1. Wprowadzenie 2. Wskaźniki efektywności energetycznej w

1. Wprowadzenie 2. Wskaźniki efektywności energetycznej w

Krzysztof Matuszewski
„Efektywność energetyczna przesiewania drobnych frakcji na
przesiewaczach z bezpośrednio wzbudzanym sitem typu VPI produkcji
Ofama VIBRA Opole.” (Skrót)
Referat będzie wygłoszony 13.03.2008 na konferencji naukowej KOMEKO 2008 w Szczyrku i
opublikowany w materiałach konferencji.
Streszczenie. W referacie opisano doświadczenia wynikające z eksploatacji jak i prowadzonych prac
badawczych przesiewacza typu VPI z podbijanym sitem przy zastosowaniu wibratorów
bezwładnościowych. Jest to nowa konstrukcja produkcji Ofama VIBRA Opole wyróżniająca się
wyjątkowo niskim jednostkowym zużyciem energii w procesie przesiewania przy zachowaniu bardzo
dobrych pozostałych parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych. Omówiono różne rodzaje
wskaźników określających zapotrzebowanie na moc i energię przesiewaczy o różnej konstrukcji.
Prowadzone są dalsze prace nad przygotowaniem dużego przesiewacza tego typu dla górnictwa węgla
kamiennego.
1. Wprowadzenie
W kontekście wzrastających cen energii, nakładanych na gospodarki poszczególnych krajów limitów
dotyczących zużycia energii (np. emisji CO2) i coraz powszechniejszej społecznej świadomości
„energetycznej” nie dziwią wysiłki i nakłady mające na celu obniżenie zużycia energii w metalurgii,
energetyce, ogrzewaniu i klimatyzacji, transporcie czy przetwórstwie.
W procesach technologicznych przeróbki surowców mineralnych sporo uwagi poświęca się zużyciu
energii w trakcie rozdrabniana czy suszenia, natomiast w doborze urządzeń do segregacji i separacji
czynnik ten wydaje się być traktowany jako najmniej istotny. Konstruując czy dobierając przesiewacz
analizujemy szereg czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, a gdy już wiemy jaka będzie masa
przesiewacza oraz częstotliwość i amplituda drgań dobieramy napędy o odpowiedniej mocy.
Przykładowy przesiewacz typu PZ [1] o powierzchni sita 18m2 i masie 11 ton otrzyma napęd w
postaci dwóch silników po 18,5 kW, razem 37 kW. Moc ta jest potrzebna głównie po to, aby wprawić
w określone drgania rzeszoto wraz z napędem i sitem oraz znajdujący się na sicie przesiewany
materiał. Przykładowo, jeśli warstwa przesiewanego materiału będzie miała średnią grubość 0,2 m to
masa materiału znajdującego się na sicie omawianego przesiewacza wyniesie 5,4 tony, z czego do
obliczeń przyjmujemy około 20% czyli nieco ponad tonę. Stanowi to mniej niż 10% pobudzanej
masy!
Z energetycznego punktu widzenia jest to równie rozrzutne jak jazda ważącego 80 kg pasażera
samochodem o masie jednej tony. Do obu sytuacji zdążyliśmy się przyzwyczaić.
2. Wskaźniki efektywności energetycznej w przesiewaniu.
Stosowanym w technice podstawowym wskaźnikiem określającym energochłonność procesów,
również przesiewania, jest jednostkowe zużycie energii (specific power consumption lub specific
energy consumption) wyrażane zazwyczaj w kWh zużytej energii na tonę produktu. W celu określenia
jednostkowego zużycia energii w odniesieniu do procesu przesiewania i przesiewaczy z powodu
względności określania frakcji będącej produktem, ilość zużytej energii odnosimy do ilości materiału,
którą dany przesiewacz może przesiać z określoną sprawnością. Jest to bardzo ważny parametr
eksploatacyjny, łatwy do przeliczenia bezpośrednio na koszt zużytej energii, jednak, w zależności od
zastosowanego ziarna podziałowego, składu i wilgotności nadawy dla tego samego przesiewacza
otrzymamy różne wartości jednostkowego zużycia energii Ejp przesiewania. Jest to więc parametr
1
związany bezpośrednio z cechami konstrukcyjnymi przesiewacza, ale równocześnie zdeterminowany
w znacznym stopniu przez czynniki technologiczne i eksploatacyjne.
