Реферат: В статье приведены результаты работ по применению устройств «ЭКОФОР» по повышению эффективности работы современных цементных мельниц и роллер-прессов. Доработаны представления об оптимальном содержании материала в мельнице при его электронейтрализации в процессе помола. Выработаны условия обеспечения устойчивой работы замкнутых систем помола. Выводы статьи подтверждены результатами внедрения технологии электронейтрализации на различных системах помола.
Ключевые слова: Помол цемента; устройство «ЭКОФОР»; двойной электрический слой; дислокации на поверхности мелющих тел; эффект Иоффе; связанное регулирование; экспертная система управления; роллер-пресс; V- сепаратор.
Введение
В Евросоюзе разработана программа по декарбонизации экономики. И в России в целях уменьшения выбросов парниковых газов в атмосферу принято решение о сокращении на 30% выбросов углекислого газа к 2030 году. В цементной промышленности нашей страны это касается прежде всего обжига клинкера, но повышает также актуальность снижения электропотребления при помоле цемента.
Технология «ЭКОФОР»
В числе мероприятий по снижению электропотребления предлагается учесть разработанную в конце девяностых годов прошлого века инновационной компанией «ЭКОФОР» технологию [1] интенсификации процесса помола цемента за счет его электронейтрализации. Новая технология впервые была апробирована в России в 1995 году, а первое внедрение устройств «ЭКОФОР» (в дальнейшем ЭФ) прошло на цементных заводах Египта в 1996 году. При этом на открытых системах помола завода Tourah Portland Cement, без использования ПАВ было достигнуто для мельниц 56 и 110 т/час повышение их производительности соответственно на 24 и 18 % без дополнительного электропотребления. На замкнутых системах помола первый результат для ЭФ был получен в 1998 году на заводе Alexandria Portland Cement, где производительность системы помола 50 т/час была увеличена на 12,5%. Результаты работы устройств ЭФ на фоне использования ПАВ на Vassiliko Cement Works, Кипр за 1998-2007 годы представлены в Табл.1. С помощью ЭФ была также повышена текучесть цемента и значительно снижен износ мелющих шаров. Он для марки “Hardalloy” бельгийской фирмы “Magotteaux” уменьшился с 25-40 до 9-13 г/т.
Таблица 1
| Свежее питание
т/час |
Удельное потребление энергии
кВт·час/т |
Скорость ротора сепаратора
об/мин |
Разрежение на выходе мельницы
мм. в. с. |
Прирост свежего питания
% |
Количество
устройств ЭФ шт |
| Без ЭКОФОР / С ЭКОФОР | |||||
| 22 / 26 | 34,1 / 28,9 | 1800/ 1725 | 110 / 90 | 18,18 | 1 |
| 82 / 90 | 40,2 / 36,7 | 1300/1225 | 120 / 85 | 9,76 | 2 |
| 67 / 73 | 38,8 / 35,6 | 1600/ 1525 | 120 / 80 | 8,96 | 2 |
Начиная с 1996 года по настоящее время устройства ЭФ поставлены в 20 стран мира, проведено более 210 успешных испытаний. Максимальные результаты при этом достигнуты:
– в 2005 году в Южной Корее на заводе “Sungshin Cement”, где производительность роллер-пресса и замкнутой системы помола 156 т/час тремя устройствами ЭФ была увеличена на 35 т/час;
– в России на комбинате «Магнезит» в 2008 году производительность японской замкнутой системы помола кальцинированного магнезита одним устройством ЭФ была увеличена на 60%;
– на замкнутой системе помола турецкого завода “Nuh Cementj” в 2009 году, где «чемпионская», 300 т /час шаровая мельница FLSmidth с помощью двух устройств ЭФ увеличила производительность на 41т/час.
В среднем же для мельниц 100 т/час и выше на фоне используемых ПАВ их производительность увеличивается на 6-10 % без дополнительного электропотребления, а для мельниц производительностью менее 50 т/час устройство ЭФ полностью заменяет ПАВ.
Принцип действия устройства ЭФ
Электризация возникает при помоле в результате разрыва двойных электрических слоев на границах твердых фаз клинкера. Устройство ЭФ устраняет электростатическую составляющую сопротивления материала механическому воздействию и уменьшает противодействующую измельчению электризацию за счет оригинальной аппаратной нейтрализации. То есть оно предотвращает негативное действие электризации при измельчении, приводящее к заживлению части трещин после ударов, преждевременной агрегации и налипанию на мелющие тела. При этом доля упругой энергии деформации, ранее частично переходившая в электрическую энергию, используется полезно для интенсификации помола.
Факт электризации цемента при помоле был подтвержден после испытания устройства ЭФ в США на заводе Holnam Portland Cement в 1998 году, где одним устройством ЭФ производительность замкнутой системы помола 42,5 т/час была повышена на 27% при одновременном снижении вдвое расхода ПАВ. После этого цементная ассоциация США (Portland Cement Association USA) инициировала исследование электризации при помоле в шаровой мельнице с динамическим сепаратором без использования ПАВ и ЭФ. Электрический потенциал свежего цемента оказался равным + 5 кВ. Хотя, казалось бы, заряд должен был уйти через металлическую поверхность мелющих тел на систему заземления.
Дислокации кристаллической структуры приповерхностного слоя мелющих тел при деформации создают положительно заряженный барьер для полного стекания электрического заряда на землю. Устройство ЭФ, как это показано на рис. 1, разряжает дислокации приповерхностного слоя мелющих тел, устраняет положительную заряженность частичек цемента и недостатки его электризации.
