Без права на ошибку

Достоверность расчета качественно-количественных показателей обогащения угля при проектировании углеобогатительных фабрик влияет на правильность выбора оборудования по операциям и определения его параметров


«Мы живем в обществе, где технологии являются очень важной частью бизнеса, нашей повседневной жизни. И все технологии начинаются с искр в чьей-то голове. Идея чего-то, чего раньше не существовало, но однажды будет изобретено, может изменить все. И эта деятельность, как правило, не очень хорошо поддерживается»
Натан Мирволд


Основой для расчета является принятая в проекте технологическая схема обогащения, которая формируется с учетом характеристики исходного угля. Таким образом, существует взаимосвязь между качеством исследования сырьевой базы, обоснованностью выбора технологии и надежностью расчетных показателей. В последнее время, особенно по мере внедрения автоматизированных методов расчета и оптимизации параметров обогащения, применяется такая система расчета, когда для исследования сырьевой базы наблюдается несколько вариантов технологических схем и для каждого из них выполняется расчет баланса продуктов обогащения с тем, чтобы при их сравнении выбрать наиболее рациональный вариант схемы.

В этом случае расчет баланса является не окончательной, а промежуточной стадией, и его результаты не только задают проектный уровень показателей, но и непосредственно влияют на выбор принципиальной схемы обогащения.

Применяемые при проектировании методы расчета баланса продуктов обогащения основываются на статистических данных о достигаемой на практике эффективности разделения в сравниваемых условиях с использованием при этом показателей взаимного засорения продуктов (главным образом засорения посторонними фракциями при гравитационном обогащении), предельную зольность отходов (например, при определении баланса продуктов флотации), вероятностные параметры разделения: среднее вероятное отклонение Ер, погрешность J (для всех процессов обогащения).

Несмотря на ряд преимуществ, существующую практику нельзя считать совершенной по следующим причинам:

Во–первых, принимаемые для расчета практические показатели эффективности разделения отражают те условия, при которых они были получены, и заключают в себя возможные ошибки практики, возникающие в связи с сезонными колебаниями выхода и качества отдельных продуктов, изменениями состава и долевого участия поставщиков, нестабильностью структуры и качественной характеристики разрабатываемых пластов и т.д.

Во-вторых, существующие методы расчета ориентируются на фактические достигнутые и не всегда оптимальные показатели, не раскрывают предельных возможностей предложенной технологии при обогащении данного угля. Поэтому для всех проектов следует применять методы автоматизированного расчета оптимального баланса продуктов обогащения. В настоящее время такие методы используются выборочно при проектировании лишь отдельных фабрик.

На конкретных проектах была проверена оптимизация параметров разделения путем математического моделирования процессов обогащения на компьютере.

Математическое моделирование включает в себя решение следующих задач:

 подготовка и формирование исходной информации об объекте обогащения;

 определение влияния характеристик применяемого оборудования и параметров процессов на показатели точности разделения;

 построение математической модели отдельных процессов и экономико-математической модели схемы фабрики;

 выбор критериев и методов оптимизации технологической схемы;

 определение оптимальных режимов разделения и результатов обогащения.

При математическом моделировании процессов разделения исходный уголь на каждой операции рассматривается как система элементарных фракций и узких классов крупности, распределяющихся между продуктами обогащения.

Чем больше таких фракций и классов, тем точнее может быть смоделировано их разделение. Поэтому подготовка исходных данных о качестве угля требует подробных ситовых и фракционных анализов, получение которых непосредственным исследованием не всегда возможно.

Разработанные методы прогнозирования гранулометрического и фракционного составов угля позволяют определить полный рассев по минимальному количеству рассевов или расслоений на основе математического описания куммулятивной кривой гранулометрического состава и кривых обогатимости с использованием корреляционной зависимости между зольностью и плотностью угля.

При обогащении угля каждая элементарная фракция извлекается в соответствующий продукт и в результате погрешности частично засоряет другой продукт разделения. Извлечение элементарных фракций в продукты подчиняется нормальному закону распределения, что позволяет нормировать отклонение определяющих признаков разделения (плотности). Суммируя элементарные фракции по их долевому участию в каждом продукте разделения, получают выход, а по уровню баланса находят средневзвешенную зольность каждого из них.

Весь расчет ведется на компьютере по отработанной программе. При этом допускается экспериментирование параметрами разделения (плотность или крупность) для отыскания их оптимума. Определение его ведется по методу направленного поиска со скольжением от начальной точки, определяемой по методу Монте-Карло. Критерием оптимальности является максимальный выход концентрата зольностью не выше заданной при ограничении зольности промпродукта и отходов.

Математическая модель технологической схемы как совокупность формализованных операций представлена в виде операторов, последовательно перерабатывающих информацию об исходном угле. Матрицы входных и выходных параметров каждого процесса (оператора) представляют собой развернутые характеристики гранулометрического и фракционного составов исходного угля и каждого продукта обогащения.

В России и за рубежом известен ряд подобных методов оптимизации технологических схем и параметров разделения. Причем все они предусматривают компьютерный расчет параметров для заданных вариантов схемы. Одним из недостатком известных методов является то, что изменение гранулометрического и фракционного составов угля и его отдельных классов в процессе обогащения не моделируется, а только пассивно учитывается вводом дополнительной информации о шламоообразовании. Экономико-математические модели не предусматривают также оптимизацию схем обогащения сортового топлива (не учитывают специфику взаимного влияния параметров при формировании товарных сортов). Эти причины, а также влияние формализации решаемой задачи на результаты расчета вызывают необходимостью экспертного рассмотрения и корректировки отдельных расчетных параметров.

После программного расчета показателей разделения и выбора конкретных типоразмеров оборудования для основных операций уточняются реальные нагрузочные характеристики, которые непосредственно связаны с показателями обогащения. На этой стадии работы выполняют свою роль действующие «Нормы технологического проектирования» по основным процессам. При выдаче параметров для проектирования уточняется возможность применения тех или иных нормативных данных для конкретных условий, определяются поправки на специфические характеристики углей. Таким образом, окончательное уточнение рекомендуемых показателей разделения производится с учетом выбора технологического оборудования.

Татьяна Хамзина,  аспирант ИГД имени Чинакала СО РАН, главный специалист, ООО  «Сибгипрошахт»


2021-Интекпром