ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам для тонкого измельчения крупногабаритного минерального сырья и других материалов, в частности каменного угля для получения водоугольного топлива.
В настоящем описании будет использована следующая терминология:
Дробильная камера - часть электрогидравлической (далее - ЭГ) дробилки, в которой непосредственно происходит процесс дробления. Обычно дно дробильной камеры выполняется в виде разгрузочной решетки.
Измельчение - условно принимается дробление при наибольшей крупности продукта не свыше 5 мм. Тонкое измельчение - при крупности продукта менее 1 мм.
Обезвоживание - отделение твердых частиц от рабочей жидкости.
Вода - в данном описании водой называется жидкость, в которой происходит электрический разряд и осуществляется процесс дробления в ЭГ дробилках. Это может быть чистая вода или вода с различными добавками/примесями или даже совсем не вода - для описываемого технического решения состав жидкости значения не имеет.
Разгрузочная решетка - решетка, через которую продукт дробления удаляется из ЭГ дробилки. Размер просветов решетки определяет максимальный размер продукта.
Продукт - материал, прошедший одну или несколько стадий измельчения. Готовый продукт - продукт, в дальнейшем дроблении/измельчении которого нет необходимости.
Сырье - исходный материал, предназначенный для измельчения.
Электрогидравлическая (далее - ЭГ) дробилка - устройство, в котором явления, порождаемые мощным электрическим разрядом в воде, разрушают (дробят) помещенный в него материал.
Известен механический дробильный комплекс для многостадийного измельчения минерального сырья, содержащий щековую дробилку для дробления крупногабаритного (крупнокускового) сырья размером до 500 мм, конусную дробилку крупного дробления, конусную дробилку мелкого дробления, барабанные (шаровые или стержневые) мельницы с замкнутым циклом, а также конвейеры для передачи промежуточного (недоизмельченного) продукта дробления от дробилки к дробилке, а также сортировочное устройство для удаления готового продукта после каждого цикла измельчения барабанными мельницами [С.Е.Андреев, В.В.Зверевич, В.А.Перов. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых // М.: «Недра», 1969, с.132]
Недостаток известного устройства состоит том, что его реализация требует большого количества разнообразного механического оборудования, повышенных капитальных и энергетических затрат, высоких эксплуатационных расходов.
Известна ЭГ дробилка, включающая дробильную (измельчительную) камеру, часть дна которой выполнена в виде разгрузочной решетки, высоковольтный электрод, установленный над центром решетки и снабженную загрузочным отверстием крышку дробильной камеры, причем отверстие расположено над сплошным участком дна дробильной камеры (SU 845843).
Известная дробилка непригодна для получения тонкого продукта непосредственно из крупногабаритного сырья из-за низкой энергетической эффективности. Промежутки между загружаемыми на периферию дробильной камеры на сплошное дно крупными кусками сырья по мере дробления забиваются мелким щебнем и песком, экранирующими действие ударной волны и не имеющими возможности уйти из дробилки, периферическая часть решетки также забивается и перестает отводить готовый продукт, зона дробления сужается, сырье переизмельчается, а значительная часть энергии ударной волны начинает расходоваться на уплотнение и нагрев смеси.
Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности и достигаемому результату является ЭГ установка для получения щебня, включающая. ЭГ дробилку с загрузочным бункером, установленным над дробильной камерой, дно которой выполнено в виде разгрузочной решетки, электродами, установленными над решеткой, под которой расположены средства для сортировки продукта дробления (наклонные сита и лотки), средства (конвейеры) для удаления фракций отсортированного продукта из воды и для возвращения недоизмельченного продукта в бункер [RU 2090265].
Известная ЭГ установка непригодна для промышленного получения тонкого продукта из крупногабаритного сырья. Для того чтобы отверстия разгрузочной решетки не забивались зернами продукта, их размер не должен быть намного меньше ее толщины, которая, поскольку должна выдерживать вес и удары крупных кусков сырья, не может быть сколь угодно малой. Поэтому получение тонкого продукта в такой дробилке требует многократного оборота недоизмельченного продукта через зону дробления. Возвращаемые в зону дробления зерна недоизмельченного продукта, размер которых намного меньше просвета ячеек решетки, быстро проходят через нее, не успевая подвергнуться дроблению, и покидают зону дробления почти в неизменном виде. Это сильно снижает энергетическую эффективность процесса и вызывает повышенный износ дробилки. Энергетическая эффективность снижается еще и тем, что мелкие зерна недоизмельченного продукта вымываются с конвейера набегающим потоком воды. По указанным причинам, циклический оборот недоизмельченного продукта требует больших затрат энергии.
