Навигация по таблицам
- Таблица 1: Удельное энергопотребление дробилок по типам и породам
- Таблица 2: Индексы Бонда для различных горных пород
- Таблица 3: Влияние факторов на энергопотребление
- Таблица 4: Технические характеристики дробильного оборудования
Таблица 1: Удельное энергопотребление дробилок по типам и породам
| Тип породы | Щековая дробилка, кВт·ч/т | Конусная дробилка (стадия II), кВт·ч/т | Роторная дробилка, кВт·ч/т | Молотковая дробилка, кВт·ч/т |
|---|---|---|---|---|
| Известняк | 0,5-0,7 | 0,6-0,8 | 0,7-0,9 | 0,8-1,0 |
| Доломит | 0,6-0,8 | 0,7-0,9 | 0,8-1,1 | 0,9-1,2 |
| Гранит | 1,0-1,3 | 1,2-1,5 | 1,3-1,6 | 1,5-1,8 |
| Базальт | 1,1-1,4 | 1,3-1,7 | 1,4-1,8 | 1,6-2,0 |
| Железная руда | 0,8-1,1 | 1,0-1,3 | 1,1-1,4 | 1,3-1,6 |
| Кварцит | 0,9-1,2 | 1,1-1,4 | 1,2-1,5 | 1,4-1,7 |
| Песчаник | 0,7-0,9 | 0,8-1,0 | 0,9-1,2 | 1,0-1,3 |
Таблица 2: Индексы Бонда для различных горных пород
| Наименование породы | Индекс работы Бонда (Wi), кВт·ч/т | Категория крепости | Твердость по Моосу |
|---|---|---|---|
| Известняк | 12-14 | Средняя | 3-4 |
| Доломит | 12-14 | Средняя | 3,5-4 |
| Гранит | 15-17 | Крепкая | 6-7 |
| Базальт | 18-20 | Крепкая | 6-7 |
| Железная руда | 13-15 | Средняя-крепкая | 5-6 |
| Кварцит | 10-11 | Средняя-крепкая | 7 |
| Песчаник | 10-12 | Средняя | 4-5 |
Таблица 3: Влияние факторов на энергопотребление дробилок
| Фактор | Влияние на энергопотребление | Диапазон изменения, % |
|---|---|---|
| Влажность материала до 5% | Минимальное влияние | ±5% |
| Влажность материала 5-10% | Умеренное увеличение | +10-15% |
| Влажность материала 10-15% | Значительное увеличение | +20-30% |
| Влажность материала свыше 15% | Критическое увеличение | +30-50% |
| Степень дробления 3-5 | Оптимальная | Базовое |
| Степень дробления 6-10 | Повышенная | +15-25% |
| Износ рабочих органов 30-50% | Заметное увеличение | +10-20% |
| Износ рабочих органов более 50% | Критическое увеличение | +25-40% |
Таблица 4: Технические характеристики основных типов дробилок
| Тип дробилки | Производительность, т/ч | Степень дробления | КПД, % | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Щековая | 1-500 | 3-8 | 50-75 | Крупное дробление всех пород |
| Конусная (крупное дробление) | 50-600 | 4-6 | 65-80 | Крупное и среднее дробление твердых пород |
| Конусная (среднее/мелкое дробление) | 20-400 | 3-7 | 70-85 | Среднее и мелкое дробление абразивных пород |
| Роторная | 30-350 | 10-20 | 60-75 | Мягкие и средней крепости породы |
| Молотковая | 5-300 | 20-30 | 55-70 | Хрупкие породы малой крепости |
Полное оглавление статьи
- 1. Введение в удельное энергопотребление дробильного оборудования
- 2. Типы дробилок и их характеристики
- 3. Факторы, влияющие на энергопотребление дробилок
- 4. Индекс Бонда и методы расчета энергозатрат
- 5. Практические расчеты энергопотребления ДСК
- 6. Оптимизация энергопотребления дробильных установок
- 7. Сравнение с фактическими показателями карьеров
- Вопросы и ответы
Введение в удельное энергопотребление дробильного оборудования
Удельное энергопотребление дробилок представляет собой один из ключевых технико-экономических показателей работы дробильно-сортировочного комплекса. Этот параметр измеряется в киловатт-часах на тонну переработанного материала и позволяет оценить эффективность процесса дробления, прогнозировать энергозатраты и оптимизировать работу оборудования.
