Помол цемента в условиях электронейтрализации
Канд.техн.наук Н.Ф.Глухарев, генеральный директор ЗАО «ЭКОФОР»
Начать доклад об интенсификации сухого помола в производстве цемента за счет электронейтрализации я хочу с технологии, которая на самом деле является её предвестником.
В 1928 году на 6-ом международном съезде физиков Петр Александрович Ребиндер сделал доклад о явлении адсорбционного понижения прочности твердых тел при измельчении. Он обнаружил, что при адсорбции поверхностно-активного вещества (ПАВ) упругая энергия, накопленная в твердом материале за счет предшествующей деформации приводит к более интенсивному образованию новых поверхностей.
Разупрочняющий механизм действия ПАВ первоначально объясняли проникновением их в трещины и расклинивающим действием. Но это справедливо только для трещин большого размера и медленной скорости нагружения твердого тела. Часть поперечного сечения трещин и микропор в материале меньше поперечного сечения молекул ПАВ, они не могут в этом случае проникать внутрь измельчаемого материала. Надо сказать, что академик Ребиндер механизм расклинивания при помоле цемента не обосновывал. Он предложил правило выравнивания полярностей, по которому процесс адсорбции ПАВ идет в сторону выравнивания полярностей фаз и тем сильнее, чем больше их первоначальная разность. То есть при адсорбции получаем электрофизическую картину, представленную на рисунке 2, где гидратированные молекулы ПАВ своими анионами ориентированы перпендикулярно измельчаемой поверхности.
Ко времени открытия эффекта Ребиндера теория дислокаций кристаллической структуры ещё не сформировалась. Впоследствии на эти неустойчивые, с избыточной энергией дефекты кристаллической структуры было обращено серьезное внимание. Дислокации при нагружении твердого тела стремятся выйти на его поверхность, на них происходит активная адсорбция ПАВ и увеличивается количество трещин, приводящих к разрушению материала. Чем больше дефектов кристаллической структуры, тем сильнее действие ПАВ. А там, где дефектов нет, там ПАВ и не работает. Адсорбционный слой ПАВ препятствует выходу дислокаций на поверхность и исключает затраты энергии на пластическую деформацию. При торможении дислокации скапливаются, пластическая деформация прекращается. Это приводит к концентрации напряжений и образованию зародышевых трещин путем растяжения или сдвига. Развитие и объединение этих трещин проявляется в образовании магистральной трещины разрушения твердого тела на несколько частей.
Таким образом механизм действия в данном случае анионоактивных ПАВ является антистатическим по отношению к разорванным двойным электрическим слоям на границах фаз измельченного материала, о чем мы заявили на европейской цементной конференции 1999 года в Берлине. В 2005 году Portlant Cement Association USA организовала проверочные измерения электрического потенциала свежего цемента. Электрический потенциал цемента, замеренный специальным щупом сразу же после мельницы, без использования ПАВ, оказался положительным, величиной около +5 кV, а при их использовании – отрицательным -0,4 кV. Таким образом были подтверждены антистатические свойства ПАВ. Такое же подтверждение получено и на ОАО «Сухоложцемент». То есть ПАВ производят электронейтрализацию заряда поверхности измельчаемого материала с целью повышения производительности мельницы при сохранении требований качества помола.
Теоретическое обоснование электризация получила в физике диэлектрических материалов. Исходя из интересов электротехники, физика диэлектриков в основном рассматривала вопросы их поляризации во внешнем электрическом поле. При этом неоднородные диэлектрические материалы имеют очень сложную картину поляризации. Ещё сложнее выглядит процесс электризации в диспергирующих средах. Диэлектрические свойства неоднородного твердого тела меняются при сдвиговых деформациях, становятся зависимыми от их направления диэлектрические свойства материала. Теоретически вопрос электризации неоднородного твердого тела при его деформации не описан до настоящего времени.
По этим причинам вопросы электризации при измельчении, например, в производстве цемента, ранее не рассматривались. Механизм электризации после мельницы проявляется слабо, был малопонятен, даже несмотря на работы Института физической химии АН СССР. С точки зрения фундаментальной науки наличие электрических поверхностных явлений в дисперсных системах было подтверждено и экспериментально обоснована картина происходящего на базе физико-химической механики, теории двойного электрического слоя и теории дислокаций. Известен был также эффект Степанова, который обнаружил электрический потенциал на поверхности деформированных кристаллов при отсутствии внешнего электрического поля и объяснил это заряженностью движущихся дислокаций. Но, когда в 1996 году группой изобретателей из ЗАО «ЭКОФОР» был предложен электрофизический аппаратный способ интенсификации процесса помола цемента, это вызвало у некоторых специалистов сомнение.
