ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС МОКРОГО ПОМОЛА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ

Техническое решение относится к технологическим линиям приготовления суспензий различной природы, преимущественно водоугольных, используемых в котельных установках, топочных устройствах и теплогенерирующих установках, при приготовлении буровых растворов для скважин и других областях.
Известен технологический комплекс для получения композиционного водоугольного топлива, включающий оборудование для дробления и классификации угля, его аккумуляции, оборудование для мокрого измельчения угля с зумпфом для приема измельченного продукта, систему дозированной подачи воды и реагента-пластификатора, отличающийся тем, что оборудование для мокрого измельчения представлено вибромельницей, состоящей из двух горизонтальных барабанов, связанных между собой патрубком, а зумпф дополнительно оборудован механическим активатором (RU № 45731, 2005 г.).
Практическое применение данного комплекса в поселке Енский Мурманской области, а также на других объектах, показали, что мокрое измельчение в вибромельнице, состоящей из двух горизонтальных барабанов, характеризуется высокими энергозатратами (более 100 кВт*ч на 1 тонну готового продукта) и негарантированным грансоставом водоугольного топлива на выходе вибромельницы. Для приготовления водоугольной суспензии с заданными параметрами возникает необходимость классификации готового продукта после вибромельницы на надрешетный и подрешетный, при этом надрешетный продукт направляется на повторный помол, что усложняет технологическую линию приготовления водоугольного топлива. Другим недостатком схемы является необходимость подготовки заглубленных фундаментов для монтажа вибромельниц, что увеличивает сроки выполнения строительно-монтажных работ и увеличивает капитальные затраты на строительство комплекса, в том числе за счет необходимости выполнения проектных работ в части расчета фундаментов.
d
d
d
d
d
d
o
o
o
Известна технологическая линия приготовления водоугольного топлива, содержащая установленные в технологической последовательности мельницу мокрого помола для приема отдозированного количества воды и угля, соединенную трубопроводом подачи полученной водоугольной суспензии с классификатором, винтовой насос для возврата надрешетного продукта в мельницу, и измеритель зольности для подрешетного продукта, отличающаяся тем, что упомянутый измеритель зольности связан с установленным после него делителем в заданном соотношении потока подрешетного продукта на три части, первая из которых - при соблюдении условия А/А  ≥ 1 - направляемая посредством трубопровода непосредственно в резервуар готового водоугольного топлива, где А  - минимальное значение зольности угля, обеспечивающее стабильность водоугольной суспензии, А - величина текущего значения зольности угля в суспензии, вторая - направляемая непосредственно в смеситель, выход из которого соединен с резервуаром готового водоугольного топлива, а оставшаяся третья часть представляет собой поток, направляемый при соблюдении условия А/А  <1 в высокоэнергонапряженное измельчительное устройство, выход которого соединен со смесителем (RU № 72746, 2008 г.).
d
d
o
Недостатки этой линии связаны с использованием вибромельниц для помола и наличием классифицирующих устройств, что приводит к увеличению энергозатрат и усложнению линии приготовления за счет наличия классификаторов и необходимости рециркуляции надрешетного продукта. Другим недостатком схемы является сложность и дороговизна технологической схемы, связанная с наличием анализатора зольности угля и необходимостью постоянного контроля соотношения А/А , которое может отличаться для различных партий угля. Наличие классификатора в схеме приводит к периодическим остановкам, связанным с очисткой фильтров, и к увеличению количества обслуживающего персонала и, следовательно, к увеличению операционных затрат на приготовление суспензий.
Наиболее близкой к заявляемому технологическому комплексу мокрого помола является способ приготовления водоугольного топлива, включающий приготовление щелочной воды, измельчение сухого угля или отсева в молотковой дробилке до фракции 0-10 мм, подачу щелочной воды и измельченного сухого угля или отсева или подачу щелочной воды и продуктов гидродобычи угля и углеобогащения (в частности кека, мокрого кека, шламов, промпродуктов) в смеситель, смешивание их в смесителе, при этом приготовление щелочной воды проводят кавитационной обработкой водопроводной воды или воды из природных источников до рН 8,5-9,0,. Щелочную воду дозировано направляют в смеситель, в котором при перемешивании турбиной смесителя образуется водоугольная смесь, направляемая в кавитационный диспергатор крупного помола, затем полученная суспензия последовательно проходит через три кавитационных диспергатора тонкого помола, в которых она измельчается и гомогенизируется, в результате чего приобретает стабильные реологические свойства, благодаря выделенным из угля гуминовым кислотам и образованным гуматам (RU № 2380399, 2006г.). Известный способ реализуется комплексом, где в качестве помольного агрегата используется энергонапряженное устройство, построенное по схеме системы кавитационных диспергаторов с емкостями и смесителем.