В горнодобывающей и строительной промышленности дробление материалов является энергоемким процессом, требующим значительных затрат электроэнергии. По различным оценкам, на процессы дробления и измельчения приходится от тридцати до пятидесяти процентов всего энергопотребления обогатительной фабрики или дробильно-сортировочного комплекса. Поэтому точное определение удельного энергопотребления критически важно для планирования производственных процессов и экономической оценки проектов.
Удельное энергопотребление зависит от множества факторов, включая тип дробильного оборудования, физико-механические свойства обрабатываемого материала, требуемую степень дробления, влажность исходного сырья и техническое состояние машин. Современные методики расчета энергозатрат базируются на теории Бонда и учитывают индивидуальные характеристики каждого типа горных пород.
Типы дробилок и их характеристики
Щековые дробилки
Щековые дробилки представляют собой наиболее распространенный тип оборудования для крупного дробления. Принцип их работы основан на раздавливании материала между двумя щеками - неподвижной и подвижной. Удельный расход электроэнергии щековых дробилок составляет от 0,3 до 1,3 киловатт-часа на тонну в зависимости от крепости породы. Для мягких пород типа известняка этот показатель находится в диапазоне 0,5-0,7 киловатт-часа на тонну, тогда как для твердых пород, таких как гранит, достигает 1,0-1,3 киловатт-часа на тонну.
Основными преимуществами щековых дробилок являются простота конструкции, надежность и возможность переработки крупнокусковых материалов размером до полутора метров. Коэффициент полезного действия щековых дробилок составляет от пятидесяти до семидесяти пяти процентов. Недостатком является относительно высокое энергопотребление и значительная вибрация при работе, что приводит к ускоренному износу подшипников и других узлов.
Конусные дробилки
Конусные дробилки применяются для среднего и мелкого дробления твердых и абразивных материалов. Дробление происходит за счет кругового движения внутреннего конуса, при котором конусы периодически сближаются и отдаляются друг от друга. Удельное энергопотребление конусных дробилок варьируется от 0,6 до 2,5 киловатт-часа на тонну. Для известняка на второй стадии дробления этот показатель составляет 0,6-0,8 киловатт-часа на тонну, для гранита - 1,2-1,5 киловатт-часа на тонну, а для кварцита может достигать 2,0-2,5 киловатт-часа на тонну.
Конусные дробилки характеризуются высоким коэффициентом полезного действия в диапазоне 65-85 процентов и непрерывным процессом дробления, что обеспечивает стабильную производительность. Они особенно эффективны при работе с твердыми абразивными породами благодаря износостойким футеровочным плитам и оптимальной геометрии камеры дробления.
Роторные дробилки
Роторные дробилки используют принцип ударного воздействия вращающихся бил на материал. Удельное энергопотребление роторных дробилок составляет от 0,7 до 1,8 киловатт-часа на тонну. Для мягких пород типа известняка расход электроэнергии находится в пределах 0,7-0,9 киловатт-часа на тонну, тогда как для твердых пород показатель возрастает до 1,3-1,8 киловатт-часа на тонну для гранита и базальта.
Роторные дробилки отличаются высокой степенью дробления, достигающей значений от десяти до двадцати, и способностью производить кубовидный щебень высокого качества. Однако они чувствительны к твердости материала и не рекомендуются для переработки высокоабразивных пород из-за быстрого износа бил. Коэффициент полезного действия роторных дробилок составляет 60-75 процентов.
Молотковые дробилки
Молотковые дробилки применяются для дробления хрупких материалов малой и средней крепости путем ударного воздействия свободно подвешенных молотков. Удельный расход электроэнергии молотковых дробилок варьируется от 0,8 до 2,0 киловатт-часов на тонну. Для известняка этот показатель составляет 0,8-1,0 киловатт-час на тонну, для гранита - 1,5-1,8 киловатт-часа на тонну.
Преимуществами молотковых дробилок являются компактность конструкции, высокая степень измельчения и возможность получения материала мелких фракций за один проход. Однако они характеризуются быстрым износом молотков и решеток, особенно при работе с твердыми породами, что требует частого технического обслуживания.
Факторы, влияющие на энергопотребление дробилок
Крепость породы и индекс Бонда
Крепость горной породы является определяющим фактором энергопотребления при дробле нии. Для количественной оценки этого параметра используется индекс работы Бонда, который представляет собой удельную энергию, необходимую для измельчения материала от теоретически бесконечного размера до размера, при котором восемьдесят процентов материала проходит через сито со стороной ячейки сто микрометров. Индекс Бонда измеряется в киловатт-часах на тонну и определяется экспериментальным путем для каждого типа породы.
