Особенности технологии переработки угольных шламов шламонакопителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ ОСАДИТЕЛЬНЫХ ЦЕНТРИФУГ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ ИЗ ШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ

угольный шлам шламонакопитель центрифуга

Вследствие длительной и интенсивной угледобычи в Украине в 74 шламонакопителях 62 обогатительных фабрик накоплено 62,5 млн. м3 угольных шламов - отходов технологии углеобогащения, занимающих площадь более 1500 га. Существует необходимость переработки этих отходов с целью извлечения полезного сырья и рекультивации земель.

Особенностями технологии переработки угольных шламов шламонакопителей, в отличие от обогатительных фабрик, являются:

- высокая зольность извлекаемого материала;

- работа в условиях низкого содержания зернистых частиц, т. к. твердая фаза на 70% и более представлена частицами мельче 74 мкм;

- резкие колебания зольности, гранулометрического состава извлекаемого из шламонакопителя продукта, а также марки угля, составляющего его горючую массу;

- отсутствие термического обезвоживания полученного концентрата.

Основные требования к аппаратам, применяемым для механического обезвоживания шламов, состоят в следующем:

- низкая влажность осадка;

- высокая эффективность улавливания твердой фазы в осадок;

- устойчивая работа в условиях резких изменений качества и количества поступающего на переработку шлама;

- малые габариты и вес, мобильность.

В качестве примера рассмотрим схему, которая эксплуатируется предприятием "Дзержинскэнергоресурс" (Донецкая обл.) (рисунок).

Рисунок. Схема технологии переработки угольных шламов из шламонакопителя

1 - шламонакопитель; 2 - земснаряд; 3 - подготовительные операции; 4 - гравитационное обогащение; 5 - флотомашина; 6 - вакуум-фильтр; 7 - центрифуга ОГШ-469

Для обогащения зернистой части шлама используются гравитационные методы (гидроциклоны, винтовые сепараторы).

Обогащение иловых фракций производится с помощью флотации, концентрат которой, в соответствии с проектом подвергается обезвоживанию на ленточном вакуум-фильтре. Поступающая из флотомашины суспензия имеет содержание твердого вещества 350 - 550 г/л, содержание частиц менее 74мкм 40 - 70%, зольность 8-12%. Влажность кека ленточного вакуум-фильтра составляет 20 - 27%. Для обеспечения работоспособности фильтра на его поверхности формируют подслой из зернистых частиц, для чего направляется часть концентрата из гравитационного отделения. Однако в случае отсутствия зернистых частиц в извлекаемом из шламонакопителя продукте происходит забивание фильтрующей поверхности и срыв процесса фильтрования.

Для разделения суспензий с высокодисперсной и абразивной твердой фазой НПП "Экомаш" (г. Харьков) разработаны и серийно выпускаются центрифугальные установки ОГШ-469 и ОГШ-759.

Центрифуга ОГШ-759 по массо-габаритным характеристикам и производительности более подходит для крупных обогатительных фабрик, а для технологии переработки шламонакопителей представляет интерес центрифуга ОГШ-469.В систему автоматизации установок последних выпусков входят частотно-регулируемый привод (на базе блоков фирмы "Mitsubishi"), а также электроприводной кран на линии подачи исходной суспензии, дающие возможность оперативной настройки режима центрифугирования.

С начала 2003 г. операцию обезвоживания флотоконцентрата на предприятии "Дзержинскэнергоресурс" выполняет центрифуга ОГШ-469, которая имеет следующие технологические показатели:

- производительность по обезвоженному осадку 6 - 7 т/ч

- влажность осадка 24 - 30 %

- унос твердой фазы с фугатом < 3%

- зольность фугата при частоте вращения ротора:

1600 об/мин 50 - 60%

2500 об/мин 75 - 82%

Центрифуга обеспечивает стабильное обезвоживание флотоконцентрата при значительных колебаниях зольности и гранулометрического состава продукта. Осадок центрифуги свободную влагу не выделяет, форму сохраняет, транспортабелен. При равной производительности центрифуга имеет приблизительно в 3 раза меньшие габариты и массу, чем фильтр. Центрифуга сохраняет работоспособность при "нулевых" температурах, когда гидравлическая система управления фильтра перестает работать. Затраты на обслуживание центрифуги в несколько раз меньше, чем на обслуживание фильтра.

