Были обследованы в цехе хвостового хозяйства (ЦХХ) условия работы насосов по подаче технической воды и забору пульпы. Выработано предложение по использованию высоковольтных приводов для управления насосами ЦХХ.
Описание объекта
Структурно ЦХХ состоит из насосной технической воды и пульпонасосной (см. рис.). Ос-новное назначение ЦХХ состоит в обеспечении водой с определенной производительностью и напором работающих секций дробильно-обогатительной комбината (ДОК) и забор с последней оборотной воды (пульпы). Однако, учитывая, что пульпа – это взвешенное состояние в определенной пропорции остатков рудного песка с водой, задача по забору и транспортированию ее на большие расстояния по пульводам значительно усложняется.
Как показало обследование, на производстве работает от 4 до 15 секций обогащения из 16. Как правило на три секции обычно работает один насос технической воды Д6300-80-2 мощно-стью 1,6 МВт, n 730 об/мин, производительностью 6300 м.куб./ч. и напором 80 м. Причем при максимальной загрузке (15 секций) работают 5 насосов Д6300-80-2 и один насос мощностью 320 кВт производительностью 1250 м.куб./ч. и напором 80 м.
Аналогичная расстановка при заборе пульпы: на три секции работает один землесос 28Гр-8т 3,2 МВт. n 375 об/мин. производительностью 8300 м.куб./ч. и напором 70 м.(характеристики даны на чистую воду), а при максимальной загрузке (15 секций) работают 4 насоса 28Гр-8т и один насос Д6300-80-2. Количество насосов, включённых в секции от 1 до 15-ю, показаны в таблицах 2 и 3 (для насосов технической воды и пульпонасосов соответственно).
Анализ задач, решаемых объектом
ЦХХ можно разбить на две системы, которые решают следующие задачи:
1. Группа насосов насосной технической воды, которая решает типовую задачу по подаче воды в среднем 2577 м куб. с напором 64 м на секцию.
2. Группа землесосов забора пульпы решает ряд сложных задач:
2.1 Прокачка пульпы в прямой зависимости от производительности группы насосов тех-нической воды. Вместе с тем производительность и напор насосов землесосов выбраны пропорционально;
2.2 Работа землесосов должна учитывать динамику по производительности пульпы, так как в зависимости от физико-механических свойств поступающей руды меняется объём подаваемой воды и объем вырабатываемого песка из руды. Поэтому напор насосной станции технической воды держится с запасом давления 5 метров (при норме напора 59 метров – держит-ся 64 метра).
2.3 Поддержание пульпы в движении, чтобы уменьшить осадки песка в пульпонесущих конструкциях. Учитывая маленькие емкости основного водоема и зумпфов (см. рис.), пульпа в зумпфах будет меняется каждые 4 минуты, а в основном водоеме при рабочих секциях от 4 до 15 каждые 7-16 минут. Поэтому можно определенно сказать, что пульпа не будет осаждаться, и задача по осадкам между ДОК и землесосами в принципе решена системно.
2.4 Сохранение давления и производительности в 7,5 или 2,5 километровых трубопроводах с целью предотвращения запульпирования их и при этом сохранение баланса по воде (т.е. сколько вошло воды в ДОК столько и вышло). Группа землесосов на пульпу работает периодически с отключением одного насоса, чтобы сделать баланс по поступающей воде и замкнуть цикл в целом по ЦХХ. Отключение и включение происходит гораздо чаще при использовании 2,5 км. труб или труб, где сброс пульпы происходит от 5 км и далее до 7,5 км.
Исходя из схемы, пульпа поступает от 15–ти дробильно-обогатительных секций по трем желобам в емкость 4500м куб. и далее стекает по четырем желобам в двенадцать зумпфов емко-стью по 400 м куб., которые включаются оператором в работу выборочно (максимально до 5 шт из 12). Каждый зумпф имеет свой землесос, который работает по выбору на свою трубу 7,5 км. или 2,5 км (определяется оператором с помощью задвижки), причем дальность выброса пульпы в 7,5 км магистрали может меняться от 5 до 7,5 км.