Для мягких пород, таких как известняк и песчаник, индекс Бонда составляет 10-14 киловатт-часов на тонну. Породы средней крепости, включающие доломит, кварцит и железную руду, характеризуются индексом 10-15 киловатт-часов на тонну. Твердые породы типа гранита и базальта имеют индекс Бонда 15-20 киловатт-часов на тонну. Чем выше индекс Бонда, тем больше энергии требуется для дробления материала.
Степень дробления
Степень дробления представляет собой отношение размера исходных кусков к размеру готового продукта. Этот параметр существенно влияет на удельное энергопотребление дробильного оборудования. Оптимальная степень дробления для щековых дробилок составляет от трех до восьми, для конусных дробилок - от трех до семи, для роторных дробилок - от десяти до двадцати.
При увеличении степени дробления энергопотребление возрастает непропорционально. Повышение степени дробления с пяти до десяти приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии на 15-25 процентов. Поэтому в многостадийных схемах дробления стремятся распределить общую степень измельчения между несколькими стадиями таким образом, чтобы на каждой стадии она находилась в оптимальном диапазоне.
Влажность материала
Влажность исходного материала оказывает существенное влияние на процесс дробления и энергопотребление оборудования. При влажности до пяти процентов воздействие на энергозатраты минимально и не превышает пяти процентов от базового уровня. При влажности от пяти до десяти процентов наблюдается умеренное увеличение энергопотребления на 10-15 процентов из-за повышения сил адгезии между частицами.
Критическим является диапазон влажности от десяти до пятнадцати процентов, когда энергопотребление возрастает на 20-30 процентов, а производительность дробилки снижается. При влажности свыше пятнадцати процентов происходит залипание разгрузочных щелей и решеток, что приводит к критическому увеличению энергозатрат на 30-50 процентов и значительному снижению производительности. В таких условиях рекомендуется предварительная подсушка материала или применение дробилок, менее чувствительных к влажности, например, щековых.
Износ рабочих органов
Техническое состояние дробильного оборудования непосредственно влияет на эффективность процесса дробления. По мере износа рабочих органов - щек, футеровочных плит, бил, молотков - изменяется геометрия камеры дробления, увеличиваются зазоры, снижается эффективность разрушения материала. При износе рабочих органов на 30-50 процентов от первоначального состояния энергопотребление возрастает на 10-20 процентов.
При критическом износе, превышающем пятьдесят процентов, удельное энергопотребление может увеличиться на 25-40 процентов при одновременном снижении производительности и качества готового продукта. Поэтому важно проводить своевременную замену изношенных деталей в соответствии с регламентом технического обслуживания. Современные системы мониторинга позволяют контролировать степень износа в режиме реального времени и планировать ремонтные работы.
Индекс Бонда и методы расчета энергозатрат
Теория Бонда
Третья теория измельчения Бонда, разработанная в середине двадцатого века инженером Фредом Бондом, является наиболее распространенным методом расчета энергозатрат при дроблении и измельчении. Согласно теории Бонда, работа, необходимая для образования новой поверхности при дроблении, пропорциональна длине вновь образованных трещин.
W = Wi × (10/√P₈₀ - 10/√F₈₀)
где:
W - удельная энергия измельчения, кВт·ч/т
Wi - индекс работы Бонда, кВт·ч/т
P₈₀ - размер частиц готового продукта, мкм (80% проходит через сито)
F₈₀ - размер частиц исходного материала, мкм (80% проходит через сито)
Определение индекса Бонда
Индекс работы Бонда определяется экспериментально в лабораторных условиях на стандартном оборудовании. Существует несколько типов испытаний Бонда в зависимости от вида оборудования. Индекс ударного дробления CWi определяется для щековых и конусных дробилок крупного дробления. Индекс стержневого измельчения RWi используется для расчета стержневых мельниц. Индекс шарового измельчения BWi применяется для шаровых мельниц. Индекс абразивности Ai характеризует износ рабочих органов.
Для проведения испытаний требуется представительная проба руды массой от десяти до двадцати килограммов. Испытания проводятся в стандартизованных условиях на специальном оборудовании с последующей обработкой результатов по установленным методикам. Полученные значения индексов Бонда используются проектными организациями и производителями оборудования для расчета параметров дробильных установок.