Но, если ПАВ являются антистатиками, то почему нельзя похожий результат получить за счет аппаратной электронейтрализации? Ведь фазовые контакты неизбежно развиваются в клинкере при спекании с образованием кристаллических, смешанных соединений. В результате образуется твердая, коллоидная, частично пористая диэлектрическая структура, а клинкер представляет собой твердый коллоидный раствор. Такая неоднородная дисперсная система, с наличием большого количества двойных электрических слоев на границах раздела твердых фаз, подлежит значительной структурной электризации при внешнем механическом воздействии.
Измеренный электрический потенциал свежего цемента косвенно характеризует происходящие в мельнице электрофизические процессы. В ней при помоле материала только малая часть потребляемой мощности двигателя используется эффективно для образования новых поверхностей. К экономически неэффективным затратам, снижающим коэффициент полезного действия мельницы, могут быть отнесены и потери на электризацию измельчаемого материала. Есть все основания полагать, что суммарный уровень электризации материала внутри мельницы, как и в зонах фрикционного контакта, находится на уровне 30-45 кВ. На рисунке 3. представлена диаграмма, предположительно характеризующая процессы электризации и нейтрализации материала по длине мельницы.
На выходе из мельницы оказалось возможным наблюдать только оставшуюся часть положительного электрического заряда, большая часть которого нейтрализуется внутри мельницы при стремлении свободной поверхностной энергии к минимуму. Возникновение заряда и его нейтрализация происходят одновременно, так как в свободном виде электрические заряды не могут оставаться надолго. Заряд накапливается и остается на поверхности, если время разрушения связей в материале меньше времени релаксации заряда. Чем интенсивней идет процесс разделения поверхностей, тем больший заряд на них остается. Электризация происходит в результате ударов, раздавливания и истирания материала. Нейтрализация частиц по экспоненциальному закону происходит из-за того, что часть зародившихся трещин в материале смыкаются после ударов под действием разноименных зарядов, которые таким образом нейтрализуются, а возможная размалываемость материала не достигается. Мелющие тела покрываются твердой оболочкой из измельчаемого электрозаряженного материала. В результате этого удары демпфируются, а их эффективность снижается. Налипший на мелющие тела материал служит сопротивлением в цепи заземления, нарушая электрическую связь с ней материала. Частично агрегируют противоположно заряженные мельчайшие частицы. Образовавшиеся агрегаты мешают выходу материала из мельницы, а вышедшие частично возвращаются в мельницу, если используется сепаратор.
Эти явления полезно предотвратить или уменьшить, так как они снижают эффективность помола. Другая часть электрического заряда, в зависимости от влажности воздуха, взаимно нейтрализуется коронными разрядами и наконец, релаксация – стекание ещё одной части заряда производится с помощью системы заземления. Эти составляющие нейтрализации не вредят помолу, их действие следует усилить. Исследование показало, что именно положительный заряд является для мельницы избыточным, если в мельнице не используются какие-либо дополнительные средства для нейтрализации образовавшегося заряда.
Таким образом при измельчении твердых тел электризация играет негативную роль, противодействует достижению возможной размалываемости материала, способствует агрегации сверхтонких размолотых частиц и налипанию их на мелющие тела. Поэтому было предложено рассматривать эти электрофизические проявления как результат действия электростатической составляющей силы сопротивления материала его измельчению и интенсифицировать помол за счет её нейтрализации.
С целью подавления этой электростатической составляющей нами было разработано и запатентовано аппаратное средство – активный электронейтрализатор, в дальнейшем устройство «ЭКОФОР», что в переводе с греческого означает «приносящее экономию». Начиная с 1995 года проведено около 190 испытаний в 43 странах мира, поставлено заказчикам более 225 устройств.
Нам также удалось объяснить с электрофизических позиций причину положительной заряженности свежего цемента и налипания мельчайших его частиц на мелющие тела – рисунок 4.
