Устройство пневматической сепарации, способ и установка сухого обогащения угля
DEVICE OF PNEUMATIC SEPARATION, METHOD AND INSTALLATION OF DRY COAL CONCENTRATION

Заявляемое техническое решение относится к области сепарации материалов с помощью газовых или воздушных потоков и может быть использовано, в частности, для сухого обогащения угля.
Из уровня техники известно техническое решение «Пневматическая сепарация сыпучих материалов», в котором раскрыт способ пневматической сепарации и установка пневматической сепарации для осуществления указанного способа, установка содержит сетчатый конвейер, установленное над конвейером всасывающее устройство, включающее сопло, соединенные с соплом осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор для создания разрежения воздуха на входе всасывающего сопла, и нагнетатель. Нагнетатель установлен под лентой сетчатого конвейера и его сопло расположено на одной линии с соплом всасывающего устройства. Нагнетатель подает поток воздуха вверх через ленту сетчатого конвейера (заявка на изобретение WO 2011/041828, МПК B07B 4/08, B07B 11/00, B07B 9/00, опубликована 14.04.2011).
Общими признаками приведенного аналога и заявляемого решения являются:
- сетчатый конвейер,
- всасывающее устройство, включающее сопло, соединенные с соплом осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор,
- нагнетатель.
Отличительными признаками заявляемого решения от приведенного аналога являются:
- загрузочный бункер,
- питатель,
- сопло нагнетателя установлено сверху конвейера с возможностью направления воздушного потока в направлении противоположном направлению движения конвейера,
- осадительный бункер снабжен вращающимся затвором,
- пылеуловитель снабжен вращающимся затвором,
- сетчатый конвейер выполнен с возможностью регулировки скорости движения,
- ленточный конвейер для сбора мелкой фракции угля под сетчатым конвейером.
Из уровня техники известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, представляющее собой установку пневмовакуумной сепарации, содержащую загрузочный бункер, питатель, сетчатый конвейер, установленное над конвейером всасывающее устройство, включающее сопло и соединенные с соплом осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор для создания разрежения воздуха на входе всасывающего сопла, и нагнетатель. Нагнетатель установлен под лентой сетчатого конвейера и его сопло расположено на одной линии с соплом всасывающего устройства. Нагнетатель подает поток воздуха вверх через ленту сетчатого конвейера. (патент на изобретение РФ №2456099, МПК B07B 4/08, B03B 4/04, опубликован 20.07.2012)
Общими признаками приведенного аналога и заявляемого решения являются:
- загрузочный бункер,
- питатель,
- сетчатый конвейер,
- всасывающее устройство, включающее сопло, соединенные с соплом осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор,
- нагнетатель.
Отличительными признаками заявляемого решения от приведенного аналога являются:
- сопло нагнетателя установлено сверху конвейера с возможностью направления воздушного потока в направлении противоположном направлению движения конвейера,
- осадительный бункер снабжен вращающимся затвором,
- пылеуловитель снабжен вращающимся затвором,
- сетчатый конвейер выполнен с возможностью регулировки скорости движения,
- ленточный конвейер для сбора мелкой фракции угля под сетчатым конвейером.
В известных решениях пневматическая сепарация обеспечивается путем нагнетания воздушного потока снизу вверх через сетчатую поверхность конвейера для приподнимания сепарируемого материала над лентой конвейера и создания эффекта псевдоожижения. Такой способ имеет низкую эффективность, так как воздушным потоком от нагнетателя снизу поднимается лишь часть материала, попадающая в зону, равную площади сопла нагнетателя, при этом данный материал лишь легче и быстрее всасывается всасывающим соплом, а сепарация предполагает разделение на фракции и всасываться должны лишь частицы материала с заданной плотностью и весом. Такие установки могут, наоборот, приводить к снижению эффективности сепарации, вызывая одновременное всасывание материалов с разной плотностью за счет сопла нагнетателя, расположенного под сетчатым конвейером.
Задача заявляемого решения состоит в создании устройства пневматической сепарации, способа и установки сухого обогащения угля, обеспечивающих высокую эффективность и качество сепарации.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности работы устройства пневматической сепарации, установки и способа сухого обогащения угля.
Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство пневматической сепарации содержит сетчатый конвейер, расположенное над конвейером как минимум одно всасывающее устройство, включающее соединенные между собой сопло, осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор, и как минимум один нагнетатель, сопло которого установлено за всасывающим устройством над сетчатым конвейером и выполнено с возможностью направления воздушного потока в направлении противоположном направлению движения сетчатого конвейера. Сопло всасывающего устройства выполнено с возможностью регулировки по высоте над поверхностью конвейера. Тягодутьевой вентилятор выполнен с возможностью регулировки скорости вращения. Нагнетатель выполнен в виде вентилятора с возможностью регулировки скорости вращения. Осадительный бункер и пылеуловитель снабжены вращающимися затворами. Сетчатый конвейер выполнен с возможностью регулировки скорости движения. Установка для сухого обогащения угля содержит загрузочный бункер, расположенный под ним первый питатель, транспортерную ленту, расположенную одном своим концом под первым питателем и вторым своим концом над виброситом, конвейер, расположенный одним своим концом под виброситом, а вторым своим концом над вторым питателем, расположенным  с возможностью подачи угля на сетчатый конвейер, над которым расположено как минимум одно всасывающее устройство, включающее соединенные между собой сопло, осадительный бункер, пылеуловитель, и тягодутьевой вентилятор, и как минимум один нагнетатель, сопло которого установлено за всасывающим устройством над сетчатым конвейером и выполнено с возможностью направления воздушного потока в направлении противоположном направлению движения сетчатого конвейера, ленточный конвейер, одним своим концом установленный на выходе осадительного бункера. Питатели выполнены в виде вибростолов. Установка для сухого обогащения дополнительно содержит ленточный конвейер, расположенный под сетчатым конвейером. Установка для сухого обогащения дополнительно содержит ленточный конвейер, расположенный под пылеуловителем. Способ сухого обогащения угля, включает использование первого загрузочного бункера, расположенного под ним первого питателя, с выхода которого подают уголь на первое вибросито, первого конвейера подачи угля, установленного ниже уровня первого вибросита, с помощью которого подают уголь на второй питатель, установленный на входе первого устройства пневматической сепарации, использование второго вибросита, на которое подают уголь, оставшийся на первом вибросите, второго загрузочного бункера, расположенного под ним третьего питателя, с выхода которого подают уголь на второе вибросито, второго конвейера подачи угля, установленного ниже уровня второго вибросита, с помощью которого подают уголь на четвертый питатель, установленный на входе второго устройства пневматической сепарации, и использование третьего вибросита, на которое подают уголь, оставшийся на втором вибросите, третьего конвейера подачи угля, установленного ниже уровня третьего вибросита, с помощью которого подают уголь на пятый питатель, установленный на входе третьего устройства пневматической сепарации.
В целях понимания заявляемого технического решения в рамках данного описания принята следующая терминология.
Устройство пневматической сепарации – устройство для разделения (сепарации) материалов с помощью газовых или воздушных потоков по принципу аспирации.
Всасывающее устройство – узел устройства пневматической сепарации, включающий в себя соединенные между собой сопло, осадительный бункер, пылеуловитель и тягодутьевой вентилятор. Тягодутьевой вентилятор объединен единым воздушным каналом с соплом всасывающего устройства, осадительным бункером и пылеуловителем и служит для создания разрежения воздуха на входе всасывающего устройства.
Сопло всасывающего устройства – конструктивный элемент всасывающего устройства, установленный на его входе. Может иметь разную форму и площадь.
Осадительный бункер - узел всасывающего устройства, включает корпус, выполненный в виде диффузора, где происходит резкое уменьшение скорости потока и давления, и установлена отбойная пластина, способствующая завихрению потока, расположенный между всасывающим соплом и пылеуловителем, объединенный с ними единым воздушным каналом, по котором проходит всасываемый материал.
Пылеуловитель - узел всасывающего устройства, выполненный по принципу циклона, включает цилиндрический корпус, в котором под воздействием центробежной силы происходит выпадение пыли и мелких частиц сепарируемого материала из воздушного потока, прошедшего осадительный бункер.
