Обогатительная фабрика "Антоновская" как один из основных элементов угледобывающего комплекса

Неотъемлемой и основной частью угледобывающего комплекса является предприятие, осуществляющее обогащение и переработку добытого полезного ископаемого.

В настоящее время торговать высококачественной угольной продукцией стало выгодно, поэтому особое внимание уделяется углеобогатительным фабрикам, причем таким фабрикам, которые отвечают требованиям по безопасности производства и экологии, однако, в то же время, лаконичных в строительстве.

Такие углеобогатительные фабрики называют фабриками нового поколения. Обогатительная фабрика «Антоновская» является первенцем предприятий нового поколения.

В разработке технологических схем участвовала компания «СЕТКО». Годовая мощность фабрики 3 млн. т по переработке рядовых углей марок «ГЖ» и «Ж».

Необходимо отметить две особенности при проектировании фабрики «Антоновская».

Во-первых (как уже отмечалось выше), новые фабрики в Кузбассе не проектировались более 10 лет. Последняя крупная фабрика ЦОФ «Кузбасская» была сдана в эксплуатацию в 1990 г., но за этот же период на действующих фабриках проектировщиками и эксплуатационниками был внедрен ряд ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий (ЦОФ «Абашевская», ЦОФ «Кузбасская», ЦОФ «Беловская»). В 1997 г. на ЦОФ «Кузбасская» были внедрены осадительно-фильтровальные центрифуги «Декантер» для обезвоживания зернистых гдламов и микроники до влажности 16-18%. Это позволило фабрике значительно снизить нагрузку на термическую сушку, самую дорогую и потенциально опасную составляющую процесса обогащения. На ЦОФ «Абашевская» доказана возможность эффективной сухой классификации рядовых углей по зерну 3-4 мм на грохотах типа «Ливелл». В результате были созданы предпосылки для проектирования принципиально нового предприятия, фабрики нового поколения и части технологического процесса, обеспечения безопасных условий эксплуатации, минимального воздействия на окружающую природную среду.

Вторая особенность - необходимость существенного снижения трудоемкости строительства. Фабрику необходимо было построить за 18 месяцев (вместо привычных 4-5 лет), кроме того, строительные решения должны были быть такими, чтобы в период эксплуатации не создавать проблем в части дорогостоящих ремонтов (что характерно практически для всех без исключения фабрик Кузбасса), и быть удобными для обслуживающего персонала.

Шахтоуправление «Антоновское» выбрало в качестве генерального проектировщика институт «Гипроуголь» и полностью доверило реализацию проекта не опекая по мелочам, при этом четко выполняя все свои договорные обязательства. Финансирование проекта было практически безупречно.

Промплощадка фабрики расположена в районе города Новокузнецка, генеральный план промплощадки приведен в приложении 1. Общий вид главного и инженерно-лабораторного корпусов представлен на рис.1.

Идея строительства собственной фабрики у инвестора возникла по двум причинам:

- первая - стоимость услуг обогащения рядовых углей на фабриках;

- вторая - действующий фонд углеобогатительных фабрик Кузбасса требует обновления, поскольку большинство фабрик морально и физически устарело и в ближайшие годы понадобиться принципиальная модернизация или строительство новых предприятий. Практически все фабрики введены в эксплуатацию в пятидесятые и шестидесятые годы. С 1993 г, в России закрыто 33 устаревших убыточных углеперерабатывающих предприятия.

Все основные технические решения по ОФ «Антоновская» были обстоятельно обсуждены и приняты инвестором, проектировщиком и поставщиком импортных технологий и оборудования на стадии разработки ТЭО строительства с достаточно детальной проработкой и согласованы со всеми инспектирующими организациями Кемеровской области, что позволило одновременно с согласованиями выполнять рабочую документацию по отдельным этапам строительства.