На поверхности мелющих тел, подвергающихся деформации в цементной мельнице, образуется слой толщиной 5 – 30 мкм с повышенной плотностью дислокаций, так называемый «дебри-слой», изученный в Институте машиноведения РАН. Естественная положительная заряженность металлической поверхности, связанная с переходом части электронов металла в газовую фазу на границе металла с воздухом, в значительной степени увеличивается при деформации за счет движения дислокаций к поверхности нагруженного металла. Дислокации поверхности металла, несут на себе положительные заряды, соответствующие атомной структуре кристаллов металла. Во время деформации дислокации мелющих тел являются носителями дислокационных токов. Их электрическая заряженность реально подтверждена. В результате этого на поверхности деформируемого металла возникает электродвижущая сила, вызванная этими положительными зарядами и являющаяся барьером для стекания на землю положительных зарядов с измельченного материала. Начиная с подвергающегося измельчению заряженного материала, контактирующая с ним рабочая поверхность мелющих тел находится в составе распределенной электрической цепи релаксации зарядов, проходящей далее через бронеплиты, корпус мельницы и валы с подшипниками, корпуса которых подключены к системе заземления. Вал шаровой мельницы, учитывая массу её вращающейся части и незначительную скорость вращения, всегда имеет перемещающуюся со временем дорожку контакта с какой-либо выступающей вершиной неровности баббита подшипника. Поскольку рабочая поверхность мелющих тел заряжена положительно, то её заряд противостоит положительным зарядам частиц материала и уменьшает эффективность стекания этих зарядов на землю со всеми указанными выше негативными последствиями для производительности мельницы.
На левой части рисунка 4 в разрезе показан положительно заряженный приповерхностный слой мелющего тела с хаотической решеткой «дебри-слоя». При производстве бездобавочного цемента происходит налипание на мелющую поверхность отрицательно заряженных частиц материала, а положительно заряженные появляются на выходе из мельницы.
Устройство ЭКОФОР предназначено для дополнительной нейтрализации зарядов при помоле цемента. При этом оно активно использует поверхность мелющих тел, которая доступна к различного рода воздействиям.
Устройство постепенно по распределенной электрической цепи производит преобразование приповерхностного «дебри-слоя», как это показано на правой части рисунка 4. Скопления положительно заряженных дислокаций уничтожаются. Улучшается даже внешний вид поверхности мелющих тел. Она становится гладкой, блестящей, выглядит полированной. Со временем положительный заряд на поверхности мелющих тел уменьшается и возможности для стекания положительных зарядов с измельчаемого материала через мелющие тела на землю улучшаются. Негативные проявления электризации вследствие этого уменьшаются. С исключением избыточной положительной заряженности металлической поверхности она медленно очищается от налипшей оболочки и упрочняется. Эффективность механических воздействий в мельнице и размалываемость материала улучшаются. На поверхности мелющих тел, являющимися в этом случае как бы электродами внешнего электрического потенциала устройства ЭКОФОР, происходит не только измельчение, но и разряжение частичек цемента, в том числе дислокаций в устьях трещин кристаллов измельчаемого материала. Начало агрегации мельчайших частиц сдвигается в область более высоких значений удельной поверхности готового продукта.
Сходством технологий с использованием ПАВ и устройства «ЭКОФОР» является их нейтрализующее действие. ПАВ действуют во всем объеме измельчаемого материала с постоянной времени не более часа, а устройство ЭКОФОР действует на материал посредством изменения поверхности мелющих тел, на первоначальное преобразование которых требуется большее время.
На фоне использования ПАВ применение устройства ЭКОФОР дополнительно увеличивает производительность мельницы на 8–12% или на 12–25%, если ПАВ не используются. Удельный расход электроэнергии на помол тонны цемента с применением этого устройства снижается на 3 – 7 кВт час. Одновременно происходит упрочнение поверхности мелющих тел, их износ уменьшается в 2-3 раза. С этим связано и необычное для ПАВ последействие устройства ЭКОФОР. Оно составляет от двух дней до трех недель и связано с продолжительным износом бездефектного, упорядоченного слоя поверхности мелющих тел в случае пробного выключения устройства.
Как же за счет незначительной мощности 90 ВА, потребляемой устройством ЭКОФОР, можно на 3-7 кВт час снизить потребление электроэнергии на тонну выпускаемого цемента? Это не нарушение энергетического баланса мельницы, на самом деле происходит некоторое изменение в распределении потока энергии. Устройство ЭКОФОР уменьшает потери упругой энергии деформации при преобразовании её в электрическую энергию, которая приводила ранее к заживлению части микротрещин, агрегации мелких частиц и их налипанию на мелющие тела. Энергия деформации, а не энергия, потребляемая устройством, в этом случае используется более эффективно для образования новых поверхностей.
