VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Применение энергосберегающих технологий при обогащении железной руды на ДОФ OAO «ОлКон»

Актуальность темы

В настоящее время энергосбережение - одна из приоритетных задач. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Энергосберегающие технологии представляют собой комплекс мер и решений, направленных на уменьшение бесполезных потерь энергии. Это новый подход к технологическим процессам, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов.

Цель работы

Целью работы является анализ энергосберегающих технологий, внедряемых в главном корпусе дробильно-обогатительной фабрики OAO «ОлКон».

Гипотеза исследования

Применение энергосберегающих технологий в главном корпусе дробильно-обогатительной фабрики OAO «ОлКон» способствует экономии энергоресурсов и повышению производительности обогатительного оборудования.

Основные задачи исследования

1. Изучить технологический процесс дробильно-обогатительной фабрики ОАО «ОлКон».

2. Дать характеристику основного и вспомогательного оборудования, расположенного в главном корпусе ДОФ.

3. Проанализировать эффективность внедрения энергосберегающих технологий в главном корпусе ДОФ ОАО «ОлКон».

Предмет исследования

Дробильно-обогатительная фабрика ОАО «ОлКон».

Объект исследования

Основное и вспомогательное оборудование главного корпуса дробильно-обогатительной фабрики ОАО «ОлКон».

Методы исследования

При определении гипотезы был применен системный анализ, т.е. изучен объект исследования и проведена оценка объекта как системы со всеми факторами, влияющими на его функционирование.

1. Технологический процесс дробильно-обогатительной фабрики ОАО «ОлКон».

На дробильно-обогатительную фабрику ОАО «Олкон» поступает руда шести месторождений в суммарном объёме более 10 млн. т.

Дробление руды, поступающей на ДОФ, осуществляется в двух потоках:

• первый представлен комплексом циклично-поточной технологии с 3-х стадийной схемой дробления, крупное дробление руды находится непосредственно в Оленегорском карьере;

• второй (III технологическая нитка дробления) - представлен четырех стадийной схемой дробления преимущественно тонко вкрапленных руд.

Дробление руды осуществляется на обоих потоках в открытом цикле с предварительным грохочением перед мелким дроблением.

Основное технологическое оборудование первого потока (комплекс ЦПТ):

• крупное дробление - щековые дробилки с размером загрузочного отверстия 1500x2100 мм;

• среднее дробление - конусные дробилки с диаметром конуса 2200 мм;

• мелкое дробление - конусные дробилки с диаметром конуса 2200 мм.

Для извлечения гематита технологическая схема обогащения руды, поступающей с комплекса ЦПТ, включает, кроме магнитного, гравитационный цикл.

Конечный продукт отделения обогащения - магнетито-гематитовый концентрат крупностью около 60 % класса – 0,071 мм с содержанием железа общего – 65,7% - направляется в отделение обезвоживания и сушки.

Руда крупностью 1200 мм с Кировогорского и Южно-Кахозерского месторождений или крупностью 300 мм (Оленегорского карьера) подается железнодорожным транспортом на приемные бункеры 1-2 ниток дробления. Разгрузка руды из бункеров производится с первого ж.д. пути. Пластинчатыми питателями тяжелого типа руда подается в щековые дробилки № 1,2, далее через течки на вторую стадию в конусные дробилки. Руда после среднего дробления конвейерным транспортом подаётся на третью стадию дробления с предварительным грохочением по классу +25 мм.

Готовая дробленая руда крупностью 11% класса +25 мм системой конвейеров подается в бункера участка обогащения 2-7 секции или 8-12 секции.

Технологическая схема 1-2 ниток дробления руды

Руда

Крупное дробление СМД-60А (2 шт.)

Среднее дробление КСД-2200 Гр (2 шт.)

Грохочение ГИТО-42р (4 шт.)

Мелкое дробление КМД-3000Т (4 шт.)

