Выбор критерия оптимизации для управления процессами углеобогащения Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

управлению ГДП необходима информационная система, построенная на совершенно иных принципах, нежели традиционные системы бухгалтерского или даже управленческого учета, предполагающие работу со стандартными формами отчетности. Поскольку в неравновесной социально-экономической системе, обладающей высокой степенью свободы, сложно реализовать долгосрочное планирование, а оперативные планы могут иметь

существенные различия, которые невозможно предусмотреть в стандартных формах отчетности, то необходимо выделить элементарные операции технологического процесса и процесса управления, а затем - выбрать универсальный набор их характеристик [6]. Анализ эффективности выполнения множества таких операций позволит не только получать отчеты о любом наборе реально выполненных работ при любых изменениях технологии и

организации производства, но главное - выявлять и усиливать резонансные связи и управляющие воздействия в системы, а также ослаблять или устранять бездействующие или неэффективные элементы. Обобщение основных положений, в соответствии с которыми осуществляется выбор эффективной информационной модели управления ГДП, представлено в табличной форме (таблица).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пригожин И, Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Эдиториал УРСС, 2001. с. 312.

2. Пригожин И., Стенгерс И Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. - М.: Эдиториал УРСС, 2001. с.240

3. Капица С.П, Курдюмов С.П, Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. - М.: Эдиториал УРСС, 2001. с.288.

4. Колесникова Л.А. Порядок для хаоса: государство и предпринимательство в переходной экономике. - М.: Эдиториал УРСС, 2001. с. 276.

5. Макаров А.М. Российское угледобывающее предприятие: от существующего к жизнеспособному. - Екатеринбург: УрО РАН, 1997. с. 100.

6. Гавришев C.E, Грязнов М.В, Рахмангулов А.Н. Методика формирования системы управленческого учета как инструмента развития предприятия //Проблемы управления развитием организаций: Труды НИИОГР. Вып.5. - Челябинск, 2000. с.101-105.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------

Рахмангулов А.Н. - кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.

© B.A. Святошенко, 2003

УАК 622.7

B.A. Святошенко

Bb^OP KP^EP^ OПJИMИЗAUИИ АЛЯ УПPABЛEHИЯ ПPOUECAMИ УГЛEOБOГAШEHИЯ

Развитие управления процессами углеобогащения на основе информационных технологий требует введения неких критериев оптимизации, позволяющих наиболее рациональным способом достичь наивысшей экономической или технологической эффективности.

Современные технологии углеобогащения предполагают раздельную переработку нескольких классов крупности выделенных из исходного продукта и

называемых машинными классами. Типовые схемы углеобогатительных фабрик включают обогащение крупного класса (обычно >13 мм) в тяжелых средах (реже отсадкой), обогащение мелкого класса (0,5-13 мм) отсадкой и шламов (<0,5 мм) флотацией или в отдельном цикле с применением гравитационных аппаратов.

Наиболее типичными технологическими задачами обогащения углей являются получение концентрата заданного качества, оцениваемого зольностью, при его максимальном выходе, а также достижение максимальной экономической эффективности при переменном качестве концентрата и цены на него, и выходе. Решение второй задачи обеспечивается с использованием технологических критериев, учиты-

вающих полноту разделения полезных и неполезных компонентов, содержащихся в обогащаемом материале, а также его технологическую ценность.

Известные технологические критерии обогатительных процессов исходят либо из задач, решаемых при переработке полезного ископаемого, либо из физической сущности сепарации и формализуются с помощью качественно-количественных показателей, таких как выхода продуктов обогащения, содержания в них компонентов (полезных или неполезных), а также их извлечений в соответствующие продукты.

Технологические критерии эффективности позволяют сравнивать результаты обогащения при использовании различных технологий в различных режимах исключая влияние факторов, не связанных с сущностью процессов сепарации.

Подробный анализ критериев эффективности обогащения выполнен в работах [1, 2], в которых отмечается особое значение критериев Ханкока-Луйкена для любых сепарационных процессов и Т.Г.Фоменко для углеобогащения.

Изучение критериев эффективности таких авторов как Барышников, Верховский, Дин, Клячин, Луйкен, Лященко, Мадель, Наске, Никитин, Г.В. Ньютон и В.Г. Ньютон, Ханко, Фомин, Чечотт и др. приводит к выводу об их подобии. Выполненный анализ показал, что физическим смыслом этого критерия, известного в литературе как критерий Ханкока-Луйкена, является разность извлечений в продукт обогащения целевого и нецелевого компонентов. Например, разность извлечений в концентрат полезного (целевого) и неполезного (нецелевого) компонентов, т.е.

„ „ „ .. Р„ .. 1 ~Рп Е„ -Ук Его наибольшее зна-

V- Еп -£н ~Ук---------------------------------Ук--:-

ап 1 — ап 1 — ап

чение п = 1) соответствует максимальному извлече-

нию полезного компонента в концентрат при минимальном засорении неполезным компонентом, т.е.

— 1; ен — 0. Если сепарации с изменением соотношения компонентов не происходит, что имеет место при механическом делении обогащаемого продукта в любых пропорциях, то извлечения полезного и неполезного компонентов равны друг другу и значение критерия эффективности равно нулю. В реальном же технологическом процессе еп > 0;ен > 0 и ц < 1.

Т.е. критерий Ханкока-Луйкена удовлетворяет граничным условиям и его физический смысл соответствует понятию высокого качества сепарации.

