УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОЙ СОРТИРОВКИ И/ИЛИ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR GRANULOMETRIC SORTING AND/OR DRYING OF MATERIALS

Изобретение относится к устройству для гранулометрической сортировки и/или сушки материалов, предназначенному для обработки минеральных частиц, находящихся во взвешенном состоянии, где по меньшей мере 90% от общей массы частиц составляют частицы размером меньше 60 мм.
В цехах для дробления и/или сушки минеральных материалов обычно используют встроенные в технологическую линию сушильные устройства для сушки частиц, находящихся во взвешенном состоянии, применяемые для обработки материалов со средним гранулометрическим составом меньше 10 мм. Такие устройства, в которых в процессе сушки теплообмен происходит массированно и очень быстро, часто относят к «мгновенным» сушилкам. Подобные системы в виде вертикальной трубы с горячим газом были описаны в различных публикациях, в частности в докладе В.Reinhardt, Ph.Duhamel, R Evrard, A.Cordonnier - Le sechage flash (flash drying) - Seminaire de la Societe de rindustrie Minerale (Seminar of the Society of Mineral Industry) - Dijon, 9 October 1999.
Для перевода большей части подлежащего обработке материала во взвешенное состояние с целью сушки этого материала горячими газами создают восходящий поток горячего газа со скоростью от 30 до 40 м/с, что вызывает значительные потери мощности.
Хотя в принципе в подобных системах наиболее крупнозернистые фракции не уносятся потоком газа, такие устройства не считаются гранулометрическими устройствами. Действительно, когда такие устройства заполняют крупнозернистой фракцией, содержащей частицы различного диаметра, обычно основная часть фракции падает вниз без отделения или перехода во взвешенное состояние наиболее мелких частиц, содержащихся в загруженном материале.
И напротив, случается также, что крупнозернистые фракции относительно меньших размеров уносятся прочь сильным восходящим потоком. Сортировочная способность таких машин, характеризующая возможность разделять материалы в соответствии с размерами их зерен, является вследствие этого низкой.
Более того, присутствие крупнозернистой фракции в слишком большом количестве нарушает работу таких устройств, равно как и работу оборудования, в котором установлены эти устройства. Например, в дробильной установке для производства цемента такое устройство нарушит работу пневматического сепаратора, расположенного дальше по ходу процесса после рассматриваемого сушильного устройства. Действительно, если в рассматриваемое сушильное устройство загрузить крупнозернистую фракцию, его работа становится нестабильной, так что восходящий поток, необходимый для поддержания материала во взвешенном состоянии, приобретает неровный, пульсирующий характер.
Целью настоящего изобретения является создание устройства для гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов, предназначенного для обработки находящихся во взвешенном состоянии минеральных частиц, по меньшей мере 90% общей массы которых составляют частицы размером меньше 60 мм, и работающего стабильно в составе технологической линии для обработки материалов с широким спектром размеров зерен.
Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для гранулометрической обработки и/или сушки, позволяющего должным образом разделять частицы, которые затем могут быть переведены во взвешенное состояние.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов, образованного главным образом вертикальной газовой трубой с небольшими требованиями к объему занимаемого пространства и, в частности, с высотой, существенно меньшей высоты известной газовой трубы сушильного устройства «мгновенного» типа.
Следующей целью настоящего изобретения является создание устройства для гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов, работающего с использованием восходящего потока газа, скорость которого намного ниже скорости восходящего потока газа в известных сушильных устройствах «мгновенного» типа, для снижения потери мощности.
Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут ясны из последующего описания, приводимого исключительно для информации.
Настоящее изобретение относится к устройству для гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов, предназначенному для обработки находящихся во взвешенном состоянии минеральных частиц, по меньшей мере 90% общей массы которых составляют частицы размером меньше 60 мм. Указанное устройство образовано главным образом вертикальной газовой трубой с восходящим потоком, имеющей в основании вход газа, а также нижнее отверстие и верхнее отверстие, между которыми расположено подающее отверстие для загрузки материала, причем в этом устройстве часть материала, в частности так называемая мелочь может вылететь вместе с газом через указанное верхнее отверстие за счет несущей способности восходящего потока, тогда как другая часть более крупнозернистого материала не уносится указанным потоком газа и падает в нижнее отверстие.
