шкаф управления насосами; 13 — шкаф приборов контроля уровней суспензии в емкостях; 14 — дуговое сито для очистки суспензии перед датчиком плотности; 15 — датчик плотности; 16 — испол­нительный механизм на трубопроводе подачи воды для разбав­ления суспензии в напорном распределительном баке; 17 — ин­дикатор угла поворота; 18 — поворотная заслонка, регулирую­щая подачу воды; 19 — датчик уровня суспензии в сборнике; 20 — кран заливки и промывки насоса водой; 21 — реле давле­ния; 22 — датчик уровня суспензии в напорном баке; 23 — дат­чик контроля заливки насоса.

(Для контроля плотности суспензии использованы датчик ма­нометрического типа с дифференциальным манометром и вто­ричный прибор с регистрацией плотности на диаграмме. Регу­лирование плотности суспензии достигается за счет оператив­ного изменения подачи воды на разжижение в напорном баке. При этом система регенерации возвращает в рабочий цикл сус­пензию заведомо повышенной плотности,

Для поддержания заданной вязкости суспензии (содержа­ния'шлама) часть рабочей суспензии отводится в сборник не­кондиционной суспензии с помощью делителя потока 10 и передвижного шланга, который управляется дистанционно через исполнительный механизм 7.

Обогатительные гидроциклоны с магнетитовой суспензией применяют для обогащения угля крупностью 1,0 (0,5) —15 (20) мм.

В отличие от статических сепараторов при обогащении угля в гидроциклоне большое значение имеет скорость движения сус­пензии вместе с обогащаемым материалом внутри гидроциклона. В связи с тангенциальным подводом под давлением суспензии в гидроциклоне создается вихревое движение. На частицы обо­гащаемого материала в гидроциклоне действуют центробежные инерционные силы Р_и отбрасывающие их к периферии враще­ния.

Однако такие же силы действуют и на суспензию. В ре­зультате создаются две выталкивающие силы (рис. 91): архимедова сила Р _А, действующая по вертикали вверх, и вы­талкивающая сила за счет центробежного утяжеления раздели­тельной среды Р_ц, направленная к центру вращательного дви­жения, Р₀ — вес частицы.

Равнодействующая приложенных к частице сил в каждый момент определяет траекторию ее движения.

Следовательно, при обогащении в гидроциклоне большое значение имеет соотношение действующих на частицы сил, ко­торые в свою очередь зависят от скорости вихревых потоков в гидроциклоне и плотности суспензии.

Рис. 91. Схема действия сил на частицу угля в тяжелосредном гидроциклоне

Скорость движения разде­лительной среды и материала определяется в основном дав­лением на входе в гидроциклон и размерами разгрузочных от­верстий (геометрия гидро­циклона).

В гидроциклоне происходит некоторое расслоение магнети-товой суспензии. У продольной оси гидроциклона суспензия имеет меньшую плотность, чем у его конической стенки.

Выходными величинами, характеризующими с достаточ­ной полнотой процесс обога­щения в гидроциклоне, яв­ляются также плотность раз­деления и эффективность разделения.

К основным входным величинам, определяющим значение выходных, относятся: геометри­ческие размеры гидроциклона; плотность суспензии; удельное содержание шлама в суспензии (вязкость); влажность исход­ного материала; производительность по исходному; давление пульпы на входе в гидроциклон; гранулометрический состав утяжелителя.

Анализ статических характеристик гидроциклона показал, что наибольшее влияние на плотность и среднюю вероятную погрешность разделения (эффективность разделения) оказывают плотность суспензии и диаметр разгрузочного отверстия.

Геометрические размеры гидроциклона, т. е. диаметры раз­грузочного и сливного отверстий для каждого конкретного ап­парата,— постоянные и оперативно не регулируются. Следует отметить, что существуют конструкции гидроциклонов с раз­грузочными отверстиями, диаметр которых может оперативно изменяться с помощью эластичных тороидальных насадок, уп­равляемых сжатым воздухом, или гидравликой, но из-за слож­ности реализации такой способ регулирования распространения пока не получил.

Плотность суспензии — важнейший оперативно регулируемый фактор. В отличие от статических тяжелосредных сепараторов плотность разделения в гидроциклонах значительно превышает плотность рабочей суспензии.

 

 

Схема автоматизации тяжелосредной уставновки с двухпродуктовым низконапорным гидроциклоном содержит: перекидные шланги ПШ и пропорциональные клапаны ПК с электрическми исполнительными механизмами, проточный датчик плотности манометрического типа ДП, аппаратуру конт­роля и регулирования плотности суспензии АКР-1; аппаратуру контроля и регулирования уровней суспензии АКР-2. Принципы управления статическими и динамическими тяжелосредными сепараторами практически одинаковы.

В развитие системы РУТА Ворошиловградский филиал Гип-роуглеавтоматизации разработал новый, более совершенный комплекс аппаратов автоматизации тяжелосредных установок КАТУ1 (рис. 93) для автоматизации процесса обогащения угля в минеральных суспензиях и автоматической оптимизации про­цесса разделения угля по выбранному критерию с учетом за­дания по качеству товарного продукта.

