РЕФЕРАТ. В статье описаны результаты применения технологии электронейтрализации при помоле сырьевой муки в производстве портландцемента. Электронейтрализация помогает устранить адгезию материала к мелющим телам, что приводит к повышению производительности помольного агрегата и снижению удельного расхода электроэнергии при работе шаровых и вертикальных валковых мельниц, роллер-прессов и V-сепараторов.
Ключевые слова: сырьевая мука, сухой помол, адгезия, электронейтрализация, удельный расход электроэнергии.
Keywords: raw meal, dry grinding, adhesion, electrostatic charge neutralization, specific energy consumption.
Введение
При строительстве новых цементных заводов сухого способа производства в части, относящейся к помолу сырьевой муки, произошел переход от использования традиционных шаровых мельниц к более эффективным вертикальным валковым мельницам и (в последнее время) к системам помола типа COMFLEX® (KHD Humboldt Wedag) на базе роллер-прессов и современных сепараторов. На действующих заводах сухого способа с течением времени прогресс в совершенствовании технологии обжига нередко приводил к необходимости увеличения объемов выпуска сырьевой муки, поскольку стадия помола сырья становилась узким местом производства. В этом случае необходимо повысить производительность существующего помольного оборудования. Кроме того, при помоле, в том числе сырьевой муки, одной из актуальных задач является снижение удельного расхода электроэнергии.
Для шаровой мельницы сложность помола сырьевой муки заключается помимо всего прочего в налипании мельчайших частиц сырья на поверхность мелющих тел, бронеплит и межкамерной перегородки. Налипший материал демпфирует механические воздействия и таким образом снижает производительность мелющего оборудования.
Причиной налипания является высокая поверхностная энергия металла, вследствие чего адгезия измельченных частиц на мелющих металлических телах достаточно высока. При разработке теории адгезии твердых тел академик Б.В. Дерягин [1] уделял особое значение электростатической составляющей силы адгезии, которая обусловлена возникновением двойного электрического слоя на межфазных границах. При этом было показано, что адгезия определяется в основном электростатическими силами, которые больше сил межмолекулярного сцепления в материале.
В ходе помола помимо полезной свободной энергии вновь создаваемых поверхностей измельченного материала, кинетической энергии его частиц и тепловой энергии образуется и электрическая энергия. Она противодействует измельчению, являясь основной причиной адгезии. Поэтому для повышения эффективности измельчения необходимо снизить затраты энергии на электризацию измельчаемого материала, что должно сказаться и на уменьшении адгезии порошка к поверхности мелющих тел, улучшении размалываемости материала и, в конечном счете, на снижении удельного расхода энергии при помоле. Эти результаты достижимы с применением аппаратного электронного средства по снижению негативных проявлений электризации материала во время измельчения – электронейтрализатора «ЭКОФОР» [2], который может применяться и для уже находящихся в эксплуатации помольных систем, и для вновь вводимого оборудования.
Применение в схемах помола на основе шаровых мельниц
Для помола сырьевой муки используются, в частности, шаровые мельницы с двухсторонней подачей материала и центральной выгрузкой. Производительность таких мельниц обычно не превышает 350 т/ч. Дозированные компоненты сырьевой смеси поступают в камеру сушки мельницы вместе с горячими газами, отходящими от печи. Мельницы работают в замкнутом цикле с сепараторами динамического или аэродинамического типа. Большая часть крупки после сепаратора и делителя поступает в камеру тонкого помола, а меньшая – в камеру сушки для смешения со свежим материалом.
В случае двухдвигательного привода мельницы электронейтрализатор подключается к подшипнику валопровода одной из ведущих шестерен мельницы со стороны камеры тонкого помола. Второе такое же устройство подключается к металлическому кольцу исполнительного механизма поворотных лопаток в случае использования аэродинамического сепаратора или к редуктору вала распределительной тарелки (корзины) ротора динамического сепаратора.
При включении устройств рабочие металлические поверхности постепенно очищаются от налипшей на них оболочки вследствие нейтрализации электростатической составляющей силы адгезии, в результате пропускная способность мельницы и сепаратора увеличивается. Очищается даже наружная поверхность камеры тонкого помола.
После получения данных о снижении остатка на сите необходимо ступенчатым образом увеличивать подачу материала в мельницу и одновременно открывать выход готового материала из сепаратора путем изменения угла поворота направляющего аппарата или уменьшения скорости вращения ротора сепаратора. Циркулирующая нагрузка и уровень материала в мельнице также увеличиваются на 10-30 %, но это не вызывает опасности ее перегрузки. Возврат из сепаратора на вход мельницы несколько увеличивается и стабилизируется. В табл. 1 приведены сравнительные данные по результатам испытания шаровых мельниц сухого помола при подключении двух электронейтрализаторов. Согласно полученным данным, экономия электроэнергии составила от 170 до 340 кВт*ч за каждый час работы мельницы, а производительность мельниц выросла на 5-20 %.