Технологические, экологические и конструктивные параметры фабрики:

технологическая схема принята однопоточная с гидравлической отсадкой класса 3-75 мм, обогащением класса 0,1-3 мм в спиральных сепараторах и флотацией класса 0-0,1 мм с предварительной инспекцией на негабариты по классу +200 мм и додрабливанием угля до 75 мм;

-на фабрике установлено как отечественное, так и импортное оборудование, сочетание которого позволило отказаться от термической сушки товарной продукции - самого энергоемкого и экологически вредного процесса;

-для складирования и усреднения рядовых углей и товарной продукции приняты укрытые неотапливаемые напольные склады емкостью по 30 тыс. куб. м с естественным удалением метана, что обеспечивает безопасные условия эксплуатации и предотвращает загрязнение промплощадки пылью;

-водно-шламовая схема замкнута в пределах главного корпуса фабрики через ленточные пресс-фильтры, что исключает необходимость строительства наружных гидротехнических сооружений;

-компоновка оборудования фабрики выполнена по принципу комплектно-блочного метода строительства без межэтажных перекрытий в зданиях ангарного типа с мостовымиранами, на фабрике нет ни одного железобетонного перекрытия;

-строительная часть выполнена в металлических каркасах с трехслойными металлическими панелями полной заводской готовности, что превращает строительство в основном в монтажную площадку, за исключением тоннелей под складами и фундаментов;

- конвейерные галереи приняты арочного типа из сборных трехслойных металлических панелей и сборных керамзитобетонных лотков, монтируемых по металлическим балкам. Конвейеры приняты в подвесном исполнении, что значительно увеличивает срок службы лотков и сокращает расход воды на уборку;

- бытовое обслуживание трудящихся принято в АБК фабрики.

Основные проектные технико-экономические показатели обогатительной фабрики «Антоновская» приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные проектные технико-экономические показатели

Автоматизированная система управления технологическим оборудованием ОФ «Антоновская», разработанная совместно с НИЦСУ (г. Новокузнецк), представляет собой двухуровневую систему контроля и управления.

Нижний уровень состоит из трех достаточно автономных систем оперативно-диспетчерского управления основными технологическими комплексами (АСОДУ):

- АСОДУ технологическим комплексом приемки, подготовки и складирования углей;

- АСОДУ технологическим комплексом обогащения рядовых углей и складирования концешрата и породы;

- АСОДУ технологическим комплексом погрузки концентрата.

Каждая из этих систем обеспечивает контроль и диагностику состояния поточно-транспортного оборудования и агрегатов, дистанционное и автоматическое управление (включение, выключение и переключение) поточно-транспортным оборудованием. При этом отображение оперативному персоналу информации и регистрация результатов контроля, диагностики и управления осуществляется как в обобщенном виде, так и с требуемой степенью детализации.

На верхнем уровне систем автоматизируются:

- контроль и анализ состояния отдельных технологических комплексов, и прогнозирование результатов их функционирования по данным, поступающим из систем нижнего уровня;

-контроль текущих изменений условий по поставкам сырья II отгрузке концентрата;

-обобщенное представление информации о результатах контроля, анализа и прогнозирования;

-оперативная согласованная коррекция плановых заданий им режимные параметры технологических процессов каждого из комплексов для систем нижнего уровня.

Каждая система нижнего уровня включает в свой состав:

-программные микропроцессорные контроллеры, обеспечивающие прием аналоговых сигналов измерительной информации от датчиков технологических параметров и дискретных сигналов о состоянии оборудования и агрегатов из локальных релейно-контакторных систем управления, формирование дискретных и аналоговых сигналов управления локальными релейно-контакторными системами и регулируемыми приводами, реализуя функции дистанционного и автоматического управления оборудованием и агрегатами и регулирования технологических процессов;

- рабочие станции, реализуемые на персональных ЭВМ, обеспечивающие контроль и диагностику состояния оборудования и агрегатов, технологических процессов, обобщенное и детальное представление информации оператору технологического комплекса, интерфейса с оператором в процессе управления комплексом, формирование и передачу в контроллер команд управления оборудованием и агрегатами, заданий на регулируемые технологические параметры.

Верхний уровень системы реализуется на рабочей станции главного диспетчера, обеспечивающей:

- обмен информацией с АСОДУ отдельными технологическими комплексами;

- ведение общесистемной базы данных.