Необходимо отметить немаловажный фактор по алгоритму работы: чтобы сохранять ба-ланс по воде останавливается землесос (п.2.4), впоследствии чего появляются излишки пульпы, которые уходят в резервный водоём, откуда, впоследствии, дополнительным насосом они перекачиваются в озеро. Это происходит до тех пор, пока не будет превышен уровень в зумпфе, и не включится землесос. Далее всё повторяется.
Экономический расчет
Данный расчет не корректно было проводить по работающим землесосам и их характеристикам, поскольку характеристики даны на чистую воду, поэтому за основу взяты расчеты по годовым данным.
В соответствии с отчетом по ЦХХ за 2001 год было намыто 8972000 м. куб. песка и произведено 250002500 м. куб. воды. Отчёт по загрузке обогатительных секций приведён в табл.1:
Таблица 1
| Месяц | Среднемесячное количество работающих секций |
| Январь | 12,5 |
| Февраль | 10,9 |
| Март | 14,5 |
| Апрель | 10,9 |
| Май | 12,2 |
| Июнь | 12,4 |
| Июль | 11,3 |
| Август | 10,3 |
| Сентябрь | 12 |
| Октябрь | 12,3 |
| Ноябрь | 10,6 |
| Декабрь | 7,5 |
| Среднегодовое количество работающих секций 11,45 | |
Зная среднегодовое количество работающих секций (из отчёта) – 11.45, количество рабо-чих дней в году – 8472 ( с учётом регламентных работ) можно определить загрузку по воде од-ной секции:
Учитывая объем намытого песка с водой за год, загрузка одной секции по пульпе равна:
Можно вычислить среднюю загрузку ДОК по обороту технической воды в час
и по обороту пульпы в час
В таблицах 2 и 3 (для воды и пульпы соответственно) показаны все расчёты, соответствую-щие загрузке от 1до 15 секций.
Таблица 2
| Кол-во работающих секций | Работающие насосы (число и условная мощность в МВт) | Суммарная мощность работающих насосов Р, кВт | Суммарная производительность насосов -Q, м3/ч (по паспортным данным) | Статистическая производительность (по результатам отчёта за 20ХХ год)-Qc, м3/ч | Q*h при h=80 м | Qc*hс при hс=59 м | Q*h/Qc*hс=k | Работающая мощность Pр=Р/k, кВт | Теряемая мощность Pт=Р-Рр , кВт | Требуемая мощность двигателя работающего от ПЧ, кВт |
| 1 | 1.6 | 1600 | 6300 | 2577 | 504000 | 152043 | 3.31 | 482.7 | 1117.3 | 482.7 |
| 2 | 1.6 | 1600 | 6300 | 5154 | 504000 | 304086 | 1.66 | 965.4 | 634.6 | 482.7 |
| 3 | 1.6+0.3 | 1900 | 7550 | 7731 | 604000 | 456129 | 1.32 | 1434.8 | 465.2 | 482.7 |
| 4 | 2*1.6 | 3200 | 12600 | 10308 | 1008000 | 608172 | 1.66 | 2172 | 1428 | 482.7 |
| 5 | 2*1.6 | 3200 | 12600 | 10308 | 1008000 | 760215 | 1.33 | 2715.1 | 884.9 | 1115 |
| 6 | 2*1.6+0.3 | 3500 | 13850 | 15462 | 1108000 | 912258 | 1.21 | 2881.7 | 618.3 | 1281 |
| 7 | 3*1.6 | 4800 | 18900 | 18039 | 1108000 | 1064301 | 1.42 | 3378.7 | 1421.3 | 178 |
| 8 | 3*1.6 | 4800 | 18900 | 20616 | 1512000 | 1216344 | 1.24 | 3861.4 | 938,6 | 661 |
| 9 | 3*1.6+0,3 | 5100 | 20150 | 23193 | 1612000 | 1368387 | 1.18 | 4329,3 | 770,7 | 1129 |
