Анализ влияния технологических факторов на электропотребление горно-обогатительных предприятий

© Н.И. Федунец, А.В. Ляхомский, М.Г. Петров, 2006

УДК 658.26:622

Н.И. Федунец, А.В. Ляхомский, М.Г. Петров

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Семинар № 14

Электропотребление на горных предприятиях при разработке полезных ископаемых находится под влиянием факторов, обусловленных горногеологическими, технологически-ми,

энергетическими, эксплуатационными и организационными особенностями производства.

Горнорудные предприятия являются энергоемкими потребителями. Причем в последнее время для них характерно увеличение электропотребления, которое является основной статьёй расхода энергоресурсов (в среднем по горнообогатительным предприятиям до 80%). Это связано с изменением условий добычи и переработки полезных ископаемых, уменьшением полезного содержания в руде, использованием энергоемких механизмов, внедрением природоохранных мероприятий и т.д. Наиболее энергоемким на горно-обогатительных предприятиях является процесс обогащения, который составляет от 60 % до 80 % от общего электропотребления предприятия. При этом на электропотребление влияют большое количество факторов.

Выделение и учет факторов, влияющих на электропотребление при обогащении руды, представляет собой первоочередную и важную задачу исследования и анализа электропотребления. При этом учесть все факторы практически невозможно, поскольку они оказывают влияние на расход электроэнергии в условиях неопределенности.

В работах, посвященных электропотреблению и энергосбережению, выделяются следующие основные технологические факторы, определяющие уровень электропотребления при обогащении руды:

• производительность по руде;

• выпуск концентрата;

• содержание полезного компонента в руде;

• товарное извлечение;

• шаровая загрузка мельниц;

• крепость и влажность руды.

Однако, кроме перечисленных факторов на современных предприятиях горнообогатительного профиля налажен учет целого ряда различных технологических факторов, влияющих на выпуск готовой продукции. Из этих технологических факторов необходимо выделить факторы, которые влияют на электропотребление. Перечень таких факторов представлен в табл. 1.

Для технологических факторов была проведена качественная деком-позиция с целью выделения факторов первого и второго уровня. К факторам первого уровня относятся те, которые непосредственно влияют на результативный показатель электропотребления. Факторы, влияющие на результативный показатель электропотребления через факторы первого уровня, называются факторами второго уровня. Следовательно, факторы второго уровня можно не учитывать, т. к. их влияние на электропотребление в

Таблица 1

Технологические факторы производства подверженные учету

№ п\п Обозначение Группа факторов Название технологического фактора Единица измерения

1 Т1. Основные количественные по- Количество потребленной электроэнергии кВт-ч

2 Т2. казатели производства. Объем выпущенного концентрата т

3 Т3. Удельное электропотребление кВт-ч/т

4. Т4. Физико-химические свойства Процент содержания общего железа в руде %

5. Т5. руды Процент содержания магнетитового железа в руде %

6. Т6. Технологические параметры применяемого горного обору- Объем переработанной руды мельницей мокрого самоизмель-чения (ММС) т

7. Т7. дования Производительность ММС т-ч

8. Т8. Время работы ММС ч

9. Т9. Объем "гали" (руды пошедший на повторное измельчение) т

10. Т10. Процент загрузки ММС %

11. Т11. Мощность ММС кВт

12. Т12. Мощность МРГ (рудо-галечная мельница) кВт

13. Т13. Объем воды, использованной при измельчении м3

14. Т14. Плотность классификатора, на выходе ММС гр/л

15. Т15. Физико-химические свойства Процент содержания общего железа в концентрате %

16. Т16. итогового концентрата Процент содержания магнетитового железа в концентрате %

17. Т17. Процент содержания влаги в концентрате %

18. Т18. Класс концентрата %

19. Т19. Физико-химические свойства Процент содержания общего железа в хвостах %

20. Т20. хвостов производства Процент содержания магнетитового железа в хвостах %

полной мере описывается факторами первого уровня.

Проанализировав все основные расчетные формулы было выявлено, что к факторам второго уровня можно отнести факторы Т1 (объем потребленной электроэнергии) и Т2 (количество выпущенного концентрата), т.к. они используются для расчета фактора Т3 (удельное электропотребление): Т3 = =Т1/Т2. Таким образом, технологический фактор Т3 будет являться фактором первого уровня. Аналогично было выявлено, что технологический фактор Т8 используется для расчета фактора Т7, а фактор Т18 используется для расчета фактора Т17.

Поэтому к факторам второго уровня можно отнести технологические факторы Т1, Т2, Т8 и Т18. А все остальные технологические факторы, приведенные в табл. 1 можно отнести к технологическим факторам первого уровня.