Нижний уровень систем автоматизации реализован на программируемых контроллерах типа CS1 фирмы OMRON, верхний уровень - на IBM PC с использованием SCADA - пакета RealFlex.

Обмен данными между рабочими станциями и контроллерами технологических комплексов, весовьгх систем и АСУ производством осуществляется по стандартной компьютерной оптоволоконной сети.

Обогатительная фабрика «Антоновская» успешно эксплуатируется 2 года и можно констатировать следующее:

-освоены проектные показатели как по часовой, так и по суточной производительности 500 т и 10000 т соответственно и все проектные решения полностью оправдались;

-впервые в России построено предприятие нового поколения с ресурсосберегающей технологией с глубиной обогащения 0,0 мм в условиях Сибири без термической сушки, что для углей марок «ГЖ и «Ж» с выходом летучих веществ 38 - 39% очень важно в части безопасности;

-доказана возможность строительства мощного предприятия в сжатые сроки (18 месяцев) при параллельном с согласованиями ТЭО строительства выполнении рабочей документации;

-разработан ряд новых уникальных технических решений, которые могут быть использованы при проектировании и строительстве новых обогатительных фбрик (арочные галереи с подвешенными конвейерами, укрытые склады напольного типа, отсутствие промежуточных железобетонных перекрытий и др.);

На фабрике нет проблем с удалением метана, поскольку нет ни одной аккумулирующей емкости, способствующей накоплению метана. Принято решение об отсутствии в проекте бункеров и силосов и переходе на напольные укрытые склады как для рядовых углей, так и для товарной продукции с естественным проветриванием.

Загрузка складов осуществляется двухбарабанными разгрузочными тележками конструкции института «Гипроуголь», а выгрузка - качающимися питателями, при этом «мертвая зона» угля (по мере необходимости) перемещается в зону разгрузки бульдозером.

Реализована двухуровневая система оперативно-диспетчерского управления, обеспечивающая контроль и диагностику состояния технологического оборудования и поточно-транспортной системы.

Необходимо подчеркнуть, что основным достоинством фабрики является отсутствие в технологическом процессе термической сушки концентрата. Фактические колебания влажности в отгрузке даже ниже, чем на фабриках Кузбасса с термической сушкой. На фабрике нет проблем с метаном, поскольку отсутствуют закрытые емкости для угля, а укрытые склады очень хорошо естественно проветриваются, при этом влажность концентрата снижается. При погрузке концентрата в железнодорожные полувагоны нет пыления, характерного для фабрики с термической сушкой, поскольку микроника имеет несколько повышенную влажность. Успешно работает схема альтернативной флотации, хотя фабрика оборудована пневмомеханической флотомашиной. Наладка технологической и водношламовой схем продолжалась около двух месяцев и сегодня фабрика работает устойчиво, обеспечи-мая качество товарной продукции по зольности, влажности и мластометрии в полном соответствии требованиям потребителей, чему способствует наличие укрытого склада товарной продукции емкостью натрое суток.

Фактический баланс продуктов обогащения ОФ «Антоновская» при работе на смеси углей «Ж» и «ГЖ»:

1. зольность исходного сырья - 23,6%;

2. зольность концентрата - 8,5%;

3. влажность концентрата - 8,4%;

4. выход концентрата - 76,9%;

5. зольность породы - 77%.

Можно констатировать тот факт, что мы вышли на принципиально новый уровень углеобогатительной фабрики Кузбасса. Конечно, каждая вновь проектируемая фабрика имеет свои особенности, но основные принципы обеспечения безопасной эксплуатации, построения технологии, компоновки, генерального плана, инженерного обеспечения, предельно разумного отношения к природной среде определены временем и творческим подходом проектировщиков, строителей и монтажников, специалистов действующих обогатительных фабрик.

1.2 Особенности проектных решений и строительства новых ОФ

Обогатительная фабрика «Антоновская» стала первым современным предприятием в угольной промышленности Кузбасса и России, органично вписывающимся в УДК и становясь неотъемлемой его частью.