В настоящее время на предприятии установлены две центрифуги ОГШ-469, что покрывает его технологические потребности.

Смесь обезвоженного на центрифуге флотоконцентрата с концентратом гравитационного отделения находит спрос как топливо для энергетики, что обусловливает общую высокую экономическую эффективность процесса переработки содержимого шламонакопителя.

ГЛАВА 2. Обогащение угольного шлама на осадительных центрифугах

В настоящее время все фабрики Донбасса, обогащающие угли, работают по схемам с полным улавливанием твердого в наружных очистных сооружениях. Сброс промышленных стоков ОФ в водоемы общего пользования с содержанием твердого продукта выше установленных санитарных норм прекращен. В основных производствах с глубиной обогащения антрацита до нуля водно-шламовая схема включает классификацию сгущенных шламов пирамидальных отстойников в радиальных сгустителях и в гидроциклонах; обогащение класса крупности менее 0.5 мм флотацией; обезвоживание пескового продукта гидроциклонов в осадительных центрифугах. При обезвоживании штыба в осадительных центрифугах 80-96% его поступает в обезвоженный осадок, а наиболее тонкодисперсный уголь с фугатом сбрасывается в наружные отстойники или снова направляется в классификатор для осветления суспензии.

Практика эксплуатации осадительных центрифуг НОГШ-1320 при обогащении антрацита показала, что крупность граничного зерна при различных режимах и характеристиках колеблется в пределах 40-80 мкм. Влажность обезвоженного осадка равна 24-30%.

Учитывая отсутствие на фабриках других эффективных устройств для осветления технологической воды и улавливания штыба, твердая фаза подрешетных вод грохотов и фу-гат осадительных центрифуг фактически являются циркуляционной нагрузкой. Тонкодисперсные частицы антрацита быстро накапливаются в оборотной воде, увеличивают содержание твердого продукта и ее вязкость. Это приводит к ухудшению работы устройств по осветлению технологических пульп и вынужденному сбросу части их в наружные отстойники или илонакопители. В связи с этим возникает необходимость применения таких водно-шламовых схем и аппаратов, которые способны окончательно обрабатывать продукты по мере их выделения из потока. Это является фактором повышения эффективности процессов обогащения угля ввиду ликвидации циркуляционных нагрузок.

В Украине научно-производственное предприятие «Эко-маш» разработало и наладило производство в г. Харькове осадительных центрифуг различных типоразмеров [4]. Наибольший интерес из разработанных машин для крупных углеобогатительных фабрик представляет центрифуги ОГШ-759Л-01-УХЛ4, ОГШ-751Л-УХЛ4, которые работают на ЦОФ «Комендантская» ГХК «Ровенькиантрацит», ГОФ «Красная звезда» (г. Торез), ЧПКП Фирма «Укринвест» (г. Алчевск), УОФ шахты «Северная» ОАО «Воркутауголь» (г. Воркута). Центрифуга ОГШ-759Л-01 представляет собой осадитель-ную горизонтальную машину непрерывного действия со шнековой выгрузкой обезвоженного осадка. Она функционирует по принципу осаждения частиц угля в жидкости и вытеснения последней из слоя извлекаемых зерен. Характер движения твердой и жидкой фаз пульпы противоточный.

Основным узлом центрифугальной установки ОГШ-759Л-01 является цилиндроконический ротор с соотношением длины к диаметру 2.86. Ротор выполнен из легированной стали. Высокий фактор разделения (Frmax = 1211) в сочетании с конструктивными особенностями ротора позволяет удалять угольный шлам с граничным зерном разделения до 10 мкм. Транспортирует выделенную твердую фазу одноза-ходный отстающий шнек, спираль которого защищена от абразивного износа керамическими пластинами. Привод ротора осуществляется от короткозамкнутого асинхронного электродвигателя через турбомуфту, клиноременную передачу, либо от модернизированного электропривода с применением электронного плавного пуска.