Дробленая руда (класс +25 мм 11%)

Руда крупностью 1200 мм Кировогорского, месторождения им.XV-летия Октября железнодорожным транспортом подаётся на приёмные бункера 3-й нитки дробления. Разгрузка руды из думпкаров производится с 12-го ж/д пути. Пластинчатым питателем тяжелого типа руда подается в 1-ю стадию дробления - щековую дробилку. Дробленая руда через течку направляется на 2-ю стадию крупного дробления и далее конвейером № 52 в бункер среднего дробления на конусные дробилки. Дробленая руда после среднего дробления конвейерами № 53, 54, 55 подается в бункер мелкого дробления. Перед мелким дроблением руда проходит грохочение по классу + 25 мм. Верхний продукт грохотов поступает на дробилку. Нижний продукт грохотов объединяясь с дробленой рудой после 2-стадии дробления, конвейерами № 56, 57, 58, 7^а, 7^б подается в бункеры участка обогащения на 8-12 секции. Крупность дробленой руды составляет +11 % класса +25 мм.

Технологическая схема 3 нитки дробления руды

Руда

Крупное дробление СМД-60А (2 шт.)

Среднее дробление КСД-2200 Гр (1 шт.)

Среднее дробление КСД-2200 Гр (2 шт.)

Классификация

Грохочение ГИТО-42р (4 шт.)

Мелкое дробление КМД-3000Т (4 шт.)

Дробленая руда (класс +25 мм 11%)

1. Краткая характеристика оборудования главного корпуса ДОФ

Дробилки - это устройства, применяемые для дробления нерудного материала. В качестве электропривода для дробилок применяются высоковольтные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в продолжительном режиме. Дробилки относятся к потребителям второй категории.

Ленточные конвейеры, уборочные конвейеры и питатели - это устройства, применяемые для перемещения дроблёного нерудного материала. В качестве электропривода для конвейеров и питателей применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в продолжительном режиме. Ленточные конвейеры относятся к потребителям второй категории.

Грохоты - это устройства, применяемые для просеивания дроблёного нерудного материала. В качестве электропривода для грохотов применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в продолжительном режиме. Ленточные конвейеры относятся к потребителям второй категории.

Вентилятор является воздуходувной машиной и применяется для вентиляции производственных помещений и др. Электропривод вентилятора характеризуется равномерной и длительной нагрузкой. В качестве электропривода для вентиляторов применяют асинхронные, закрытого типа электродвигатели. При мощности до 100 —150 кВт используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, свыше 150 кВт - синхронные. Вентиляторы относятся к потребителям первой категории.

Калориферы – это оборудование, предназначенное для воздушного отопления производственных помещений и зданий промышленного назначения. Агрегаты применяют в районах с умеренным и холодным климатом и размещают в помещениях с воздушной средой, содержащей пыли и другие твердые примеси не более 0,5 мг/м³, а также не содержащих липких веществ и волокнистых материалов.

Насосы служат для перекачки различных жидкостей и имеют диапазон мощностей от долей киловатт (подача смазки, реактивов и пр.) до 12,5 МВт (с вертикальным валом для промышленного водоснабжения). В установках большой производительности с переменным расходом энергии на единицу перекачиваемой жидкости, необходимо регулирование частоты вращения, вследствие чего привод выполняется по каскадным схемам. В качестве электропривода применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в длительном режиме.

Маслонасосы. Маслонасосы применяются для создания давления в гидросистемах оборудования. Электропривод маслонасосов характеризуется неравномерной и кратковременной нагрузкой. В качестве электропривода применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в кратковременном режиме.

Освещение. Для промышленных предприятий характерно два вида освещения: рабочее и аварийное. Рабочее освещение обеспечивает надлежащую освещенность всего помещения и рабочих поверхностей. Аварийное освещение должно обеспечивать продолжение работы или безопасную эвакуацию людей из помещения в случае аварийного отключения рабочего освещения.

1. Анализ эффективности внедрения энергосберегающих технологий в главном корпусе ДОФ ОАО «ОлКон»

1.  

   1. Использование систем частотного регулирования в приводах электродвигателей в системах вентиляции, на насосных станциях и других объектах с переменной нагрузкой.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность.

Регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно производить посредством различных по своему составу и принципу действия устройств. Так, например, наиболее известными и распространенными устройствами являются следующие:

1. Гидравлическое устройство - гидравлическая муфта.