| 10 | 4*1.6 | 6400 | 25200 | 25770 | 2016000 | 1520430 | 1.33 | 4826,8 | 1573,2 | 826 |
| 11 | 4*1.6 | 6400 | 25200 | 28347 | 2016000 | 1672473 | 1.21 | 5309,4 | 1090,6 | 509 |
| 12 | 4*1.6+0,3 | 6700 | 26450 | 30924 | 2116000 | 1824516 | 1.16 | 5771,1 | 922,9 | 977 |
| 13 | 5*1.6 | 8000 | 31500 | 33501 | 2520000 | 1976559 | 1.27 | 6274,8 | 1725,2 | 1475 |
| 14 | 5*1.6 | 8000 | 31500 | 36078 | 2520000 | 2128602 | 1.18 | 6757,5 | 1242,5 | 357 |
| 15 | 5*1.6+0,3 | 8300 | 32750 | 38655 | 2620000 | 2280645 | 1.15 | 7224,9 | 1075,1 | 824 |
Таблица 3
| Кол-во работающих секций | Работающие насосы | Суммарная мощность работающих насосов Р, кВт | Сум-марная производительность насосов -Q, м3/ч (по паспортным данным) | Статистическая производительность (по результатам отчёта за 20ХХ год)-Qc, м3/ч | Q*h при h=80 м (h=70 м,) | Qc*hс при hс=59 м | Q*h/Qc*hс=k | Работающая мощность Pр=Р/k, кВт | Теряемая мощность Pт=Р-Рр , кВт | Требуемая мощность двигателя работающего от ПЧ, кВт |
| 1 | 1,6 | 1600 | 6300 | 2670 | 504000 | 154860 | 3,25 | 492,3 | 1107,7 | 492,3 |
| 2 | 1,6 | 1600 | 6300 | 5340 | 504000 | 309720 | 1,63 | 981,6 | 618,4 | 981,6 |
| 3 | 3,2 | 3200 | 8300 | 8010 | 581000 | 464580 | 1,25 | 2560 | 640 | 2560 |
| 4 | 3,2+0,4 | 3600 | 9900 | 10680 | 709000 | 619440 | 1,14 | 3157,9 | 442,1 | 3157,9 |
| 5 | 3,2+1,6 | 4800 | 14600 | 13350 | 1085000 | 774300 | 1,4 | 3428,6 | 1371,4 | 228,6 |
| 6 | 2*3,2 | 6400 | 16600 | 16020 | 1162000 | 929160 | 1,25 | 5120 | 1280 | 1920 |
| 7 | 2*3,2+1,6 | 8000 | 22900 | 18690 | 1666000 | 1084020 | 1,54 | 5194,8 | 2806 | 1994,8 |
| 8 | 2*3,2+1,6 | 8000 | 22900 | 21360 | 1666000 | 1238880 | 1,34 | 5970,1 | 2029,9 | 2770,1 |
| 9 | 3*3,2 | 9600 | 24900 | 24030 | 1743000 | 1393740 | 1,25 | 7680 | 1920 | 1280 |
| 10 | 3*3,2+0,4 | 10000 | 26500 | 26700 | 1871000 | 1548600 | 1,21 | 8264,5 | 1735,5 | 1864,5 |
| 11 | 3*3,2+1,6 | 11200 | 31200 | 29370 | 2247000 | 1703460 | 1,32 | 8484,8 | 2715,2 | 2084,8 |
| 12 | 4*3,2 | 12800 | 33200 | 32040 | 2324000 | 1858320 | 1,25 | 10240 | 2560 | 640 |
| 13 | 4*3,2+0,4 | 13200 | 34800 | 34710 | 2452000 | 2013180 | 1,22 | 10819,7 | 2380,3 | 1219,7 |
| 14 | 4*3,2+1,6 | 14400 | 39500 | 37380 | 2828000 | 2168040 | 1,3 | 11076,9 | 3323,1 | 1476,9 |
| 15 | 4*3,2+1,6 | 14400 | 39500 | 40050 | 2828000 | 2322900 | 1,22 | 11803,3 | 2596,7 | 2203,3 |
В графе, соответствующей работе 11 секций, значения существующей и требуемой про-изводительности соответственно равны 25200 и 28347 куб.м в час для насосов технической воды и 31200 и 29370 куб.м в час для землесосов. Несовпадение существующей и требуемой произво-дительности и даже меньшее значение последней, получается из-за отсутствия учёта напора, ко-торый так же различается. Реальный напор для насосов технической воды составляет hс=59 м, а для землесосов hс=58 м (*), что значительно меньше напора h=80 м даваемого насосами и h=70 м землесосами по паспорту.
