PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

An analysis of effects of coal jigging after changes in the grain composition of a feed

Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Analiza efektów wzbogacania węgla w osadzarkach przy zmianach składu ziarnowego nadawy
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
In the article the results of coal jigging were presented. For four versions of enrichment - with one, two or three jigs - optimal density of partition in jigs was determined with various desired quality of a final concentrate. The substantial difference in conditions of enrichment in individual versions of a technological system refers to various widths of the feed grain classes. Then enrichment forecasts were made at optimal partition widths in jigs, but with changes in mass contents of grain classes of a feed for jigs. Relative production values were given for the considered enrichment cases.
PL
W zakładach wzbogacania węgla zmiany założeń produkcyjnych, wynikające z konieczności realizacji kontraktów handlowych, oraz różnorakie zakłócenia procesów produkcyjnych prowadzą do uzyskiwania różnych punktów pracy struktury technologicznej. Optymalne decyzje sterujące, maksymalizujące oczekiwane efekty sterowania nadrzędnego, np. uzyskania maksymalnej wartości produkcji o zadanej jakości, można rozwiązywać z wykorzystaniem optymalizacji statycznej (Cierpisz & Pielot, 1999a, 2001; Pielot, 2006). W artykule rozpatrzone zostały zagadnienia sterowania dotyczące fragmentu układu technologicznego - wzbogacania węgla energetycznego w osadzarkach. W literaturze od dawna podnoszony jest problem wzbogacania osadowego w wąskich klasach ziarnowych. Pomiędzy koncentratem a odpadami osadzają się bowiem małe ziarna kamienia i duże ziarna węgla - czyli tzw. ziarna równopadające. Warstwa tych ziarn ma tym większą grubość im szersza jest klasa ziarnowa wzbogacanego węgla surowego. Wzbogacanie w osadzarkach jest więc tym dokładniejsze, im węższe są klasy ziarnowe wzbogacanego węgla, co prowadzi jednak do konieczności stosowania większej liczby osadzarek (Krukowiecki, 1970, s. 160). Celem analiz przedstawionych w artykule jest najpierw porównanie wzbogacania tego samego węgla surowego w jednej, dwóch bądź trzech osadzarkach o łączonych koncentratach. Porównanie efektów wzbogacania, zwłaszcza wartości produkcji o zadanej jakości pozwala określić przyrost tej wartości w układach wzbogacania równoległego dwóch albo trzech osadzarek względem wartości produkcji uzyskiwanej z jednej osadzarki. Określenie przyrostu wartości produkcji może być ekonomiczną przesłanką rozbudowy układu wzbogacania. Następnie wykonane zostały obliczenia przy zmianach zawartości masowych klas ziarnowych w nadawie do osadzarek i zestawione zostały wyniki tych prognoz, co pozwala na ilościową ocenę różnic wartości produkcji i zawartości popiołu w koncentracie. W prognozach symulacyjnych wykorzystane zostały charakterystyki ilościowo-jakościowe nadawy trudno wzbogacalnej. W tablicy 1 przedstawione są charakterystyki składu ziarnowego, zaś w tablicy 2 przedstawiona jest charakterystyka gęstościowo-jakościowa. Jest to nadawa o charakterystyce wzbogacalności identycznej w przypadku wszystkich klas ziarnowych. Taki wybór pozwala łatwiej prześledzić wpływ różnej niedokładności wzbogacania w osadzarkach w różnych klasach ziarnowych. Przyjęto do obliczeń nadawę, zawierającą trzy klasy ziarnowe: 0,5-1 mm, 2-5 mm oraz 8-20 mm. W modelu osadzarki przyjęto, że dla tych trzech klas obowiązuje pięć uogólnionych