Использование такой системы, включающей большое количество используемого оборудования приводит к увеличению капитальных затрат на создание подобного комплекса и требует достаточно больших площадей для его монтажа, что, в частности исключает монтаж комплекса в виде модульной системы. Кроме того, практические испытания показали высокий износ основных элементов кавитационных диспергаторов (ротора и статора) в процессе измельчения угля и относительно высокие энергозатраты - не менее 30 кВт*ч на 1 тонну водоугольного топлива. Высокие энергозатраты вызваны тем, что измельчение частиц угля в кавитационных диспергаторов в большей степени происходит в результате их истирания с ротором и статором, нежели в результате кавитационных эффектов внутри диспергаторов. Также известный комплекс подразумевает многократную циркуляцию суспензии между диспергаторами, что отражается на эффективности работы комплекса в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение технологичности комплекса, в том числе повышения его эффективности и упрощения общей линии приготовления, при снижении капитальных и операционных затрат на производство водоугольного топлива и иных суспензий и уменьшении энергозатрат на их приготовление
Указанный технический результат достигается тем, что в технологическом комплексе мокрого помола для приготовления суспензий, содержащего расходный бункер сыпучего материала, винтовой питатель дозированной подачи сыпучего материала, линию подачи жидкости и воронку подачи сыпучего материала в камеру помольного агрегата, выполненного в виде энергонапряженного устройства, а также насос на выдачу готового продукта, при этом энергонапряженное устройство выполнено по схеме дезинтегратора, состоящего из помольной камеры с установленными внутри встречно вращающимися дисками с ударными элементами, расположенными коаксиально и выходным отверстием, при этом расстояние d между внутренними рядами ударных элементов обоих дисков удовлетворяет соотношению d/2 ≥ D, где D - максимальный диаметр частиц исходного материала, при этом все элементы комплекса, включая приводы, объединены в технологическую последовательность, смонтированную на единой раме.
При этом ударные элементы вращающихся дисков могут быть выполнены как в виде коаксиально расположенных стержней-бил, так и коаксиально расположенных пластин.
Для увеличения стабильности работы комплекс мокрого помола может включать металлоотделитель, установленный между винтовым питателем и воронкой подачи сыпучего материала для отделения металлических включений.
Линия подачи жидкости может быть оборудована кавитатором для предварительной активации жидкости, а после насоса на выдачу готового продукта может быть установлен кавитационный гомогенизатор.
Для обеспечения автоматической регулировки технологический комплекс мокрого помола может быть оснащен расходомерами подаваемой жидкости и выхода готовой суспензии, преобразованные данные которых через блок управления изменяют частоты вращения винтового питателя, чем дозируют объем подачи сыпучего материала и/или подаваемой жидкости.
Таким образом, достижение технического результата, прежде всего, достигается заменой блока нескольких диспергаторов, помольным агрегатом, выполненным по схеме дезинтегратора. Дезинтегратор реализует помол на основе эффекта снижения механической прочности материалов при растяжении, а не сжатии (эффект Ребиндера). Например, для угля прочность на растяжение примерно в 6..7 раз ниже прочности на сжатие. В качестве указанного помольного агрегата может выступать известный дезинтегратор Хинта с соосным расположением встречно вращающихся корзин, каждая из которых представляет собой плоские диски с ударными элементами (билами), равноудаленными от оси, при этом билы могут быть расположены в один, два и более рядов. Стандартным применением дезинтегратора является помол сухих веществ. В заявленном решении в классический дезинтегратор подается вода или иная жидкость или смесь жидкостей, выступающие в качестве проводника кинетической энергии удара частиц об ударные элементы энергонапряженного устройства. В результате, возникают условия для резких перепадов давления воды или иной жидкости внутри камеры помола, что приводит к измельчению частиц и одновременному перемешиванию частиц угля с подаваемой жидкостью, что позволяет получить гомогенную смесь (суспензию).
Подача частиц сыпучего материала осуществляется во внутреннюю корзину максимально близко к оси вращения корзины, подача воды или иной жидкости осуществляется в воронку подачи сыпучего материала, либо между рядов ударных элементов. С целью исключения возможности измельчения материала в результате истирания между собой или с рабочими поверхностями энергонапряженного устройства расстояние d между первыми рядами бил обеих корзин больше или равно двум диаметрам частиц исходного материала. Данное соотношение позволяет максимально исключить измельчение частиц угля в результате истирания о помольные органы агрегата или в результате взаимодействия частиц между собой. Окончательное расстояние между рядами ударными элементами определяется на основании требований к тонине помола и скорости вращения корзин. Наиболее оптимальным считается режим работы, при котором частица, получившая удар от элемента разламывается на более мелкие частицы, которые, в свою очередь, ударяются об элементы встречно вращающейся корзины. В таком режиме обеспечивается максимальная эффективность помола и исключаются «проскоки» непомолотых частиц.