Теперь про само устройство ЭКОФОР – рисунок 5 и как с ним работать.
Оно выпускается серийно уже второго поколения, в соответствии с техническими условиями, имеет сертификат соответствия требованиям безопасности, обновляемый каждые три года. Напряжение питающей сети устройства 230В, частота тока 50 – 60 Гц, потребляемый ток не более 0,5 А. Второе поколение устройства предусматривает универсальность использования его электропитания от сети как с заземленной, так и изолированной нейтралью.
Режим работы устройства длительный, масса не превышает 11,5 кг.
Исполнение устройства по степени защиты IP65. Однако рекомендуется использовать легкосъемный защитный чехол, чтобы не заносить пыль внутрь устройства при сервисном обслуживании. Устройство рассчитано на работу при температуре окружающего воздуха от +50°С до -40°С.
Оно конструктивно, выполнено в виде стального навесного шкафа. На двери шкафа установлены выключатель и световой индикатор питания, а также кнопочный выключатель и световой индикатор для контроля исправности линии, соединяющей устройство с объектом.
Главным элементом устройства – рисунок 6 является опломбированный электронный конвертер, который не подлежит расстыковке.
Конвертер обеспечивает более полное снятие электрических зарядов с обрабатываемого материала. Параметры работы конвертера устанавливаются при настройке устройства изготовителем. Схема подключения приведена на рисунке 7.
При подключении электрического питания к устройству необходимо обратить особое внимание на необходимость его фазировки в соответствии с схемой подключения. При нарушении фазировки плавкая вставка 100 мА перегорает, и светодиодный индикатор контроля цепи не включается. Необходимо в этом случае установить правильную фазировку и заменить плавкую вставку. Металлическая часть оборудования, которая находится в непосредственном контакте с измельчаемым материалом, подключается к клемме “Е” устройства. Корпус устройства должен быть надежно заземлен внутри шкафа отдельной линией.
Устройство следует устанавливать на расстоянии предпочтительно 5-7 метров, от оборудования. Установку производят вертикально с помощью комплектуемых проушин, которые крепятся извне в отверстиях на задней стенке шкафа. Устройство не требует отключения во время эксплуатационных остановок оборудования. Срок его службы составляет 10 лет. Оно используется для интенсификации конусных дробилок, шаровых мельниц открытого и замкнутого цикла помола, в том числе и с применением ПАВ, а также вертикальных валковых мельниц, систем предварительного измельчения (роллер-прессов), вибрационных и центробежно-ударных мельницах.
Сначала о работе устройства ЭКОФОР с самым распространенным оборудованием для помола цемента – шаровыми мельницами производительностью от 25 до 320 т/час. Мельницы открытой системы помола используют баббитовые подшипники. Точка подключения к выходному подшипнику мельницы показана на рисунке 8.
Измельчаемый материал связан с устройством по распределенной электрической цепи через мелющие шары, броневые плиты, корпус и вал мельницы, корпус выходного подшипника, который подключают на вход устройства.
Динамика улучшения зависит от наличия налипшей оболочки на поверхности мелющих тел до подключения устройства. Если она имеется, то после подключения устройства мельница должна поработать с устройством 8…12 часов без изменения подачи. Это дает возможность разрядить «дебри–слой» дислокаций на поверхности мелющих тел. С нормализацией структуры их приповерхностных слоев они начнут очищаться от налипшей оболочки и образовывать вероятностную металлическую токопроводящую связь между измельчаемым материалом и входом устройства ЭКОФОР. При этом остаток на контрольном сите в первые часы может увеличиться, что связано с очисткой от твердой оболочки выходной диафрагмы и части мелющих тел, находящихся рядом с ней. Через несколько часов рост остатка на контрольном сите прекращается. Полная очистка мелющих тел происходит не ранее трех – пяти дней работы, а иногда в связи с крайне тяжелыми условиями помола достижимой является лишь “рябая” их поверхность, однако, достаточная для отвода заряда.
