Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

До кінця минулого століття світова енергетична криза почала набувати загрозливого характеру, оскільки було витрачено[1]:

• 87% світових запасів нафти;

• 73% світових запасів природного газу;

• 2% світових запасів вугілля.

Незважаючи на значний прогрес в області розробки технологій використання альтернативних джерел енергії (сонячна енергія, енергія вітру, морських припливів та ін.), на найближчі 30–40 років основним енергетичним ресурсом залишається вугілля.

Основою ефективної заміни дорогих екологічно чистих природних енергоносіїв (природного газу і нафти) найближчим часом може стати порівняно новий вид рідкого палива – водо-вугільне паливо (ВВП). ВВП – це суміш води з частинками вугілля і спеціальними добавками. До теперішнього часу визначився основний склад ВВП [2] (мас. %): вугілля – 70...75, вода 24...29, присадки – до 1.

Приготування ВВП зі шламів або рядового вугілля пов'язане з доданням водовугільної суспензії прийнятної в'язкості і статичної стабільності. Класична схема приготування ВВП, розроблена ще в СРСР у середині 60–х років, передбачає помел вугілля і одночасне змішування його з водою в кульових або стрижневих млинах. Для підвищення стабільності в водо-вугільне паливо додавалися різні реагенти, які одночасно знижували в'язкість. У сукупності вдавалося досягти змісту твердого в ВВП до 60...65%.

У разі переходу на спалювання ВВП замість вугілля вирішується ряд суттєвих проблем [3]:

• розширюється діапазон регулювання продуктивності вугільних котлоагрегатів;

• поліпшуються екологічні показники при спалюванні вугілля;

• золошлаковидалення перекладається на пневмотранспорт;

• знижується окислення (втрата калорійності) палива під час зберігання;

• відсутні вибухо- і пожежонебезпека вугільної паливоподачі;

• забезпечується можливість спалювання на одному об'єкті різних видів вугілля.

Цікавим видається і такий факт: у США використання ВВП визначено як частина національної енергетичної політики, а в Японії та Китаї вироблення тепла і електрики на ВВП обчислюється мільйонами кВт*год.[4].

1. Стан питання

ВВП може бути приготоване з вугілля практично будь-яких марок: від довго-полум'яних і газових до слабоспікливих і навіть антрацитів. Вважається, що для приготування ВВП може бути використана річкова вода, каналізаційні стоки, вода вугільно–шахтних підприємств та промислові відходи[5].

Класична схема приготування ВВП не змінилася з моменту виникнення технології і складається з трьох етапів (рис. 1): дроблення (зазвичай до фракції 10...13 мм), мокре подрібнення (зазвичай до фракції <100...150 мкм), класифікація і гомогенізація [6].

Схема приготування ВВП

Рисунок 1 – Схема приготування ВВП

Подрібнення здійснюється мокрим методом до крупності 100...150 мкм. Етап подрібнення є основним при приготуванні ВВП, оскільки саме він визначає подальші характеристики ВВП (грансостав, в'язкість, стабільність і т.д.) [2, 3]. Крім того, даний етап є і самим енерговитратним.

Основними технологічними машинами в традиційних технологіях підготовки ВВП є кульові або стрижневі млини, вібромлини, планетарні, гідроударні і кавітаційні млини, що здійснюють подрібнення сухим або мокрим способом. Мокрий метод подрібнення є більш економічним, тому для сухого подрібнення необхідно попередньо висушити вугілля.

Аналіз досліджень по тонкому подрібненню дозволяє зробити висновок, що найбільш ефективним засобом для отримання продукту з гранулометричним складом –50 мкм при вихідному живленні крупністю 2...10 мм і відносно невеликої продуктивності (до 10 т/год) є вібраційний млин [7].

