HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROF. DR. HAKAN BENZER 2012
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ BOYUT KÜÇÜLTME SİSTEMLERİNDE MODELLEME VE SİMÜLASYON YARDIMIYLA OPTİMİZASYON Prof. Dr. Hakan BENZER
TANIMLAR Model: Herhangi bir ekipman için iģletme değiģkenlerine bağlı geliģtirilmiģ olan matematiksel eģitlik. Modelleme Herhangi bir ekipman için varolan matematiksel eģitliklerin parametrelerinin söz konusu ekipman için belirlenmesi Herhangi bir ekipman için iģletme değiģkenlerine bağlı olarak matematiksel eģitliklerin geliģtirilmesi Simülasyon : Proses modelleri kullanılarak her noktadaki akıģın tahmin edilmesi Simülatör: Dijital ortamda simülasyon çalıģmalarının yapılabileceği bilgisayar programı Optimizasyon: Optimum iģletme ve tasarım değiģkenlerinin belirlenmesi
OPTIMIZASYON Cevher hazırlama proseslerinde iģlem değiģkenlerinin en uygun değerleri almasıyla proseslerin en iyi biçimde çalıģtırılması mümkün olmaktadır. Tesiste yapılacak denemelerle optimizasyon çalıģmaları çok zaman alıcı ve masraflı olmaktadır. Ayrıca, değiģkenlerin arasında iç etkileģim nedeniyle çoğu kez sonuç vermemektedir. MODELLEME VE SĠMÜLASYON TEKNĠKLERĠ BU KONUDAKĠ TEK ALTERNATĠF OLMAKTADIR!
MODELLEME VE SĠMÜLASYON Mevcut bir tesis veya devrenin performansının değerlendirilmesinde ve optimizasyonunda Yeni bir tesis veya devre tasarımında
SĠMÜLASYON METODOLOJĠSĠ Girdi Verileri 1. Proses Modeli 2. Proses Modeli 4. Proses Modeli 3. Proses Modeli Çıktı Verileri
OPTĠMĠZASYON AġAMALARI NUMUNE ALMA NUMUNE ALMA VERİ ANALİZİ MODELLEME MADDE DENKLİĞİ SİMÜLASYON VAROLAN PERFORMANSIN DEĞERLENDİRİLMESİ OPTİMUM KOŞULLARIN BELİRLENMESİ
SĠMÜLASYON AġAMALARI Başlangıç Akım Ģemasının belirlenmesi Yıkanabilirlik verileri Malzemeye bağlı parametreler Makinaya bağlı parametreler Parametre tahmini Modeller (simülatör) Simülasyon Akım Ģemasında veya iģlem koģullarında değiģiklik Ürün spesifikasyonları ve devre performansı Belir lnen hed efler e uygun mu? Hayır Evet İşlem sona erer
Performans Değerlendirme Gereksinimi Bir tesis devreye alındığında, sonuçların tasarım aģamasında öngörülen değerlerle karģılaģtırılabilmesi için tesis performansının düzenli olarak izlenmesi gerekmektedir. Bir tesiste performansın artırılması ve maliyetlerin düģürülmesi her zaman çaba gösterilmesi gereken bir hedeftir. Tesiste iģlenen cevher, tesis tasarım çalıģmalarında kullanılan numune ile farklı özellikler gösterebilir veya zaman içinde yeni ocaklardan gelen cevherlerin öğütülmesi gerekebilir. Tasarım sırasında yapılan ölçek büyütmeden kaynaklanan bazı sorunlar ortaya çıkabilir. Çevresel kısıtlamalar artabilir. Ürün kalitesinde bozulmalar meydana gelebilir. Ürünün kalitesinin artırılması yönünde piyasa baskısı ortaya çıkabilir.