Вращающиеся элементы конструкции динамически отбалансированы. Предусмотрена защита электродвигателя и редуктора от перегрузки, а также контролируется фактическая исходная нагрузка центрифугальной установки и температура подшипников коренных опор.

На ЦОФ «Комендантская» были проведены сравнительные исследования работы осадительных центрифуг НОГШ-1320 и ОГШ-759Л-01 для решения вопросов выбора и оснащения ими углеобогатительных фабрик Украины.

Для подачи исходного продукта в ОГШ-759Л-01 применены мешалка, кран электроприводной, загрузочное устройство (см. рис.). В мешалке угольная пульпа поддерживается во взвешенном однородном состоянии, что предотвращает скачки по нагрузке в центрифугах ОГШ-759Л-01 и НОГШ1320.

Ручная задвижка служит для установки максимальной подачи пульпы. Электроприводной кран позволяет производить регулировку подачи исходной нагрузки в процессе центрифугирования - это важно при колебаниях содержания твердого в суспензии, изменения ее уровня в мешалке (например, при отключении НОГШ-1320). Загрузочное устройство выполняет функции: защиты центрифуги от попадания твердых, в частности металлических частиц размером более 3 мм; защиты от перегрузки в процессе первоначального поступления исходной нагрузки на центрифугу; отвода пульпы в зумпф шламовых вод при аварийных отключениях центрифуги.

ГЛАВА 3. АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Одним из распространенных промышленных способов разделения неоднородных жидких систем является центрифугирование, осуществляемое в специальных машинах - центрифугах.

В центрифугах происходят процессы отстаивания и фильтрации в поле центробежных сил, поэтому центрифуги -- это более эффективные машины для разделения неоднородных жидких систем, чем рассмотренные отстойники и фильтры.

По принципу действия центрифуги делят на отстойные и фильтрующие. Барабаны (роторы) отстойных центрифуг имеют сплошную, а фильтрующие--дырчатую (перфорированную) стенку, покрытую фильтровальной сеткой или тканью.

Фильтрующие центрифуги применяют для разделения сравнительно крупнодисперсных суспензий кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся при этом осадков, а также отделения влаги от штучных материалов.

Отстойные центрифуги предназначены для разделения плохо фильтрующихся суспензий, эмульсий, а также для разделения суспензий по крупности частиц твердой фазы. Отстойные центрифуги иногда, в свою очередь, подразделяют на собственно отстойные, осветляющие, концентрирующие и разделяющие (или сепарирующие).

C = mw2 / R = Gw2 / gR = Gn2R / 900

При вращении барабана центрифуги и находящегося в нем материала возникает центробежная сила. Величина центробежной силы, действующей на вращающееся тело массой m и весом G:

где С -- в кгс; w = nRn/30 -- окружная скорость в м/с; R--внутренний радиус барабана в м; g--ускорение свободного падения в м/с2; п--частота вращения барабана в об/мин.

При вращении тела весом G = 1 кгс С == п2/900 кгс.

Одним из основных критериев оценки эффективности работы центрифуги является фактор разделения:

Фр = w2R / g = n2R / 900 (1)

где w == лп/30 -- угловая скорость барабана.

Фактор разделения показывает, во сколько раз центробежное ускорение, развиваемое в данной центрифуге, больше ускорения свободного падения. Как видно из уравнения (1), фактор разделения численно равен центробежной силе, возникающей при вращении тела весом G = 1 кгс. Чем больше фактор разделения, тем интенсивнее происходит процесс центрифугирования (исключение составляет центрифугирование легко сжимающихся осадков в фильтрующих центрифугах). Величина фактора разделения в современных центрифугах лимитируется условиями прочности и динамической устойчивости машины.

Однако фактор разделения Фр не является исчерпывающей характеристикой центрифуг и их способности к разделению неоднородных жидких систем. Для суждения об этой способности иногда используют параметр S, называемый индексом производительности центрифуги. Он определяется как произведение площади цилиндрической поверхности осаждения на фактор разделения

S=FосФр

Параметр S -- это важная характеристика разделяющей способности осадительных и фильтрующих центрифуг.