Тягодутьевой вентилятор – вентилятор, установленный на выходе пылеуловителя, предназначенный для создания воздушного потока от входа всасывающего устройства до выхода пылеуловителя.
Нагнетатель – устройство для создания (нагнетания) восходящего воздушного потока, включающее вентилятор и сопло нагнетателя.
Сопло нагнетателя – конструктивный элемент нагнетателя, установленный на выходе нагнетателя и выполненный с возможностью регулирования направления и площади нагнетаемого воздушного потока. Может быть разной формы и имеет возможность регулировки угла установки.
Вибросито – грохот, вибрационное решето, используемое для разделения кускового или сыпучего материала на частицы разных размеров (фракции) с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями.
Питатель – узел установки для сухого обогащения угля, предназначенный для равномерной подачи угля на ленту конвейера. Может быть выполнен, в частности, в виде вибрационной ленты, вибрационного стола или плоской площадки без виброфункции.
Сетчатый конвейер – узел устройства пневматической сепарации, включающий непрерывно движущуюся бесконечную сетчатую ленту, натяжной и приводной барабаны и опорные ролики, служащий для транспортировки сепарируемого материала.
Выполнение устройства пневматической сепарации с нагнетателем, сопло которого установлено сверху конвейера с возможностью направления воздушного потока в направлении противоположном направлению движения конвейера, позволяет повысить эффективность работы устройства и улучшить сепарацию, так как материал с меньшей плотностью (к которому относится уголь) под действием встречного воздушного потока притормаживает и даже подкручивается. Более плотный материал при этом остается на ленте. Так как сопло нагнетателя расположено за соплом всасывающего устройства (с точки зрения движения сепарируемого материала по сетчатому конвейеру), то замедление движения материала с меньшей плотностью происходит именно в зоне всасывания (под всасывающим соплом), что позволяет более эффективно сработать всасывающему устройству, захватив именно нужный материал с заданной плотностью и весом, на которые настроено всасывающее устройство посредствам регулировки тягодутьевого вентилятора.
Всасывающее устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки сопла всасывающего устройства над поверхностью конвейера и площади всасывания. Такое выполнение позволяет настраивать устройство на сепарацию материалов с разной плотностью и, таким образом, повышать эффективность работы устройства, так как нет необходимости менять высоту самого всасывающего устройства, которое представляет собой тяжелое устройство, закрепляемое стационарно на раме, а быстро и легко менять высоту и форму именно сопла.
Вентилятор нагнетателя и тягодутьевой вентилятор для создания разрежения воздуха на входе всасывающего сопла, выполнены с возможностью регулировки скорости вращения, что позволяет быстро, без перенастройки всего устройства, регулировать мощность нагнетаемого воздушного потока и создаваемое разряжение на входе всасывающего сопла соответственно.
Осадительный бункер и пылеуловитель снабжены вращающимися затворами, что обеспечивает равномерную выгрузку сепарируемого материала, без остановки работы устройства.
Возможность регулировки скорости движения сетчатого конвейера позволяет также настраивать устройство на сепарацию материалов с разной плотностью без дополнительной настройки остальных узлов устройства, обеспечивая, тем самым, высокую эффективность работы устройства.
Загрузочный бункер установки для сухого обогащения угля на своем выходном отверстии снабжен устройством, позволяющим производить порционную выдачу сыпучего материала на первый питатель, с которого материал поступает на транспортерную ленту для подачи на вибросито и далее по конвейеру на второй питатель, откуда уголь дальше поступает на сетчатый конвейер устройства пневматической сепарации. Такая подача угля обеспечивает равномерное распределение угля на ленте сетчатого конвейера и высокую эффективность работы устройства и всей установки в целом.
Установка для сухого обогащения угля снабжена ленточными конвейерами, установленными на выходах осадительного бункера, пылеуловителя и под сетчатым конвейером, что обеспечивает непрерывную выгрузку обогащенного угля и мелкой фракции без остановки работы установки.