Технической задачей, на решение которой направлено предложенное устройство, является достижение высокой, до десяти тысяч, степени измельчения крупногабаритного материала одной ЭГ дробилкой при высокой энергетической эффективности процесса и минимальном количестве оборудования.
Технический результат от решения этой задачи состоит в упрощении и удешевлении процесса и оборудования, снижении энергозатрат (повышении энергоэффективности) при производстве тонкого продукта из крупнокускового материала.
Для достижения этого результата в известной установке для ЭГ измельчения, содержащей электрогидравлическую дробилку, включающую, по меньшей мере, одну разгрузочную решетку, по меньшей мере, один высоковольтный электрод, средства для сортировки продукта дробления и возвращения недоизмельченного продукта в дробилку, средства для сортировки продукта дробления выполнены с возможностью разделения недоизмельченного продукта, по меньшей мере, на две размерные фракции, а средства для возвращения недоизмельченного продукта выполнены с возможностью раздельного возвращения каждой из фракций.
Кроме того, указанное устройство содержит механические средства (конвейер, шнеки) для возвращения в дробилку крупных фракций недоизмельченного продукта и гидравлические и/или гидропневматические (эрлифт) - для возвращения мелких.
Заявленный технический результат достигается также в устройстве для ЭГ измельчения, содержащем ЭГ дробилку, включающую, по меньшей мере, одну разгрузочную решетку средства для сортировки продукта дробления и возвращения недоизмельченного продукта в дробилку, в котором средства для сортировки продукта дробления выполнены с возможностью разделения недоизмельченного продукта, по меньшей мере, на две размерные фракции, и в него дополнительно введены средства для обезвоживания, по меньшей мере, части возвращаемых в дробилку фракций.
Кроме того, указанное устройство содержит средства для подачи, по меньшей мере, части удаляемой при обезвоживании воды под разгрузочную решетку.
Заявленный технический результат достигается также в устройстве для ЭГ измельчения, содержащем ЭГ дробилку, включающую загрузочный бункер, дробильную камеру с решетчатым дном для разгрузки продукта, и установленным над ним, по меньшей мере, одним электродом, средства для сортировки продукта дробления и возвращения недоизмельченного продукта в дробилку, в котором дно дробильной камеры частично выполнено сплошным, а средства для возвращения выполнены так, чтобы направлять недоизмельченный продукт на сплошную часть дна дробильной камеры.
Кроме того, в указанном устройстве сплошной участок дна дробильной камеры, по меньшей мере, частично, имеет уклон по направлению к его решетчатой части.
Кроме того, в указанном устройстве загрузочный бункер расположен над разгрузочной решеткой.
Кроме того, в указанном устройстве, по меньшей мере, часть рабочих электродов установлена над сплошной частью дна дробильной камеры.
Благодаря тому, что в предложенной установке средства для сортировки продукта дробления выполнены с возможностью разделения недоизмельченного продукта, по меньшей мере, на две размерные фракции, снижаются энергозатраты, поскольку создается возможность транспортировки и возвращения каждой из фракций таким транспортом, который обеспечивает минимальные затраты на транспортирование и потери фракции данного размера.
Благодаря тому, что средства для возвращения недоизмельченного продукта выполнены с возможностью раздельного возвращения каждой из фракций, обеспечивается экономия энергии на многократное циклическое оборачивание недоизмельченного продукта, и снижение потерь продукта при возвращении каждой из фракций недоизмельченного продукта на повторное дробление в дробилку техническими средствами, оптимальными для ее размеров, в частности, механическим транспортом для крупных фракций и гидравлическим/гидропневматическим для мелких и тонких. Поскольку при каждом обороте готовый продукт удаляется из процесса, снижаются затраты энергии на переизмельчение и трение между зернами материала.
