Принципы проектирования углеобогатительных фабрик

На фабрике нет проблем с удалением метана, поскольку нет ни одной аккумулирующей емкости, способствующей накоплению метана. Принято решение об отсутствии в проекте  бункеров и силосов и переходе на напольные укрытые склады как для рядовых углей, так и для товарной продукции с естественным проветриванием.

Загрузка складов осуществляется двухбарабанными разгрузочными тележками конструкции института «Гипроуголь», а выгрузка - качающимися питателями, при этом «мертвая зона» угля (по мере необходимости) перемещается в зону разгрузки бульдозером.

Реализована двухуровневая система оперативно-диспетчерского управления, обеспечивающая контроль и диагностику состояния технологического оборудования и поточно-транспортной системы.

Необходимо подчеркнуть, что основным достоинством фабрики является отсутствие в технологическом процессе термической сушки концентрата. Фактические колебания влажности в отгрузке даже ниже, чем на фабриках Кузбасса с термической сушкой. На фабрике нет проблем с метаном, поскольку отсутствуют закрытые емкости для угля, а укрытые склады очень хорошо естественно проветриваются, при этом влажность концентрата снижается. При погрузке концентрата в железнодорожные полувагоны нет пыления, характерного для фабрики с термической сушкой, поскольку микроника имеет несколько повышенную влажность. Успешно работает схема альтернативной флотации, хотя фабрика оборудована пневмомеханической флотомашиной. Наладка технологической и водношламовой схем продолжалась около двух месяцев и сегодня фабрика работает устойчиво, обеспечи-мая качество товарной продукции по зольности, влажности и мластометрии в полном соответствии требованиям потребителей, чему способствует наличие укрытого склада товарной продукции емкостью натрое суток.

Фактический баланс продуктов обогащения ОФ «Антоновская» при работе на смеси углей «Ж» и «ГЖ»:

1. зольность исходного сырья - 23,6%;

2. зольность концентрата - 8,5%;

3. влажность концентрата - 8,4%;

4. выход концентрата - 76,9%;

5. зольность породы - 77%.

Можно констатировать тот факт, что мы вышли на принципиально новый уровень углеобогатительной фабрики Кузбасса. Конечно, каждая вновь проектируемая фабрика имеет свои особенности, но основные принципы обеспечения безопасной эксплуатации, построения технологии, компоновки, генерального плана, инженерного обеспечения, предельно разумного отношения к природной среде определены временем и творческим подходом проектировщиков, строителей и монтажников, специалистов действующих обогатительных фабрик.

 

1.2 Особенности проектных решений  и строительства новых ОФ

Обогатительная фабрика «Антоновская» стала первым современным предприятием в угольной промышленности Кузбасса и России, органично вписывающимся в УДК и становясь неотъемлемой его частью.

Все действующие фабрики были запроектированы и построены в условиях жесткой централизации нормативной базы и зачастую обезличены типовыми проектами. Кроме того, существовали жесткие ограничения в применении металла для строительных конструкций и других дефицитных в то время материалов.

Даже самые лучшие обогатительные фабрики прошлых лет для коксующихся углей громоздки, на их обслуживание требуется большое количество обслуживающего персонала, огромное количество тепла в зимний период и электроэнергии. Гидроотвалы отходов флотации и выбросы в атмосферу от термических сушек этих предприятий наносят невосполнимый ущерб окружающей природной среде.

Необходимо отметить, что самый существенный ущерб экологии наносится из-за наличия в угле частиц крупностью менее 150 микрон. Этот момент очень важен при проектировании, поскольку, с одной стороны, наличие класса 0-150 микрон в Средних классах крупности снижает эффективность его обезвоживания, с другой стороны, именно этот класс 0-150 микрон предопределяет термическую сушку продуктов обогащения, Потому что даже па самых современных обезвоживающих аппаратах его можно обезводить до влажности только 18-20%.

Детальное изучение сырьевой базы в зоне крупности 0-0,5 мм, как правило, предопределяет решения по количеству машинных классов (3 или 4) в технологической схеме обогащения, глубину обогащения, необходимость полного, либо частичного обогащения мелкого класса, а также позволяет принимать решение о достаточности эффективного обезвоживания продуктов обогащения без термической сушки.

Практика эксплуатации аккумулирующих бункеров и си-носов для рядовых углей и продуктов обогащения на большинстве технологических комплексов шахт и обогатительных фабриках выявила ряд недостатков этих сооружений.

