Способ воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое и устройство для его осуществления
METHOD FOR AIR CLASSIFICATION OF POWDER, GRANULAR, LUMP MATERIALS IN A FLUIDIZED BED AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к разделению твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков, а более конкретно к способам разделения порошкообразных, зернистых, кусковых материалов по крупности, плотности, форме частиц в потоке газа, преимущественно воздуха, в псевдоожиженном слое, образованном направленными колебаниями.
3
3
3
3
Известен способ сухой переработки угля (патент RU №2282503, МПК В07В 9/00), включающий предварительное грохочение с выделением класса 0-25 мм, избирательное дробление, обработку на пневмоклассификаторе с отделением класса 0-1 мм и рассев оставшегося класса 1-25 мм на ситах. Размер ячеек предыдущего сита к последующему принимают равным 1,7-2,0 для получения соответствующих классов с отношением в каждом классе большей частицы к меньшей в диапазоне 1,7-2,0. Затем каждый класс подают на конвейер с лентой из сетки, где с помощью сопел, установленных над лентой и имеющих разряжение воздуха в пределах 300-800 мм вод.ст., отсасывают последовательно первым соплом по ходу конвейера, установленным своим срезом на максимальном расстоянии от ленты, обеспечивающим удаление материала с плотностью 1250-1350 кг/м, имеющего зольность Ad=8-11%, представляющего собой уголь-концентрат. Затем вторым соплом, установленным срезом на меньшем расстоянии от ленты, чем первое сопло, отсасывают материал плотностью 1350-1600 кг/м (Ad=11-25%), и, наконец, третьим соплом, установленным своим срезом над лентой на наименьшем расстоянии, обеспечивающим удаление материала отсасывают материал плотностью 1600-1800 кг/м (Ad=25-45%). Оставшийся на ленте материал, плотностью 1800-2500 кг/м, имея зольность Ad=70-80%, представляет собой породу, которую отправляют в отвал, а материал классов + 25 мм, оставшийся после грохочения, подвергают избирательному дроблению до крупности 0-25 мм и классификации с выделением класса 0-1 мм, а затем разделению на ситах и конвейере, как указано выше.
Недостатком данного способа является низкая эффективность разделения, обусловленная тем, что материал на поверхности сетчатой ленты находится в плотном слое, препятствуя выделению из его массы компонентов, отличающихся по массе, размеру или форме. Кроме этого, применение сопел, установленных над лентой, ограничивает зону классификации площадью сечения сопла и не позволяет выровнять поле скоростей, что негативно сказывается на точности разделения материала.
Известен гравитационный воздушный классификатор с кипящим слоем (SU 1511926, МПК В07В 4/04), включающий камеру разделения, в нижней части которой расположены воздухораспределитель и патрубки для отвода крупной фракции, патрубок подачи исходного материала, патрубок для подвода воздуха, расположенный в торцовой части камеры разделения со стороны патрубка подачи исходного материала, и патрубок для отвода воздуха с мелкой фракцией, установленный в верхней части камеры разделения. Классификатор снабжен камерой предварительной продувки с щелевыми соплами, примыкающей к торцовой части камеры разделения, а камера разделения выполнена в виде вертикально расположенного газохода овальной формы, при этом большая ось овала направлена вдоль камеры разделения, а патрубок подачи исходного материала установлен на камере предварительной продувки.
Недостатком данного классификатора, является невозможность контроля толщины слоя материала на поверхности воздухораспределителя, в результате чего гидравлическое сопротивление слоя - неравномерно по его длине. Увеличение скорости газового потока в области меньшей толщины слоя приводит к выносу крупных частиц, в то время как в слое с большой толщиной, движение воздуха и соответственно классификация материала прекращается.
Наиболее близким к предлагаемому способу воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое и устройству для его осуществления является гравитационный способ классификации порошковых материалов и гравитационный классификатор для его осуществления (патент RU №2193928, МПК В07В 4/04), который заключается в том, что в замкнутое пространство вертикальной шахты подают исходный материал, снизу подают воздух или другой газ, улавливают мелкую фракцию через верхнюю часть шахты, а крупную фракцию - через нижнюю, при этом в потоке воздуха, смешанным с сепарируемым материалом, создают возмущения с помощью внутренних конструктивных элементов, расположенных в виде каскада по стенкам шахты, например, пересыпных полок, при этом скорость подачи воздуха регулируется в соответствии с определенным граничным размером частиц. В данном способе обеспечивают дополнительное регулирование скорости воздуха в зоне сепарации путем отвода 0,3-0,8 части воздушного потока, смешанного с разделяемым материалом, от зоны сепарации с возвратом унесенного отводимым потоком материала к месту загрузки.
