ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГОЗАТРАТ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ УСТАНОВОК
Истомин П.В., Потапенко А.Н. (БелГТАСМ, г.Белгород, РФ)
На основании экспериментальных данных, связанных с гидротранспортировкой железорудных шламов (хвостов), была выявлена особенность, заключающаяся в следующем. При увеличении плотности хвостов, т.е. удельной плотности твердой составляющей, гидравлическое сопротивление, оказываемое стенками трубопровода на гидросмесь, изменяется по определенному закону. Имеется такой участок этой характеристики, на котором увеличение плотности пульпы приводит к уменьшению гидравлических потерь на преодоление сил трения. Исходя из этого следует, что существует оптимальная плотность гидросмеси, при которой энергозатраты, приходящиеся на единицу переносимого материала, будут минимальны. При этом на каждом конкретном объекте с учетом его особенностей характер исследуемой зависимости будет аналогичен. Это обусловлено особенностью транспортируемой породы и ее гранулометрическим составом, присущим конкретному ГОКу с его производственным циклом. В связи с этим, для уменьшения энергозатрат целесообразно определять зависимость гидравлического сопротивления от плотности гидросмеси для каждого конкретного объекта.
Кроме того, имеются другие факторы, влияющие на гидравлическое сопротивление, один из них – это скорость транспортировки в пульпопроводе. Существует множество эмпирических зависимостей, выведенных на основе экспериментальных исследований с различными материалами, связывающих гидравлическое сопротивление со скоростью транспортировки, но все они указывают на то, что уменьшение скорости транспортировки приводит к уменьшению удельных энергозатрат (в этих зависимостях показатель степени скорости выше двух). Однако существует минимальная скорость, дальнейшее снижение которой при транспортировке невозможно – происходит выпадение осадка, что приводит к уменьшению сечения пульпопровода и, соответственно, к увеличению скорости. В результате данного процесса образуется так называемая отрицательная обратная связь. Такая скорость называется критической. Таким образом, имеется оптимальная, с точки зрения энергозатрат, скорость транспортировки, соответствующая критической.
На процесс транспортировки гидросмеси оказывает существенное влияние ряд внешних возмущающих факторов, таких как температура гидросмеси внутри трубопровода, характеристики гранулометрического состава и др. Показатели степени воздействия этих факторов с течением времени имеют тенденцию к изменению. При этом температура гидросмеси внутри трубопровода заранее прогнозируема – ее изменение детерминировано и cвязано с годичным циклом изменения температуры окружающей среды. Характеристики гранулометрического состава с течением времени изменяются незначительно. Его изменения связаны с износом оборудования. Однако в значительной степени характеристики гранулометрического состава определяются типом дробильных и помольных агрегатов, а также параметрами процесса измельчения.
Что касается влияния температуры гидросмеси на скорость транспортировки, то она влияет на критическую скорость. Повышение температуры влечет за собой увеличение критической скорости и наоборот. Гранулометрический состав влияет как на критическую скорость, так и на гидравлическое сопротивление. Говоря об изменениях гранулометрического состава, в общем случае, нельзя однозначно сказать, какие именно изменения будут происходить в характере транспортировки. Для этого необходимо знать, какие именно изменения произошли в гранулометрическом составе.
Математическое описание гидротранспортных установок основано на экспериментальных исследованиях, что приводит к появлению эмпирических зависимостей. Эти зависимости имеют ограниченные диапазоны применения. На практике полученные эмпирические зависимости для лабораторных установок зачастую не соответствуют действующим гидротранспортным установкам. Таким образом, при проектировании промышленных установок изначально закладывается значительная ошибка.
Для того, чтобы добиться оптимальной, с точки зрения энергозатрат, работы гидротранспортной установки, необходимо ввести обратные связи по плотности гидросмеси и скорости ее подачи. Кроме того, необходимо собирать информацию об опыте эксплуатации установки для корректировки ее математической модели.
Система автоматического регулирования (САР) гидротранспортной установкой включает следующие основные элементы, а именно, электронный регулятор, зумпф, насос с электроприводом, пульпопровод, контур регулирования подачи воды в зумпф, расходомер хвостов, поступающих в зумпф, датчики температуры, датчик уровня гидросмеси в зумпфе и интеллектуальный датчик, определяющий режим транспортировки гидросмеси, т.е. скорость транспортировки и распределение плотности гидросмеси по сечению пульпопровода.
На первом этапе регулятор САР по данным интеллектуального датчика будет управлять уровнем гидросмеси в зумпфе, что приведет к изменению перепада давления на насосе. Данный подход позволяет осуществлять управление в достаточно узком диапазоне. Кроме того, использование интеллектуального датчика позволит получить экспериментальные данные для уточнения математической модели.
На втором этапе регулятор САР по данным интеллектуального датчика будет управлять расходом хвостов в пульпопроводе путем регулирования электропривода насоса с помощью частотного преобразователя, а так же плотностью гидросмеси.
Таким образом, САР гидротранспортной установки позволит регулировать плотность гидросмеси и ее расход.