Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЦШТРОБЕЖНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ ПРО
ДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ II
2.1. Анализ технологических схем обезвоживания мелкого угольного концентрата и оценка оборудования для его предварительного обезвоживания (сгущения) II
2.2. Фильтрующие центрифуги различных типов для обезвоживания мелкозернистых продуктов обогащения угля 19
2.3. Современное состояние теории центробежного фильтрования 37
2.4. Цель и основные задачи исследовании 47
Выводы 49
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛВДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ФИЛЬТРОВА
НИЯ СУСПЕНЗИИ МЕЛКОГО КОНЦЕНТРАТА 51
3.1. Физическая модель процесса и стадии центробежного фильтрования суспензии мелкого концентрата 51
3.2. Аналитическое исследование первой стадии центробежного фильтрования 53
3.3. Методика технологического расчета фильтрующей вибрационной центрифуги для обезвоживания суспензии мелкого концентрата 62
3.4. Задачи лабораторных исследований 65
3.5. Анализ центробежного фильтрования в лабораторной центрифуге (одометре) 66
3.6. Методика определения удельного сопротивления осадка на центробежном одометре 69
Выводы 71
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛВДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ФИЛЬТ
РОВАНИЯ СУСПЕНЗИИ МЕЛКОГО КОНЦЕНТРАТА НА ЛАБОРАТОР
НОЙ ФИЛЬТРУЮЩЕМ ЦЕНТРИФУГЕ (одометре) 72
4.1. Лабораторная установка и методика проведения эксперимента
4.2. Определение удельного сопротивления осадка на основе анализа центробежного фильтрования в лабораторной центрифуге 75
4.3. Влияние гранулометрического состава осадка на его удельное сопротивление 77
4.4. Влияние интенсивности центробежного поля на удельное сопротивление осадка 87
4.5. Исследования сопротивления фильтрующей перегородки центрифуги 87
Выводы 90
СОЗДАНИЕ НЕПРЕРЫВНО ЙСТВУЮЩЕЙ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ВИБРА
ЦИОННОЙ ЦЕНТРИФУГИ ДЛЯ ОДНОСТДЩШЬНОГО ОБЕЗВОЖИ
ВАНИЯ МЕЛКОГО УГОЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА 91
5.1. Технологический расчет первой стадии процесса центробежного фильтрования 91
5.2. Конструктивные особенности центрифуги для обезвоживания водо-угольных суспензии 96
5.3. Технологически расчет свободной от осадка зоны фильтрующей поверхности наружного ротора центрифуги 99
5.4. Описание и принципа работы фильтрующей вибрационной центрифуги ВГ-2К-І320 для одно-стадиального обезвоживания суспензии мелкого концентрата 105
Выводы НО
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНВДРЕНИЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ВИБ
РАЦИОННОЙ ЦЕНТРИФУГИ ВГ-2К-І320 ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
СУСПЕНЗИИ МЕЛКОГО КОНЦЕНТРАТА III
6.1. Схема установки и методика технологических испытаний центрифуги ВГ-2К-І320 III
6.2. Определение технологических параметров центрифуги ВГ-2К-І320 114
6.3. Анализ технологических параметров центрифуги ВГ-2К-І320 Г 120
6.4. Сравнение одно- и двух стадиальной схем обезвоживания суспензии мелкого угольного концентрата 127
ОБЩЕ ВЫВОДЫ 132
ЛИТЕРАТУРА 235
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Введение к работе
Одним из основных направлений научно-технического прогресса в одиннадцатой пятилетке, определяющим развитие социалистической экономики до 1990 года, является: "... создание принципиально новых машин и агрегатов и применение малооперационной, прогрессивной технологии ..." [і] .
В отечественной угольной промышленности в связи с широким внедрением узкозахватных комбайнов и струговых агрегатов за последние годы произошло ухудшение качества добываемых углей - повысилась их зольность и влажность; возросло содержание мелких классов ( 7Г 0,5 мм), являющихся причиной шламообразования в процессе обогащения углей мокрыми методами. Эти изменения сырьевой базы углеобогатительных фабрик вынуждают перерабатывать значительно больше мелких классов угля, чем это предусматривалось проектами. Существенный рост содержания шламов в обогащаемых углях ожидается и в дальнейшем [2] .