В соответствии с настоящим изобретением рассматриваемое устройство содержит элементы для создания турбулентности, способствующей разделению зерен различного размера и переводу материала во взвешенное состояние. Эти элементы жестко установлены на внутренней стенке указанной газовой трубы и расположены между нижним и подающим отверстиями трубы.
Изобретение относится также к дробильной установке непрерывного действия с замкнутым контуром, в частности к установке для цементного завода, содержащей:
- дробилку, в частности, валкового или шарового типа, имеющую вход для материала, подлежащего дроблению, и выход для измельченного материала,
- сортировку-сушилку, состоящую из устройства для гранулометрической сортировки и сушки с восходящим потоком, содержащего нижний выход для сброса отвергнутых тяжелых фракций, соединенный с входом указанной дробилки, и верхний выход для летучего материала, между которыми расположено подающее отверстие для загрузки материала,
- динамический сортировщик, содержащий по меньшей мере один вход для материала, соединенный по меньшей мере с указанным выходом для летучего материала сортировки-сушилки, выход для отобранного материала и выход для сброса отвергнутого прочего материала, соединенный со входом указанной дробилки,
- фильтр, позволяющий фильтровать нагруженные отобранным материалом газы и соединенный с выходом материала из динамического сортировщика,
- указанный выход дробилки соединен с указанным по меньшей мере одним входом материала динамического сортировщика и/или с подающим отверстием сортировки-сушилки,
- по меньшей мере один подающий блок для подачи материала в указанный вход дробилки и/или в подающее отверстие сортировки-сушилки.
Существо настоящего изобретения будет понятно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показано устройство для гранулометрической сортировки и/или сушки в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.2 схематично показано устройство для гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг.3 - то же в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.4а-4d показаны различные способы подачи газа в напорную камеру, именуемую также «поддув», вид в поперечном разрезе;
на фиг.5 показана газовая труба с лопатками устройства, в частности, изображенного на фиг.1, вид в продольном разрезе;
на фиг.6 схематично показана дробильная установка непрерывного действия с замкнутым контуром, в частности установка для цементного завода, содержащая устройство гранулометрической сортировки и/или сушки согласно настоящему изобретению;
на фиг.7 показан график в логарифмическом масштабе, позволяющий проиллюстрировать большие возможности устройства гранулометрической сортировки и/или сушки согласно настоящему изобретению.
Рассматриваемое устройство гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов согласно настоящему изобретению отличается от известных сушильных систем «мгновенного» типа, содержащих в качестве основного элемента для перевода материала во взвешенное состояние трубку Вентури, в горловине которой скорость потока газа возрастает до 30-40 м/с. Сама конструкция трубки Вентури диктует общую высоту устройства, которая должна быть в 5-6 раз больше диаметра вертикальной трубы.
Такие «мгновенные» системы обрабатывают материалы с размером зерен меньше 20 мм и удельной концентрацией не более 2,5 кг/кг газа. За пределами этих значений работа устройства становится неустойчивой.
Рассматриваемое устройство гранулометрической сортировки и/или сушки порошкообразных материалов согласно настоящему изобретению предназначено для обработки находящихся во взвешенном состоянии минеральных частиц, по меньшей мере 90% общей массы которых составляют частицы размером меньше 60 мм.
Как показано для различных вариантов на фиг.1-3, рассматриваемое устройство в основном содержит расположенную по существу вертикально газовую трубу 1 с восходящим потоком Fa, создаваемым впуском газа в основание этой трубы.
Сечение указанной трубы может быть по существу круглым, эллиптическим или прямоугольным. Коэффициент формы, т.е. отношение размеров длина/ширина этого сечения, предпочтительно не больше трех.
Данная труба имеет нижнее отверстие 2 и верхнее отверстие 3, между которыми, образовано также подающее отверстие 4 для загрузки материала. Указанное нижнее отверстие 2 может быть заполнено газом, в частности, через камеру 7 высокого давления, именуемую также воздушной коробкой.