krzywych rozdziału, które przedstawione są na rys. 1. Dwie pierwsze krzywe dotyczą klasy 0,5-1 mm (ważona wartość Ep = 0,177), kolejne dwie - klasy 2-5 mm (ważona wartość Ep = 0,082) zaś ostatnia krzywa - klasy 8-20 mm (Ep = 0,062). Prognozy wzbogacania przeprowadzone zostały dla czterech układów technologicznych. Pierwszy układ (I) to wzbogacanie węgla w pojedynczej osadzarce - rys. 2, kolejne dwa układy (IIa i IIb) to wzbogacanie węgla w dwóch osadzarkach rys. 3 a czwarty układ (III) to wzbogacanie w trzech osadzarkach każdej klasy ziarnowej nadawy oddzielnie - rys. 4. Układy dwóch osadzarek z rys. 3 różnią się wielkością otworów sita przesiewacza, a zatem w układzie IIa w osadzarce pierwszej wzbogacane są dwie najdrobniejsze klasy nadawy (1 i 2 w tab. 1) a w osadzarce drugiej klasa najgrubsza (3). W układzie IIb w osadzarce pierwszej wzbogacana jest najdrobniejsza klasy nadawy (1) a w osadzarce drugiej dwie pozostałe klasy (2 i 3). Na rysunku 5 zilustrowane są zmiany zawartości popiołu w poszczególnych koncentratach z osadzarek we wszystkich czterech układach technologicznych. Widoczne spore różnice zawartości popiołu są spowodowane jedynie różnymi niedokładnościami wzbogacania w osadzarkach w różnych klasach ziarnowych. Do obliczeń optymalizacyjnych wykorzystany został algorytm maksymalizacji produkcji o zadanej jakości, omówiony w pracach (Cierpisz & Pielot, 1997, 2001; Pielot, 1999), wykorzystujący modele tablicowe głównych operacji przeróbki węgla (Goodman & McCreery, 1980). Metodykę modelowania poszczególnych operacji oraz prognoz optymalizacyjnych przedstawiono w opracowaniach (Cierpisz & Pielot, 1999b, 2001). Wartość produkcji (PV), która jest funkcją celu algorytm maksymalizacji, określona jest w kolejnych układach (rys. 2-4) zależnościami (2a-2c). Do obliczania wartości produkcji wykorzystana została czwarta wersja formuły sprzedażnej z 2002 roku (Blaschke et al., 2003; Lorenz et al., 2002). Na rysunku 6 przedstawiono uzyskane wyniki względnej maksymalnej wartości produkcji, uzyskanej przy różnych zadanych zawartościach popiołu w koncentracie końcowym. Każdy punkt na tych wykresach uzyskany został przy każdorazowo optymalnych gęstościach rozdziału w poszczególnych przypadkach. Poziomem odniesienia była maksymalna możliwa do osiągnięcia wartość produkcji w układzie z jedną osadzarką. Kształt krzywych maksymalnej wartości produkcji ilustruje charakter układów technologicznych, które z punktu widzenia teorii sterowania są nieliniowymi obiektami ekstremalnymi. Przyrosty maksymalnej wartości produkcji w układach z dwiema lub trzema osadzarkami są dość znaczące - zwłaszcza dla dobrej wymaganej jakości koncentratu - i przedstawione są na rys. 7. Ze wstępnych szacunków kosztów wzbogacania wynika, że w przypadku układów równoległych przyrost wartości produkcji rekompensuje z nadwyżką koszty eksploatacyjne osadzarek. W przypadku więc gdy w zakładzie wzbogacania znajdują się dwie (trzy) osadzarki, to celowym działaniem jest skierowanie do nich różnych klas ziarnowych nadawy. Szczegółowych analiz wymaga natomiast rozstrzygnięcie kwestii, czy możliwe jest w odpowiednio krótkim czasie zrekompensowanie ewentualnych kosztów inwestycyjnych zakupu i instalacji nowej osadzarki - nadmienić należy, że może to być jednak mniejsza osadzarka o mniejszej wydajności, gdyż kierowana do niej byłaby tylko część nadawy. Oczywistym wydaje się również wzbogacanie w układzie równoległym z rozdzieleniem klas ziarnowych w przypadku gdy jedna osadzarka ma zbyt małą wydajność w stosunku do