Благодаря включению в состав установки средств для частичного или полного удаления воды (обезвоживания) одной или нескольких фракций возвращаемого в дробильную камеру недоизмельченного продукта, обеспечивается более длительное нахождение мелких фракций в зоне дробления, уменьшается оборот недоизмельченного продукта, сокращаются тем самым затраты энергии на процесс, поскольку предотвращается ускоренное вымывание мелких фракций через крупные отверстия разгрузочной решетки, за счет уменьшения потока воды через решетку.
Тот же технический результат достигается благодаря подаче возвращаемой от обезвоживания воды под разгрузочную решетку.
Загрузка сырья на разгрузочную решетку, обеспеченная расположением загрузочного бункера над разгрузочной решеткой, ускоряет и оживляет динамику перемещения сырья в дробильной камере, исключает образование застойных зон спрессованного материала, снижая тем самым энергозатраты.
Возврат недоизмельченного продукта в дробильную камеру, в зону, которая не находится над разгрузочной решеткой снижает энергозатраты процесса за счет сокращения количества оборотов недоизмельченного продукта, и, в то же время, позволяет увеличить просветы отверстий разгрузочной решетки, ускоряя и оживляя динамику перемещения сырья в дробильной камере, позволяя тем самым дробить крупногабаритное сырье без риска забивания камеры спрессованным материалом.
Благодаря установке части рабочих электродов над сплошным участком дна дробильной камеры, обеспечивается сокращение энергозатрат за счет уменьшения числа оборотов недоизмельченного продукта, что особенно важно при производстве тонкого продукта.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема предложенной ЭГ установки, в которой недоизмельченный продукт сортируется на две фракции, возвращаемые раздельно: крупная - конвейером, а мелкая - гидротранспортом. На схеме показано также устройство для частичного обезвоживания мелкой фракции.
На фиг.2 изображена схема предложенной ЭГ установки, в которой недоизмельченный продукт сортируется на три фракции, возвращаемые раздельно: крупная - конвейером, средняя - гидротранспортом, а мелкая - эрлифтом.
На фиг.3 изображена более детальная схема предложенной ЭГ установки, в которой крупная фракция недоизмельченного продукта возвращается конвейером, а мелкая - гидротранспортом.
На фиг.4 изображена схема предложенной ЭГ установки с многоэлектродной дробилкой и раздельной подачей сырья и недоизмельченного продукта к разным группам электродов.
Одна из возможных дробильно-измельчительных ЭГ установок, схематически представлена на фиг.1. Это устройство состоит из ЭГ дробилки 1, включающей дробильную камеру 2, с разгрузочной решеткой 3, по меньшей мере, частично, являющуюся дном дробильной камеры 2. Часть 4 дна дробильной камеры 2 может быть выполнена сплошной. Над решеткой 3 установлен электрод 5, соединенный с высоковольтным положительным полюсом источника питания (генератора импульсных токов (на схемах не показан). Установка содержит также, по меньшей мере, одно средство 6 для сортировки продукта дробления, и средства для возвращения в дробилку 1 недоизмельченного продукта. На фиг.1 в качестве таких средств согласно п.2 формулы полезной модели показаны конвейер 7 (ковшовый или ленточный) и гидравлическое транспортное устройство 8, включающее насос 9 и трубопроводы 10. Конвейер 7 служит для возвращения в дробилку 1 крупной фракции 11 недоизмельченного продукта. Гидравлическое транспортное средство 6 служит для возвращения в дробилку 1 мелкой фракции 12 недоизмельченного продукта.
На фиг.2 представлена схема устройства для ЭГ измельчения, в котором средство 6 выполнено с возможностью сортировки недоизмельченного продукта на три фракции. Для возвращения крупной фракции 11 служит конвейер 7, мелкой фракции 12 - гидротранспорт (насос 9 и трубопроводы 10), тонкой фракции 13 - эрлифт 14. Каждое из этих средств оптимальным образом соответствует крупности транспортируемой фракции, обеспечивая тем самым минимизацию энергозатрат процесса, то есть, повышая его энергетическую эффективность. Процесс дробления происходит в воде 15, заполняющей дробильную камеру 2. Для подачи сырья в зону дробления дробильной камеры 2 служит загрузочный бункер 16.