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ NUMUNE ALMA
Numune Alma ÇalıĢmaları-YaĢ Öğütme Devresi
Numune Alma ÇalıĢmaları-Kuru Öğütme Devresi Dynamic Sep. HPGR Dynamic Sep. Static Sep/Filter Ball Mill
Numune Alma ÇalıĢmaları Örneğin temsili olması, örnek alma çalıģmaları ve analizler sırasında yapılan toplam hatanın büyüklüğüne ve doğasına dayandığı için istatiksel bir problemdir. Tane boyu analizleri, % katılar veya kimyasal içerikler gibi büyüklüklerin belirlenmesinde ortaya çıkabilecek her türlü hataya neden olan kimi hata ve karıģıklıklar Ģunlardır:
Numune Alma ÇalıĢmaları Tesisteki dinamik koģullar. Proses nadiren kararlı durumda çalıģtığı için numune alma stratejisi bu durumgöz önüne alınarak belirlenmelidir. Dinamik olarak değiģmeyen tek bir ekipmandan (kırıcı veya hidrosiklon) eģ zamanlı bir set numune almak yeterli olabilirken bir devrenin örneklenmesinde birer/ikiģer saatlik süreyle alınacak numuneler prosesteki iniģ çıkıģların etkisini en aza indirecektir. Numune alıcı tasarımı Tesisten alınmıģ ana numunenin azaltılması Analitik hatalar, örneğin tartım hatası, yanlıģ açıklığa sahip elek seçimi, yetersiz eleme süresi, sabitlerin yanlıģ seçimi ya da kalibrasyon hataları Hesaplama hataları Büyük bir popülasyonun özelliklerini temsil etmekte kullanılan küçük örnek seçimindeki temel istatiksel belirsizlik (hata)
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ MALZEME KARAKTERIZASYONU
LABORATUVAR ÇALIġMALARI Kırılma Karakteristikleri (Darbe Kırılması) AĞIRLIK DÜŞÜRME
Weight % Retained FARKLI KLĠNKERLERĠN KIRILMA DAĞILIMLARI 30 Plant (1) 25 20 Plant (2) Plant (2) HPGR disc 15 Plant (6) 10 5 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Particle Size (mm)
Piston Pres Atında Basınca Bağlı Kırılma Dağılımı W W broken initial b ( 1 exp( c Ecs )) b x c
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ MODELLEME
MODELLEME- Bilyalı Değirmen Modeli i j i b r s ij j j Tanenin i boyut aralığına kırılması f i p i = d i s i r i s i i f i r s i i j 1 a ij r j s j p i 0
MÜKEMMEL KARIġIM YAKLAġIMI p i i si j i f 0 d i aijp j pi pi i j 1 r d j r d i d i 4Q D 2 L d *
GÜÇ-KIRILMA HIZI ĠLĠġKĠSĠ y α güç i i güç α D y s r i i α D α D α D 2.5 2 L 0.5 2.5 L L y i : i boyutundaki tanenin değirmende kırılan oransal miktarı s i : Değirmendeki i tane boyutundaki malzeme miktarı p i : Üründekl i tane boyutundaki malzemenin oransal miktarı r i : i boyutundaki tanenin değirmenden taģınma hızı
Ln (r/d*) Ln (r/d*) TANE BOYU- R/D* ĠLĠġKĠSĠ Besleme boyu irileştikçe r/d 3 * r/d 4 * r/d 2 * r/d 1 x 1 x 2 x 3 x 4 Ln (Tane Boyu) Ln (Tane Boyu)
MODEL VE ĠġLEM DEĞĠġKENLERĠ ARASINDAKĠ ĠLĠġKĠ r r d d * * Yeni Eski D D Yeni Eski 0.5 1 1 L L Yeni Eski L L Yeni Eski C C S Yeni SEski W W iyeni ieski 0.8
SINIFLANDIRICI MODELĠ E oa C 1 exp * * X X exp exp 1 2 β α β * X C : Olta etkisini (fish-hook) ifade eden değiģken : Ayrım keskinliğini ifade eden değiģken : d 50c nin tanımından gelen bir değiģken; E=(1/2)C iken d=d 50c : d/d 50c : Gerçek sınıflandırma iģlemine maruz kalan fraksiyon; (1-by pass)
Başlangıç Tesisten numune alma Numune Kömürün Özelliklerinin Belirlenmesi (boyut fraksiyonlarına yüzdürme-batırma testlerive ürünlerin analizi) Madde Denkliği Hesaplamaları (tesisteki tüm akıģlarda katı ve su tonajlarının hesaplanması) Hayır Veriler uyumlu mu? Evet Performans değerlendirme Ekipmana özgü parametrelerin belirlenmesi Verileri kontrol et! Model parametrelerini kontrol et! Tesis verileri kullanılarak yapılan modelleme çalışmalarının algoritması Hayır Modelin tahmin gücünün sınanması Tahminler duyarlı mı? Evet Simülasyon çalıģmaları için kullanılacak model parametreleri
Simülasyonun Kullanımı Simülasyonu etkin bir şekilde kullanabilmek için; Kullanılan modellerin iyi anlaģılması, Geçerli bir simülasyon modeli kurulabilmesi için tesis verilerinin kütle denkliği ve model oluģturma teknikleri kullanılarak nasıl iģlendiğinin bilinmesi, Simülasyon kullanımının ve sınırlarının bilinmesi gereklidir.