Для определения структуры взаимосвязей между технологическими факторами первого уровня использовался факторный анализ. Факторный анализ позволяет сконцентрировать исходную информацию, выражая большое число рассматриваемых признаков через меньшее число более емких внутренних характеристик явления (факторных групп), которые, однако, не поддаются непосредственному измерению. От количества извлекаемых факторных групп зависит, с одной стороны, полнота воспроизведения наблюдаемых корреляций, а с другой — содержательная интерпретация зависимостей технологических факторов.

При факторном анализе технологических факторов обогатительного производства было выявлено, что количество извлекаемых факторных групп равно 4. Определение этого числа основывалось на "критерии каменистой осыпи", использующем график "каменистой осыпи". На графике "каменистой осыпи" по оси абсцисс откладываются номера факторов, а

по оси ординат - собственные значения этих факторов. Критерий каменистой осыпи состоит в поиске точки, где убывание собственных значений замедляется наиболее сильно. Справа от этой точки находится, только "факторная осыпь". Таким образом, число выделенных факторов не должно превышать количество факторов слева от этой точки.

График "каменистой осыпи" представлен на рисунке. Из графика видно, что количество факторов не должно превышать четырех.

Результаты факторного анализа технологических факторов первого уровня для четырех факторных групп приведены в табл. 2.

Пороговое значение факторных нагрузок проведенного факторного анализа равно 0,49.

По результатам факторного анализа выявлены группы показателей, составляющие факторные группы. Факторную группу составляют только те показатели, для которых факторная нагрузка оказалась выше пороговой. Для первого фактора это показатели: Т6, Т7, Т9, Т13 и Т14. Вторую факторную группу составляют факторы: Т3, Т4, Т5, Т17 и Т11.

Таким образом можно сделать вывод, что удельное электропотребление зависит от следующих технологических факторов:

• Т4, содержание железа в руде (%);

• Т5, содержание магнетитового железа в руде (%);

• Т17, содержание влаги в итоговом концентрате (%);

• Т11, потребляемая мощность шаровых мельниц (кВт);

При высокой степени взаимного влияния двух технологических факторов друг на друга один из них можно исключить из числа влияющих факторов. Исключается фактор с меньшей факторной нагрузкой. Для определения степени влияния используется корреляционная матрица (табл. 3).

Результаты факторного анализа технологических факторов первого уровня

Касіог 1 Касіог 2 Касіог 3 Касіог 4

Т3 Удельное электропотребление 0,2215 0,8746 0,0748 0,0226

Т4 Содержание железа в руде -0,3010 -0,5873 0,6077 0,0616

Т5 Содержание магнетитового железа в руде -0,2140 -0,5486 0,6967 0,1890

Т15 Содержание железа в итоговом концентрате 0,1924 0,2809 0,0986 0,2885

Т17 Содержание влаги в итоговом концентрате 0,0337 0,5456 0,4161 -0,1905

Т22 Содержание железа в хвостах производства -0,0993 0,0755 -0,4224 -0,3986

Т23 Содержание магнетитового железа в хвостах производства 0,4156 -0,1516 -0,0183 -0,2039

Т6 Объем переработанной руды -0,8075 0,2238 -0,1882 0,2053

Т7 Производительность шаровых мельниц -0,4942 -0,4405 -0,4054 -0,4602

Т10 Процент загрузки шаровых мельниц -0,2772 0,3331 -0,0697 0,4251

Т11 Потребляемая мощность шаровых мельниц -0,2383 -0,5409 -0,4198 0,2369

Т9 Объем руды, поступившей на повторное измельчение -0,7190 0,2079 0,1326 -0,3334

Т12 Потребляемая мощность рудо-галечной мельницы -0,2260 0,1974 0,3709 -0,7409

Т13 Объем воды используемый в мельницах мокрого самоизмельчения -0,7715 0,4345 0,0104 0,2074

Т14 Плотность классификатора на выходе из мельницы мокрого самоизмельчения -0,7238 0,0470 0,0501 0,1164

Общая дисперсия 3,1238 2,7375 1,7609 1,5677

Доля общей дисперсии 0,2082 0,1825 0,1173 0,1045

Таблица 4.