В соответствии с п.3 формулы полезной модели установка включает также средства для удаления избытка воды 15 (обезвоживания) из одной или нескольких фракций недоизмельченного продукта перед их возвращением в дробильную камеру 2. Так, на фиг.1 и 2 в качестве примера показаны устройства, в которых для обезвоживания крупной фракции 11 возвращаемого недоизмельченного продукта использован конвейер 7, а для обезвоживания мелкой - гидроциклон 17. На фиг.3 показана схема установки, включающей помимо упомянутых средств еще и наклонный сгуститель 18, служащий для выделения и обезвоживания готового продукта 19. Размеры фракций показаны на чертежах условно, в качестве примера. В зависимости от заданного размера готового продукта и плотности материала они могут быть иными.
Согласно усовершенствованию этого устройства (п.4 формулы полезной модели), установка дополнительно включает средство (трубопровод 20) для отвода воды 15, выделяемой при обезвоживании. Этот трубопровод присоединен к ЭГ дробилке 1 в точке, находящейся ниже разгрузочной решетки 3. Такое присоединение является принципиально важным отличием предложенного устройства, поскольку, снижая интенсивность промывки дробильной камеры 2, увеличивает тем самым время нахождения мелких фракций недоизмельченного продукта в зоне дробления и повышает энергетическую эффективность процесса.
На фиг.3 показана более детальная схема предложенного устройства, отличающегося от представленных на фиг.1 и 2 тем, что в нем средства для сортировки продукта дробления разделены: вначале одним набором средств из продукта дробления выделяют крупную фракцию 11, а затем, другими средствами отделяют готовый продукт 19 отделяют от потока мелкой фракции 12. Для выделения крупной фракции 11 под разгрузочной решеткой 3 наклонно установлено сито 21. Наклонные лотки 22, 23 и 24 служат для организации потоков продуктов дробления и сортировки. Лоток 22 направляет поток продукта дробления на наклонное сито 21, лоток 23 направляет поток выделенной крупной фракции 11 на конвейер 7, а лоток 24 направляет поток смеси мелкой фракции 12 и готового продукта 19 в насос 9, выход которого соединен с гидроциклоном 17, служащим для выделения мелкой фракции 12. Слив гидроциклона 17 соединен трубопроводом 25 со входом наклонного сгустителя 18, служащего для отделения готового продукта 19 от воды 75. Готовый продукт 19 удаляется из нижней части сгустителя 18 через кран 26. Для отвода очищенной воды служит трубопровод 20, точка присоединения которого к ЭГ дробилке находится ниже разгрузочной решетки 3 и наклонного сита 21. Для возврата недоизмельченных фракций 11 и 12 в дробильную камеру 2 служат наклонный лоток 27 и трубопровод 10 соответственно.
Согласно п.5 формулы полезной модели, дно дробильной камеры 2, содержащее разгрузочную решетку 3, частично выполнено сплошным, то есть имеет сплошной, непроницаемый для тонких фракций, участок 4. При этом места возвращения недоизмельченных фракций расположены над сплошной частью 4 дна дробильной камеры. Это снижает энергозатраты за счет более полного использования энергии разрядов, поскольку удлинение пути, проходимый недоизмельченными фракциями в зоне дробления, увеличивает и время пребывания их в дробильной камере 2.
Согласно п.6 формулы полезной модели, сплошная часть 4 дна дробильной камеры 2 имеет наклонный к разгрузочной решетке 3 участок 28 (фиг.3) или выполнена целиком с уклоном по направлению к разгрузочной решетке (фиг.1 и 2). Это решение, исключая образование мертвых зон уплотненного продукта, снижает энергозатраты на измельчение.
Согласно п.7 формулы полезной модели, загрузочный бункер 16 расположен над разгрузочной решеткой 3. Это решение, также исключает образование мертвых зон уплотненного продукта, поскольку способствующие этому крупные куски сырья, быстро разрушаются, а продукт их дробления немедленно покидает дробильную камеру 2.
Согласно п.8 формулы полезной модели, в примере многоэлектродной дробилки, представленном на фиг.4, дно дробильной камеры 2 выполнено в виде разгрузочной решетки 3 только под одним электродом 5-1. Под остальными электродами 5-2 и 5-3 дно выполнено сплошным и, кроме того, устройства для возвращения недоизмельченного продукта (конвейер 7 и трубопровод 10) установлены так, чтобы возвращать его в область над сплошным дном 4. Тем самым удлиняется время нахождения материала в зоне дробления между электродами и дном.