Застосування вібраційних млинів в порівнянні з іншими типами млинів дозволяє зменшити витрату електроенергії, підвищити продуктивність, зменшити знос помольних тіл і помольної труби, використовувати помольні тіла з різних матеріалів, досягти високої тоніни помелу, отримати більш чистий кінцевий продукт, здійснювати процес подрібнення у вакуумі, інертному середовищі, при різних температурах [8]. Найбільш поширені інерційні однотрубні, двотрубні і багатотрубні горизонтальні вібромлини з гармонійними однорідними коливаннями по траєкторіях, близьким до кола або еліпсу. Однак кругова циркуляція помольних тіл, що виникає за рахунок однорідного поля траєкторій руху корпуса помольної труби, не створює досить інтенсивного перемішування помольних тіл і подрібнювального матеріалу. Внаслідок цього утворюються застійні зони (рис. 2), відбувається сегрегація помольних тіл і подрібнювального матеріалу, що є істотним недоліком вібраційних млинів зазначеного типу [9].

Схема руху подрібнювального матеріалу в барабаному вібраційному млині

Рисунок 2 – Схема руху подрібнювального матеріалу в барабаному вібраційномуї млині [9]

Водо-вугільна суспензія, отримана на виході з млина, підлягає контрольної класифікації (для виділення часток вугілля з розміром більше оптимального) і гомогенізації, що додають водо-вугільної суспензії необхідні реологічні властивості [10]. Більші частинки спрямовуються на рециркуляцію для повторного помелу.

Промислове використання вібромлинів для приготування ВВП дозволило встановити, що загальне питоме енергоспоживання доходить до 103 кВт*год/т [11], а на процес віброподрібнення витрачається до 55 кВт*год/т. Причому, при оптимізації режимів роботи обладнання лінії з приготування ВВП, питому енергоємність можна знизити до 85...90кВт*год/т, але й ці величини раніше високі.

Таким чином, зниження енерговитрат при підготовці ВВП є актуальним завданням.

2. Мета і завдання дослідження

Мета цієї роботи – розробка технічних і технологічних рішень, що знижують енерговитрати при підготовці ВВП.

Основні завдання дослідження:

– вивчити і проаналізувати існуючі підходи до енергозбереження процесу подрібнення корисних копалин;

– розглянути і вивчити вібраційний млин нового типу;

– дослідити переваги подрібнення в бігармонійному полі коливань у порівнянні з гармонійним.

Об'єкт дослідження: процес тонкого подрібнення вугілля та інших корисних копалин.

Предмет дослідження: динаміка і технологія вібраційного подрібнення з використанням бігармонійного режиму коливань.

3. Основні напрямки інтенсифікації процесу тонкого подрібнення корисних копалин

Інтенсифікація процесу тонкого подрібнення може здійснюватися по ряду напрямків, наприклад, шляхом використання в конструкціях вібромлина горизонтального типу двовимірних і тривимірних складних коливань, що збуджують змінну швидкість руху тіл, що мелють [12] або використання млинів з нетрадиційною формою робочої камери. Ці інновації дозволяють турбулізувати рух завантаження, залучити в процес т.зв. малорухоме ядро і, в кінцевому рахунку, значно знизити енерговитрати процесу подрібнення [13]. Так, у ФРН розроблена конструкція вібраційного горизонтального млина з неоднорідним полем коливань робочого органу за рахунок збудження гармонійних коливань позацентрово встановленим дебалансним віброзбуджувачем [14]. Завдяки істотним технологічним перевагам, у порівнянні з центрованими системами[15], цей вібромлин отримал широке поширення при подрібненні різноманітних матеріалів і послужив аналогом для виробництва ідентичних машин в багатьох країнах світу.

В останні роки експериментальними дослідженнями встановлено та промислової практикою підтверджено, що полігармонійний склад робочого впливу на опрацьований технологічний продукт істотно більш ефективний, ніж простий гармонійний [16]. Чим багатше спектральний склад використовуваних вібраційних впливів, тим вище вірогідність формування в структурах оброблюваного середовища високоефективних резонансних і близьких до резонансних режимах переміщень і деформацій, і тим ширше обхват активного об'єму [17].