Поправочные коэффициенты
При практических расчетах в формулу Бонда вводятся различные поправочные коэффициенты, учитывающие реальные условия эксплуатации. Коэффициент эффективности измельчения учитывает отклонение фактических условий от лабораторных и обычно составляет 1,2-1,4 для промышленных установок. Коэффициент крупности учитывает размер исходного материала и варьируется от 0,9 до 1,2. Коэффициент влажности применяется при переработке влажных материалов и может достигать 1,3-1,5 при влажности свыше десяти процентов.
Исходные данные:
- Индекс Бонда для известняка Wi = 12 кВт·ч/т
- Размер исходного материала F₈₀ = 300 мм = 300000 мкм
- Размер готового продукта P₈₀ = 25 мм = 25000 мкм
Расчет:
W = 12 × (10/√25000 - 10/√300000)
W = 12 × (0,0632 - 0,0183)
W = 12 × 0,0449
W = 0,54 кВт·ч/т
Учитывая коэффициент эффективности 1,3:
Wфакт = 0,54 × 1,3 = 0,70 кВт·ч/т
Практические расчеты энергопотребления ДСК
Расчет для дробильно-сортировочного комплекса производительностью 300 т/ч
Рассмотрим практический пример расчета энергопотребления трехстадийного дробильно-сортировочного комплекса для переработки гранита производительностью триста тонн в час. Схема включает щековую дробилку на стадии крупного дробления, конусную дробилку первого типа на стадии среднего дробления и конусную дробилку второго типа на стадии мелкого дробления.
Тип породы: гранит
Индекс Бонда: Wi = 16 кВт·ч/т
Производительность: Q = 300 т/ч
Влажность: 3% (коэффициент 1,0)
Стадия 1 - Щековая дробилка:
Крупность исходная: 800 мм
Крупность готового продукта: 150 мм
Удельное энергопотребление: 1,1 кВт·ч/т
Установленная мощность: 300 т/ч × 1,1 кВт·ч/т = 330 кВт
С учетом КПД 70%: 330/0,7 ≈ 470 кВт
Принимаем двигатель: 500 кВт
Стадия 2 - Конусная дробилка среднего дробления:
Крупность исходная: 150 мм
Крупность готового продукта: 40 мм
Удельное энергопотребление: 1,3 кВт·ч/т
Установленная мощность: 300 т/ч × 1,3 кВт·ч/т = 390 кВт
С учетом КПД 75%: 390/0,75 = 520 кВт
Принимаем двигатель: 550 кВт
Стадия 3 - Конусная дробилка мелкого дробления:
Крупность исходная: 40 мм
Крупность готового продукта: 10 мм
Удельное энергопотребление: 1,0 кВт·ч/т
Установленная мощность: 300 т/ч × 1,0 кВт·ч/т = 300 кВт
С учетом КПД 80%: 300/0,8 = 375 кВт
Принимаем двигатель: 400 кВт
Общая установленная мощность дробилок:
Pобщ = 500 + 550 + 400 = 1450 кВт
Удельное энергопотребление комплекса:
Wуд = 1450 кВт / 300 т/ч = 4,83 кВт·ч/т
Однако фактическое энергопотребление при работе составит:
Wфакт = (330 + 390 + 300) / 300 = 3,4 кВт·ч/т
Распределение энергозатрат по стадиям
Анализ распределения энергозатрат показывает, что наибольший расход электроэнергии приходится на вторую стадию дробления, где происходит интенсивное измельчение материала средней крупности. На первую стадию приходится около тридцати процентов общих энергозатрат, на вторую стадию - около сорока процентов, на третью стадию - около тридцати процентов. Такое распределение характерно для большинства трехстадийных схем дробления твердых пород.
Оптимизация энергопотребления достигается за счет правильного выбора степени дробления на каждой стадии. Избыточное измельчение на первой стадии приводит к переизмельчению части материала и увеличению энергозатрат. Недостаточное измельчение требует более интенсивной работы оборудования последующих стадий. Оптимальным считается равномерное распределение общей степени дробления между стадиями с учетом характеристик применяемого оборудования.
Оптимизация энергопотребления дробильных установок
Выбор оптимальной схемы дробления
Выбор рациональной схемы дробления является одним из ключевых факторов снижения энергопотребления. Количество стадий дробления определяется исходя из требуемой общей степени измельчения, свойств материала и требований к готовому продукту. Для мягких пород при общей степени дробления до двадцати может быть достаточно двухстадийной схемы. Для твердых пород при степени дробления свыше тридцати требуется трехстадийная схема.