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ UYGULAMA ÖRNEKLERİ Agrega Üretim Tesisi
passing % KIRMA DEVRESĠ 100 90 Bica Corrida 80 Brita 3-4 70 Misto Brita 2 60 Brita 1 50 Pedrisco 40 Po de Pedra 30 20 10 0 0,01 0,1 1 10 100 size (mm)
KÜTLE DENKLĠĞĠ
PERFORMANS DEĞERLENDĠRME
MODELLEME
SĠMULASYON FARKLI PATLATMA DĠZAYNI ETKĠSĠ SONUÇ: AĢama 1: DEVRE ÜRETĠM KAPASĠTESĠ 486 t/s DEN 520 t/s e yükseltilmiģtir Yeni TBd etkisi ve kırıcı kapalı ağız açıklıkları yeni koģullara göre ayarlanmıģtır.
SĠMULASYON 2. Kırıcı Önüne Ele YerleĢtirilmesi SONUÇ: AĢama 1 e ilave olarak DEVRE ÜRETĠM KAPASĠTESĠ 486 t/s DEN 560 t/s e yükseltilmiģtir
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ UYGULAMA ÖRNEKLERİ AG-Çakıl Öğütme Devresi
Akım Şeması
Circuit in JKSimMet
SAMPLING (1) Coarse from cyclone Pebble from primary mill
passing % 100 90 80 70 60 EXPERIMENTAL SIZE DISTRIBUTIONS (2) Test 5 Feed to classifier-1 Feed to classifier-2 Coarse from classifier Fine from classifier Feed cyclone 50 40 30 20 10 Coarse cyclone Fine cyclone Prim mag sep conc Prim mag sep waste Pebble from prim mill Pebble to pebble mill Pebble from pebble mill 0 0.01 0.1 1 10 100 p. size (mm)
cumulative % passing 100.0 90.0 80.0 EXPERIMENTAL SIZE DISTRIBUTIONS (7) 1 2 3 4 5 6 7 8 Size distribution along Pebble mill 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 Discharge 1 2 3 4 5 6 10.0 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 size, mm
P50, mm Feed pebbles = feed ore Pebble scats from pebble mill less Fe Segregasyon 28.0 26.0 24.0 22.0 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 Segration along pebble mill 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 distance from inlet, m 7m
A*b Çakıl Numuneleri 110 pebble competence along mill 100 90 80 70 60 50 40 30 0 1 2 3 4 5 6 7 distance along mill
Simülasyon ve Optimizasyon Besleme Malzemesi +30 mm Dağılımın Kontrolü Çakıl Değirmen ÇıkıĢ Izgarası ve Astar Sisteminin Modifikasyonu Siklon Apex ve Vortex Ayarı Otojen Kontrol Stratejisinin GeliĢtirilmesi Sonuç: Üretim hızı: 380 t/s-490 t/s Ürün Ġnceliği DeğiĢmeden
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ UYGULAMA ÖRNEKLERİ Kırma Devresi+Yüksek Baınçlı Merdaneli Pres (HPGR)
Akım ġeması 401 405 80-300 600 t Crusher bin 45-80 0-80 0-70 0-30 1000 t Screen bin 0-300 80 mm Grizzl y 406 0-80 0-70 0-30 HPGR feed 0-45 45 mm screens To HPGR 10 000 t silo 10 000 t silo 1 200 t Feed bin 600 t Screen bin 9 mm screens To Mill Mill Feed
Pres Devresi SCREEN UNDERSIZE FROM SECONDARY SCREENS SF-001 HPGR STORAGE SILO 15000t BN-002 HPGR SCREEN FEED 380 t BN-001 HPGR FEED SILO 1250 t HPGR CV-002 SC-001 SC-002 WT-003 WT-002 WT-001 SF-001 CV-005 CV-006 MILL FEED SILO CV-007 15000t WT-005 ANGLO PLATINUM MOGALAKWENA SECTION NORTH CONCENTRATOR HPGR CRUSHING CIRCUIT CV-001 WT-001