Для повышения эффективности работы установки для сухого обогащения угля в заявляемом способе сухого обогащения угля используют первый загрузочный бункер, расположенный под ним первый питатель, с выхода которого подают уголь на первое вибросито, первый конвейер подачи угля, установленный ниже уровня первого вибросита, с помощью которого подают уголь на второй питатель, установленный на входе первого устройства пневматической сепарации, второе вибросито, на которое подают уголь, оставшийся на первом вибросите, второй загрузочный бункер, расположенный под ним третий питатель, с выхода которого подают уголь на второе вибросито, второй конвейер подачи угля, установленный ниже уровня второго вибросита, с помощью которого подают уголь на четвертый питатель, установленный на входе второго устройства пневматической сепарации, и третье вибросито, на которое подают уголь, оставшийся на втором вибросите, третий конвейер подачи угля, установленный ниже уровня третьего вибросита, с помощью которого подают уголь на пятый питатель, установленный на входе третьего устройства пневматической сепарации.
Реализация способа таким образом, как описано выше, обеспечивает повышение эффективности сепарации за счет того, что на виброситах сепарируемый материал разделяется на три фракции, на каждое из трех устройств пневматической сепарации поступает фракция соответствующего размера, что позволяет произвести более точную настройку каждого из устройств на соответствующие размер и плотность материала и, таким образом, повысить эффективность работы устройства и процесса сепарации в целом.
На фиг. 1 изображено устройство пневматической сепарации, на фиг. 2 изображена установка для сухого обогащения угля, на фиг. 3 изображена схема осуществления способа сухого обогащения угля.
Устройство пневматической сепарации, представленное на фиг.1, содержит сетчатый конвейер (1), всасывающее устройство (2), сопло (3) всасывающего устройства, осадительный бункер (4), пылеуловитель (5), тягодутьевой вентилятор (6), нагнетатель (7), сопло (8) нагнетателя. Осадительный бункер (4) снабжен вращающимся затвором (9). Пылеуловитель (5) снабжен вращающимся затвором (10).
Установка для сухого обогащения угля, представленная на фиг.2, содержит устройство пневматической сепарации (11), загрузочный бункер (12), первый питатель (13), транспортерную ленту (14), вибро-сито (15), конвейер подачи угля (16), второй питатель (17), ленточный конвейер (18) для выгрузки угля, ленточный конвейер (19) для выгрузки пыли и мелкой фракции угля, ленточный конвейер (20) для сбора мелкой фракции угля под сетчатым конвейером.
На схеме осуществления способа сухого обогащения угля, представленной на фиг.3, указаны первый (21), второй (22) загрузочный бункер, первое (23), второе (24), третье (25) вибро-сито, первый (26), второй (27), третий (28) конвейер подачи угля, второй (29), четвертый (30), пятый (31) питатель, первое (32), второе (33), третье (34) устройство пневматической сепарации.
Далее со ссылками на фигуры 1-3 будет описан процесс использования заявляемых устройства пневматической сепарации и установки для сухого обогащения угля, а также осуществление способа сухого обогащения угля.
Материал, подлежащий сепарации, например, уголь, отсортированный по фракциям, поступает на движущийся сетчатый конвейер (1) устройства пневматической сепарации. При приближении к соплу (3) всасывающего устройства (2) материал попадает в воздушный поток, создаваемый нагнетателем (7) и направляемый соплом (8) нагнетателя, который установлен за соплом всасывающего устройства (с точки зрения движения сепарируемого материала по сетчатому конвейеру), в результате чего материал с меньшей плотностью притормаживает, закручивается и приподнимается над лентой конвейера и всасывается через сопло (3) всасывающего устройства, а более тяжелый материал остается на ленте сетчатого конвейера (1).
После прохождения сопла всасывающего устройства (3) отсепарированный материал попадает в осадительный бункер (4), выполненный в виде диффузора, где происходит резкое уменьшение скорости потока и давления и установлена отбойная пластина (на фигурах не показана), способствующая завихрению потока и активному выпадению материала в осадительный бункер (4). Далее из осадительного бункера (4) посредством вращающегося затвора (9), выполненного по принципу шлюзового барабана, отсепарированный материал выгружается из осадительного бункера (4) на ленточный конвейер (19). Пыль и неосажденные более мелкие частицы попадают в пылеуловитель (5), работающий по принципу вихревого сепаратора (циклон), оседают на его стенках и выпадают в нижнюю конусную часть пылеуловителя (5), откуда выгружаются посредством вращающегося затвора (10) на ленточный конвейер (20).