При использовании ПАВ или выпуске цемента с добавкой шлака мелющие тела, как правило, не имеют оболочки даже у разгрузочной части. В этом случае уже в течение первого часа после включения устройства происходит разрушение агрегатов и залповый вынос составляющих их мелких частиц из мельницы. Это можно заметить по импульсному в течение нескольких минут увеличению нагрузки электродвигателя элеватора или временному уменьшению времени заполнения емкостей пневмокамерных насосов.
Размалываемость материала постепенно улучшается, поскольку большее количество трещин с нейтрализованной поверхностью открывается после ударов. Пропускная способность мельницы увеличивается, она продолжает освобождаться от материала. Наблюдается временное, пока мельница очень сильно не опустела, улучшение качества помола, которым необходимо воспользоваться для повышения производительности мельницы.
Скорость прохождения материала через мельницу, текучесть цемента и шум мельницы постепенно увеличиваются. Если своевременно не отреагировать на улучшение качества помола, то значительная часть материала может покинуть мельницу, а качество помола ухудшится.
Для мельницы характерна оптимальная зависимость качества помола, например, удельной поверхности от содержания в ней материала, представленная на рисунке 9.
Жирно выделена та часть этой характеристики, в пределах которой обычно работает оператор. За 100% принимается степень заполнения, при которой материал при остановке мельницы находится на уровне мелющих тел. Скорость измельчения материала в соответствии с уравнением кинетики измельчения прямо пропорциональна количеству материала, находящегося в мельнице. То есть чем его меньше, тем меньше и вероятность попадания частиц под удар при прохождении через мельницу. Этим определяется левая падающая ветвь зависимости, представленной на рисунке 9. Наличие же правой её падающей части обусловлено тем, что увеличение содержания материала в мельнице приводит к смягчению ударов мелющих тел, нарушению их траектории, а, следовательно, к снижению качества помола.
Оптимальный по качеству помола уровень измельчаемого материала в мельнице при включении устройства постепенно сдвигается в сторону его увеличения. Устройство представляет возможность увеличить содержание материала внутри на 10 – 30 %, без всякой опасности переполнить («заработать») мельницу. Это нужно также для лучшего истирания материала в последней камере мельницы. Необходимо за счет увеличенного питания перевести работу мельницы из точки «а» в точку «b». Если этого не сделать, то мельница останется работать на левой, необычной для оператора ветви новой, переместившейся оптимальной зависимости. Например, если оператор, привыкший снижать питание при ухудшении качества помола, будет в новых условиях поступать аналогично, то он усугубит ситуацию. Работа мельницы на уровне прежней производительности будет сопровождаться большим шумом, а новые возможности по повышению питания не будут использованы. Производительность же необходимо ступенчато увеличить суммарно на 12 – 25 %, причем в большей степени при выпуске высоких марок цемента.
Питание мельницы после получения данных об улучшенном показателе качества помола следует увеличивать из расчета, например, что каждые 100 см2/г удельной поверхности, превышающие норматив, требуют 4% дополнительного питания. Таким образом, увеличенное питание будет гарантировать нахождение новой рабочей точки на правой ветви переместившейся оптимальной характеристики. В дальнейшем увеличение питания может идти по 1 – 2 т/час после получения очередного превышающего норматив показателя качества помола. Не следует перегружать мельницу, а если это случилось, то необходимо резко уменьшить подачу материала на 5 – 15 минут, так как по пропускной способности мельница нечувствительна для небольшого снижения питания после её переполнения.
Разрежение на выходе мельницы, если температура цемента это позволяет, должно быть снижено на 20 – 40% для удержания в ней ставшего более текучим материала. Это помогает и в том случае, если материал «убегает» из первой камеры во вторую, то есть для баланса загрузки камер. Звук первой камеры должен при этом стать глуше, чем раньше, а второй более четким и звонким. При этом распределение частиц по размерам улучшается – рисунок 10, становится более узким, уменьшается доля крупных частиц.
Износ мелющих тел снижается под воздействием устройств ЭКОФОР в результате преобразования приповерхностной структуры мелющих тел. При этом количество дефектов этой поверхности уменьшается и происходит её упрочнение. По данным завода на Кипре Vassiliko Cement Works Ltd, использовавших пять устройств ЭКОФОР в течение двенадцати лет, износ мелющих тел даже марки Hardalloy бельгийской фирмы Magotteaux на трех помольных системах уменьшился в результате действия устройств ЭКОФОР с 25–40 г/т цемента до 9–13 г/т, то есть почти в три раза.