Все действующие фабрики были запроектированы и построены в условиях жесткой централизации нормативной базы и зачастую обезличены типовыми проектами. Кроме того, существовали жесткие ограничения в применении металла для строительных конструкций и других дефицитных в то время материалов.

Даже самые лучшие обогатительные фабрики прошлых лет для коксующихся углей громоздки, на их обслуживание требуется большое количество обслуживающего персонала, огромное количество тепла в зимний период и электроэнергии. Гидроотвалы отходов флотации и выбросы в атмосферу от термических сушек этих предприятий наносят невосполнимый ущерб окружающей природной среде.

Необходимо отметить, что самый существенный ущерб экологии наносится из-за наличия в угле частиц крупностью менее 150 микрон. Этот момент очень важен при проектировании, поскольку, с одной стороны, наличие класса 0-150 микрон в Средних классах крупности снижает эффективность его обезвоживания, с другой стороны, именно этот класс 0-150 микрон предопределяет термическую сушку продуктов обогащения, Потому что даже па самых современных обезвоживающих аппаратах его можно обезводить до влажности только 18-20%.

Детальное изучение сырьевой базы в зоне крупности 0-0,5 мм, как правило, предопределяет решения по количеству машинных классов (3 или 4) в технологической схеме обогащения, глубину обогащения, необходимость полного, либо частичного обогащения мелкого класса, а также позволяет принимать решение о достаточности эффективного обезвоживания продуктов обогащения без термической сушки.

Практика эксплуатации аккумулирующих бункеров и си-носов для рядовых углей и продуктов обогащения на большинстве технологических комплексов шахт и обогатительных фабриках выявила ряд недостатков этих сооружений.

1. Из-за значительной стоимости строительства емкости бункеров и силосов, как правило, принимались минимальные, и предприятия, особенно центральные фабрики, испытывают Постоянный дефицит свободных емкостей как для рядовых углей, так и для товарной продукции.

2. Большинству углей сопутствует метан, который накапливается в верхней части емкостей, что предопределяет постоянный контроль за его содержанием, вентиляцию, аварийную вентиляцию и, соответственно, значительную потерю тепла в зимний период.

3. Для бункеров и силосов, имеющих пирамидальные и конусные разгрузочные воронки характерно сводообразование и «зависание» угля, особенно, когда влажность угля повышенная, либо уголь смерзшийся. Имеют место случаи, когда «забученные» зимой бункера остаются до весны и отогреваются паром при излишке тепла. Опробованные эксплуатацией системы пыевмообрушения, вибраторы, цепные решетки оказались не очень надежными. Проблемы, в основном, решаются с помощью ручного труда и многочасовых простоев.

4. Строительная часть бункеров и силосов требует постоянного сложного и дорогостоящего ремонта в условиях обеспечения безопасности производства опасного по газу и пыли. Практически для капитального ремонта одного силоса требуется 10-12 месяцев.

При проектировании ОФ «Антоновская» было принято решение отказаться от строительства сложных аккумулирующих емкостей и решить проблемы с помощью напольных укрытых, но естественно проветриваемых складов рядовых углей и товарной продукции. Подробнее об этом в разделе «Напольные закрытые склады для рядового угля и товарной продукции».

Несколько слов о «холодном» резерве.

По существующей ранее практике для большинства единиц технологического оборудования обогатительных фабрик (центрифуги, флотомашины, вакуумфильтры) и насосов принималось резервное оборудование (так называемый «горячий резерв»), смонтированное по постоянной схеме. При этом искусственно усложнялись технологические потоки, компоновка зданий и, соответственно, увеличивались строительные объемы, усложнялись электрические схемы.

Капитальные затраты на строительство главных корпусов фабрик по этой причине увеличивались на 15-25%, увеличивались и эксплуатационные затраты на отопление, вентиляцию, электроэнергию.

Более того, при дефиците запасных частей, резервные единицы оборудования зачастую разукомплектовывались и выводились из эксплуатации.