Проте в результаті складності формувань полічастотних режимів коливань на даному етапі розвитку вібраційної техніки в якості досить простого, але ефективного рішення, можуть бути успішно використані бігармонійні режими роботи.

Таким чином, дослідження, що сприяють розробці нових конструкцій вібромлинів, інтенсифікують тонке подрібнення різноманітних матеріалів, носять актуальний характер.

4. Удосконалення технології та техніки для приготування ВВП з метою зниження питомої енергоємності процесу

Установка з виробництва ВВП (рис. 3) являє собою классифікаційно-подрібнювальний комплекс, до якого входять: бункер вихідного продукту 1, дробарка 4 і вібромлин 9 з системами подачі і дозування вугілля 2, віброгрохоти 3, 7 і гідроциклон 10 для основної та контрольної класифікації, ємності 5 і насоси 6.

Для отримання вугільної фракції менше 10...13 мм здійснюється дроблення вихідного вугілля в молотковій дробарці. Якщо в якості сировини використовується вугільний шлам чи вугілля сортів штиб або насіння, то зазначена стадія виключається з загальної лінії приготування ВУТ.

Рисунок 3 – Схема ланцюга апаратів установки з приготування ВВП:

1 – бункер вихідного вугілля; 2 – живильник; 3 – грохот (d=12…13 мм);

4 – молоткова дробарка 5 – ємність; 6 – насос; 7 – струйне бризкало;

8 – грохот (d=100…150 мкм); 9 – вібромлин; 10 – батарейний гідроциклон

(анімація: 24 кадрів, цикли повторення ∞, 298 кілобайт)

У якості перспективного подрібнювального обладнання в технологічній схемі підготовки ВВП пропонується застосування принципово нової конструкції бігармонійного вібромлина з неоднорідним полем коливань [18–20] (рис. 4).

Рисунок 4 – 3D-модель експериментального зразка бігармонійного вібромлина нового типу

Рисунок 4 – 3D–модель експериментального зразка бігармонійного вібромлина нового типу

Розглянутий вібраційний млин нового типу (рис. 5) складається з робочого органу, що включає помольну трубу 1 і помольні тіла 2, які з'єднані за допомогою опорних пружних елементів 3 з нерухомою основою 4. Млин забезпечен двома дебалансними віброприводами 5, кожен з яких включає приводний вал 6 з індивідуальним приводом обертання 7, виконаним з можливістю незалежної зміни кутової швидкості і напряму обертання приводного валу і дебалансов 8.

Рисунок 5 –Конструкція бігармонійного вібромлина

Моделюванням динамічних процесів вібромлина бігармонійного типу встановлено [21], що змінюючи частоти обертання, модулі збуджуючих сил, а також змінюючи напрямок обертання одного з електродвигунів приводу виброзбудників можна управляти в широкому діапазоні силовим впливом на помольні тіла і подрібнювальний матеріал. Цим розширюються можливості вібромлина по створенню раціональних умов процесу подрібнення визначеного подрібнювального матеріалу, що в підсумку сприяє зниженню енергоємності процесу переробки на 20...30%.

Висновки та напрямки подальших досліджень

На теперешній час все більшого розвитку отримують нові технології створення і застосування ВВП. Невід'ємною частиною технологічної схеми підготовки ВВП є операція подрібнення вугілля. Численні дослідження по тонкому подрібненню довели, що найбільш ефективним засобом для отримання продукту, що відповідає сучасним вимогам, що пред'являються до ВУП, є вібраційний млин. Аналіз роботи серійно випускаємого вібромлина з однорідним полем коливань показали підвищену енергоємність процесу подрібнення вугілля при підготовці ВВП. Встановлено, що інтенсифікація процесу тонкого віброподрібнення може йти по ряду напрямків, одним з яких є реалізація в конструкціях вібромлинів складних коливань, що збуджують змінну швидкість руху тіл, що мелють. Розроблено конструкцію млина з неоднорідним полем бігармонічних коливань, режим роботи якої передбачає істотно знизити енерговитрати на підготовку ВВП. Перевірити цю гіпотезу можливо після виготовлення експериментального зразка млина і проведення технологічних випробувань.