На рисунке 11 представлены результаты испытания устройства на мельнице ОАО «Жигулевские стройматериалы» при производстве цемента ПЦ500-Д0.
После включения устройства питание мельницы увеличено с 35 до 46 т/час. Снижение удельного расхода энергии составило 10 кВт час/т цемента. Три устройства ЭКОФОР эксплуатируются на этом заводе с 2006 года.
Как правило при использовании устройства ЭКОФОР производительность мельницы увеличивают на 15%, как это было в Египте на Tourah Cement Company – рисунок 12.
При использовании ПАВ повышение производительности мельницы с устройством ЭКОФОР составляет 8-12%, но иногда бывало и больше, например, в Казахстане на Бухтарминской цементной компании, где цемент ПЦ500 Д0 производился с использованием триэтаноламина – рисунок13.
После включения устройства ЭКОФОР мельница опустошилась, удельная поверхность цемента выросла на 600 см2/г. Производительность была увеличена, как это показано на рисунке 11, с 18,9 до 22.9 т/час, то есть на 21%. Снижение удельного расхода электроэнергии составило 8 кВт час/т цемента.
Всего, начиная с 1995 года нами проведено 57 испытаний на открытых системах помола, 23 в России, 20 в странха СНГ и 14 в дальнем зарубежье. В среднем снижение удельного расхода электроэнергии на помол тонны цемента составило 7 кВт час/т, то есть среднестатистически экономятся 300 кВт за каждый час работы мельницы.
Преимущества замкнутых систем помола цемента в настоящее время неоспоримо. На замкнутых системах помола нами проведено, начиная с 1996 года, более 130 испытаний. При этом подключение к мельницам с баббитовыми подшипниками производилось, как и для открытых систем помола. Современные шаровые мельницы имеют вместо баббитовых подшипников гидродинамические опоры, исключающие металлический контакт в подшипнике для отвода электрического заряда. В этом случае при использовании центрального привода мельницы для подключения устройства ЭКОФОР используется подпружиненный, щеточный контакт, скользящий по корпусу мельницы, представленный на рисунке 14.
В случае бокового редуктора главного привода мельницы, подключение делается к его корпусу, как это показано на рисунке 15.
Подключение к динамическому сепаратору производится также к его редуктору – рисунок 16.
По сравнению с системами открытого цикла системы замкнутого цикла значительно более склонны к потере устойчивости, выраженной в стремлении к переполнению мельницы, выходу из допусков по качеству помола и являются в этом смысле более чувствительными к возмущающим воздействиям.
Первый успешный опыт в работе с замкнутой системой помола мы получили в 1996 году в Египте на Alexandria Cement – рисунок 17.
Там после проработки мелющих тел устройством ЭКОФОР увеличение свежего питания даже на 1 т/час привело за один час к росту возврата из сепаратора более, чем в два раза. Структурно система замкнутого помола является системой с положительной обратной связью, склонной к потере устойчивости. Поэтому одновременно с изменением свежего питания необходимо противоположно изменять скорость вращения ротора динамического сепаратора. Причем изменение скорости ротора должно быть в процентном отношении в два раза меньше процентного изменения свежего питания. Это главный принцип связанной работы мельницы и сепаратора. Всё остальное как для открытой системы помола.
На рисунке 18 представлены результаты работы пяти устройств ЭКОФОР на трех замкнутых системах помолаVassiliko Cement Works, Кипр. В течение 12 лет на фоне использования ПАВ увеличение производительности в среднем составило 9,5%.
На рисунке 19 представлена для примера динамика улучшения работы замкнутой системы на Askale Cimento в Турции после включения устройства ЭКОФОР. Свежее питание мельницы на фоне использования ПАВ было увеличено на 17,5%.
В связи с увеличением количества замкнутых систем помола в России появилась возможность работы на отечественных цементных заводах. Так в 2014 году нами совместно с заводскими специалистами «Азия Цемент» была повышена производительность замкнутой системы помола с 141 до 153 т/час.
Заводы сухого способа производства цемента, построенные до внедрения вертикальных валковых сырьевых мельниц, оснащены шаровыми мельницами замкнутого цикла, производящими сырьевую муку для печей обжига клинкера. С течением времени прогресс в технологии обжига приводил к необходимости повысить объемы по выпуску сырьевой муки и производящие её шаровые мельницы иногда становились узким местом производства. В этом случае ставился вопрос о повышении их производительности не только с целью экономии энергии, а для того чтобы соответствовать запросам печи и увеличить выпуск цемента заводом в целом. Трудностью помола сырьевой муки является адгезия – налипание порошка на металлические поверхности мелющих тел и транспортных систем, которая снижает производительность мельниц.