2. Механическое устройство - механический вариатор.

3. Электрические устройства:

• электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)

• дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.

• статический преобразователь частоты

При использовании частотных преобразователей отсутствуют все недостатки, присутствующие при использовании остальных устройств, а именно:

• низкое качество регулирования

• малый диапазон регулирования

• низкая экономичность

• сложности в применении

• сложность эксплуатации и обслуживания

Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя.

КПД такого преобразования очень высокое и составляет порядка 98 %. При этом из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки.

Микропроцессорная управляющая система обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая тем самым возможность возникновения аварийных ситуаций.

Состав силовой части такого преобразователя приведён на рис. 1.

• входной неуправляемый выпрямитель

• звено постоянного тока с LC-фильтром

• автономный инвертор напряжения с ШИМ

Рисунок 1. Силовая часть частотного преобразователя.

Частотный преобразователь необходим для решения стандартных проблем практически любого предприятия или организации, например таких как:

• экономия энергоресурсов

• снижение затрат на плановые ремонтные работы и капитальный ремонт

• увеличение срока службы технологического оборудования

• обеспечение оперативного управления и достоверного контроля за ходом выполнения технологических процессов

Значительная экономия электроэнергии достигается при одном условии – приводной механизм должен что-либо регулировать (поддерживать какой-либо технологический параметр):

• если используется насос, то необходимо регулировать расход воды, давление в сети или температуру чего-либо охлаждаемого или нагреваемого

• если используется вентилятор или дымосос, то регулировать нужно температуру или давление воздуха, разрежение газов

• если используется конвейер, то часто бывает нужно регулировать его производительность

Можно выделить типовые механизмы, эксплуатационная и экономическая эффективность которых значительно увеличивается при внедрении частотных преобразователей и систем автоматизации на их базе:

• насосы, вентиляторы, дымососы;

• конвейеры, транспортеры.

Особый экономический эффект от использования частотных преобразователей дает применение принципа частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей.

До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня абсолютно доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. Перспективность частотного регулирования наглядно видна на рис.2.

Для дросселирования – в точкеQ=0(Pmin) задвижка закрыта, а в точкеQ=1(Pmax) задвижка открыта.

Рисунок 2. Перспективность частотного регулирования насоса.

Можно заметить, что при дросселировании энергия потока вещества, сдерживаемого задвижкой или клапаном, просто теряется, не совершая никакой полезной работы. Применение частотного преобразователя в составе насосного агрегата или вентилятора позволяет просто задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снижение потерь транспортируемого вещества.

Экономическая и техническая эффективность частотно-регулируемого привода

Несмотря на кажущуюся значительную стоимость современных преобразователей, окупаемость вложенных средств за счёт экономии энергоресурсов и других составляющих эффективности не превышает в среднем 1,5 лет. Это вполне реальные сроки, а учитывая многолетний ресурс подобной техники, можно подсчитать ожидаемую экономию на длительный период и принять правильное решение.

Самая привлекательная особенность этого оборудования заключается в том, что оно представляет из себя один из наиболее выгодных объектов для инвестирования средств предприятия.

С одной стороны, инвестируя средства в преобразователи частоты для своего производства, предприятие гарантированно возвращает эти средства за период срока окупаемости, а в последующие 15-20 лет предприятие просто получает чистую прибыль. С другой стороны, сделанные инвестиции ни на минуту не покидают пределов вашего предприятия.

Обоснование технической эффективности внедрения частотного привода

При использовании преобразователя частоты появляются следующие технические возможности:

• регулирование скорости от нуля до номинальной и выше номинальной

• плавный разгон и торможение

• ограничение тока на уровне номинального в пусковых, рабочих и аварийных режимах

• увеличение срока службы механической и электрической частей оборудования

• высвобождается некоторое оборудование

• монтаж частотного преобразователя возможен в стандартной ячейке распределительного устройства на месте высвобождаемого оборудования

Обоснование экономической эффективности внедрения частотного привода–расчет окупаемости:

Оценим величину экономического эффекта от применения преобразователя частоты серии EI-P7012 в исполнении IP54 для работы в условиях повышенной запыленности и/или возможного попадания воды(цена 447 000 р. с НДС) на ленточном конвейере мощностью 160 кВт.