Примітка

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення – грудень 2015 р. Повний текст і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  • Овчинников Ю.В. Искусственное композиционное жидкое топливо из угля и эффективность его использования / Ю.В. Овчинников, С.В. Луценко. Новосибирский государственный технический университет //[ Электронный ресурс].
  • Круть О.А. Водовугільне паливо: Монографія [Текст] / О.А. Круть // – Київ: Наукова думка, 2002. – 169 с.
  • Морозов А.Г. Гидроударные технологии для получения водоугольного топлива [Текст] / А.Г. Морозов, Н.В. Коренюгина // Новости теплоснабжения, №7, 2010. – С. 18–21.
  • Vibrating mills for brown coal [Text] // “Colliery Guard.”, 1980, 228, №1. – P.32.
  • Потураев В.Н. Технологические испытания вертикальной вибрационной лабораторной мельницы МВВЛ–3 [Текст] / В.Н. Потураев, В.П. Франчук, А.А. Тарасенко, П.П. Королев // Проблемы вибрационной техники: Мат. науч. семинара ИГТМ АН УССР. – Киев: Наукова думка, 1970. – С. 181–187.
  • Овчинников П.Ф. Новое оборудование для измельчения [Текст] / П.Ф. Овчинников, Н.Д. Орлова // Материалы конф. «Теория и практика процессов измельчения и разделения». – Одесса. 1994. – С. 36–40.
  • Арсентьев В.А. Методы динамики частиц и дискретных элементов как инструмент исследования и оптимизации процессов переработки природных и техногенных материалов [Текст] / В.А. Арсеньев, И.И. Блехман, Л.И. Блехман, Л.А. Вайсберг, К.С. Иванов, А.М. Кривцов // Обогащение руд. 2010. №1. – С. 30–35.
  • Патент ФРГ на изобретение № 3224117 [Текст]. В02С 19/16. Заявл. 29.06.1982.
  • Gock E. Eccentric vibratory mills – theory and practice [Text] / E. Gock, K.–E. Kurrer // Powder Technology. 105. – 1999. S. 302–310.[ Электронный ресурс].
  • Букин С.Л. Интенсификация технологических процессов вибромашин путем реализации бигармонических режимов работы [Текст] / С.Л. Букин, С.Г. Маслов, А.П. Лютый, Г.Л. Резниченко // Збагачення корисних копалин: Наук.–техн. зб. – 2009. – Вип. 36 (77) – 37 (78). – С. 81–89.
  • Гончаревич И.Ф. О повышении производительности и рентабельности промышленных нанотехнологий. М.: РИА. Секция «Горное дело». – 2010. [ Электронный ресурс].
  • Патент України на винахід. №100756. Вібраційний млин [Текст] / С.Л. Букін, А.С. Букіна // Заявка а 2011 01521, В02С 19/16. Бюл. №15, 2012 р.
  • Патент Российской Федерации на изобретение №2501608. Вибрационная мельница [Текст] / С.Л. Букин, А.С. Букина // Заявка 2012104105/13, В02С 19/00. Бюл. №35, 2013 г.
  • Букін С.Л. Нова конструкція бігармонійного вібромлина для тонкого подрібнення різноманітних матеріалів [Текст] / С.Л. Букін, А.С. Букіна // Збагачення корисних копалин: Наук.–техн. зб. – 2012. – Вип. 50 (91). – С. 60–65.
  • Букин С.Л. Динамические возможности инерционной бигармонической вибромельницы нового типа [Текст] / С.Л. Букин, А.С. Букина // «Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжн. зб. наукових праць». – Донецьк: ДонНТУ, 2013. Вип. 1– 2 (44–45). – С.61–71.