Анализ современного состояния техники и технологии обогащения коксующихся углей

Рис. 7. Принципиальная схема предварительной обработки горной массы на шахте "Эмиль Майриш" (Германия).[8]

 

9.3Аккумулирование, усреднение и шихтовка.

Задачи усреднения и шихтовки угля. Колебания качества угольных концентратов оказывают негативное влияние на эффективность использования  их у потребителей.

Стабильность показателей  качества кокса, вырабатываемого из угольных концентратов, влияет на эффективность  работы, производительность доменных печей и качество чугуна. По действующим нормативам коксохимического производства колебания зольности и влажности кокса должны быть в пределах ±0,5% от средней величины. Считается, что повышение коэффициента усреднения коксовой шихты всего на 1% позволяет получить экономию в коксовом производстве 0,05 руб./т, а в доменном 0,31 руб./т Экспериментально доказана возможность снижения удельного расхода кокса в домнах на 1—3,5% только за счет уменьшения колебаний сернистости и выхода летучих веществ угольных концентратов. По данным Горного бюро США, при колебаниях зольности кокса в пределах ±1% производство чугуна снижается на 5%.

Таким образом, основные потребители  угля выдвигают обоснованные требования о стабилизации качества потребляемой угольной продукции, в том числе угольных концентратов.

С одной стороны, это зависит  от устойчивости качества перерабатываемого  на углеобогатительных фабриках сырья. Рядовые угли каждой шахты, поступающие на обогащение, являются неоднородными по зольности, сернистости, влажности, крупности, фракционному составу, спекаемости и другим показателям. Количественно неоднородность оценивается средним квадратическим отклонением этих показателей в порциях угля. С другой стороны, имеются отклонения от средней величины каждого показателя в шихте по шахтам-поставщикам. Также каждой шахте свойственна нестабильность показателей во времени (или по партиям), обусловленная изменением участия в добыче угля по пластам (участкам).

Механизация добычи и переход  к валовой выемке приводят к увеличению неоднородности перерабатываемых углей по всем показателям, характеризующим уголь как объект обогащения. Положение усугубляется в основном бессистемным поступлением углей сырьевой базы на фабрику с отдельных шахт.

Для нормальной работы производственного  комплекса шахта — фабрика  необходимо, чтобы между ними была демпфирующая емкость, позволяющая  аккумулировать выданный из шахты уголь  при временном прекращении его  переработки и перерабатывать уголь  из запаса при временном прекращении  его выдачи из шахты. Одновременно в  процессе складирования и выдачи угля на переработку достигается  усреднение качества угля, что является важной предпосылкой наиболее полного  извлечения концентрата и устойчивого  его качества. Важным фактором, определяющим стабильность свойств угольной шахты, является постоянство в нем компонентов  углей разных марок или шахтогрупп одной марки, в количествах, предусмотренных планом поставки. Поэтому должна быть обеспечена достаточная вместимость склада для каждого компонента, обеспечивающая заданное его участие в шихте. Вместимость складов зависит от качества и объема компонентов шихты, необходимой степени усреднения необходимого резерва углей.

В процессе добычи, обогащения, складирования, погрузки и транспортировки куски угля приходят в движение под влиянием гравитационных и центробежных сил. При этом происходит их усреднение или сегрегация по плотности, форме и крупности. Неоднородность любого показателя зависит от состава угля и манипуляций с ним, которые приводят к усреднению или сегрегации. Поэтому с точки зрения усреднения один и тот же уголь неодинаков. Назначением операций усреднения является снижение неоднородности угля (в идеальном случае до нуля).

Усреднение достигается  за счет перемешивания слоев угля при выгрузке со складов. При этом средние показатели не изменяются, но уменьшается неоднородность (среднее квадратическое отклонение) показателей его качества. Шихтовка углей разных шахтогрупп (марок) при выгрузке со складов ведется целенаправленно для получения определенного среднего качества. Например, при обогащении рядовых углей разных марок для коксования важно выйти на заданные показатели спекаемости; при отгрузке углей разных марок для электростанций — обеспечить средний выход летучих веществ не выше заданного значения.

Таким образом, цель шихтовки — обеспечение заданных свойств, а цель усреднения — получение однородной (насколько это позволяют технические возможности) смеси.

В практике обогащения минерального сырья, в том числе углей, применяют  следующие сооружения для складирования  и усреднения:

• дозировочно-аккумулирующие бункера следующих типов: ячейковые, сплошные, органные;
• механизированные штабельные склады.