Комплекс КАТУ1 может выполнять следующие основные функции:

автоматическую оптимизацию процесса разделения угля по выбранному критерию с учетом задания по качеству концент­рата (зольности);

автоматическую стабилизацию качества (зольности) кон­центрата;

регистрацию зольности получаемого концентрата; автоматическое ведение процесса при заданной стабильной плотности разделения;

автоматический контроль основных технологических пара­метров процесса;

дистанционное управление поточно-транспортной системой и суспензионными насосами с автоматическим выполнением про­граммы операций запуска и останова;

световую сигнализацию о значении и отклонениях основных технологических параметров от нормы, о работе оборудования, предупредительную сигнализацию о запуске.

Основная отличительная особенность КАТУ1 от систем авто­матизации, применявшихся ранее,— управление процессом обо­гащения угля по качеству продуктов обогащения (зольности).

Комплекс состоит из подсистем, которые могут применяться отдельно. Аппаратуру оптимизации можно использовать только в совокупности с аппаратурой регулирования плотности суспен­зии. Конструктивно комплекс состоит из пультов, в которых скомпонована приборная часть периферийных устройств.

В систему автоматического контроля и регулирования плот­ности суспензии входят проточные датчики плотности маномет­рического типа, регистрирующие приборы, органы настройки и управления. Перед проточными датчиками плотности для пре­дупреждения их засорения предусмотрены кускоотделители— небольшие дуговые сита.

Система регулирования плотности работает следующим об­разом. Текущее значение плотности суспензии на входе в сепа­ратор сравнивается с заданным и с текущим значениями на выходе из сепаратора. На основании полученной информации вы­рабатывается оптимальное регулирующее воздействие. Для уве­личения плотности суспензии подается порция суспензии повы­шенной плотности, для ее снижения — техническая вода. Воз­можно также регулирование плотности путем отвода части кондиционной суспензии в систему регенерации. При этом для повышения плотности на регенерацию отводится большая часть рабочей суспензии.

Аппаратура оптимизации служит для оперативного управле­ния процессом разделения (изменения плотности рабочей сус­пензии в сепараторе) в целях получения максимальной прибыли от реализации готового продукта. Для этого на выходе из сепа­ратора должно осуществляться оперативное измерение зольно­сти концентрата. Весоизмерительное устройство должно давать информацию о текущей производительности установки по кон­центрату. Предусматривается также датчик наличия нагрузки, обеспечивающий защиту золомера от ложных срабатываний.

В аппаратуре оптимизации процесса сигнал золомера кон­центрата сравнивается с заданным значением и затем в режиме стабилизации А_к^с (зольности) выдается сигнал коррекции плот­ности суспензии в соответствии с величиной рассогласования. При снижении зольности концентрата по сравнению с заданной дается команда на повышение плотности разделения, при повы­шении— на снижение. В режиме оптимизации вычисляется эко­номически оптимальное значение зольности, определяется рас­согласование фактической зольности концентрата с оптималь­ным значением и в соответствии с ним вырабатывается сигнал коррекции плотности суспензии. Такой режим регулирования (по отклонению) осуществляется следующим образом. Сигналы золомера и весового устройства концентрата через преобразова­тели сигналов поступают в вычислительный блок, который по соотношению сигналов определяет значение коэффициента обогатимости угля. В результате масштабирования значения коэф­фициента получают сигнал коррекции по обогатимости. Далее, в регулирующем аналоговом блоке производится сравнение те­кущего и заданного значений качества концентрата и сигнала коррекции по обогатимости угля. Полученный сигнал перераба­тывается в корректирующий сигнал с учетом показаний датчика высоты слоя концентрата у золомера и динамических характе­ристик сепаратора. Корректирующий сигнал передается в пульт регулирования плотности суспензии.

Если оптимальное значение зольности будет превышать пре­дельно допустимое, то система обеспечит работу сепаратора с выдачей концентрата с предельно допустимой зольностью.

Система также обеспечивает возможность оптимизации про­цесса разделения «с упреждением». В этом режиме для выбора плотности разделения используется не фактическое значение зольности концентрата, а прогнозируемое системой по текущему значению плотности суспензии и усредненному значению коэф­фициента зависимости между плотностью суспензии и соответ­ствующей ее значению зольности концентрата.

Аппаратура управления суспензионными насосами обеспечи­вает:

дистанционное управление суспензионными насосами по за­данной программе;

световую сигнализацию режима работы;

предупредительную сигнализацию о запуске;

звуковую и световую сигнализации о срыве программы за­пуска.

Схемой предусмотрен автоматизированный программный за­пуск суспензионных насосов рабочей и некондиционной суспен­зии (по два насоса).

При автоматизированном запуске насоса после нажатия кнопки «Пуск» система автоматически выполняет пусковую про­грамму.

После подтверждения нормальной работы насоса (реле дав­ления) процесс пуска заканчивается. В случае нарушений сра­батывает световая и звуковая аварийные сигнализации. Пуск насоса повторяется.

При нажатии кнопки «Стоп» автоматически выполняется про­грамма, подобная пусковой, включающая промывку насоса и трубы всаса водой.

С пульта управления механизмами поточно-транспортной си­стемы производится дистанционное и местное управление ме­ханизмами ПТС тяжелосредной установки, а также световая сигнализация о работе механизмов.