ilości węgla surowego. W celu prześledzenia zmian zawartości masowych poszczególnych klas ziarnowych w węglu surowym nadawa została rozdzielona na dwie nadawy o różnym składzie ziarnowym, co przedstawione jest w tabeli 3. Można założyć, że obie nadawy są mieszane ale znajdują się w osobnych zbiornikach i mogą być zadawane w różnych wzajemnych proporcjach. Zsumowanie obydwu nadaw w proporcjach N1 - 50% oraz N2 - 50% daje w efekcie tę samą charakterystykę składu ziarnowego jak w tabeli 1. Wszystkie dotąd przedstawione wyniki obliczeń dotyczą takiego właśnie przypadku. Również podane w tablicy 4 wartości gęstości rozdziału, zapewniające uzyskanie koncentratu końcowego o zadanej jakości, dotyczą równych proporcji nadaw. We wszystkich kolejnych obliczeniach, całkowita masa obydwu nadaw pozostawała zawsze bez zmian, zmieniały się jedynie proporcje ilościowe nadaw N1 i N2 w zakresach od 25:75% do 75:25%. Wzrost udziału nadawy N1 (przy jednoczesnym zmniejszaniu się udziału nadawy N2) oznacza większą ilość ziarn największych (klasa 3) wzbogacanych z mniejszą niedokładnością. Oznacza jednocześnie mniejszą ilość ziarn najdrobniejszych (klasa 1) wzbogacanych z większą niedokładnością. Udział ziarn pośrednich (klasa 2) pozostawał każdorazowo niezmienny. Zawartość popiołu w koncentracie końcowym przy zmianach proporcji nadaw N1 i N2 zmienia się najbardziej w układzie z jedną osadzarką, i to we wszystkich przypadkach przedstawionych na rys. 8. Jest to więc układ najbardziej wrażliwy na zmiany składu ziarnowego. Najbardziej odporny pod tym względem jest układ z trzema osadzarkami (III), w którym zakres zmian zawartości popiołu w koncentracie końcowym jest najmniejszy. Układy z dwiema osadzarkami - IIa i IIb są pod tym względem wzajemnie równoważne. Wychód koncentratu końcowego zasadniczo zawsze maleje - rys. 9. Również w przypadku wychodu koncentratu największy zakres zmian zachodzi w układzie I, a najmniejszy w układzie III. Znowu więc układ z jedną osadzarką jest najbardziej wrażliwy, natomiast układ z trzema osadzarkami najbardziej odporny na zmiany składu ziarnowego. Na rys. 10 przedstawione są zmiany wartości produkcji. Z rysunku wynika, że poprawa składu ziarnowego skutkuje zasadniczo wzrostem wartości produkcji. Najlepszym układem pod względem wartości produkcji jest układ z trzema osadzarkami, najgorszym układ z jedną osadzarką. Ponadto w układzie z jedną osadzarką w przypadku niższych zadanych zawartości popiołu poprawa składu ziarnowego daje w efekcie zmniejszenie wartości produkcji - rys. 10a. Ten bardzo niekorzystny efekt wynika z tego, że przy dobrej jakości koncentratu gęstość rozdziału jest względnie mała. W tablicach 5 i 6 podane są gęstości rozdziału w osadzarkach zapewniające uzyskanie koncentratu końcowego o zadanej jakości w przypadkach skrajnych rozpatrywanych proporcji nadaw N1 i N2. Na rys. 11 pokazane są zmiany maksymalnej wartości produkcji możliwej do uzyskania w układzie z jedną osadzarką przy różnych udziałach nadaw N1 i N2. Wzrost udziału nadawy N1, a więc poprawa składu ziarnowego skutkuje większą wartością produkcji, gdyż nawet pojedyncza osadzarka wzbogaca węgiel z coraz mniejszą niedokładnością. Bardzo podobny charakter zmian wartości produkcji ma miejsce w przypadku pozostałych układów. Na rys. 12 pokazane są zmiany maksymalnej wartości produkcji przy udziałach nadaw N1 25% i N2 75% (rys. 12a) oraz N1 75% i N2 25% (rys. 12b). Są to rysunki analogiczne do rys. 6b. W podsumowaniu artykułu sformułowano szereg wniosków. Krzywe rozdziału osadzarek mają kształt