1. Из-за значительной стоимости  строительства емкости бункеров и силосов, как правило, принимались минимальные, и предприятия, особенно центральные фабрики, испытывают Постоянный дефицит свободных емкостей как для рядовых углей, так и для товарной продукции.

2. Большинству углей сопутствует метан, который накапливается в верхней части емкостей, что предопределяет постоянный контроль за его содержанием, вентиляцию, аварийную вентиляцию и, соответственно, значительную потерю тепла в зимний период.

3. Для бункеров и силосов, имеющих пирамидальные и конусные разгрузочные воронки характерно сводообразование и «зависание» угля, особенно, когда влажность угля повышенная, либо уголь смерзшийся. Имеют место случаи, когда «забученные» зимой бункера остаются до весны и отогреваются паром при излишке тепла. Опробованные эксплуатацией системы пыевмообрушения, вибраторы, цепные решетки оказались не очень надежными. Проблемы, в основном, решаются с помощью ручного труда и многочасовых простоев.

4. Строительная часть бункеров  и силосов требует постоянного  сложного и дорогостоящего ремонта в условиях обеспечения безопасности производства опасного по газу и пыли. Практически для капитального ремонта одного силоса требуется 10-12 месяцев.

При проектировании ОФ «Антоновская» было принято решение отказаться от строительства сложных аккумулирующих емкостей и решить проблемы с помощью напольных укрытых, но естественно проветриваемых складов рядовых углей и товарной продукции. Подробнее об этом в разделе «Напольные закрытые склады для рядового угля и товарной продукции».

Несколько слов о «холодном» резерве.

По существующей ранее практике для большинства единиц технологического оборудования обогатительных фабрик (центрифуги, флотомашины, вакуумфильтры) и насосов принималось резервное оборудование (так называемый «горячий резерв»), смонтированное по постоянной схеме. При этом искусственно усложнялись технологические потоки, компоновка зданий и, соответственно, увеличивались строительные объемы, усложнялись электрические схемы.

Капитальные затраты на строительство главных корпусов фабрик по этой причине увеличивались на 15-25%, увеличивались и эксплуатационные затраты на отопление, вентиляцию, электроэнергию.

Более того, при дефиците запасных частей, резервные единицы оборудования зачастую разукомплектовывались и выводились из эксплуатации.

Практика эксплуатации и проектирования обогатительных фабрик нового поколения показала экономичность и целесообразность организации «холодного» резерва на складе или монтажных площадках, причем при наличии мостовых кранов, которые обслуживают 100% оборудования, и значительных емкостей для рядовых углей и товарной продукции на 2-3 сучок. Замена как отдельных единиц технологического оборудования, так и ремонт с заменой отдельных узлов, находящихся в «холодном» резерве, практически не влияют на объем переработки.

 

1.3 Анализ параметров, определяющих  совокупный результат работы ОФ

Многолетняя практика эксплуатации углеобогатительных фабрик наиболее эффективных для глубокого обогащения до «0» мм (при переработке коксующихся углей) подтвердила рациональность традиционных технологических схем. К началу 80-х годов большинство фабрик имели практически однородную технологическую схему;

-обогащение угля +13 мм в тяжелосредных сепараторах;

-гидравлическая отсадка для класса 0,5-13 мм;

-флотация для класса 0-0,5 мм;

-обезвоживание продуктов обогащения на грохотах и центрифугах;

-обезвоживание флотоконцентрата на дисковых вакуум-фильтрах;

-осветление оборотной воды в гидроотвалах отходов флотации;

-термическая сушка товарных продуктов отсадочных машинах крупностью 0,5-13 мм в смеси с флотоконцентратом.

Создавалось соответствующее технологическое оборудование и приемы оптимизации таких технологий.

Сегодня совершенно очевидно, что сложившаяся структура обогащения во многом нуждается в совершенствовании. Исследование прогрессивных технологий позволяет определить направление совершенствования существующих предприятий и профиль новых.

Обогатительная отрасль подошла к тому пределу, когда исчерпываются возможности традиционных методов технологии обогащения, таким образом, стратегия будущего развития отрасли определяется задачами снижения себестоимости угольной продукции и стабилизации высоких качественных характеристик угольных концентратов.