Фоменко Т.Г. обосновывал критерий эффективности обогащения каменных углей на основе кривых обогатимости исходя из максимального извлечения горючей массы при оптимальном выходе концентрата [4]. Однако этот критерий не учитывает взаимное засорение продуктов обогащения в реальном технологическом процессе и возможность получения продуктов заданного качества. Поэтому для решения задач, поставленных в настоящей работе, он неприемлем.

Представим распределение всего обогащаемого продукта по разделительному признаку, например по плотности при гравитационной сепарации, функ-

цией р(х) , полезного компонента (рп (х), неполезного (рн (х ~)=ф(х ~)-рн (х). Вероятность извлечения узких фракций обогащаемого материала в концентрат характеризуется сепарационной характеристикой обогатительного аппарата Е (х).

Из баланса фракций в сепарационном процессе следует:

- выход концентрата ук = | р(х)Е(х)?х ;

- извлечение полезного компонента в кон-

| Рп Е (х )х

центрат єп =-----------;

\рп (х)х

- извлечение неполезного компонента в

\\р (х )-Рп (х )Е (х ]х

концентрат Єн =---------------------.

\[(х)-Рп (х)]х

Подстановка полученных значений в выражение для критерия Ханкока-Луйкена и его анализ позволяют сделать вывод о том, что эффективность обогащения наряду с сепарационной характеристикой определяется и распределением исходного материала по фракциям, а также содержанием в них компонентов. Из этого следует, что достижение максимального значения критерия оптимизации должно осуществляться выбором соответствующей сепарационной характеристики.

В случае обогащения угля (рисунок) характерное его распределение по фракциям плотности представляет собой кривую, имеющую два холма и впадину.

Первый холм характеризует распределение по плотности угольных фракций, второй - породных, а впадина промежуточных. Это распределение является специфическим и определяется как геологическими условиями формирования угольного пласта, так и технологией его добычи. Распределение золы по фракциям отображается кривой рА (х). Она определяется произведением функции р(х) и зависимости зольности фракций от их плотности. Эта зольность определяется количеством минеральных примесей в угольном веществе, а также органическими примесями в породе, попадающей в уголь при его добыче.

Минимальное засорение угольных фракций породными будет происходить при границе разделения х' (граничной плотности разделения), проходящей через впадину. И эффективность обогащения будет при этом максимальной, если сепарационная характеристика применяемых процессов идеальна: при х < х' извлечение легких фракций в концентрат равно единице, а при х > х' оно равно нулю.

Однако реальная сепарационная характеристика не соответствует изложенной и представлена кривой Е (х ) , которая наиболее часто описывается интегралом вероятности Гаусса [3]. Эта зависимость двухпараметрическая, т.е. сепарационная характеристика определяется плотностью разделения и

средним вероятным отклонением

Е,

для процесса

обогащения в тяжелых средах и погрешностью разделения I для процесса отсадки. Значения этих показателей связаны как с сущностью физических процессов движения минеральных зерен в жидких средах, так и конструктивными особенностями применяемых аппаратов и относятся к числу нерегулируемых.

Реально сепарационную характеристику можно изменить за счет плотности разделения. В качестве примера на рис.1 представлены положения графиков сепарационных характеристик при повышении плотности разделения до х " и при ее понижении до х. Оптимальное положение сепарационной характеристики будет соответствовать максимуму технологической эффективности при данных функциях распределения р(х '),рА (х).

При параллельной переработке нескольких машинных классов угля, что является типичным для современных углеобогатительных фабрик, необходимо определение интегрального показателя эф-

К определению эффективности обогащения каменных Углей

фективности. Для показателя технологической эффективности обогащения многокомпонентных смесей предложен ряд формул [1, 2]. Среди них следует отметить формулы Разумова, Верховского, Осолод-кова и Дугласа. Их использование для случая углеобогащения является некорректным, поскольку они не содержат долевые участия машинных классов в формировании суммарного концентрата. Этот недостаток устраняется при расчете средневзвешенного показателя эффективности следующим образом:

п — ^т,,

где - выхода машинных классов угля.

Однако этот расчет может быть упрощен, поскольку при объединении нескольких концентратов, согласно уравнению баланса, суммируются извлечения в них полезного компонента, т.е.

П-Т,£~ —Т.£н, .

Преобразование последней формулы приводит к вышеизложенному выражению для критерия Ханко-ка-Луйкена для суммарного концентрата.

Таким образом, в зависимости от постановки задачи оптимизации процессов углеобогащения и обогатительной фабрики в целом могут быть рекомендованы следующие критерии:

- максимальный выход концентрата при

нормированной его зольности

П\РМ (х)Еі (х )*

7 к =-

[А]

- максимальное значение интегрального показателя технологической эффективности

, ^ тах;

- максимальная стоимость продуктов обогащения, полученных из одной тонны исходного угля с учетом зависимости цены концентратов от круп-

ности и зольности

'ГиУч сі (А)^ тах-

1. Барский Л.А., Козин В.З.

Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. - М.: Недра,

1978, с. 486.

2. Барский Л.А., Плаксин И.Н. Критерии оптимизации разделитель-

ных процессов. - М.: Наука, 1967, с. 119.

3. Мушловин Л.Б. Определение

и оценка результатов обогащения на углеобогатительных машинах. - М.: Госгортехиздат, 1963, с. 166.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Павлович В.И, Фоменко

Т.Г., Погарцева Е.М. Определение показателей обогащение углей. - М.: Недра, 1966, с. 140.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Святошенко В.А. - НГА Украины.