Часть зернистого минерального материала, в частности так называемая «мелочь», может быть удалена вместе с газом через верхнее отверстие 3 за счет подъемной силы восходящего потока Fa, в то время как другая, более крупнозернистая часть материала не уносится указанным газом и падает в нижнее отверстие 2.
Согласно настоящему изобретению рассматриваемое устройство 30 снабжено средствами 5 создания турбулентности, способствующей разделению зерен различного размера, равно как и поддержанию материала во взвешенном состоянии. Средства 5 выполнены на внутренней стенке газовой трубы 1 и расположены между нижним отверстием 2 и подающим отверстием 4 газовой трубы 1.
Турбулентность позволяет, в частности, разделять частицы различного диаметра в составе крупнозернистой фракции материала, создавая тем самым возможность перевода мелких частиц материала, т.н. «мелочи», во взвешенное состояние и удаления их через верхнее отверстие 3, а также падения более крупных частиц вниз через отверстие 2.
Согласно изобретению, в частности, как показано на фиг.1, элементы 5 для создания турбулентности могут быть образованы, по меньшей мере частично, преградами для восходящего потока Fa газа, расположенными на внутренней стенке газовой трубы 1. В частности, как показано на фиг.1 и фиг.5, указанные преграды могут быть выполнены в виде горизонтальных лопаток 10, продольная ось которых направлена к центру газовой трубы 1.
Лопатки по высоте могут располагаться на по меньшей мере двух уровнях, как показано, в частности, на фиг.1. Предпочтительно эти лопатки, расположенные по высоте на двух последовательных уровнях, смещены друг относительно друга на заданный угол, т.е. расположены в шахматном порядке. На виде в плане возможно перекрытие одних лопаток другими. Такое расположение лопаток заставляет восходящий поток газа протекать зигзагообразно между лопатками разных уровней.
Если длину лопатки измерять по направлению к центру газовой трубы 1, а ширину - в перпендикулярном направлении в горизонтальной плоскости, то длина каждой лопатки может составлять 2-30% ширины свободного просвета трубы в направлении оси лопатки.
Суммарная ширина всех лопаток, в частности, расположенных по высоте на по меньшей мере двух последовательных уровнях, может составлять по меньшей мере 60% длины развертки трубы. Под длиной развертки трубы следует понимать периметр сечения газовой трубы 1 горизонтальной плоскостью. Указанная суммарная ширина лопаток предпочтительно может составлять 120-200% длины развертки трубы.
Предпочтительно, как показано на фиг.5, форма и расположение лопаток 10 в газовой трубе 1 могут способствовать накоплению материала, в частности, застойного на верхней поверхности лопаток 10 во время работы для защиты этих лопаток от эрозии. Верхняя сторона лопаток может иметь вогнутую форму либо может иметь один или несколько бортиков на концах 13 лопаток. Эти концы 13 могут быть защищены более твердым материалом, а труба 1 может быть покрыта материалом 12 для защиты от абразивного износа.
Таким образом, в точке, где происходит загрузка материала и где из-за присутствия крупнозернистых фракций скорость естественного падения оказывается выше скорости восходящего потока газа, часть материала повторно не переходит во взвешенное состояние. Этот материал падает вниз, преимущественно скользя по стенкам. Скольжение материала по стенкам останавливается и возмущение потока газа, возникающее возле лопаток, позволяет разделить фракции с различными размерами зерен, равно как и переводить менее крупнозернистый материал во взвешенное состояние.
Вместо или в дополнение к указанным преградам, расположенным на внутренней стенке трубы, в частности к указанным лопаткам 10, средства 5 создания турбулентности могут быть образованы, по меньшей мере частично, по меньшей мере одним потоком Fр газа, выходящим из стенки газовой трубы, направленным по существу перпендикулярно направлению восходящего потока Fa и выходящем, в частности, в радиальном или тангенциальном направлении во внутреннее пространство указанной газовой трубы 1 через отверстия 8.
Суммарная площадь поверхности отверстий 8 может составлять примерно 15 -150% свободной площади сечения газовой трубы 1.