* — причём напор в 58 метров берётся из расчёта.Реально на землесосах держится давление 70 м, чтобы не было запульпирования. Для из-бежания образования насыпи песка в результате выброса пульпы длина 7,5 км магистрали пе-риодически меняется от 5 до 7,5 км. Поэтому получается усреднённый напор 58 м.
Перед тем как проводить расчет по энергосбережению, предварительно необходимо определить методику расчета.
Известно, что
, где
где Q – производительность насоса,
h – напор насоса,
p — плотность воды,
g – ускорение свободного падения.
Исходя из формулы видно, что мощность, потребляемая электродвигателем, находится в прямой зависимости от производительности Q и напора h, т. е. при расчете потребления электроэнергии все остальные величины остаются постоянными, и в расчётах не участвуют.
По коэффициенту соотношения k между произведением номинального напора на номи-нальную производительность (Q*h) и произведением статистического напора на статистическую производительность (Qc *hc) можно вычислить реально необходимую мощность двигателя Pp, требуемую для обеспечения статистического напора и статистической производительности. Вы-читая эту мощность из мощности работающих двигателей, получим теряемую мощность Pт. В таблицах показаны потери при работе от 1 до 15 секций. Так как в среднем ЦХХ загружено 11,45 секций, то потери, посчитанные при работе 11 секций (из табл.), можно считать самыми близкими к реальности, они составят:
Поэтому соотношение мощностей можно оценить соотношением величин (h*Q)ном и (h*Q)стат сначала по табл.2 для воды, а потом по табл.3 для пульпы соответственно.
По таб 2, , а по таб 3,
Суммарная мощность при работе 11 секций по воде равна 6,4 МВт, а суммарная мощность 11 секций по пульпе равна 11,2 МВт (из таблицы № 2 и 3)
Тогда как реальная мощность необходимая для создания требуемой производительности и давления будет равна: по воде 6,4 МВт — 6,4 МВт /1,21=1110,7 кВт
по пульпе 11,2 МВт — 11,2 МВт /1,32 = 2715 кВт
Годовые потери по электроэнергии соответственно составят:
По воде 1110,7 *8472*8= 75 278 803 руб.
По пульпе 2715*8472*8= 184 011 840 руб.
где: 8760-количество часов в году, а 8472 с учётом регламентных работ;
8-стоимость (в руб.) 1 кВт/ч для промышленных предприятий.
По материалам ОАО «ВНИИЭ» принятым РАО «ЕЭС России» и АО-Энерго коэффици-ент ресурсосбережения принят равным 0,5 от энергосбережения: т.е. у электрооборудования за-действованном в электроснабжении данного узла увеличивается ресурс эксплуатации. Тем са-мым поднимается надёжность и улучшается экономическая составляющая.
Т.к. экономия электроэнергии составит по воде 75 278 803 руб., а по пульпе 184 011 840 руб. то ресурсосбережение составит:
(75 278 803 руб.+ 184 011 840 руб.)*0,5 = 129 645 321 руб. в год.