Главными факторами, определяющими выбор центрифуги, являются:

для суспензий -- степень дисперсности твердой фазы, эффективная плотность (разность плотностей твердых и жидких фаз) твердых частиц и их концентрация;

для эмульсий -- стойкость эмульсии, обусловленная степенью раздробленности капель одной жидкости в другой, вязкость дисперсионной среды и соотношение плотностей фаз.

При выборе центрифуги следует также учитывать коррозионные свойства обрабатываемого материала, его токсичность, огне- и взрывоопасность (машины с открытым или закрытым кожухом), коэффициент трения осадка и др.

Чем больше количество мелких твердых частиц в суспензии, тем соответственно больше их содержание в осветленной жидкости (фугате). Это относится в одинаковой мере к фильтрующим и отстойным центрифугам.

На работу центрифуг существенно влияет вязкость жидкой фазы. С увеличением этого параметра производительность центрифуги уменьшается. Поэтому в некоторых случаях (когда это допустимо) для уменьшения вязкости жидкости прибегают к ее нагреву. Нагревание эмульсии приводит не только к уменьшению вязкости, но и снижению стойкости эмульсии и соответственно увеличению производительности центрифуги.

Чем больше эффективная плотность твердой фазы, тем выше может быть производительность отстойной центрифуги. При сепарировании эмульсий производительность машины возрастает с увеличением разности плотностей компонентов эмульсии При центробежной фильтрации эффективная плотность твердой фазы практически не влияет на увеличение производительности.

Центрифуги классифицируют пo:

- величине фактора разделения;

- способу выгрузки осадка из барабана;

- конструкции опор и расположению оси барабана;

- технологии процесса.

По фактору разделения промышленные центрифуги условно делят на:

нормальные центрифуги -- с фактором разделения

Фр < 3500;

скоростные или сверхцентрифуги -- с фактором разделения

скоростные ил сверхцентрифуги - с фактором разделения

Фр> 3500.

По способу выгрузки осадка из барабана различают центрифуги с выгрузкой ручной, гравитационной, шнековой, ножами и скребками, пульсирующими поршнями и др.

По конструкции опор и расположению оси барабана центрифуги делят на подвесные вертикальные (на колонках), вертикальные стоячие (с подпертым валом), горизонтальные, наклонные.

По организации процесса разделяют периодически и непрерывно действующие центрифуги. К числу наиболее распространенных периодически действующих центрифуг относятся центрифуги, подвешенные на трех колонках (трехколонные), и подвесные центрифуги с верхней опорой.

Кратко остановимся на конструкциях наиболее часто встречающихся центрифуг.

Хорошо зарекомендовали себя в промышленности автоматические подвесные центрифуги с нижней выгрузкой осадка. Эти конструкции отличаются устойчивостью и некоторой свободой колебаний барабана, а также сравнительно легкой и быстрой выгрузкой осадка. Кроме того, опора и привод машины не подвергаются коррозии, так как не соприкасаются с жидкостью.

Загрузка суспензии и выгрузка осадка в машинах этого типа происходят периодически при сниженной скорости ротора (до 300 об/мин при загрузке суспензии и до 50 - 100 об/мин при выгрузке осадка).

Подвесные центрифуги предназначены для разделения суспензий, требующих короткого цикла центрифугирования.

Несмотря на низкую конечную влажность получаемого осадка и возможность его тщательной промывки, общим недостатком рассмотренных конструкций центрифуг являются непроизводительные затраты энергии и времени, связанные с цикличностью работы машин. Этого недостатка лишены горизонтальные центрифуги с автоматическим наполнением барабана и удалением осадка при рабочей частоте вращения ротора.

В настоящее время машиностроительный концерн ANDRITZ АG -- это крупный производитель отдельных машин и целых систем оборудования, разрабатываемых и изготавливаемых под индивидуальные заказы. Сегодня «АНДРИТЦ» прочно удерживает мировое лидерство в поставке оборудования для гидроэлектростанций, целлюлозно-бумажной промышленности, металлургии (оборудование для проката стали) и различных производствах, в технологиях которых требуется разделение на твёрдое/жидкое.