Рассматриваемое устройство может иметь по меньшей мере одну камеру 7 высокого давления, окружающую нижнюю часть указанной трубы и позволяющую подавать газ в трубу через нижнее отверстие 2 и/или отверстия 8. В частности, согласно одному из непоказанных вариантов настоящего изобретения, указанный вход газа может быть образован лишь нижним отверстием 2. Согласно примерам, показанным на фиг.1 или 2, вход газа в трубу образован нижним отверстием 2 и отверстиями 8 в стенке трубы. Согласно примеру, показанному на фиг.3, вход газа образован исключительно отверстиями 8 в стенке трубы. Камера 7 высокого давления может быть выполнена в виде бокса с выходным отверстием 9 для удаления упавшего материала, как показано, в частности, на фиг.1 или 2.
Камера 7 высокого давления может быть заполнена газом через по меньшей мере один радиальный ввод 6, 6-1 и/или через по меньшей мере один тангенциальный ввод 6-2, 6-3. В частности, как показано на фиг.4а и 4с, камеру 7 высокого давления заполняют через один радиальный ввод 6 или через два радиальных ввода 6, 6-1. Как показано на фиг.4b и 4d, камеру 7 заполняют через один тангенциальный ввод 6-2 или через два тангенциальных входа 6-2, 6-3.
Ниже приведены различные варианты осуществления изобретения.
Устройство в соответствии с вариантом его выполнения, показанным на фиг.1, в основном содержит газовую трубу 1 с верхним отверстием 3 и нижним отверстием 2, представляющим собой основной вход газа. Элементы 5 для создания турбулентности образованы преградами, выполненными в виде лопаток 10, расположенных по высоте на двух последовательных уровнях и смещенных друг относительно друга на заданный угол, т.е. расположенных в шахматном порядке, а также отверстиями 8, образованными в стенке и пропускающими сквозь стенку потоки Fр газа.
Нижняя часть трубы окружена камерой высокого давления, позволяющей подавать газ к отверстиям 8 и к нижнему отверстию 2.
Длина газовой трубы не превышает 4-5 диаметров. Скорость восходящего потока газа может составлять 15 м/с. В этом случае максимальный размер зерен материала равен 100 мм при удельной концентрации в пределах 5-6 кг/кг газа.
Такая установка может работать без проявлений неустойчивой работы и сортировать материал так, что исключительно частицы материала размером меньше приблизительно 0,8 мм будут взлетать, а частицы этого же материала размером больше приблизительно 2 мм будут падать. В результате потери мощности составляют порядка 60% по сравнению с известными сушильными системами «мгновенного» типа при таком же расходе материала.
Пример, представленный на фиг.2, отличается от примера, показанного на фиг.1, тем, что диаметр нижнего отверстия 2, расположенного на конце усеченного конуса, меньше диаметра самого широкого сечения газовой трубы 1.
В примере, представленном на фиг.3, все газы поступают в трубу через отверстия 8 в ее стенках, а не через нижнее отверстие 2. Проходящие через стенки трубы потоки Fр, объединяясь, создают восходящий поток Fa. Преимущественно отверстия 8 в стенках трубы расположены ниже лопаток 10, образующих преграды восходящему потоку Fа.
Согласно представленному на фиг.7 графику, иллюстрирующему результаты разделения партии материала, в исходном материале, загружаемом в данное устройство, размер 50% всех зерен меньше (или больше) 3,2 мм, так что 10% зерен имеют размер более 15 мм, а максимальный размер зерен 35 мм. Удельная скорость подачи материала 5-6 кг/кг газа.
В составе летящего к отверстию 3 материала большинство зерен по размеру меньше 7 мм, причем 50% меньше (или больше) 0,48 мм. В материале, падающем из нижнего отверстия 2, большинство зерен по размеру больше 0,15 мм, причем 50% меньше (или больше) 5 мм.
Характеристика разделения, представляющая пропорцию между обоими потоками материала, имеет крутой наклон на участке между размером зерен 0,7 мм, где только 20% материала падает вниз, и размером зерен 3 мм, где падает 90% материала. Этот крутой уклон характеризует большую сортировочную способность.
Настоящее изобретение относится также к сушильной установке, содержащей устройство согласно настоящему изобретению, в котором на вход подают газ от источника с заданной температурой.