odbiegający od idealnej krzywej, co powoduje, iż w procesie wzbogacania grawitacyjnego pojawiają się ziarna błędne. Ponieważ w przypadku różnych klas ziarnowych nadawy krzywe rozdziału mają różny kształt, dlatego efekty wzbogacania są różne w poszczególnych klasach ziarnowych. Możliwy jest dobór gęstości rozdziału w osadzarkach, maksymalizujący wychód koncentratu o zadanej jakości (a więc maksymalizujący wartość produkcji). Układ technologiczny jest obiektem ekstremalnym a zatem możliwy jest dobór optymalnego punktu pracy. Optymalna jakość koncentratu, wynikająca z określonej charakterystyki wzbogacalności węgla surowego i zastosowanego układu technologicznego, powinna być znana osobom zawierającym kontrakty handlowe. Zawartość popiołu w ramach kontraktów powinna jak najmniej odbiegać od optymalnej. W przypadku małej wymaganej zawartości popiołu opłacalne jest stosowanie układu dwóch lub trzech osadzarek. Układ dwóch osadzarek (IIa) jest szczególnie godny polecenia w przypadku gdy pojedyncza osadzarka (układ I) ma zbyt małą wydajność. Wtedy zastosowanie dwóch (trzech) mniejszych osadzarek daje wymierne efekty ekonomiczne - oczywiście najistotniejsze w przypadku nadawy trudno wzbogacalnej. Zmiana składu ziarnowego powoduje - przy niezmiennych gęstościach rozdziału w osadzarkach - zmiany zawartości popiołu w koncentracie końcowym. Najbardziej pod tym względem wrażliwym jest układ z jedną osadzarką (I), najbardziej odpornym jest układ z trzema osadzarkami (III). Poprawa składu ziarnowego (w sensie wzrostu udziału ziarn większych przy jednoczesnym zmniejszeniu udziału ziarn mniejszych) powoduje zmniejszenie wychodu koncentratu końcowego. Najbardziej pod tym względem wrażliwym jest znowu układ z jedną osadzarką (I), najbardziej odpornym jest układ z trzema osadzarkami (III). W układzie III przy dobrej zadanej jakości koncentratu jego wychód nawet nieznacznie rośnie (rys. 9a). Poprawa składu ziarnowego skutkuje zasadniczo wzrostem wartości produkcji. W układzie z jedną osadzarką przy dobrej zadanej jakości koncentratu poprawa składu ziarnowego powoduje jednak zmniejszanie się wartości produkcji (rys. 10a). Zmniejsza się, we wszystkich rozpatrywanych układach, optymalna zawartość popiołu w koncentracie końcowym Możliwy do uzyskania wzrost wartości produkcji jest wartością godną zainteresowania dla technologów w zakładach wzbogacania węgla. Może to przyczynić się do poprawy efektywności dyspozytorskiego sterowania układów technologicznych. Ocena bieżącej wartości produkcji (na podstawie danych z wag taśmowych i popiołomierzy) oraz oszacowanie zakłóceń (np. własności technologicznych węgla surowego za pomocą pomiarów parametrów jakościowych oraz składu ziarnowego w trybie on-line), oddziałujących na obiekt sterowania mogą być wykorzystane do wypracowania odpowiednich korekt wartości zadanych parametrów rozdziału w ramach optymalizacji bieżącej.
Rocznik
Strony
827--846
Opis fizyczny
Bibliogr. 23 poz., tab., wykr.
Twórcy
autor
  • Department of Mining Electrification and Automatization, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2, Poland
Bibliografia
  • Blaschke W., Grudziński Z.. Lorenz U., 2003. Koncepcja formuły sprzedażnej węgla kamiennego energetycznego przeznaczonego dla energetyki zawodowej. Inżynieria mineralna, zeszyt specjalny, nr S. 3 (10), p. 185-193.
  • Blaschke W., Tarnawska K., 2007. Wpływ dokładności wzbogacania w zakładach przeróbczych na wyniki ekonomiczne kopalń węgla kamiennego. Polityka Energetyczna, t. 10, zeszyt specjalny 2, Kraków, p. 623-632.