Практика эксплуатации и проектирования обогатительных фабрик нового поколения показала экономичность и целесообразность организации «холодного» резерва на складе или монтажных площадках, причем при наличии мостовых кранов, которые обслуживают 100% оборудования, и значительных емкостей для рядовых углей и товарной продукции на 2-3 сучок. Замена как отдельных единиц технологического оборудования, так и ремонт с заменой отдельных узлов, находящихся в «холодном» резерве, практически не влияют на объем переработки.

1.3 Анализ параметров, определяющих совокупный результат работы ОФ

Многолетняя практика эксплуатации углеобогатительных фабрик наиболее эффективных для глубокого обогащения до «0» мм (при переработке коксующихся углей) подтвердила рациональность традиционных технологических схем. К началу 80-х годов большинство фабрик имели практически однородную технологическую схему;

-обогащение угля +13 мм в тяжелосредных сепараторах;

-гидравлическая отсадка для класса 0,5-13 мм;

-флотация для класса 0-0,5 мм;

-обезвоживание продуктов обогащения на грохотах и центрифугах;

-обезвоживание флотоконцентрата на дисковых вакуум-фильтрах;

-осветление оборотной воды в гидроотвалах отходов флотации;

-термическая сушка товарных продуктов отсадочных машинах крупностью 0,5-13 мм в смеси с флотоконцентратом.

Создавалось соответствующее технологическое оборудование и приемы оптимизации таких технологий.

Сегодня совершенно очевидно, что сложившаяся структура обогащения во многом нуждается в совершенствовании. Исследование прогрессивных технологий позволяет определить направление совершенствования существующих предприятий и профиль новых.

Обогатительная отрасль подошла к тому пределу, когда исчерпываются возможности традиционных методов технологии обогащения, таким образом, стратегия будущего развития отрасли определяется задачами снижения себестоимости угольной продукции и стабилизации высоких качественных характеристик угольных концентратов.

В общем виде направления совершенствования технологий обогащения преследуют цели:

-увеличение глубины гравитационного обогащения углей с 0,5 до 0,15(0,1) мм путем включения в технологические схемы четвертого машинного класса - 0,1(0,15) - 2(3) мм;

-снижение на 30-40% объемов обогащения угля методом флотации;

-вывод из эксплуатации гидроотвалов отходов флотации путем широкого внедрения для обработки отходов ленточных фильтров;

-сокращение объемов термической сушки зернистых продуктов, замещение ее механической;

-автоматизацию всех технологических агрегатов и процессов обогащения.

Следует признать, что планируемые новации в основном охватывают наиболее затратную область структур себестоимости обогащения и подтверждают необходимость для поддержания эффективности обогащения на современном уровне тщательной проработки той части производства, которая связана с обогащением шламов (илов) и водно-шламового цикла в целом. Проблемы обеспечения эффективности обогащения по-прежнему требуют особой надежности технологии на уровне этого передела.

Конечный результат обогащения определяется показателями обогащения по отдельным операциям и степени взаимодействия между ними, осуществляющейся через внутренние продуктовые цепи (циркуляции).

Если исходить из того, что нарушение однородности сырьевой базы проявится в каждом технологическом переделе, то очевидно, через циркуляционные потоки, изменившие свои чаршегеристики, в каждой конкретной операции оно проявится в кумулятивной форме.

На основании исследований сырьевой базы трудно спрогнозировать результаты такого процесса, однако, имея представление о характере, например, циркуляционных потоков и возможных диапазонах изменений их характеристик, можно спрогнозировать их влияние в качестве дополнительного фактора увеличения степени неоднородности. Исходя из этого, соединение нескольких потоков соответственно увеличивает неопределенность и должно учитываться при проектировании через коэффициент запаса, который соответственно должен возрасти. В практике разработки проектов это изменение характеризуется как смещение во внутреннем распределении.

По функциональному назначению принципиально различаются технологии переработки крупных и мелких продуктов.

На операциях переработки крупных продуктов задействованы аппараты тяжелосредного обогащения, отсадки, обезвоживающее оборудование (грохота), транспортные системы крупнокусковых продуктов и т.п.