Teknik Özellikler HPGR Çap(D) En (L) Motor Gücü Max. Çalışma Basıncı 2200 mm 1550 mm 2x2800 kw 170 bar
Numune Alma Noktaları SCREEN UNDERSIZE FROM SECONDARY SCREENS sampling points SF-001 HPGR STORAGE SILO Screen OverSize BN-001 15000t BN-002 HPGR SCREEN FEED 380 t Fresh Feed HPGR FEED SILO 1250 t HPGR CV-002 SC-001 SC-002 WT-003 HPGR Discharge WT-002 HPGR Total Feed WT-001 CV-005 CV-006 Screen UnderSize SF-001 MILL FEED SILO CV-007 15000t WT-005 ANGLO PLATINUM MOGALAKWENA SECTION NORTH CONCENTRATOR HPGR CRUSHING CIRCUIT CV-001 WT-001
passing % Tane Boyu Dağılımı 100 90 80 70 FRESH FEED HPGR TOTAL FEED HPGR DISCHARGE SCREEN OVERSIZE SCREEN UNDERSIZE 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 size (mm)
Simülasyon ve Optimizasyon Kırma Devresi Modifikasyonu Uygun Besleme Hazırlanması CSS Ayarları Elek Açıklığı DeğiĢtirilmesi Kontrol Sistemi Modifikasyonu Roller Pres: Minimum Açıklık 55-38 mm ye Basınç ArtıĢı 97-140 bar Sonuç: Üretim hızı: 1150 t/s-1500 t/s Bilyalı Değirmen Besleme Ġnceliği -1mm de %10 luk artıģ
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ UYGULAMA ÖRNEKLERİ Çimento Öğütme Devresi
Ġzmir ÇimentaĢ T.A.ġ 3 ve 4 No lu Çimento Öğütme Devreleri 1 2 3 8 6 7 1 - Klinker 2 - Kalker 3 - Alçı 4 - Değ. boğazı 5 - Filtre dönüşü 6 - Sep. besleme 7 - Sep. geri dönüşü 8 - Nihai ürün 4 5 52
YÜRÜTÜLEN ÇALIġMALAR Değirmen Ġçi Örnekleme Noktaları 1.Kamara 2.Kamara 1m 1m 1m 1,3m 1m 1m 1m 1m 1m 1,4m 53
TEST 1 CEM I 42.5 R TPH 67.00 4.00 3.00 74.00 Klinker Kalker Alçı 20.48 94.48 74.00 4.00 94.48 90.48 54
SEPARATÖR PERFORMANSI (3 No lu Çimento Öğütme Devresi) By-pass (%) Kesme boyu (µm) 25.06.2008 4.51 65 23.12.2008 13.19 44 Toz Yükü (kg/m 3 ) Separatör Beslemesi Separatör Ürünü 25.06.2008 0.89 0.78 23.12.2008 1.39 0.93 55
PRES PERFORMANSI İndirgeme Oranı Geri Dönüş % (F50/P50) Test 1 7 36 Test 2 7 23 Test 3 5.8 11 Test 4 4.6 0 Test 5 15.7 36 Test 6 10.1 20 Test 7 11.4 30 56 56
OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ Mevcut Pres ÇalıĢma KoĢullarının ĠyileĢtirilmesi 220 t/s taze besleme, 80 t/s geri dönüģlü koģulun pres için en iyi çalıģma koģulu olduğu belirlenmiģtir. Bu koģul altında değirmen klinker beslemesi daha ince bir dağılıma hasip olduğundan çalıģmalar esnasında 4 No lu değirmende aynı ürün inceliğinde en yüksek kapasite elde edilmiģtir. 57 57
OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ 1- Ara bölme göbek ızgarası açıklığının arttırılması 58 58
OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ 2- Danua Halkalarının Sökülmesi 59 59
OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ 3- Değirmen GiriĢ Boğazı Kesit Alanının Atmosfere Açılması (H Plakasının Kesilmesi) 60 60
OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ 4- Bilya boyu dağılımının yeniden belirlenmesi Bilya Boyu (mm) Ton 90 8 80 17 70 14 60 13 50 7 Toplam 59 Bilya Boyu (mm) Ton 40 8 30 12 25 16 20 27 17 33 Toplam 96 5- Besleme bant kantarlarının yenilenmesi 6- Ürün sevk sisteminin yenilenmesi 61 61
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Bir boyut küçültme iģleminden maksimum verimliliğin elde edilebilmesi, uygun ekipmanların seçimi, iģletme değiģkenlerininin iyi tanımlanması ve iģletim sırasında bu değiģkenlerdeki değiģimin iģlem üzerindeki etkisinin doğru belirlenebilmesine bağlıdır. Sistemin tasarım, kontrol ve optimizasyonu, ancak iģletme değiģkenlerinde veya besleme özelliklerindeki değiģimleri güvenilir bir Ģekilde tanımlayabilecek matematiksel eģitliklerin tanımlanması ile mümkün olabilmektedir. ÇalıĢma koģullarındaki farklılıklara bağlı olarak her ekipmana ait farklı model yaklaģımları bulunmaktadır. 62 62
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Klinkerin presten geçirilerek paralel 2 değirmene beslenmesi ve tek bir separatör ile ürün eldesi x2 Kalker Alçı 148.0 317.0 148.0 169.0 4.0 x2 313.0 63 63
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek kamaraya düģürülmesi-elek 600 mikron olarak düģünülmüģtür Klinker + Kalker + Alçı 106.0 300.0 106.0 225.0 119.0 106.0 3.0 TEK KAMARALI 222.0 64 64
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek kamaraya düģürülmesi-elek 600 mikron olarak düģünülmüģtür TEK KAMARA Bilya Boyu (mm) Tonaj 30 8 25 43 20 58 17 56 Toplam 155 65 65
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve sınıflandırıcı altı malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının mevcut iki kamaralı değirmene beslenmesi Klinker Kalker Alçı 135.0 165.0 135.0 345.0 300.0 210.0 106.0 29.0 4.0 135.0 341.0 66 66
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve sınıflandırıcı altı malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının mevcut iki kamaralı değirmene beslenmesi Bilya Boyu Ağırlık (ton) (mm) 1.Kamara 2.Kamara 90 8-80 17-70 14-60 13-50 7-40 - 8 30-12 25-16 20-27 17-33 Toplam 59 96 67 67
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve sınıflandırıcı altı malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının paralel çalıģan 2 devreye (değirmen + separatör) beslenmesi Klinker Kalker Alçı x2 x2 242.0 x2 300.0 58.0 242.0 630.0 388.0 106.0 136.0 7.0 242.0 x2 623.0 68 68
SĠMULASYON ÇALIġMALARI Hammaddelerin havalı sınıflandırıcı ile kapalı devre çalıģan presten geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek kamaraya düģürülmesi Klinker + Kalker + Alçı Kalker Alçı 112.0 241.0 112.0 129.0 2.0 TEK KAMARALI Debi (m 3 /s) 110000 Fan Gücü (kw) 160 239.0 69 69