В случае двухдвигательного привода мельницы устройство ЭКОФОР, как это показано на рисунке 20, подключатся к рым-болту подшипника валопровода одной из ведущих шестерен мельницы.
Второе устройство ЭКОФОР подключается к металлическому кольцу исполнительного механизма поворотных лопаток в случае использования аэродинамического сепаратора. При включении устройств в результате нейтрализации электростатической составляющей силы адгезии происходит очистка рабочих металлических поверхностей от налипшей на них оболочки, пропускная способность мельницы и сепаратора увеличивается.
Так были оснащены и работали с 2000 года две сырьевые мельницы Yambu Cement в Саудовской Аравии с увеличением производительности с 288 до 303 т/час. В 2014 году две сырьевые мельницы завода MASS в Судане были оснащены нашими устройствами с увеличением производительности с 174 до 184 т/час.
С 1984 года за рубежом для предварительного измельчения стали применяться роллер-пресса, которые у нас называют называют валками высокого давления. Они значительно повышают производительность систем помола цемента и снижают удельный расход электроэнергии. Первоначально роллер-пресса не имели собственных сепараторов, впоследствии их стали оснащать динамическими сепараторами, а ещё позже статическими V сепараторами. Все эти аппараты следует оснащать устройствами ЭКОФОР. Устройства подключаются к роллер-прессам в соответствии с рисунком 21 к фитингам подачи в роллеры охлаждающей воды.
Первое испытание устройства проводилось в 2000 году на роллер–прессе POLYCOM на заводе Hanil Cement в Республике Корея. После подключения устройства и его включения начался переходный процесс, представленный на рисунке 22.
Через 15 минут мощность потребляемая электродвигателями роллера упала на 14%, значительно снизилась амплитуда её колебаний, характерная для такого вида нагрузки. Под воздействием устройства улучшилась размалываемость материала. Удельная поверхность полупродукта после сепаратора роллер-пресса при таких испытаниях увеличивается от +200 до +700 см2/г, в результате чего росла производительность мельницы.
Роллер-пресса используются в комбинированных системах помола с шаровыми мельницами и их динамическими сепараторами, к которым также подключаются наши устройства. На рисунке 23 приведена обзорная таблица, характеризующая результаты интенсификации помола в таких системах.
Максимальный результат был достигнут на Sungshin Cement в республике Корея, где производительность системы помола была увеличен со 156 до 191 т/час, экономии электроэнергии составила 1850 кВт за каждый час её работы.
Очень часто сепарация полупродукта после роллер-пресса производится с помощью статического V – сепаратора – рисунок 24.
В этом случае одно устройство ЭКОФОР подключается параллельно к роллер-прессу и V – сепаратору. При этом селективность V – сепаратора значительно улучшается. На рисунке 25 представлено распределение возвратной на повторное дробление фракции из V – сепаратора с использованием устройства и без него. Видно, что в возвратной фракции уменьшилась доля мелких частиц – они ушли в мельницу, и соответственно выросла доля крупных.
В нашем активе имеются также одиночные примеры успешных испытаний устройств ЭКОФОР на вертикальных роликовых мельницах и валковой мельнице Horomill.
При работе за рубежом мы как правило работаем на фоне используемых для интенсификации помола ПАВ. Нам представляется, что ПАВ на последних метрах измельчения в мельнице не столь эффективны, так как не успевают адсорбироваться на быстро увеличивающейся поверхности. Устройство же ЭКОФОР, наиболее эффективно работает именно в конце мельницы. Вот почему эффективности действия ПАВ и устройства ЭКОФОР должны складываться, а производитель цемента получит при этом наибольший эффект.
Технология ЭКОФОР с 1995 года не имеет аналогов в мире, является российским изобретением. Она более подробно описана в моей монографиии «Сухое измельчение в условиях электронейтрализации», выпущенной в 2014 году. Эта книга в двух экземплярах направлена всем цементным заводам России. Она размещена также на сайте ЗАО «ЭКОФОР» в открытом доступе.
Спасибо за внимание.