Недостатком способа является низкая точность классификации. Известно, что в воздушных гравитационных классификаторах граница разделения определяется скоростью витания мелких компонентов в газовоздушном потоке, выносящем их из зоны сепарации. В то время как объемный расход газовоздушного потока не оказывает влияния на границу разделения. Соответственно, отвод 0,3-0,8 частей газовоздушного потока нельзя считать способом регулирования скорости воздуха в зоне сепарации, обеспечивающим высокую точность разделения.
Гравитационный пневматический классификатор, используемый для реализации указанного способа, содержит вертикальную шахту, на внутренних стенках которой размещены в виде каскада наклонные пересыпные полки. В средней части шахты по высоте расположен патрубок ввода исходного материала, соединенный с бункером-дозатором. В нижней части шахты расположены патрубок подвода воздуха, соединенный с регулятором расхода воздуха, а также патрубок вывода крупной фракции, соединенный с бункером сбора крупного продукта. В верхней части шахты расположен патрубок вывода мелкой фракции, который через уловитель соединен с бункером сбора мелкого продукта. Кроме того, шахта снабжена дополнительным патрубком для отвода части воздушного потока из зоны сепарации, который установлен вблизи и выше патрубка подачи исходного материала, и соединен через дополнительный уловитель с бункером-дозатором, а также с регулятором расхода отводимой части воздушного потока, который в свою очередь последовательно соединен с фильтром и воздуходувкой, при этом фильтр соединен также с первым уловителем. Дополнительный патрубок для отвода части воздушного потока из зоны сепарации расположен над пересыпной полкой, установленной непосредственно над патрубком подачи исходного материала.
Недостатком известного классификатора является низкая эффективность разделения, обусловленная встречным характером движения крупных и мелких компонентов в зоне классификации. Так как исходный материал, состоящий из отличающихся по крупности компонентов, подается в среднюю часть вертикальной шахты, падая вниз, крупные компоненты сталкиваются с подхваченными воздушным потоком и движущимися им навстречу мелкими компонентами, смешиваются с ними, что снижает эффективность разделения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и эффективности классификации, то есть полноты отделение одних компонентов, различающихся по плотности, размеру, форме от других, не имеющих подобных отличий, за счет создания устройства для осуществления способа воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое.
Поставленная техническая задача обеспечивается способом воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое, включающим подачу в пространство вертикальной шахты исходного материала и восходящего снизу потока воздуха, скорость которого регулируют в соответствии с определенным граничным размером частиц, вывод крупных, плотных, различных по форме частиц, отделение и вывод из газового или воздушного потока мелких, неплотных, различных по форме частиц классифицируемого материала, что количество материала, подаваемого в классификатор регулируют в соответствии с количеством газа или воздуха, подаваемого в классификатор, при заданной скорости газового или воздушного потока, в соответствии со скоростью витания мелких, неплотных, различных по форме частиц классифицируемого материала; классифицируемые массы материала продвигают за счет создания псевдожидкого слоя, получаемого путем направленных колебаний вертикальной шахты, либо ее нижней части, отделенной от основной шахты виброизолирующим материалом. Кроме того, движение классифицируемого материала в шахте осуществляют по пересыпным полкам в горизонтальном направлении с перепадом высоты Н, между точкой входа и точкой выхода материала, определяемой по формуле: Н = N⋅s⋅h, где N -количество пересыпных полок, s - толщина пересыпной полки, h - зазор между пересыпными полками.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в использовании для создания псевдоожиженного слоя направленных колебаний всей шахты или только ее нижней части, что способствует уменьшению сил сцепления между отдельными компонентами и продвижению классифицируемой массы материала по пересыпным полкам.
Создание направленными колебаниями всей шахты или только ее нижней части псевдоожиженного слоя, позволяет обеспечить постоянное значение сопротивления слоя материала в процессе его классификации, что позволяет избежать самопроизвольного изменения скорости газового или воздушного потока, проходящего через этот слой, что, в свою очередь, является основным условием поддержания заданной границы и точности разделения, зависящих от скорости витания компонентов классифицируемого материала.
Регулирование количества материала, подаваемого в классификатор в соответствии с количеством газа или воздуха, также подаваемого в классификатор, позволяет поддерживать такое соотношение газовой и твердой фаз, при которой обеспечивается максимально полное отделение компонентов, различающихся по плотности, размеру, форме от других компонентов, не имеющих подобных отличий.
Движение классифицируемого материала в шахте по пересыпным полкам в горизонтальном направлении с перепадом высоты Н, между точкой входа и точкой выхода материала, определяемой по формуле: Н=N⋅s⋅h, где N - количество пересыпных полок, s -толщина пересыпной полки, h - зазор между пересыпными полками, позволяет избежать встречного движения компонентов, различающихся по плотности, размеру, форме относительно других компонентов, не имеющих подобных отличий. В отличие от прототипа, крупные, плотные отличающиеся по форме компоненты не проваливаются в низ шахты, а движутся под действием направленных колебаний, по пересыпным полкам в горизонтальном направлении, в то время как мелкие, легкие или, отличающиеся по форме компоненты с низкой скоростью витания, уносятся газовым или воздушным потоком в верхнюю часть шахты. Данный характер движения компонентов снижает вероятность их перекрестного перемешивания и, как следствие, ухудшения эффективности классификации.