В последнее время предложены методы усреднения угля в потоке с применением приборов для оперативного определения зольности.[8]

9.4Дробление и измельчение.

Основные понятия. Операции дробления и измельчения условно различают по размеру готового продукта. В результате дробления получают продукт, крупность которого превышает 3—6 мм, а в результате измельчения — продукт мельче 3—6 мм.

При добыче, подготовке к  обогащению и обогащении угля в основном применяют дробление, при подготовке к использованию и при использовании  угля — измельчение.

Способы дробления и измельчения  отличаются видом деформации материала. По способам разрушения различают:

• раздавливание — переход напряжений за предел прочности на сжатие;
• раскалывание — разрушение кусков в результате их расклинивания и последующего разрыва;
• излом в результате изгиба;
• скалывание — материал подвергается сдвигу;
• истирание кусков — внешние слои куска подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются вследствие перехода касательных напряжений за пределы прочности.

Если на материал действуют  не статистические, а динамические нагрузки, то происходит ударное дробление. Однако упругие деформации остаются теми же (сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг).

Перечисленные способы разрушения являются общими для дробления и  измельчения. Эти процессы отличаются по своему технологическому назначению и месту в цепи последовательных операций обогатительной фабрики.

По технологическому назначению все машины, применяемые для разрушения кусков и частиц минерального сырья и других материалов, различаются на две основные группы: дробилки и мельницы. В дробилках между дробящими деталями всегда имеется некоторый зазор, заполненный материалом при работе под нагрузкой и свободный — при работе на холостом ходу.

В мельницах измельчающие детали отделяются друг от друга небольшим  слоем материала только под нагрузкой, а при работе на холостом ходу они  соприкасаются (шаровые, стержневые, роликовые  и другие мельницы).

В зависимости от характера  потребления угля и способов его  переработки дробление и измельчение  могут быть самостоятельными (окончательными) и подготовительными операциями.

Продукты окончательного дробления на углеобогатительных и  брикетных фабриках — некоторые  товарные сорта, шихта для коксования и брикетирования; продукты окончательного измельчения — шихта для брикетирования, уголь для сжигания в пылевидном состоянии и пробы угля для различного вида анализов. Подготовительное дробление применяют для подготовки углей к различным операциям обогащения.

Число стадий дробления (измельчения) определяется начальной и конечной крупностью разгружаемого материала. На углеобогатительных предприятиях применяют  дробление (измельчение) в открытом цикле, при котором материал проходит через дробилку или мельницу только один раз. В случае многостадиального дробления (измельчения) общая степень дробления (измельчения) определяется как произведение степеней дробления в отдельных стадиях:

i = i₁i₂i₃…i_n

На практике различают  крупное (до 100—200 мм), среднее (25—80 мм) и мелкое (3÷5—10 мм) дробление, а измельчение — грубое (до 0,5 мм) и тонкое (менее 0,5 мм).

При крупном и среднем  дроблении углей степень дробления  принимается равной 3—8, при мелком 10—30, при тонком измельчении 25—60. Степень  дробления промпродукта перед его  переобогащением зависит от размеров вкрапленности породы в углях. На фабриках с мокрым способом обогащения рядовой уголь дробят до 100 (150) мм, пневматическим — до 50—75 мм. На сортировочных  фабриках, где дробление является самостоятельной операцией, крупные  куски угля и антрацита дробят до крупности 100 мм. Угольные концентраты  перед подготовкой к коксованию измельчают до крупности меньше 3 мм, а уголь для сжигания в пылевидном состоянии — до крупности менее 0,1—0,2 мм.

Уголь по прочности относится  к категории особо мягких (слабых) пород, коэффициент крепости которых  по шкале М.М. Протодьяконова составляет 2—5.

В углеобогатительных и углеподготовительных цехах коксохимических заводов  для подготовки шихты к коксованию применяют следующие схемы окончательного дробления: дробление шихты (ДШ); групповое дробление компонентов (ГДК); дифференцированное дробление компонентов (ДДК); а также избирательное дробление шихты с пневмосепарацией.

Дробление углей осуществляется в механических дробилках, измельчение  — в механических барабанах с  мелющими телами. Выбор конструктивного  вида дробилки и ее типоразмера определяется прочностью и крупностью дробимого  материала, требуемыми производительностью  и гранулометрическим составом дробленого продукта.