На операциях с мелочью работают классификаторы, обес-мшамливающие циклоны, сита, спиральные сепараторы, флотационные машины, сгустители, обезвоживающее оборудование, транспортные системы и т.п.

Неоднородность питания фабрики в каждом из этих циклов указанных операций проявляется через:

- изменчивость содержания в питании мелочи и шламов, изменение нагрузки на аппараты, нарушение степени разбавления жидкой фазой, смещение в плотности и распределении зольности, различные сочетания содержания компонентов шихты, представляющие различные шахтопласты или шахты (разрезы).

Непременным условием получения устойчивых показателей обогащения является максимально возможная стабилизация входных параметров сырья, поступающего на фабрику, а также в любой технологический передел и аппарат.

В связи с этим циклы переработки крупных и мелких продуктов по возможности должны быть предельно автономными и взаимодействовать через, например, чистую оборотную воду.

Заключение о целесообразности и возможности смешения тех или иных углей до обогащения с целью достижения однородности питания делается на основе выводов о сравнительной трудности обогащения нескольких углей в смеси и по отдельности.

Оптимальные результаты обогащения смеси углей получаются при равных зольностях элементарных слоев разделения, а по законам гравитационного обогащения разделение происходит не по признаку зольности, а по признаку удельных весов. Задавшись зольностью суммарных концентратов, можно определить графическим способом удельные веса разделения отдельных углей.

Если равнозольные фракции отдельных углей имеют заметно различные удельные веса, то, регулируя процесс по более высокому удельному весу одного из углей, в суммарный концентрат автоматически вводятся более зольные фракции других углей, разделение которых имеет место при равной зольности, но меньшем удельном весе элементарной фракции. Наоборот, при регулировании процесса по меньшему удельному весу одного из углей, в отходах теряются фракции друшх углей с зольностью, меньшей зольности элементарного слоя разделения, которые без ущерба могли бы быть включены в суммарный концентрат.

Совместное обогащение двух или нескольких углей иногда не может быть признано оптимальным, и, следовательно, смешение нескольких углей до обогащения может рассматриваться только в том случае, когда удельные веса равнозольных элементарных слоев разделения также равны или мало отличаются друг от друга,

Исследование условий совместного или раздельного обогащения осуществляется путем построения суммарных характеристик обогатимости отдельных компонентов, входящих в состав смеси.

Для оценки обогатимости приняты методы суммирования выходов фракций одинаковых удельных весов, путем суммирования выходов равнозольных элементарных слоев, а также по кривой Манера, связывающей суммарный выход фракций с их средневзвешенной зольностью.

Эти методы позволяют оценить обогатимость смеси углей, составленную в определенной пропорции.

Суммарные характеристики, полученные различными методами, достаточно близки одна к другой и для решения практических задач можно пользоваться любой из них.

2. Технологическая схема и оборудование обогатительной фабрики «Антоновская»

Выбор глубины и методов обогащения произведен на основе данных о гранулометрическом (таблица 2) и фракционном (таблица 3) составе угля.

Выбор оборудования произведен исходя из годового объема переработки 3000 тыс. т угля в год и расчетной часовой производительности 625 т (по влажному углю).

Узел углеподготовки оснащен отечественным оборудованием. Оборудование главного корпуса принято импортной поставки.

Применение импортного оборудования позволило гарантировать надежную работу всех узлов фабрики, получать стабильные параметры при работе обогатительных, обезвоживающих и других аппаратов, сниженные расходы электроэнергии, исключить термическую сушку продуктов обогащения.

В основном оборудование скомпоновано в одну секцию.

Обогащение углей марок ГЖ и Ж предусмотрено производить последовательно, в результате выпускается концентрат двух марок. В случае необходимости возможно производить смещение концентрата.

В сводном виде перечень устанавливаемого оборудования приведен в таблице 5.

Таблица 5 - Основное технологическое оборудование

2.3 Основные технические и компоновочные решения технологического комплекса