Корреляционная матрица первой и второй групп

о

п>

я

л

Я

о

л

и

и

$

•3

о

я

о

•Й

о

о>

Й

удельное э лектропотребление

00

о

содержание железа в РУДе

содержание магнетитового железа

___________в руде____________

і і і

содержание влаги в итоговом концентрате

о о

V 00

С\ <1

объем переработанной руды

производительность шаровых мельниц

4^. О 40

потребляемая мощность шаровых мельниц

4^ 4^

С\ Ю

чо К> и>

объем руды, поступившей на повторное измельчение

00

^ 4^

объем воды используемый в мельницах мокрого самоиз-мельчения

Н-* О О Ъ| О 4-

4^ Ю

а\ о

плотность классификатора на выходе из мельницы мокрого самоизмельчения

факторного анализа

График "каменистой осыпи "

суммы всех общих дисперсий. Следовательно, параметры,

попавшие в две первые факторные группы, можно рассматривать как единое целое. Таким образом, можно сказать, что удельное электропотребление зависит от следующих технологических факто-

I О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Р°В' т _

Номер фактора

По результатам анализа корреляционной матрицы (табл. 3) один из технологических факторов Т4 (содержание железа в руде) или Т5 (содержание магнетитового железа в руде) можно исключить из числа параметров влияющих на удельное электропотребление. Меньшую факторную нагрузку имеет Т5. Таким образом, удельное электропотребление зависит от технологических факторов Т4 (содержание железа в руде), Т17 (содержание влаги в итоговом концентрате) и Т11 (потребляемая мощность шаровых мельниц).

Однако следует заметить, что по результатам факторного анализа первая и вторая факторная группы имеют близкие по значению общие дисперсии и доли общих дисперсий. При этом суммарная доля двух первых групп составляет 39 % от Таблица 3

Корреляционная матрица второй группы факторного анализа

содержание железа в руде содержание магнетитового железа в руде содержание влаги в итоговом концентрате потребляемая мощность шаровых мельниц

содержание железа в руде 1,00 0,80 -0,10 0,10

содержание магнетитового железа в руде 0,80 1,00 -0,03 0,10

содержание влаги в итоговом концентрате -0,10 -0,03 1,00 -0,31

потребляемая мощность шаровых мельниц 0,10 0,10 -0,31 1,00

• 14, содержание железа в руде (%);

• Т5, содержание магнетитового железа в руде (%);

• Т17, содержание влаги в итоговом концентрате (%);

• Т6, объем переработанной руды

(т);

• Т7, производительность шаровых мельниц (т-ч);

• Т11, потребляемая мощность шаровых мельниц (кВт);

• Т9, объем руды, поступившей на повторное измельчение (т);

• Т13, объем воды используемый в мельницах мокрого самоизмельчения (м3);

• Т14, плотность классификатора на выходе из мельницы мокрого самоизмель-чения (гр/литр);

Корреляционная матрица для перечисленных факторов представлена в табл. 4.

По результатам анализа корреляционной матрицы (табл. 4) один из технологических факторов Т6 (объем переработанной руды) или Т9 (объем воды используемый в ММС) можно исключить из числа параметров влияющих на удельное электропотребление. Наименьшую факторную нагрузку имеет Т9.

Анализ технологических факторов горно-обогатительного производства, контроль и учет которых ведется на горнообогатительных предприятиях руд черных металлов, показал, что удельное электропотребление зависит от 14 показателей.

Согласно проведенному факторному анализу в значительной мере влияют на удельное электропотребление горно-

обогатительного производства оказывают 9 показателей (технологических факторов).

Исключив из числа параметров влияющих на удельное электропотребление технологические факторы с высокой степенью влияния на другие показатели установлено, что удельное электропотреб-

ление наиболее существенно зависит от следующих технологических факторов:

• Т4, содержание железа в руде (%);

• Т17, содержание влаги в итоговом концентрате (%);

• Т6, объем переработанной руды

(т);

• Т7, производительность шаровых мельниц (т-ч);

• Т11, потребляемая мощность шаровых мельниц (кВт);

• Т9, объем руды, поступившей на повторное измельчение (т);

• Т14, плотность классификатора на выходе из мельницы мокрого самоизмель-чения (гр/литр);

Таким образом, для исследования зависимости удельного электропотребления от технологических факторов стоит принимать во внимание только семь технологических факторов, перечисленных выше, т.к. эти технологические факторы оказывают наибольшее влияние на изменение удельного электропотребления при обогащении руд черных металлов на горно-обогати-тельных предприятиях.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Федунец Н.И. - профессор, доктор технических наук, заведующая кафедрой «Автоматизированные системы управления»,

Ляхомский А.В. - профессор, доктор технических наук, декан факультета ГЭМ,

Петров М.Г. - аспирант, кафедра «Автоматизированные системы управления»,

Московский государственный горный университет.

-А

'S'-