Применение предварительного и поверочного грохочения позволяет снизить энергопотребление на 10-15 процентов за счет исключения из процесса дробления готовых фракций и недоизмельченных кусков. Замкнутая схема дробления с возвратом крупных фракций обеспечивает получение продукта заданной крупности при минимальном переизмельчении мелочи.
Режимы работы оборудования
Правильная настройка параметров работы дробилок существенно влияет на энергоэффективность процесса. Для щековых дробилок оптимальная частота качаний подвижной щеки составляет от двухсот до трехсот циклов в минуту в зависимости от размера загрузочного отверстия. Для конусных дробилок важен правильный выбор эксцентриситета и частоты вращения внутреннего конуса. Для роторных дробилок критическим параметром является окружная скорость ротора, которая должна находиться в диапазоне от пятнадцати до двадцати пяти метров в секунду.
Современные системы автоматического управления позволяют адаптировать режимы работы дробилок к изменяющимся свойствам материала в режиме реального времени. Применение частотно-регулируемых приводов обеспечивает плавную регулировку производительности и снижение энергопотребления при работе с материалами различной крепости. Системы контроля загрузки предотвращают перегрузку оборудования и обеспечивают равномерную подачу материала.
Техническое обслуживание и мониторинг
Регулярное техническое обслуживание дробильного оборудования является необходимым условием поддержания оптимального энергопотребления. Своевременная замена изношенных рабочих органов предотвращает рост энергозатрат и снижение качества продукта. Контроль состояния подшипников, системы смазки и привода обеспечивает стабильную работу оборудования с минимальными потерями энергии на трение и вспомогательные процессы.
Внедрение систем мониторинга энергопотребления позволяет отслеживать фактические показатели работы оборудования и выявлять отклонения от нормативных значений. Анализ данных мониторинга дает возможность идентифицировать причины повышенного энергопотребления и принимать оперативные меры по их устранению. Периодическая калибровка измерительных приборов обеспечивает достоверность получаемых данных.
Сравнение с фактическими показателями карьеров
Анализ работы дробильно-сортировочных комплексов
Практические данные работы дробильно-сортировочных комплексов на различных карьерах показывают хорошую сходимость с расчетными значениями энергопотребления при условии правильного учета всех влияющих факторов. На карьерах по добыче известняка фактическое удельное энергопотребление щековых дробилок составляет от 0,5 до 0,8 киловатт-часа на тонну, что соответствует теоретическим расчетам с учетом реальных условий эксплуатации.
На гранитных карьерах при переработке материала средней крепости фактические показатели энергопотребления составляют для щековых дробилок 1,0-1,2 киловатт-часа на тонну, для конусных дробилок среднего дробления 1,2-1,4 киловатт-часа на тонну, для конусных дробилок мелкого дробления 0,9-1,1 киловатт-часа на тонну. Общее удельное энергопотребление трехстадийного комплекса находится в диапазоне 3,2-3,6 киловатт-часа на тонну.
Факторы отклонения от расчетных значений
Основными причинами отклонения фактических показателей от расчетных являются изменчивость свойств перерабатываемого материала, нестабильность загрузки оборудования, износ рабочих органов и нарушение режимов эксплуатации. Вариация крепости породы в пределах одного месторождения может приводить к изменению энергопотребления на 10-20 процентов. Неравномерная подача материала вызывает работу дробилок в нестационарных режимах с повышенным расходом энергии.
Влажность материала, особенно в период дождей, существенно влияет на фактическое энергопотребление. На практике при повышении влажности с трех до двенадцати процентов энергозатраты увеличиваются на 20-35 процентов в зависимости от типа породы и оборудования. Эксплуатация оборудования с изношенными рабочими органами приводит к росту энергопотребления на 15-30 процентов по сравнению с нормативными значениями.
Рекомендации по повышению энергоэффективности
Для достижения оптимальных показателей энергопотребления на действующих предприятиях рекомендуется проведение энергетического аудита дробильных комплексов с детальным анализом режимов работы оборудования. Внедрение систем автоматизированного управления процессом дробления позволяет снизить энергозатраты на 8-12 процентов за счет оптимизации загрузки и режимов работы машин.
Установка частотно-регулируемых приводов на главных двигателях дробилок обеспечивает экономию электроэнергии до пятнадцати процентов при переработке материалов переменной крепости. Применение современных износостойких материалов для изготовления рабочих органов увеличивает межремонтный период и снижает удельное энергопотребление за счет поддержания оптимальной геометрии камеры дробления. Оптимизация схемы дробления с учетом конкретных характеристик перерабатываемого материала может дать экономию энергоресурсов до двадцати процентов.