Одной из актуальных проблем, существующей на углеобогатительных фабриках, является разработка эффективных методов и оборудования для обезвоживания мелких продуктов обогащения.
На комплекс машин и аппаратов, осуществляющих в технологических схемах углеобогатительных фабрик процессы обезвоживания мелкого угля (концентрата и промпродукта), сгущения шламов, осветления оборотной воды и термической сушки, приходится до 60$ стоимости основных фондов и до 50-60 эксплуатационных затрат на содержание этого оборудования [з] . В определенной степени это вызвано много-стадиальностыо процесса разделения жидкой и твердой фазы суспензии мелкого концентрата (предварительное обезвоживание до влажности и последующее - в фильтрующих центрифугах), которое приводит к накоплению угля в циркуляционной воде, что требует вторичного его улавливания и повторного обезвоживания.
Наиболее эффективным способом обезвоживания мелкого обогащенного угля является центрифугирование, обусловливающее удаление жидкости под действием центробежных сил, превышающих в сотни раз силу тяжести. Существует два основных способа центрифугирования: в осадит ельных центрифугах со сплошными роторами и в фильтрующих центрифугах с перфорированными роторами.
Осадительное центрифугирование используется для улавливания и обезвоживания шлама или отходов флотации. Фильтрующие центрифуги широко применяются для обезвоживания наиболее массового продукта обогатительных фабрик - мелкого концентрата.
Существенным недостатком современных фильтрующих центрифуг является невозможность обезвоживания суспензии мелкого концентрата непосредственно после отсадочных машин. Это требует специального оборудования для предварительного обезвоживания суспензии мелкого концентрата, что усложняет технологические схемы современных углеобогатительных фабрик.
Целью диссертационной работы является создание вибрационной фильтрующей центрифуги непрерывного действия для одностадиального обезвоживания суспензии мелкого угольного концентрата. Для достижения этой цели основной задачей является исследование процесса центробежного фильтрования суспензии мелкого угольного концентрата и разработка технологического расчета специализированных фильтрующих центрифуг.
Анализ современных типов центрифуг и научные исследования в области центробежного фильтрования показывают, что создание новых фильтрующих центрифуг, способных перерабатывать водоугольную суспензию, требует детального изучения нерешенных вопросов центробежного фильтрования, специфические особенности которого зависят как от движущих сил процесса, так и от физических свойств твердой и жидкой фаз.
Исследованию процессов центрифугирования посвящены работы Аснера В.И., Бочкова Ю.Н., Векслера В.В., Вертолы Л.Т., Гельпери-на Н.И., Зарубина Л.С, Каминского B.C., Клочко Г.П., Лазарева П.И, Нестеровича А.А., Полуянова Б.М., Савинова Е.С., Соколова В.И., Терешина Н.И., Томбаева И.И., Филера СЕ., Шкоропада Д.Е., Шяау А.В., Бателя В., Грейса Д., Дьери И., Ненигера Е., Сторроу И. и др. Однако целый ряд важных вопросов, связанных с необходимостью решения поставленной выше задачи, требует дальнейшего развития теории и практики применительно к специфическим условиям центробежного фильтрования водоугольных суспензий.
В соответствии с поставленной целью определены следующие направления настоящей диссертации;
- аналитические исследования первой стадии процесса центробежного фильтрования в вибрационных центрифугах непрерывного действия;
- экспериментальные исследования влияния параметров центрифугирования и гранулометрического состава осадка на его удельное сопротивление;
- разработка метода технологического расчета вибрационных фильтрующих центрифуг непрерывного действия для обезвоживания водоугольных суспензий;
- создание специализированной вибрационной фильтрующей центрифуги для одностадиального обезвоживания суспензии мелкого угольного концентрата;
- промышленные технологические испытания новой центрифуги и
сравнительные испытания одно- и двухстадиальной схем обезвоживания суспензии мелкого угольного концентрата.