  • Cierpisz S., Pielot J., 1997. Metoda wyznaczania optymalnych wartości parametrów rozdziału procesów przeróbczych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, Katowice, nr 6-7 (323), p. 101-105.
  • Cierpisz S., Pielot J., 1999a. Computer simulation of complex control systems in coal preparation plants. Archives of Mining Sciences, vol. 44, nr. 3, p. 387-394.
  • Cierpisz S., Pielot J., 1999b. Komputerowy model symulacyjny procesów przeróbki węgla - zastosowanie w systemach dyspozytorskiego sterowania. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Wydawnictwo IGSMiE PAN, t. 15, zeszyt specjalny, Kraków, p. 265-282.
  • Cierpisz S., Pielot J., 2001. Symulacyjne statyczne modele procesów i układów sterowania w zakładach wzbogacania węgla. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Monografia, nr 28, Gliwice.
  • Głowiak S., 2004. Wpływ zmian charakterystyki nadawy na jakość produktów wzbogacania w osadzarce. Materiały X Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Kopalin. Szczyrk, 2-4 czerwca, p. 71-82.
  • Głowiak S., 2009. Wpływ składu ziarnowego nadawy na skuteczność wzbogacania w osadzarce. Materiały XV Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Kopalin. Szczyrk. 2-4 czerwca, p. 37-50.
  • Goodman F., McCreery J., 1980. Coal Preparation Computer Model. Vol. I. U.S. Environmental Protection Agency. Washigton.
  • Kalinowski K., 1982. Identyfikacja i sterowanie procesami wzbogacania węgla we wzbogacalnikach z cieczą ciężką i w osadzarkach. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. seria: Górnictwo, zeszyt 120, Gliwice.
  • Krukowiecki W., 1970. Przeróbka mechaniczna rud, węgla, soli i innych kopalin. Warszawa.
  • Laskowski J., Łuszczkiewicz A., 1989. Przeróbka kopalin: wzbogacanie surowców mineralnych. Wrocław.
  • Lorenz U., Blaschke W., Grudziński Z., 2002. Propozycja nowej formuły sprzedażnej węgla energetycznego przeznaczonego dla energetyki zawodowej. Studia, Rozprawy, Monografie, nr 112, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków.
  • Nawrocki J., 1976. Analityczno-graficzne metody oceny pracy wzbogacalników grawitacyjnych, Katowice.
  • Niederliński A., 1985. Systemy komputerowe automatyki przemysłowej. t. 2. Zastosowania. WNT, Warszawa.
  • Pielot J., 1999. Maksymalizacja produkcji w sterowaniu procesów przeróbki mechanicznej węgla. Materiały V Konferencji Automatyzacji Procesów Przeróbki Mechanicznej Węgla, Szczyrk, 5-8 maja, p. 145-158.
  • Pielot J., 2004. Analiza wpływu niedokładności wzbogacania węgla na uzyskiwane efekty ekonomiczne. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 6 (401), Katowice, p. 34-43.
  • Pielot J., 2006. Maximization of Production in Technological System of Coal Preparation Process. IFAC Workshop - MMM' 2006, Automation in Mining. Mineral and Metal Industry, 20-22 September, Cracov, p. 193-196.
  • Pielot J., 2010. Analiza maksymalnej wartości produkcji przy wzbogacaniu różnych klas ziarnowych węgla energetycznego w osadzarkach. Kwartalnik Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 34, z. 4/1, Kraków, p. 217-230.
  • Sztaba K. (red.), 2003. Identyfikacja i ocena wybranych właściwości surowców mineralnych oraz procesów ich przeróbki, Kraków.
  • Tatjewski P., 2002. Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych. Struktury i algorytmy, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa.
  • Trybalski K., 1996. Optymalizacja w przeróbce kopalin. Archives of Mining Sciences, vol. 41, no. 3, p. 371-392.
  • Tumidajski T., Gawenda T., Niedoba T., Saramak D., 2008. Kierunki zmian technologii przeróbki węgla kamiennego w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 24, z. 1/2, Kraków, p. 245-258.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPZ5-0019-0009
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.