Введение к работе
Актуальность темы. В сеязи с созданием экологически чистых предприятий и повышением требований потребителей к качеству добываемого угля возросла необходимость развития прогрессивных методов его обогащения.
Для мелких и средних машинных классов наиболее эффективным является процесс разделения угля в тяжелоервднлх гидроциклонах. В последние годи в мировой практике наибольшую популярность получили трехпродуктоЕые гидроциклонн. Это обусловлено сокращением затрат на оборудование и коммуникации по сравнению с трехпродук-товой технологической схемой с двухпродуктовнми гидроциклонами. При промышленной эксплуатации установлено, что в существующих конструкциях часть самых легких концэнтратнмх фракций попадает из первой ступени во вторую и разгружается с промпродуктом в виде потерь.
В связи с этим актуальной задачей является разработка конструкции аппарата, позволяющей наиболеэ полно извлекать легкие фракции в концентрат.
Перспективної направлением в решении поставленной задачи является создание специальной циркуляционной зоны для перечистки обогащаемого материала. Токую зону можно получить путем усовершенствования форми разделительной камеры. Для определения оптимальной формы камеры и условий наиболее эффективного разделения материала необходимо провести специальные аналитические и экспе-р'О'.енталышз исследования.
Работа выполнена з соответствии е тематическим планом ІШ0КР ИОТТ: тема Г» 1392547000 "Разработать и испытать тякелосредныП гидроциклон производительностью болео 200 т/ч с разработкой оптимальных технологических рзкимов на 03 разреза "Нерюнгринский" (1991г.) и тела Р ІЗІ8І67000 "Разработка исходных требований и технических заданий на созденио ощггннх образцов усовершенствован-ного гравитационного оборудования длл обогащения углей различной крупностіг (1931г.).
Целью работы является научное обоснованно направлений интсн» с::фикацин процесса обогащения угля в трзхпродуктових тятселосред- гидроциклонах. В соответствии с еткм необходимо разработать
конструкцию аппарата, которая позволит сократить потери легких фракций в промпродукте и увеличить выход концентрата.
Основная идея работн заключается в создании эонм вторичного циркуляционного потока. Для этого в нижней части цилиндрической первой ступени имеется кольцевой уступ, который образует разгрузочную камеру меньшего диаметра перед входом во вторую ступень. За счет вихрей циркуляционного потока происходит разрыхление пристенного слоя обогащаемого материала и создаются условия длч перераспределения легких фракций из нисходящего в восходящий потоки. Это приводит к дополнительному извлечению концентрата в первой ступени трехпродуктового гидроциклона.
Методы исследовани.-.. При выполнении аналитических исследований использовались основные закономерности гидродинамики, сгущения суспензии и механизма разделения материалов в тяжелосряднкх гидроциклонах. Экспериментальные исследования проводились на специальном гидравлическом стенде, включающем манометры, расходоыет-рн и оборудование для измерения плотности суспензии,- В процессе технологических испытаний новых конструкций выполнялись ситовые и фракционные анализы исходного питания и продуктов обогащения с определением зольности каждой фракции. Оценка достоверности полученных данных осуществлялась с помощью математического планирования эксперимента при использовании ЭЕ.1.
Научная новизна:
показано, что выход концентрата в тяжелосродном гидроциклоне яависит от основных действующих сил: центробежной, выталкивающей и может быть увеличен за счет перечистки сгущенного продукта ;
установлено, что для перечистки сгущенного продукта целесообразно использовать цилиндрический гидроциклон, в нижней части которого имеется кольцевой уступ, образующий разгрузочную камеру для перечищенного продукта;
исследовано влияние ширины уступа на расход и сгущение суспензии в трехпродуктовом гидроциклоне и определена оптимальная его ширина.
Обоснованность и достоверность выводов и основных положений обеспечена современными методами аналитических и экспериментальных
исследований. Для математического описания експериментальній денних применено ортогональное центрально-композиционное планирование второго порядка. Адекватность моделей оценивалась при 95JJ-HOM уровне значимости по критерию Фишера. Полученные математические модели и экспериментальные зависимости подтверждены результатами полупромышленных и промышленных испытаний аппаратов новой конструкции.
Научное значение работы заключается в:
разработке направлении интенсификации процесса обогащения угля в тяжелосредном гидроциклоне за счет перечистки сгущенного продукта и доизвлечения легких фракций в концентрат ;
установлении зависимостей расхода и сгущения суспензии в трехпродуктовом гидроциклоне от ширины уступа, который предназначен для перечистки сгущенного продукта;
определении ширини уступа, при которой происходит наиболее эффективное разделение обогащаемого материала.
Практическая ценность и реализация результатов работу'. По результатам проведенных исследований разработана конструкция трехпродуктового тяжелосред!юго гидроциклона с кольцевым уступом, на которую получено авторское свидетельство !? І629І03. Изготовлены полупромышленный гидроциклон ГТУ-350/250 и промышленный -ГТУ-900/630. Экспериментальные образцы новых гидроциклонов успешно прошли испытания на ОПОЗ "Киловская и ОЭ"Нерюнгринская". Технологические опробования ГТУ-350/250 и ГТУ-900/630 выполнялись параллельно с традиционными аппаратами ГТ-350/250 и ГТ-7ІО/500-І. Исследованиями установлено, что при обогащении угля с содержанием сме.-кных фракций от 40 до 70 потерн концеитратд в новом гид-роциклоно сокращаются приблизительно в два раза. За счет этого выход концентрата увеличивается на 1,5$, его зольность снижается на 0,2%. При этом один аппарат ГТУ-900/630 способен заменить по производительности два гидроцнклона ГТ-7І0/500-І (или ГТ-710/1300), Основные положения, вынесенные автором на защиту:
математическое описание процесса разделения материала в тяжолосредном гидроциклона с учетом перечистки сгущенного продукта и доизвлечения легких фракций в концентрат ;
интенсификация процесса разделения угля в тяяелосрецном гидроциклоне за счет создания дополнительного циркуляционного потока ;
зависимости расхода и сгущения суспензии в трехпродукто-вом гидроциклоне от ширины уступа в первой ступени ;
конструкция трехпродуктового гидроциклона с кольцевым уступом, позволяющая доизвлекать легкие фракции в концентрат.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых и специалистов в ИОТТ (г.Люберцы, 1985, 1988гг.), на годичных сессиях Ученого совета ИОТТ (1989, 1991гг.), на технических советах ОФ"Нергангринская" (г.Нерюнгри, I990j 1991гг.), за васедшши сек ции "физико-механические проблемы обогащения и брикетирования угля" Ученого совета ИОТТ (1992г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 статей, получено одно авторское свидетельство и выпущено 9 научных отчетов. Все теоретические и експериментальній исследова ния проведены автором самостоятельно. Полупрошяллепныо и промышленные испытания усовершенствованной конструкции трохпродуктовог тяжелосродного гидроциклона выполнены при личном участии автора,
Структура и объем работы. Диссертационная работа из введения, пяти глав и выводов, содержит 120 страниц машинописної' текста, 26 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 125 iieiteiro-ваний и двух приложений, включающих теоретические расчеты уравно ний регрессии на ЭШ и акт промышленных испытаний тяжелосредного гидроциклона ГТУ-900/630.