Иногда необходимость увеличения выработки сырьевой муки возникает и при вводе в эксплуатацию нового производства. Так было в 2000 году при сдаче «под ключ» компанией KHD Humboldt Wedag AG завода Yanbu Cement в Саудовской Аравии. Установленные на заводе две сырьевые шаровые мельницы не смогли показать требуемую по контракту производительность 300 т/ч. Установка на каждой мельнице двух электронейтрализаторов позволила довести их производительность до требуемого уровня.
Вертикальные валково-тарельчатые мельницы
С увеличением доли сухого способа производства цемента в мире вертикальные валковые мельницы стали основным оборудованием для помола сырьевой муки, подающейся в системы обжига клинкера производительностью 3000 т/сут и более. Первое испытание электронейтрализатора на такой мельнице проводилось нами в 2000 году на заводе концерна Hanil Cement в Tanyang, Южная Корея. Вертикальная валковая мельница паспортной производительностью 350 т/ч была снабжена экспертной системой управления, работающей без вмешательства оператора.
Кабель от устройства электронейтрализации был подключен к верхней части корпуса главного редуктора мельницы, под помольным вращающимся столом, с противоположной приводу стороны (рис. 1). Мельница автоматически управлялась по сигналу с датчика дифференциального давления в ней, характеризующего загруженность потока газа размолотым материалом. Уменьшение дифференциального давления свидетельствовало об освобождении мельницы от материала, и подача его в мельницу автоматически увеличивалась.
На рис. 2. приведен график переходного процесса увеличения производительности мельницы, изменения дифференциального давления и нагрузки двигателя привода помольного стола на Hanil Cement. Автоматическая отработка возмущающего воздействия, вызванного включением нейтрализатора, закончилась через 1 ч после его включения, при этом производительность мельницы оказалась на более высоком уровне. Данные, полученные в ходе этого испытания, приведены в табл. 2.
В данном случае с применением одного лишь электронейтрализатора удалось повысить производительность мельницы на 15 т/ч, при этом экономия электроэнергии составила 210 кВт*ч за каждый час работы мельницы.
Роллер-прессы
Силовым измельчающим оборудованием в составе новых систем помола типа COMFLEX® является роллер-пресс, предварительная сепарация производится V-сепаратором, а окончательная – динамическим сепаратором. Современные динамические сепараторы третьего и уже появившиеся четвертого поколения обеспечивают очень высокую степень разделения и не требуют дополнительной электростатической очистки крупки от тонких фракций порошка, но роллер-пресс и V-сепаратор значительно улучшают показатели своей работы под воздействием электронейтрализатора.
При подключении нейтрализатора к роллер-прессу резко уменьшается сопротивление материала измельчению, что связано с электростатической разрядкой материала в зазоре между валками, при этом также снижается потребляемая мощность роллер-пресса (рис. 3, отметка времени 11:00).
Впоследствии давление между валками и потребляемая мощность автоматически восстанавливаются, а производительности роллер-пресса увеличивается на 6-10 %.
Подключение электронейтрализатора к роллер-прессу производится параллельно к обеим головкам подачи охлаждающей воды в валки, как показано на рис. 4, а, на примере одной из головок.
Электронейтрализатор подключается к V-сепаратору (рис. 4, б), повышается эффективность разделения мелкой и крупной фракций. Возврат мелкой фракции на повторное измельчение уменьшается на 20 % с соответствующим увеличением выхода полупродукта на динамический сепаратор.
На рис. 5 приведено изменение гранулометрического состава возвратной (после V-сепаратора) фракции с использованием электронейтрализатора, подключенного к патрубку подачи материала. Возвратная фракция при этом становится грубее, но зато увеличивается содержание фракции 3-100 мкм, которая поступает на окончательное разделение в динамический сепаратор. Выход сырьевой муки также увеличивается.
Заключение
На основании приведенных в данной статье примеров можно утверждать, что использование технологии электронейтрализации при помоле сырьевой муки открывает дополнительные возможности для повышения производительности в случае использования и традиционных, и современных схем ее производства, а также для снижения расхода электроэнергии.
ЛИТЕРАТУРА
- Дерягин Б.В.. Кротова A., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973.
- Глухарев Н.Ф. Сухое измельчение в условиях электронейтрализации. СПб: Изд-во Политехн ун-та, 2014.