Поставленная техническая задача изобретения достигается также за счет того, что в устройстве, осуществляющем способ воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое, содержащем вертикальную шахту, на внутренних стенках которой размещены пересыпные полки, в верхней части шахты расположены газовоздуховод и патрубок вывода легких, малоплотных или отличающихся по форме компонентов, в средней части шахты по высоте расположен патрубок ввода исходного материала, соединенный с дозатором подачи классифицируемого материала, в нижней части шахты расположены патрубок подвода воздуха, а также патрубок вывода крупной фракции, шахта снабжена вибратором, создающим направленные колебания шахты с пересыпными полками. При этом пересыпные полки установлены с зазором ступенчато, с частичным перекрытием друг друга. Под пересыпными полками установлена газо-воздухораспределительная решетка, выравнивающая поля скоростей газа или воздуха, подаваемого в устройство с помощью вентилятора.
Шахта или нижняя часть шахты снабжена вибрационным механизмом, создающим направленные колебания, необходимые для формирования псевдоожиженного слоя, уменьшения сил сцепления между отдельными компонентами и продвижения массы материала в зоне разделения, что улучшает точность и эффективность его классификации.
Пересыпные полки установлены с зазором ступенчато, с частичным перекрытием друг друга, что исключает возможность скатывания компонентов в противоположную относительно хода материала сторону.
Газо-воздухораспределительная решетка, установленная под пересыпными полками, служит для выравнивания поля скоростей газа или воздуха, подаваемого в устройство вентилятором.
На чертеже представлен схематичный продольный разрез устройства, реализующего способ.
Устройство содержит шахту 1 с пересыпными полками 2, установленными с зазором ступенчато, с частичным перекрытием друг друга, газо-воздухораспределительную решетку 3, служащую для выравнивания поля скоростей газа или воздуха поступающего от вентилятора 4, вибратор 5 для создания направленных колебаний шахты 1, виброизоляторы 6 предназначенные для предотвращения передачи вибрации на фундамент, затвор 7 вывода крупных, тяжелых или отличающихся по форме компонентов, дозатор 8 подачи классифицируемого материала, патрубок 9 вывода мелких, легких или отличающихся по форме компонентов, тканевые рукава или металлические сильфоны 10, циклон-разгрузитель 11, газо-воздуховод 12, патрубок вывода из пневматической системы части циркулирующего объема газа или воздуха 13.
Согласно изобретению, работа устройства, реализующего способ воздушной классификации порошкообразных, зернистых, кусковых материалов в псевдоожиженном слое происходит следующим образом.
Вибратор 5 создает направленные колебания шахты 1 с пересыпными полками 3. Исходный материал загружается дозатором 8, в шахту 1, где на поверхности пересыпных полок 2 образуется псевдоожиженный (виброкипящий) слой, в объеме которого компоненты материала движутся по синусоидальной траектории в направлении затвора 7. При падении с пересыпных полок 2 разреженный слой материала продувается газовоздушным потоком нагнетаемым вентилятором 4. При этом мелкие, легкие или отличающиеся по форме компоненты подхватываются газо-воздушным потоком и выводятся из шахты 1 через патрубок 9 в циклон-разгрузитель 11, где под действием центробежной силы осаждаются в его нижней части. Газо-воздушный поток, освобожденный от мелких, легких или отличающихся по форме компонентов, по газо-воздуховоду 12 направляется на вход вентилятора 4, при этом от 0.01 до 0.8 объема циркулирующего в пневматической системе газа или воздуха удаляется через патрубок 13 и направляется на аспирацию. Крупные, тяжелые или отличающиеся по форме компоненты, пройдя несколько циклов продувки, выводятся из шахты 1 через затвор 7. Граница разделения материала по крупности, массе и (или) форме компонентов зависит от скорости газо-воздушного потока прошедшего газо-воздухораспределительную решетку 3 и зазоры между ступенчато установленными пересыпными полками 2. Количество материала загружаемого дозатором 8 определяется объемом газа или воздуха подаваемого вентилятором 4 с учетом рабочей концентрации (соотношением газовой и твердой фаз) при которой обеспечивается заданная эффективность и точность классификации.
Изобретение позволяет повысить эффективность разделения и качество классификации, то есть полноту отделение одних компонентов, различающихся по массе, размеру, форме от других, не имеющих подобных отличий.