Величина экономии электроэнергии при внедрении преобразователей частоты может составлять до 45 %. Мы в своих расчетах примем экономию за 20% хотя на практике она может составлять и 40%. Таким образом, для ленточного конвейера мощностью 160 кВт и работающего, к примеру, 9 месяцев в году, величина экономии электроэнергии за 1 год составит:

W(1 год, кВт*ч) = 160 кВт * 0,2 * 24 часа * 24 дня * 12 месяцев = 221184 кВт*ч.

В денежном выражении при стоимости 1 кВт*ч = 1,2 руб. величина экономии составит:

Е(1 год, руб.) = 221184 кВт*ч * 1,2 руб. = 265420,8руб.

Таким образом, срок окупаемости в этом случае составляет К = 447000/ 265420,8 = 1,68 года.

1.  

   1. Переход с традиционных источников света на светодиодное освещение

В связи с Федеральным законом об энергосбережении и повышении энергетической эффективности № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 необходимо найти наиболее распространенный способ экономии электроэнергии — оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

• максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);

• повышение отражающей способности (белые стены и потолок);

• оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);

• использование осветительных приборов только по необходимости;

• повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);

• замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные, компактные люминесцентные, светодиодные);

• применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);

• внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО);

• установка интеллектуальных распределённых систем управления освещением (минимизирую их затраты на электроэнергию для данного объекта).

Назначение освещения рабочего места

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

- недостаточность освещенности;

- чрезмерная освещенность;

- неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Преимущества использования светодиодных источников света

В качестве источников света широко используется дуговая ртутная лампа высокого давления для общего освещения типа ДРЛ. Лампы ДРЛ (дуговые ртутные с люминофором) - это разрядные лампы высокого давления. Благодаря дополнительным электродам и резисторам, размещенным в колбе, лампа не нуждается в зажигающем устройстве, включается в сеть с индуктивным ПРА и зажигается непосредственно от напряжения 220 Вольт, конденсатор необходим для уменьшения силы тока.

После включения лампы она зажигается, световой поток, создаваемый лампой, постепенно увеличивается, процесс разгоранияламп ДРЛ длится 7 – 10 минут.

При исчезновении напряжения лампа гаснет. Горячую лампу зажечь невозможно, необходимо ее полное остывание, после выключения ее можно повторно зажечь лишь через 10-15 минут. Выпускаютсямощностью от 80 до 250 Ватт.

Достоинства: низкая стоимость, нечувствительны к изменениям температуры (удобно использовать при освещении на улице).

Недостатки: низкая цветопередача, пульсация светового потока, чувствительность к колебаниям напряжения в сети, выделяет опасные для окружающей среды газы и тяжелые металлы, требуют особые условия утилизации.

Светодиодные лампы или светодиодные светильники в качестве источника света используют светодиод, применяются для бытового, промышленного и уличного освещения. Светодиодная лампа является одним из самых экологически чистых источников света. Принцип свечения светодиодов позволяет использовать в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Светодиодные лампы освещения не содержат ртутьсодержащих веществ, поэтому они не представляют опасности в случае выхода из строя или разрушения.

Достоинства: высокая эффективность превращения электроэнергии в свет, большой срок службы (до 11 лет), не требуют особых условий утилизации, мало подвержены негативным воздействиям вибрации, стойки к механическим воздействиям благодаря корпусу из алюминия и небьющегося пластика, пожаробезопасны (являясь низковольтным прибором, светодиод почти не нагревается), не является источником вредных УФ и ИК лучей.

Недостатки: высокая стоимость светодиодов (только работая свыше 5 лет без замены, светильник со светодиодными лампами окупит расходы на свое приобретение).