Ze względu na te uzależnienia jednostkowego zużycia energii nie jest ono zbyt odpowiednim do
celów porównawczych przesiewaczy o różnej konstrukcji. Do tego celu znacznie lepiej nadaje się
jednostkowa moc przesiewacza, wskaźnik zdefiniowany jako stosunek mocy napędów przesiewacza
przez łączną powierzchnię pokładów sitowych Pj .[kW/m2].
W Tabeli 1 przedstawiono porównanie jednostkowych mocy przesiewaczy Pj .[kW/m2] dla różnych
typów ich konstrukcji i ilości pokładów. Przesiewacze o konstrukcji klasycznej, gdzie sito wzbudzane
jest ruchem rzeszota na którym zainstalowane są napędy wibracyjne, nie wymagają znacznego
podwyższenia mocy w związku ze zwiększeniem ilości pokładów sitowych, gdyż nie wiąże się to z
proporcjonalnym do ilości pokładów zwiększeniem wzbudzanej masy. W rezultacie jednostkowa moc
przesiewacza dwupokładowego jest znacznie niższa od jego jednopokładowej wersji. Ten bardzo
korzystny efekt został maksymalnie wykorzystany w przesiewaczach STACK SIZER [4] produkcji
DERRICK Co., gdzie kolejne pokłady przesiewacza zasilane tą samą nadawą wyposażono w
jednakowe sita tworząc w istocie przesiewacz jednopokładowy wymagający znacznie niższej mocy
jednostkowej w porównaniu z klasycznymi konstrukcjami jednopokładowymi.
Tabela 1 Jednostkowa moc przesiewacza P j [kW/ m2]
Typ
WP1 /
Stack Sizer flip-flow
przesiewacza
WP2 [1]
48 i 56
BIVITEC
(Derrick)
[5]
1 pokład
0,83 –
0,42 i 0,68 1,53 - 2,5
1,42
2 pokłady
0,41 –
n/a
0,68
flip-flow
LIWELL
[5]
3,14
1,79
flip-flow
STAFLEX
[5]
0,96 –
2,15
0,88 – 1,1
Z podbijanym
sitem: VPI,
SIZER 2000
0,16 – 0,23
0,16 – 0,23
Przesiewacze o konstrukcji przewidującej zastosowanie wzbudzających sito ruchomych
mechanizmów o znacznie niższej niż klasyczne rzeszoto bezwładności i niewielkich oporach
wymagają znacznie niższych mocy jednostkowych. Widać to wyraźnie na przykładach przesiewaczy z
podbijanym sitem produkcji RHEWUM (MOGENSEN) pracującymi w zakresie rezonansu [3] oraz
podobnymi konstrukcjami Ofama VIBRA Opole (OVO). natomiast analiza dostępnych danych [5]
dotyczących przesiewaczy z „trzepanym” sitem (cyklicznie naprężanym) produkcji Binder+Co, HL i
MFL wskazuje na bardzo wysoką moc jednostkową tych urządzeń, trudną do zaakceptowania nawet
uwzględniając ich stosunkowo wysoką wydajność.
3. Przesiewacze VPI produkcji Ofama VIBRA
Przesiewacze z bezpośrednio wzbudzanym sitem przy użyciu wibratorów elektromagnetycznych były
produkowane jeszcze przed 2002 rokiem przez państwowe Zakłady Mechaniczne OFAMA w Opolu, a
po ich likwidacji produkcję tych przesiewaczy pod symbolem VPEm w udoskonalonej postaci
kontynuuje Ofama VIBRA Opole. Na początku 2007 roku w OVO wprowadzono do produkcji nowy
przesiewacz typu VPI z sitem bezpośrednio podbijanym przy pomocy dwubijakowych wałów
napędzanych wibratorami bezwładnościowymi. Nowa konstrukcja posiada w porównaniu z
dotychczasową szereg zalet:
 możliwość budowy znacznie większych przesiewaczy,
 szerszy zakres stosowanych częstotliwości i amplitud, a więc i możliwości doboru
optymalnych dla danego materiału i ziarna podziałowego parametrów,
 szersze zastosowanie co do materiałów i maksymalnego ziarna,
 łatwiejsza eksploatacja, mniejsze koszty regulacji,
 funkcja samooczyszczenia sit.
2
Pierwszy przesiewacz nowego typu został dostarczony w lipcu 2007 roku do przedsiębiorstwa
LABTAR w Tarnowie Opolskim, gdzie zastąpił klasyczny przesiewacz pracujący na suchym
mielonym wapieniu z ziarnem podziałowym 3,0 mm. Szkic przesiewacza przedstawiono na Rys. 1.