Теоретические исследования процесса центробежного фильтрования базировались на уравнениях Соколова, Грейса и Сперри-Карма-на. Экспериментальные исследования выполнялись на лабораторном стенде для определения фильтрационных констант в зависимости от различных факторов центрифугирования и свойств обрабатываемой суспензии.
Научная новизна диссертации состоит в разработке физической модели центробежного фильтрования (в центрифугах непрерывного действия) и ее математическом описании, при котором впервые учтены различия осевых скоростей движения жидкости и осадка, а также переменная по длине ротора скорость движения жидкости. На основании решения составленного дифференциального уравнения дан метод технологического расчета центрифуги для обезвоживания водоугольной суспензии. Разработана методика и выведены расчетные уравнения для определения удельного сопротивления осадка. Установлены зависимости влияния напряженности центробежного поля и гранулометрического состава осадка на его удельное сопротивление.
Теоретические и экспериментальные исследования, изложенные в диссертации, промышленные испытания и внедрение выполнены при личном участии автора.
Основные положения диссертации, вынесенные на защиту:
- физическая модель и математическое описание первой стадии
процесса центробежного фильтрования водоуголышх суспензий в коническом роторе вибрационной центрифуги непрерывного действия, в которых впервые учтены различия осевых скоростей движения жидкости и осадка, а также изменения (по длине ротора) скорости течения жидкости;
- методика определения удельного сопротивления осадка при скоротечных процессах центрифугирования, разработанная на основании решения основного уравнения фильтрования при переменном центробежном давлении;
- закономерности влияния параметров центрифугирования и гранулометрического состава осадка на его удельное сопротивление;
- метод технологического расчета вибрационной фильтрующей центрифуги для одностадиального обезвоживания суспензии мелкого концентрата;
- конструкция вибрационной центрифуги непрерывного действия
с новой схемой компоновки каскадного фильтрующего ротора для обезвоживания суспензии мелкого концентрата углеобогатительных фабрик.
Практическая полезность. На основе анализа закономерностей процесса центробежного фильтрования разработан метод технологического расчета фильтрующей вибрационной центрифуги для обезвоживания водоугольных суспензий. Предложена новая схема компоновки двух коаксиально расположенных роторов со свободным от осадка элементом фильтрующей поверхности для стока жидкости на наружном роторе. Создана новая фильтрующая центрифуга (ВГ-2К-І320) непрерывного действия для обезвоживания суспензии мелкого концентрата. Промышленные испытания новой центрифуги показали ее высокую эффективность и значительные преимущества перед существующим обезвоживающим оборудованием. Сравнительные испытания выявили преимущества одностадиальнои схемы обезвоживания при помощи центрифуг ВГ-2К-133Э и возможность радикального упрощения водно-шламового хозяйства углеобогатительных фабрик.
Реализация результатов работы. Опытный образец новой вибрационной фильтрующей центрифуги ВГ-2К-І320 для одно стадиального обезвоживания водоугольной суспензии внедрен на ЦОФ "Кальмиуская" ПО "Донецкуглеобогащение".
Применение центрифуги в схеме фабрики позволило снизить влажность концентрата на 0,8$ и уменьшить количество шлама, направляемого на флотацию, на 28$.
Подтвержденный экономический эффект от внедрения одной центрифуги на ЦОФ "Кальмиусская" составил 51,6 тыс.руб. в год.
Междуведомственная комиссия приняла опытный образец центрифуги и рекомендовала его к серийному производству. Выпуск центрифуг ВГ-2К-І320 будет осуществляться заводом "Пензхиммаш11.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на отраслевых конференциях молодых ученых и специалистов - углеобогатителен в ИОТТ (1978, 1980, 1983 гг); на техническом совете ЦОФ "Кальмиусская" ПО "Донецкуглеобогащение" (1980г.); на Всесоюзном семинаре углеобогатителей "Обмен передовым опытом" (г.Москва, ВДНХ, 1981г.); на секции "Физико-механические проблемы обогащения и брикетирования углей" Ученого совета ИОТТ (1983г.).