В итоге суммарная экономия по энерго- и ресурсосбережению составит:
259 290 643 руб. + 129 645 321 руб. = 388 935 964 руб. в год
Во избежание такой неэкономичной эксплуатации и для повышения надежности работы насосов, предлагается:
1. Применение высоковольтных частотно-регулируемых преобразователей. Для группы насосов технической воды на 1,6 МВт, а для пульпонасосной — 3,2 МВт и 1,6 МВт.
В этом случае отпадает необходимость в частом отключении и включении землесосов, и использовании дополнительных насосов для перекачки воды из резервного водоёма, которая возникает вследствие несогласованности мощностей насосов и землесосов. Привод будет осу-ществлять это согласование, исключая переполнение зумпфов.
Управление приводом насосов технической воды предполагается производить по сигналу обратной связи от датчика давления и в зависимости от числа работающих секций. А управле-ние землесосами можно осуществлять оператором вручную или по сигналу от тензометрическо-го датчика веса, расположенного под желобом. Задача этого датчика – контролировать вес про-текающей пульпы по желобу (датчик уровня в ёмкостях использовать не целесообразно, т.к. уровень пульпы в них быстро меняется, и зафиксировать его практически невозможно).
Применение высоковольтного частотного привода позволит:
Для управления высоковольтным синхронным двигателем предлагается частотно-управляемый без трансформаторный электропривод. Например, производства ЗАО Энергокомплект.
1. Использовать автоматическое регулирование частоты вращения электродвигателя по обратной связи от датчика практически любого технологического параметра или по заданию оператора.
2. Стабилизировать и регулировать производительность насосов в ручном режиме.
3. Выключать электродвигатель в случае его длительной перегрузки по времени, ко-роткого замыкания, обрыва фазы, утечки тока или перенапряжения.
4. Обеспечить бесконтактный и плавный пуск электродвигателя насоса.
5. Увеличить межремонтный ресурс установки (износ подшипников, обмоток двига-теля, автоматических выключателей, лопаток, сальников) за счет снижения числа оборотов, про-грева обмоток, плавного запуска и останова.
6. Выбрать экономичный режим работы электродвигателя насоса.
1. Стоимость предложения.
| Наименование товара | Ед. изм | Кол-во | Цена за ед. без НДС руб | Высоковольтный частотный привод, мощ-ностью 1,78 МВт по воде | шт | 1 | 50 000 000, 00 | Система управления с АРМ по воде | шт | 1 | 50 000 00, 00 | Высоковольтный частотный привод, мощностью 3,3 МВт по пульпе | шт | 1 | 100 000 000, 00 | Высоковольтный частотный привод, мощ-ностью 1,78 МВт по воде по пульпе | шт | 1 | 50 000 000, 00 | Система управления с АРМ по пульпе | шт | 1 | 9 000 000, 00 |
| Итого без НДС: 214 000 000руб | ||||
2. Условия оплаты:
3. Срок поставки
4. Доставка оборудования
5. Срок гарантии на оборудование
6. Стоимость проектных, монтажных и пусконаладочных работ по сравнению с оборудованием составит не более 30% и равна около 60 000 000 руб. без НДС
ВЫВОД: Исходя из расчета экономической эффективности, данное оборудование оку-питься менее чем за полгода.
Затраты на внедрение 274 000 000 рублей в год. Эффект от внедрения по сэкономленному электричеству и ресурсу сбережения 388 935 964 руб. в год. Соотношение затрат к эффективно-сти 274 000 000 руб. / 388 935 964 руб. равно 0,7. Это больше полгода. Данное предложение тре-бует внедрения. Если взять кредит на реализацию на полтора года и при учёте, что предложение будет реализовано за 7 месяцев, данный проект “отбивается” за это время без потерь перед бан-ком.