Технические характеристики ламп приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная таблица дугоразрядных и светодиодных ламп

Параметр	ДРЛ-700	СС Т1-210-Р-3
Мощность, Вт	700	108
Напряжение на лампе, В	220	220
Световой поток, лм	41000	42000
Срок службы, ч	20000	100000
Степень защиты	IP 52	IP 68

Обоснование экономической эффективности внедрения светодиодных источников света–расчет окупаемости:

Определяем годовые потери электрической энергии в осветительном оборудовании по формуле:

W= Р· Т∙k;

где Р- мощность лампы, Вт; k =40 - количество светильников, шт; Т =8760 час -число часов нагрузки.

Количество затрачиваемой энергии

• лампой ДРЛ-700: = 245,28 МВт∙ч;

• лампой СС Т1-210-Р-3: = 37,84 МВт∙ч.

Таким образом, экономия с новым осветительным оборудованием составляет = 207,4 МВт∙ч.

Так как стоимость электроэнергии для промышленных предприятий составляет 1,2 руб. за 1кВт,находим экономию электрической энергии за год:

Цена за одну лампу СС Т1-210-Р-3 составляет 13 200 руб. Стоимость всех ламп для главного корпуса ДОФ составит:

уб.

Затраты на демонтаж составляют 10 % от общей стоимости

руб.

Затраты на монтаж составляют 19% от общей стоимости

уб

Абсолютная стоимость системы освещения складывается и суммы стоимости ламп и затрат на демонтаж предыдущей осветительной системы и монтаж новой.

руб.

Результаты расчетов занесены в таблицу 2.

Таблица 2- Затраты намодернизацию системы освещения главного корпуса ДОФ.

Наименование	Единицы измерения	Количество	Стоимость, руб.
Трехмодульный светодиодный светильник треугольной формы 210 Вт КСС Д промышленный СС Т1-210-Р-3 (СС 480-700-П)	шт.	40	528 000,0
Демонтаж	%	10	52 800,0
Монтаж	%	19	100 320,0
Итого	-	-	681 120,0

Таким образом, срок окупаемости получаем путем отношения капитальных затрат к годовой экономии электроэнергии = 2,73 года.

Выводы: В ходе исследования гипотеза получила свое подтверждение, а именно доказано, что применение энергосберегающих технологий в главном корпусе дробильно-обогатительной фабрики способствует экономии энергоресурсов и повышению производительности оборудования:

1. Создание системы с частотно-регулируемыми приводами, в которых управление частотой осуществляется наряду с контролем целого комплекса различных технологических параметров, позволяет снизить не только потребление электрической энергии, но и обеспечивает экономию потребления энергоресурсов всей системы.

2. Переход с традиционных источников света на светодиодное освещение способствует экономии электроэнергии.

Исследование имеет практическую направленность, так как перспективы развития горной отрасли определяются на основании конкретных расчетов эффективности применения новой техники и технологии.

Список использованных источников

1. Москаленко В.В. Электрический привод, М.: Академия, 2005

2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, Госэнергонадзор Минэнерго России, СПб.: ООО Альтернативная Полиграфия, 2003.

3. Правила устройства электроустановок, 7-е издание, Новосибирск, Сибирское Университетское Издательство,2005.

4. Сухоручкин А.П. Электрооборудование обогатительных фабрик, М.: Недра, 1989

5. Шадров Б.В., Чудаков А.Д. Технические средства автоматизации, М.: Академия, 2010.

6. Экономика организации (предприятия) / под ред. Сафронова Н.А.,М.,ЭкономистЪ,2003.

7. Электротехнический справочник: В 4т.Т.2.Электротехнические изделия и устройства,/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. (гл. ред. И.Н.Орлов) – 9-е изд., стер. – М.: Издательство МЭИ,2003.

8. Электротехнический справочник: В 4т. Т.3. Производство, передача и распределения электроэнергии, / Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. (гл.ред. А.И.Попов) – 9-е изд., стер. – М.: Издательство МЭИ,2004.

Интернет-ресурсы

1. http://www.mining-media.ru/ru/calendar/expoarchiv/1677-energeticheskaya-effektivnost-na-predpriyatiyakh-gmk-i-promyshlennosti

2. http://www.technowell.ru/economy-electricity/

Код для цитирования: Скопировать