W Tabeli 2 dokonano porównania obu przesiewaczy, którym mimo zasadniczo różnej konstrukcji
powierzono realizację tego samego zadania technologicznego. Dzięki temu możemy w pełni
wiarygodnie porównać cechy eksploatacyjne obu typów przesiewaczy, w tym nie tylko jednostkowych
mocy przesiewaczy Pj ale również jednostkowego zużycia energii Ejp .
Analiza porównawcza parametrów eksploatacyjnych obu przesiewaczy wskazuje na większą o 35%
wydajność jednostkową przesiewania, co przy sianiu produktu suchego przy stosunkowo dużym oczku
jest interesujące. Natomiast naprawdę rewelacyjne jest dwunastokrotnie mniejsze jednostkowe zużycie
energii potrzebnej na przesianie jednej tony materiału – zamiast 240 Wh/t dla przesiewacza
klasycznego dzięki zastosowaniu VPI osiągnięto rekordowo niski poziom 20 Wh/t. Dla porównania,
przesiewacz [2] MDS 1000x2800/3 pracujący z ziarnem granicznym 4 mm i 2 mm wykazał
jednostkowe zużycie energii wynoszące 570 Wh/t.
Tabela 2. Porównanie przesiewacza klasycznego o wektorze liniowym i przesiewacza VPI
Dane przesiewacza
PWL1- 1x2,8
VPI-1.150
Napędy
Wibratory bezwładnościowe Wibratory bezwładnościowe
2 x 2,2 kW (razem 4,4 kW)
4 x 0,18 kW (razem 0,72 kW)
Sito: rodzaj i powierzchnia
3,2 x 3,2 [mm] / 2,8 m2
3 x 6 [mm] / 4,4 m2
2
Jednostkowa moc Pj [kW/m ]
1,57
0,16 !!
Oczekiwany % udział podziarna w
do 10%
do 10%
produkcie górnym
Wydajność: - nadawa [t/h]
Ok. 18
Ok. 38
2
Wydajność jednostkowa [t/h m ]
6,4
8,63 (wyższa o 35%)
Jednostkowe zużycie energii Ejp
0,24
0,02 !!
[kWh/t]
Rysunek 1. Przesiewacz VPI-1.150 z wibracyjnym podajnikiem zasilającym
3
Użytkownik nowego przesiewacza jest z niego bardzo zadowolony. Chwali nie tylko całkowite
spełnienie oczekiwań dotyczących wydajności i parametrów techniczno jakościowych ale również
bezawaryjna pracę i łatwość obsługi. Przesiewacz jest eksploatowany z wydajnością do 55 t/h nadawy
przy pewnym pogorszeniu parametrów jakościowych, osiągając jednak wydajność liczoną ilością
produktu dolnego powyżej 40 t/h.
4. Zastosowanie VPI do przesiewania wilgotnego miału węgla
kamiennego.
Wykonanie przemysłowej wersji przesiewacza VPI do siania wilgotnych frakcji węgla poniżej 50 mm,
podobnie jak w przypadku innych nie sprawdzonych na tym przesiewaczu produktów, powinno być
poprzedzone wiarygodnymi testami. Ofama VIBRA dysponuje testowym przesiewaczem typu VPI z
jedną dwubijakową belką wibracyjną o standardowej długości roboczej 1500 mm odpowiadającej
takiej samej szerokości sita. Przesiewacz testowy o regulowanym kącie pochylenia pokładu sitowego
wyposażony jest w szereg wymiennych sit o różnych wymiarach i kształcie oczka, a także grubości
drutu.
W OVO przeprowadzono wstępne testy siania wilgotnego miału handlowego na VPI o szerokości sita
1500 mm, stosując dwa rodzaje sit, częstotliwości drgań i kąta pochylenia sita β.
Dane wejściowe i założenia:
1. Przesiewano próbkę miału o masie 22 kg, zawierającą ziarna poniżej 30mm ze względu na
wysokość szczeliny H=30mm dozującej nadawę.
2. Szerokość robocza sita B=500 mm, długość L=500 mm → pow. robocza sita 0,25 m 2.
3. Próbka materiału pobrana w celu określenia wilgotności po wysuszeniu w temperaturze 80 oC
zmniejszyła swoją początkową masę o 12,9%.