В общем виде направления совершенствования технологий обогащения преследуют цели:

-увеличение глубины гравитационного обогащения углей с 0,5 до 0,15(0,1) мм путем включения в технологические схемы четвертого машинного класса - 0,1(0,15) - 2(3) мм;

-снижение на 30-40% объемов обогащения угля методом флотации;

-вывод из эксплуатации гидроотвалов отходов флотации путем широкого внедрения для обработки отходов ленточных фильтров;

-сокращение объемов термической сушки зернистых продуктов, замещение ее механической;

-автоматизацию всех технологических агрегатов и процессов обогащения.

Следует признать, что планируемые новации в основном охватывают наиболее затратную область структур себестоимости обогащения и подтверждают необходимость для поддержания эффективности обогащения на современном уровне тщательной проработки той части производства, которая связана с обогащением шламов (илов) и водно-шламового цикла в целом. Проблемы обеспечения эффективности обогащения по-прежнему требуют особой надежности технологии на уровне этого передела.

Конечный результат обогащения определяется показателями обогащения по отдельным операциям и степени взаимодействия между ними, осуществляющейся через внутренние продуктовые цепи (циркуляции).

Если исходить из того, что нарушение однородности сырьевой базы проявится в каждом технологическом переделе, то очевидно, через циркуляционные потоки, изменившие свои чаршегеристики, в каждой конкретной операции оно проявится в кумулятивной форме.

На основании исследований сырьевой базы трудно спрогнозировать результаты такого процесса, однако, имея представление о характере, например, циркуляционных потоков и возможных диапазонах изменений их характеристик, можно спрогнозировать их влияние в качестве дополнительного фактора увеличения степени неоднородности. Исходя из этого, соединение нескольких потоков соответственно увеличивает неопределенность и должно учитываться при проектировании через коэффициент запаса, который соответственно должен возрасти. В практике разработки проектов это изменение характеризуется как смещение во внутреннем распределении.

По функциональному назначению принципиально различаются технологии переработки крупных и мелких продуктов.

На операциях переработки крупных продуктов задействованы аппараты тяжелосредного обогащения, отсадки, обезвоживающее оборудование (грохота), транспортные системы крупнокусковых продуктов и т.п.

На операциях с мелочью работают классификаторы, обес-мшамливающие циклоны, сита, спиральные сепараторы, флотационные машины, сгустители, обезвоживающее оборудование, транспортные системы и т.п.

Неоднородность питания фабрики в каждом из этих циклов указанных операций проявляется через:

- изменчивость содержания в питании мелочи и шламов, изменение нагрузки на аппараты, нарушение степени разбавления жидкой фазой, смещение в плотности и распределении зольности, различные сочетания содержания компонентов шихты, представляющие различные шахтопласты или шахты (разрезы).

Непременным условием получения устойчивых показателей обогащения является максимально возможная стабилизация входных параметров сырья, поступающего на фабрику, а также в любой технологический передел и аппарат.

В связи с этим циклы переработки крупных и мелких продуктов по возможности должны быть предельно автономными и взаимодействовать через, например, чистую оборотную воду.

Заключение о целесообразности и возможности смешения тех или иных углей до обогащения с целью достижения однородности питания делается на основе выводов о сравнительной трудности обогащения нескольких углей в смеси и по отдельности.

Оптимальные результаты обогащения смеси углей получаются при равных зольностях элементарных слоев разделения, а по законам гравитационного обогащения разделение происходит не по признаку зольности, а по признаку удельных весов. Задавшись зольностью суммарных концентратов, можно определить графическим способом удельные веса разделения отдельных углей.

Если равнозольные фракции отдельных углей имеют заметно различные удельные веса, то, регулируя процесс по более высокому удельному весу одного из углей, в суммарный концентрат автоматически вводятся более зольные фракции других углей, разделение которых имеет место при равной зольности, но меньшем удельном весе элементарной фракции. Наоборот, при регулировании процесса по меньшему удельному весу одного из углей, в отходах теряются фракции друшх углей с зольностью, меньшей зольности элементарного слоя разделения, которые без ущерба могли бы быть включены в суммарный концентрат.

Совместное обогащение двух или нескольких углей иногда не может быть признано оптимальным, и, следовательно, смешение нескольких углей до обогащения может рассматриваться только в том случае, когда удельные веса равнозольных элементарных слоев разделения также равны или мало отличаются друг от друга,