В зависимости от плотности сепарируемого материала производят настройку устройства путем регулировки скорости движения сетчатого конвейера (1), скорости вращения вентилятора нагнетателя (7), тягодутьевого вентилятора (6), высоты установки и площади всасывающего сопла (3) и направления воздушного потока, подаваемого из сопла (8) нагнетателя (7).
При использовании установки для сухого обогащения угля угольную массу загружают в загрузочный бункер (12), из которого материал поступает на расположенный под ним  первый питатель (13), далее материал поступает на транспортерную ленту (14), одним своим концом установленную на выходе первого питателя (13) и подающую, другим своим концом, уголь на вибросито (15). Более мелкая фракция угля проходит через ячейки сита и попадает на конвейер (16) подачи угля, одним своим концом установленный на выходе вибросита (15). Другим концом конвейер подачи угля (16) установлен над вторым питателем (17), выполненным, например, в виде вибростола. Двигаясь по второму питателю (17) угольная масса равномерно распределяется и подается на сетчатый конвейер (1) устройства пневматической сепарации (11).
Установка для сухого обогащения угля, как правило, содержит более одного всасывающего устройства (1) и нагнетателя. Оптимально использовать три всасывающих устройства, установленные последовательно вдоль единого сетчатого конвейера (1) и, соответственно, три нагнетателя, установленные за каждым из трех всасывающих устройств. Каждое из этих устройств настраивают на заданную плотность сепарируемого материала путем регулировки скорости вращения вентилятора нагнетателя (7), тягодутьевого вентилятора (6), высоты сопла (3) всасывающего устройства и площади всасывающего сопла (3) и направления воздушного потока, подаваемого из сопла (8) нагнетателя (7).
Для повышения эффективности работы оборудования предприятия для сухого обогащения угля в заявляемом способе сухого обогащения угля угольную массу загружают в первый (21) загрузочный бункер, из которого материал порционно поступает на расположенный под ним первый питатель (13), далее уголь поступает на первое вибросито (23), наиболее мелкая фракция угля, прошедшая через ячейки первого вибросита (23), размер ячеек которого выбран для отсеивания первой фракции, поступает на первый конвейер подачи угля (26), установленный ниже уровня первого вибросита (23), с помощью которого подают уголь на второй питатель (29), установленный на входе первого устройства (32) пневматической сепарации, настроенного на сепарацию первой фракции. Более крупная фракция угля, оставшаяся на первом вибросите (23), подается на второе вибросито (24), размер ячеек которого выбирают для отсеивания второй фракции,  куда также поступает угольная масса из второго загрузочного бункера (22) равномерно распределенная на расположенном под ним третьим питателем, далее уголь, прошедший через ячейки второго вибросита (24), поступает на второй конвейер подачи угля (27), установленный ниже уровня второго вибросита (24), с помощью которого подают уголь на четвертый питатель (30), установленный на входе второго устройства (33) пневматической сепарации, настроенного на сепарацию второй фракции. Крупная фракция угля, оставшаяся на втором вибросите (24), подается на третье вибросито (25), размер ячеек которого выбирают для отсеивания третьей фракции. Уголь, прошедший через ячейки третьего вибросита (25), поступает на третий конвейер подачи угля (28), установленный ниже уровня третьего вибросита (25), с помощью которого подают уголь на пятый питатель (31), установленный на входе третьего устройства (34) пневматической сепарации, настроенного на сепарацию третьей фракции. Крупную фракцию, оставшуюся на третьем вибросите (25), удаляют для дальнейшей транспортировки. Такой способ сухого обогащения угля обеспечивает повышение эффективности сепарации материала за счёт более точной настройки каждого из устройств пневматической сепарации на соответствующие размер и плотность материала и выполнения последовательности операций согласно заявляемого способа.