Упрочненная в соответствии с эффектом Иоффе [2] поверхность мелющих тел медленнее изнашивается. Этим объясняется длительное последействие устройства ЭФ после его отключения. Это последействие ЭФ часто
вызывает удивление, по сравнению с быстрой реакцией мельницы на отключение ПАВ, хотя устройство ЭФ и анионактивные ПАВ, оба, являются антистатиками. Но ПАВ работает в объеме измельчаемого материала, а устройство ЭФ врабатывается медленнее – через преобразование поверхности мелющих тел.
Под воздействием устройства ЭФ размалываемость клинкера постепенно улучшается, также как его текучесть и скорость прохождения через мельницу.
Оптимум качества помола в зависимости от заполнения пространства между мелющими телами, выявленный ещё В.В. Товаровым [3], перемещается в сторону большего заполнения мельницы материалом.
| Рис. 2 – Открытая система помола и устройство ЭФ |
Для открытых систем помола это достигается увеличением свежего питания, а также дополнительно уменьшением разрежения на выходе мельницы, если не превышена температура цемента. На рис. 2 приведена динамика изменения параметров при испытании устройства ЭФ в 2006 году на открытой системе помола ОАО «Жигулевские стройматериалы», после чего три устройства были поставлены на завод и проработали там до его закрытия.
Устройства ЭФ в системах помола в замкнутом цикле
Начиная с 1998 года проведено более 150 испытаний устройств ЭФ на замкнутых системах помола в разных странах мира, преимущественно на фоне использования ПАВ. Структурно мельница замкнутой системы охвачена положительной обратной связью через один из выходов сепаратора. В теории управления положительные обратные снижают устойчивость систем. Мельница замкнутой системы склонна к «заработке», если не соблюдать связанного, разнонаправленного регулирования свежего питания и скорости вращения ротора сепаратора. После включения устройств ЭФ в первые 10-30 минут распадаются агломераты. Необходимо сразу же после получения информации о повышении качества помола шагами увеличивать свежее питание и в тоже время в процентном отношении в два раза меньше снижать скорость вращения ротора сепаратора.
Рис.3 – Замкнутая система помола и устройства ЭФ
На рис. 3 приведена динамика изменения параметров при испытании устройства ЭФ в 2010 году на замкнутой системе помола турецкого завода “Askale Cimento”. С 2009 года на турецкие цементные заводы поставлены более 50 устройств ЭФ.
Максимально объективно испытание устройств ЭФ проведено на французском заводе “VICAT Montalieu” в 2000 году на замкнутой системе помола, оснащенной экспертной системой управления, где управление помолом полностью выполняла автоматика. Каждые пять секунд в режиме реального времени в неё поступал сигнал о тонине цемента с лазерного гранулометра. Экспертное устройство тут же выдавало две связанные, разнонаправленные команды – одну на свежее питание, вторую на скорость вращения ротора сепаратора. Использовались корректирующие обратные связи с уставками для каждой марки цемента по каналам: звуку первой камеры мельницы, нагрузке элеватора и циркулирующей нагрузке. По нашему предложению был оперативно введен канал разрежения на выходе мельницы. Результаты
Таблица 2
| Марка цемента |
Свежее питание, т/час |
Изменение уставок с устройствами ЭФ, % |
||
| Без ЭФ / С ЭФ | Разрежение | Циркуляция | Звук | |
| 52,5 | 110 / 121 | -18 | +6 | -15 |
| 42,5 | 136 / 149 | -28 | +28 | -11 |
испытаний с изменениями уставок корректирующих каналов экспертной системы представлены в Табл.2. Они свидетельствуют о том, что после включения устройств ЭФ мельница повысила пропускную способность. При этом не было нарушено требуемое распределение частиц по размерам.
Устройства ЭФ в системах помола с роллер-прессом
Первое испытание устройства ЭФ отдельно на роллер-прессе было проведено на южнокорейском заводе Hanil Cement в 2000 году, что обеспечило прирост всей системы помола производительностью 195 т/час на 5% без дополнительного электропотребления. На австрийском заводе Wopfinger в 2008 году такое использование одного устройства ЭФ на роллер-прессе позволило увеличить производительность 105 т/час системы на 8.9%.
С 2005 года более 50 устройств ЭФ внедрены на комбинированных системах помола для роллер-прессов и шаровых мельниц Южной Кореи и Турции. Среднее снижение удельного расхода электроэнергии при этом составило 3 кВт час на тонну цемента.
С 2010 года устройство ЭФ параллельно роллер-прессу подключается к V- сепаратору, в результате чего эффективность его увеличивается, а возврат на повторное дробление снижается.
Заключение
Таким образом технология ЭФ, разработанная в России, запатентованная также в Китае, США и Европе, была развита нами в основном за рубежом на новых технических системах в условиях необходимости энергосбережения. Для российских технологов об устройстве ЭФ опубликована монография [4]. Она выложена и на сайте www.ecofor.com . Мы готовы к совместной с российским специалистами работе по уменьшению электропотребление при помоле цемента.
Литература
- Глухарев Н.Ф. Повышение производительности цементных мельниц с
использованием устройств «ЭКОФОР». Цемент и его применение. – 2000. № 1.
- Баранов Ю.В. Эффект А.Ф.Иоффе на металлах. – М.: МГИУ, 2005.
- Андреев С.Е., Товаров В.В., Петров В.А. Закономерности измельчения и
исчисление характеристик гранулометрического состава. – М.: ГНТИ Черцветмет, 1959.
- Глухарев Н.Ф. Сухое измельчение в условиях электронейтрализации. СПб.:
Изд-во Политехн. Ун-та, 2014.