Подразделение ANDRITZ -- «Технологии сепарации» -- охватывает широкий спектр технологий, продуктов и услуг для механического и термического разделения на твёрдое/жидкое как в коммунальной, так и в важнейших промышленных отраслях: горно-рудная, углеобогащение, металлургия, химия и др.

Поскольку в процессе обогащения угля и других полезных ископаемых много мокрых процессов, проблема обезвоживания как ценного продукта, так и отходов обогащения на современных обогатительных фабриках становится все более актуальной. Эта актуальность обусловлена высокими требованиями к качеству готовой продукции и одновременно требованиями к сохранению окружающей среды.

Фильтрация под давлением

Фильтрацию под давлением впервые начали применять только с середины 80-х годов XX века. Это метод фильтрации, при котором дисковый фильтр устанавливается внутри напорного резервуара. Данная система улучшает процесс фильтрации за счет использования большей разницы давления по всей поверхности фильтруемого материала. Компания ANDRITZ выпускает напорные фильтры типа HBF (гипербарфильтры), позволяющие при давлении фильтрации до 6 бар обезвоживать большие объемы мелкодисперсных суспензий с высоким сопротивлением фильтрации, получая минимальную остаточную влажность. Самая высокая удельная производительность этих фильтров позволяет максимально сократить требуемую площадь фильтрации.

Осадительная центрифуга со шнековой выгрузкой является стандартной машиной, оснащенной дополнительными приспособлениями для использования в специфических технологических процессах, - идеальное техническое решение для осветления жидкостей, сгущения шламов, разделения/обезвоживания твердых веществ из разных суспензий с диапазоном крупности 0,5-0 мм.

В угольной промышленности эти центрифуги могут быт использованы для обезвоживания отходов флотации с применением флокулянта. Диапазон типоразмеров осадительных центрифуг «АНДРИТЦ» - от 250 до 1400 мм (диаметр корзины).

В осадительно-фильтрующей центрифуге твердые частицы, осажденные в осадительной части машины, которая имеет цилиндрическо-коническую форму, перемещаются к месту разгрузки по цилиндрической фильтрующей части барабана. Здесь происходит дальнейшее обезвоживание твердых частиц, т.е. в одной центрифуге объединяются осаждение и фильтрация. Это обеспечивает максимальную степень отделения жидкой фазы из угля. В других производствах имеется возможность промывки твердых веществ в фильтрующей части центрифуги. Выпускаются центрифуги следующих типоразмеров для угольной промышленности: SVS 900х1800, SVS 1100х3300 (SB 6400). Центрифуга еще большего типоразмера находится в стадии разработки. Производительность в зависимости от грансостава составляет от 20 т/ч до 80 т/ч. Диапазон крупности продукта 1-0 мм.

Осадительные центрифуги системы ANDRITZ, обеспечивая практически постоянные результаты разделения даже при сильных колебаниях потоков и свойств продукта, позволяют исключить дополнительные производственные процессы. Низкие затраты на обслуживание ввиду автоматической работы центрифуг и надежность самих машин фирмы «АНДРИТЦ» являются дополнительными определяющими факторами при выборе оборудования в процессе разделения суспензий.

Ленточные пресс-фильтры

Для обезвоживания отходов обогащения, в особенности трудно обезвоживаемых, компания ANDRITZ выпускает пресс-фильтры непрерывного действия. Ленточные пресс-фильтры типа CPF благодаря своей модульной конструкции обеспечивают оптимальную длительность фильтрации и постепенное возрастание давления отжима в клиновидной зоне и зоне высокого давления (до 2 бар), позволяя бережно обезвоживать шламы до максимального содержания твердого в кеке.

Конструкция серии CPF разработана специально для эксплуатации этих машин в условиях промышленных предприятий, включая обогатительные фабрики. Ее надежность и эффективность гарантируют не только высокий коэффициент эксплуатации (99 %), но и высокую удельную производительность, минимальную остаточную влажность. Машины этой серии имеют специальную прочную раму, износостойкие покрытия на валках и подшипниковых опорах, высокопрочную фильтровальную ленту. Конструкция компактна за счет оптимального размещения (друг над другом) зон предварительного обезвоживания, клиновидной и поверхностного давления.

Размещено на Allbest.ru