В отечественной практике для крупного дробления углей  в основном применяют дробилки щековые, валковые с зубчатыми валками, молотковые и роторные, однако известны случаи использования для этой цели и  конусных дробилок.

Конусные дробилки в угольной промышленности применяют для дробления горной массы. Для крупного дробления изготовляют конусные дробилки ККД и дробилки редукционного дробления КРД, для среднего и мелкого дробления — дробилки КСД и КМД двух исполнений (Гр — грубого и Т — тонкого дробления).[8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.Схемы обогащения.

 

10.1Обогащение в тяжелосредных сепараторах и циклонах

 

Тяжелосредное обогащение угля занимает в современной угольной промышленности одно из ведущих мест.

Можно указать на две основные причины высоких темпов развития тяжелосредного обогащения практически  во всех угледобывающих странах мира. Это, во-первых, резкое ухудшение качественных характеристик добываемых углей  и, во-вторых, высокие технико-экономические  достоинства тяжелосредного метода обогащения.[8]

Отличительные особенности  метода обогащения в тяжелых средах:

• простота регулирования и удобство автоматизации технологического процесса;
• малая чувствительность к колебаниям нагрузки и качественного состава питания (в пределах производительности оборудования);
• возможность эффективного обогащения материала с трудной и очень трудной характеристиками обогатимости и повышенным содержанием породы;
• возможность разделения обогащаемого сырья в широком диапазоне крупности (от самых крупных штучных кусков до измельченного материала);
• высокая точность разделения, обеспечивающая минимальное засорение товарных продуктов и отходов посторонними фракциями;
• возможность разделения в широком диапазоне плотности от 1300 до 2200 кг/м³ с предельно точной регулировкой плотности разделяющей среды;
• незначительное нарушение гранулометрического состава угля и возможность удаления размокаемой породы в начале технологической схемы.

В зависимости от качественной характеристики обогащаемого материала, требований потребителей и конкретных условий тяжелосредное обогащение может производиться в одну (с  выделением двух продуктов) или в  две (с выделением трех продуктов) стадии, причем нижний предел крупности обогащаемого угля может измениться в широких  пределах (до 0,5 мм).

В качестве тяжелых сред для обогащения углей в настоящее  время используют исключительно  водные суспензии мелкодисперсных  минералов; в подавляющем большинстве  случаев в качестве дисперсной фазы (утяжелителя) применяют магнетитовый концентрат. Средний размер зерен магнетитового концентрата, используемого в качестве утяжелителя, составляет от 45 до 115 мкм, его плотность изменяется в пределах от 4330 до 4680 кг/м³.

В тяжелосредных сепараторах, где разделение обогащаемого материала происходит в вертикальном направлении, движущей силой является сила тяжести (вес зерна).[8]

В тяжелосредных циклонах на зерно обогащаемого материала  действует центробежная сила, как  правило, значительно превосходящая  силу тяжести.

Тяжелосредные циклоны, широко применяемые в современной практике углеобогащения, представляют собой  аппараты, в которых разделение зерен  материала происходит в потоке суспензии, совершающем вращательное движение. Через входной патрубок, расположенный  тангенциально (или спирально) относительно корпуса циклона, под напором  подается поток суспензии. В различных  конструкциях тяжелосредных циклонов обогащаемый материал подается либо совместно с напорным потоком суспензии, либо отдельно от него. Корпус циклона может иметь цилиндрическую или цилиндроконическую форму. В любом случае поток и суспензии раздельно выводится через разгрузочные отверстия совместно с продуктами обогащения. За счет давления рабочей суспензии в гидроциклоне создается и поддерживается спиральный поток (рис. 8), разделяющийся на внешний и внутренний, имеющие противоположные осевые скорости.

Рис. 8. Схема движения потока суспензии в гидроциклоне.[8]

Наружный винтовой поток, представляющий часть входного потока, двигается к вершине конуса и  выходит из аппарата через нижнюю насадку. Основная часть входного потока поворачивает в противоположную  сторону и по внутренней поверхности сливного патрубка выходит из цилиндрической части циклона.

В цилиндрическом циклоне  с напорной подачей питания удаление наружного потока суспензии производится через тангенциально расположенный разгрузочный патрубок и устройства, создающие дополнительное гидравлическое сопротивление (вихревая камера и др.).