Изобретение относится также к дробильной установке 40 непрерывного действия с замкнутым контуром, в частности, для цементного завода, содержащей:
- дробилку 15, в частности, валкового или шарового типа с входом для подлежащего дроблению материала и выходом для измельченного материала;
- сортировку-сушилку 22, состоящую из устройства 30 гранулометрической сортировки и сушки с восходящим потоком согласно настоящему изобретению, содержащего нижнее выходное отверстие 9, соединенное с входом в указанную дробилку 15, и верхний выход для летучего материала, между которыми образовано также подающее отверстие 4 для загрузки материала;
- динамический разделитель 16, содержащий по меньшей мере один вход, соединенный по меньшей мере с указанным выходом для летучего материала из сортировки-сушилки 22, выход для отобранного материала и выход 23 для удаления прочего материала, соединенный с входом в дробилку 15;
- фильтр 21, соединенный с выходом материала из динамического разделителя 16 и позволяющий отфильтровывать содержащиеся в газе материалы;
- выход дробилки 15 посредством соединения 19-1 связан с указанным по меньшей мере одним входом материала в динамический разделитель 16 и/или посредством соединения 19-2 - с подающим отверстием 4 сортировки-сушилки 22,
- по меньшей мере один блок 17, 18 подачи материала во вход дробилки 15 и/или в подающее отверстие сортировки-сушилки 22.
На фиг.6 показана только часть дробильной установки, содержащей устройство 30 гранулометрической сортировки и сушки. Это оборудование обрабатывает материалы из блоков 17, 18, при этом по меньшей мере один из этих материалов является влажным.
Установка для обработки материала содержит дробилку 15, динамический разделитель 16, фильтр 21, собирающий измельченный конечный продукт, а также погрузочно-разгрузочные средства, например черпаковую цепь или транспортеры другого типа, и вентиляционную систему для различных газов. Такая установка получает горячие газы от источника 20, здесь не рассматриваемого.
Материал из блока 17 подачи поступает в дробилку 15, а продукт 19 из дробилки поступает в разделитель 16. Мелкозернистая фракция, являющаяся конечным продуктом, собирается в фильтре 21, крупнозернистая фракция возвращается в дробилку. К дробилке 15, сортировке-сушилке 22 и динамическому разделителю 16 подводятся горячие газы 20.
В рассматриваемой установке устройство 30 гранулометрической сортировки и сушки расположено на пути газового потока, поступающего в динамический разделитель 16, с которым это устройство соединено через газовую трубу 1. Горячий газ поступает в устройство через вход 6, а обрабатываемый материал поступает от блока 18 подачи материала, что способствует более эффективной сушке, чем если бы этот материал поступал непосредственно в дробилку 15.
Наиболее мелкозернистая фракция продвигается в направлении динамического разделителя 16 вместе с потоком газа, тогда как крупнозернистая фракция возвращается через отверстие 9 в дробилку 15 одновременно с остатками 23 материала из разделителя. В альтернативном варианте внутри газовой трубы 1 устройства 30 сортировки-сушилки 22 расположена труба 23', выход сброса из которой находится ниже или рядом с отверстием 9 сортировки-сушилки 22. При этом указанные остатки материала выводятся из динамического разделителя 16 по трубе 23' для его сброса.
Указанная сортировка-сушилка 22 позволяет производить отбор материала с размером зерен меньше приблизительно 1 мм, тогда как указанный динамический разделитель 16 способен отбирать материал с размером зерен меньше приблизительно нескольких сотен, возможно, десятков микрон.
Гранулометрическая сортировка, осуществленная указанным устройством 22, одновременно предотвращает перегрузку динамического разделителя 16 крупнозернистыми фракциями после сушки во взвешенном состоянии в традиционных системах «мгновенного» типа и перегрузку дробилки 15 мелкозернистыми фракциями нового поступающего от блока 18 подачи материала, содержащего значительное количество мелкозернистых фракций. Если дробилка 15 обладает плохой осушающей способностью, выходящий из нее продукт 19 может быть разделен на два потока 19-1 и 19-2, так что второй поток вновь подвергается процедуре быстрой сушки.
Естественно, возможны и другие очевидные для специалистов варианты, не выходящие за объем настоящего изобретения, ограниченный приведенной ниже формулой.