Ниже, при описании работы предложенных установок, в качестве примера использовано, как наиболее полный и типичный представитель, установка (дробильно-сортировочный комплекс), схема которой представлена на фиг.3.
Подлежащее дроблению сырье 29 крупностью, например, до 500 мм, помещают в - заполненную водой 15 дробильную камеру 2 на разгрузочную решетку 3, являющуюся частью дна дробильной камеры 2. Другая часть 28 дна выполнена сплошной и имеет уклон по направлению к разгрузочной решетке 3. Здесь сырье дробится под воздействием явлений (факторов), сопровождающих электрический разряд в воде. Разряд происходит между высоковольтным рабочим электродом 5, соединенным с положительным полюсом генератора импульсных токов (на чертежах не показан), и разгрузочной решеткой 3. Решетка, дно и дробильная камера соединены с отрицательным полюсом того же генератора, как правило, заземленным. Продукт дробления, размеры которого меньше размера просветов разгрузочной решетки 3, проходит через нее и, направляемый наклонным лотком 22, попадает на наклонное сито (решетку) 21. На фиг.3 в качестве примера показано разделение продукта дробления на сите 21 на две размерные фракции: крупная фракция 11 недоизмельченного продукта (5…20 мм) и смесь мелкой фракции 12 недоизмельченного продукта (0,1…5 мм) с готовым продуктом 19 (0,1…5 мм). Размеры всех фракций указаны условно.
Крупная фракция 11 продукта, скатываясь по наклонному ситу 21, освобождается от смеси мелкой фракции 12 и готового продукта 19, проходящей сквозь это сито, и по лотку 23 скатывается на конвейер 7. Им она выносится, попутно обезвоживаясь, из воды 15 и по наклонному лотку 27 возвращается в дробильную камеру 2 на повторное дробление. Обезвоживание происходит за счет свободного отекания воды 15 с выступающей над ее уровнем восходящей ветви конвейера 7.
Оседающая на дно устройства смесь готового продукта 19 и мелкой фракции 12 недоизмельченного продукта, включая и смываемые с конвейера 7 частицы, насосом 9 по трубопроводу (точнее: пульпопроводу) 10 подается в гидроциклон 17, где происходит выделение и частичное обезвоживание мелкой фракции 12, которая далее по трубопроводу 10 возвращается в дробильную камеру 5.
Избыточная вода, содержащая тонкий готовый продукт, из гидроциклона 17 по трубопроводу 25 подается в наклонный сгуститель 18, где происходит частичное обезвоживание готового продукта 19, оседающего в нижней части сгустителя. Из сгустителя 18 готовый продукт удаляется, например, через патрубок с краном 26. Практически свободная от продуктов дробления вода по трубопроводу 20 возвращается в ту часть устройства, которая расположена ниже разгрузочной решетки 3.
В примере устройства, изображенном на фиг.4, недоизмельченный продукт, загруженный на сплошную часть 4 дна дробильной камеры, не имея возможности немедленно покинуть зону дробления, интенсивно дробится разрядами от электродов 5-2 и 5-3. В то же время, он не образует сплошных спрессованных массивов, поскольку ударные волны от разрядных импульсов подгоняют его к разгрузочной решетке 3, где он быстро покидает дробильную камеру 2, освобождая место следующим порциям. Дробление более эффективно, если мелкие фракции недоизмельченного продукта поступают к электродам, наиболее удаленным от разгрузочной решетки (5-2 и 5-3), как это показано на фиг.4. Благодаря такому решению готовый продукт получается при меньшем числе оборотов (циклов) недоизмельченного продукта, что снижает энергозатраты и повышает производительность процесса.
Электрогидравлическое дробление тем эффективнее, чем плотнее материал окружает зону разряда. Предложенные устройства решают задачи повышения плотности материала в этой зоне при сохранении его интенсивной циркуляции и возможности непрерывного отвода готового продукта и минимизации затрат на обороты недоизмельченного продукта. Опыт дробления каменного угля от крупности 400 мм до 200 мкм показал, что энергозатраты не превышают 40 кВт·ч на тонну продукта.
Использование предложенного устройства удешевляет и упрощает требуемое оборудование, поскольку оно содержит минимальный набор механического оборудования, и осуществляет дробление всех размерных фракций в одном режиме, что упрощает и удешевляет систему высоковольтного силового питания ЭГ дробилок.