4. Zastosowano dwa rodzaje sit:
a. sito A (oczko 2,5 x 7,0mm; ø 0,7mm)
b. oraz sito B (oczko 10,0 x 30,0 mm, ø 2,0mm)
5. Próby prowadzono z wykorzystaniem dwóch rodzajów wibratorów napędowych.
6. Stosowano różne nastawy siły wymuszającej
---------------------Oprócz ujętych w Tabeli 3 testów optymalizacji parametrów pracy przesiewania, przeprowadzono
dodatkowo dwie próby z miałem o podwyższonej do 18% wilgotności. Przy zastosowaniu napędu W2
i kącie β=35° miał nie wydostawał się przez szczelinę zbiornika zasilającego. Zastosowanie napędu
W1 i skoku 8mm pozwoliło na wybranie miału i przeprowadzenia próby skuteczności siania.
Otrzymano 14,5 kg produktu dolnego. Wiele ziaren drobnych było przyklejonych do dużych ziaren
produktu górnego.
Uwaga: w żadnej z prób --------- nie następowało zaklejanie sita.
5. Wnioski
Na podstawie opisanych w rozdziale 4 testów przesiewania wilgotnego miału wyciągnięto następujące
wnioski dotyczące przydatności przesiewaczy VPI do klasyfikacji drobnych (0 – 50 mm) frakcji węgla
oraz możliwych do uzyskania parametrów wydajnościowych:
1. przesiewacze typu VPI z bezpośrednio podbijanym sitem można z powodzeniem stosować do
przesiewania wilgotnego (≤13% wody) miału węglowego zarówno dla ziarna podziałowego
2,5mm jak i 10mm, doświadczalnie dobierając odpowiednio parametry : częstotliwość, kąt
pochylenia, długość przesiewacza.
4
2. osiągnięto wydajność produktu dolnego (przelotową sita) rzędu 3,3 t/m2h dla ziarna
podziałowego 2,5 mm oraz 28,3 t/m2h dla ziarna podziałowego do 10 mm, co w przeliczeniu
na nadawę da odpowiednio do jej składu ziarnowego znacznie wyższe wartości.
Zakładając, że proces będzie realizowany na przesiewaczu o trzech półtorametrowych belkach
bijakowych co odpowiada powierzchni roboczej sita 3,0 m 2 i zainstalowanej łącznej mocy napędów
0,57 kW jednostkowa moc przesiewacza wyniesie 0,19 kW/m 2.
Można oczekiwać, że jednostkowe zużycie energii Ejp w procesie przesiewania miału węglowego na
przesiewaczu VPI wyniesie odpowiednio:
 około 0,17 kWh/t produktu dolnego – miału węglowego o ziarnie ≤ 2,5 mm
 około 0,02 kWh/t produktu dolnego – miału węglowego o ziarnie ≤ 10 mm
Produkowane od roku przez Ofama VIBRA Opole sp. z o. o. przesiewacze typu VPI są urządzeniami
do przesiewania różnych, nawet bardzo trudnych do przesiania surowców. Przesiewacze te
charakteryzują korzystne wskaźniki wydajności jednostkowej i dobre cechy eksploatacyjne. Ich
największą zaletą jest jednak wielokrotnie niższe jednostkowe zużycie energii w porównaniu z
przesiewaczami innego typu.
Obecnie w OVO prowadzone są dalsze prace badawcze mające na celu opracowanie przesiewaczy
VPI o szerokości 3 m i znacznie większej powierzchni pokładów sitowych. Prace dotyczące dużych
przesiewaczy VPI idą również w kierunku rozszerzenia ich stosowania na frakcje o większych
ziarnach.
Literatura:
1. Banaszewski T.: PRZESIEWACZE, Wyd. Śląsk 1990
2. Vanmarcke L. Schuetz S. Expieriences on the newly adopted Multi-Deck-Screen (MDS)…
3. Kath T., Knirsch T. : Klassierung von extreme siebschwierigem Lavagestein, Aufberreitungs
Technik 40 (1999) Nr. 7
4. Brodzik P. : Najnowsze osiągnięcia firmy Derrick Corporation w dziedzinie wysoko
wydajnego przesiewania drobnych klas ziarnowych dla przemysłu weglowego, Innowacyjne
Systemy Przeróbcze Surowców Mineralnych, KOMEKO 2006
5. Broszury informacyjne firm produkujących przesiewacze, w tym: Binder+Co, Derric Corp.,
Maschinenfabrik Liesen, Hein Lehmann, Haver & Boeckner,
Autor:
 Mgr inż. Krzysztof Matuszewski
 Ofama VIBRA Opole Sp. z o.o.
 077 4024016, kom. 605336186, email: [email protected]
5