С целью повышения изностостойкости помольного агрегата в качестве помольных элементов могут быть использованы как билы циллиндрической формы, так и пластины, расположенные равномерно по окружности дисков (Фиг.1). Плоскость пластин может быть направлена как параллельно оси симметрии дисков, так и под углом.
Для дозированной подачи сыпучего материала энергонапряженное устройство дополнено винтовым питателем. Для перекачки получаемой смеси (суспензии) выход из камеры помола соединен с входом винтового насоса.
Технологический комплекс мокрого помола, смонтированный согласно заявке, показан на фиг.1 и работает следующим образом. Сыпучий материал поступает в расходный бункер 1. Дозированная подача сыпучего материала в камеру помола 4 осуществляется винтовым питателем 2 через загрузочную воронку 3. Линия подачи сыпучего материала может содержать металлоотделитель 8 для отделения металлических включений. Дозированная подача воды или иной жидкости в камеру помола осуществляется через отверстие в загрузочной воронке 3 сыпучего материала, либо через специальное отверстие в камере помола, расположенное на уровне второго ряда ударных элементов корзин 5.1 и 5.2. Линия подачи жидкости может включать кавитатор 9 для предварительной активации жидкости. Помол сыпучего материала в энергонапряженном устройстве происходит в присутствии воды или иной жидкости, поступающей в помольную камеру 4, при этом вода (или иная жидкость) является переносчиком кинетической энергии вращающихся корзин. Разрушение (измельчение) частиц происходит в результате многочисленных соударений частиц с ударными элементами, например, циллиндрическими билами, встречно вращающихся корзин, приводимых в движение приводами (двигателями, на фиг.1 не показаны). Одновременно с измельчением в помольной камере осуществляется перемешивание и гомогенизация твердых частиц и жидкости, в результате чего образуется суспензия с равномерным соотношением твердых частиц по объему суспензии. Полученная суспензия через выходное отверстие в камере помола 4 попадает в винтовой насос 6.
Использование такого вида помольного агрегата позволяет минимизировать объем комплекса в целом и сократить затраты на строительно-монтажные работы при создании комплексов приготовления водоугольной суспензии, поскольку расходный бункер сыпучего материала 1, винтовой питатель сыпучего материала 2, приводы энергонапряженного устройства, камера помола 4 с приемной воронкой 3, корзины 5.1 и 5.2, винтовой насос на выдачу готового продукта 6 могут быть смонтированы на единой раме. Для контроля соотношения твердое/жидкое, либо влажности суспензии в местах подачи воды (жидкости) и на выходе камеры помола установлены расходомеры воды и готового продукта (суспензии). Регулировка соотношения твердое/жидкое осуществляется изменением частоты вращения винтового питателя 2, либо изменением объема подаваемой жидкости. Процесс контроля влажности также можно автоматизировать, подключив расходомеры воды и готового продукта к контроллеру, выдающему управляющие сигналы для изменения объема подачи сыпучего продукта (угля) винтовым дозатором и воды. На выходе готового продукта может быть установлен гомогенизатор 10.
Все оборудование, смонтированное на единой раме, представляет собой законченный технологический комплекс для приготовления суспензий (смеси твердого и жидкого) на основе энергонапряженного помольного оборудования, реализующий задачи дозирования и измельчения сыпучего материала, гомогенизацию суспензии и перекачку готового продукта.
Данный комплекс в совокупности со стандартным дробильным оборудованием и расходными емкостями позволяет создать законченную компактную технологическую линию приготовления суспензий, в том числе модульного исполнения.
Технологический комплекс мокрого помола был многократно проверен на углях различных марок. Результаты показывают пяти-шестикратное снижение энергозатрат по сравнению с энергозатратами на мокрый помол в вибромельницах.
Также, мокрый помол в гидроударном узле мокрого помола характеризуется высокой избирательностью грансостава на выходе устройства. На фиг.2 и в таблице 1 представлено количественное распределение по крупности частиц водоугольной суспензии, полученной из каменных углей.
Таблица 1
Interpolation Values… D:\A22_install\1.FPS
******% <=
0.050 µm
2.9% <=
1.000 µm
8.3% <=
2.000 µm
12.6% <=
3.000 µm
15.9% <=
4.000 µm
18.5% <=
5.000 µm
24.9% <=
8.000 µm
36.2% <=
15.000 µm
44.0% <=
20.000 µm
87.3% <=
45.000 µm
100.0% <=
200.000 µm
Использование высокоэнергонапряженных измельчительных устройств, воздействующих на обрабатываемое вещество на молекулярном уровне, следствием чего является механо-химическая активации поверхности раздробленных частиц и повышение стабильности получаемых суспензий без применения добавок.