Динамические сепараторы в производстве цемента

В данной публикации рассматриваются некоторые аспекты помола материалов цементного производства в шаровых мельницах. Необходимо резюмировать несколько принципиальных вариантов технологии шаровых мельниц, применяемой на производстве цемента.

Воздухопроходные (протяжные) шаровые мельницы применяются для помола сырьевых материалов и угля. Они могут с высоким проходом газа- скорость газа свыше 6 м/с и подходят для применений, где производительность по сушке рассматривается в первую очередь.

Высушивающая способность может быть увеличена за счет включения камеры сушки перед камерой помола.
При одной помольной камере она должна футероваться поднимающими бронями на первых рядах, а весь оставшийся объем камеры- классифицирующими или комбинированными бронями.
Обычно мельницы работают в закрытом цикле со статическими, или ситовыми (grit separator) сепараторами, хотя также используются динамические сепараторы.

Двухроторные мельницы или мельницы с центральной разгрузкой так могут работать с относительно высокими скоростями проходящих газовых потоков - свыше 4 м/с. Высушивающая способность также может быть увеличена за счет внедрения отдельной высушивающей камеры перед первой помольной камерой (камера дробления, камера грубого помола).

Разгрузка происходит через центральное выгрузочное устройство. Материал направляется в высокоэффективный сепаратор. После отделения крупки она возвращается во вторую помольную камеру (камера домола), разгрузка из которой также происходит через центр.
Газы, проходящие через такую мельницу также должны удаляться в середине агрегата. Т.к. их скорость велика, они вовлекают в поток частицы измельчаемого материала. Для отделения крупных частиц, переносимых газовым потоком предусматривается статический сепаратор, мелкие частицы отделяются в фильтре. Крупные частицы из статического сепаратора направляются на элеватор, по которому идет подача материала из центрального выгрузочного устройства на динамический сепаратор.

Принципиальным преимуществом таких мельниц является то, что материал, который достаточно измельчен после первой камеры, он удаляется либо как готовый продукт и не никогда не возвращается в мельницу, или возвращается во вторую камеру тонкого измельчения. В некоторых мельницах (Polysius) предусмотрен возврат  основной части крупки из динамического сепаратора в камеру домола и небольшая часть в первую камеру предварительного помола для стабилизации потока.
Эти мельницы применяются для измельчения твердых материалов или когда, в частности, требуется высокая тонкость помола, как например, при помоле сырьевой смеси для белых цементов.
Главным недостатком является сложной помольной системы с сопутствующими сложностями для контроля и оптимизации.

Мельницы с разгрузкой на конце с элеватором -это наиболее применяемые конфигурации для помола цемента. В таких мельницах скорость продуваемого газа имеет предел, что ограничивает производительность по сушке при помоле сырья.
Эти мельницы и с центральной разгрузкой  неприменимы для помола угля вследствие низкой скорости в системе и используют элеватор для подъема продукта помола в динамический сепаратор.

Две помольные камеры позволяют осуществить физическое разделение мелющих тел по размеру: более крупные для грубого помола вместе с поднимающей футеровкой в первой камере и с более мелкими и классифицирующей футеровкой во свторой камере для тонкого помола.
При открытом цикле мельницы имеют большее соотношение длины к диаметру, т.к. необходим более длинный  путь  и большее время пребывания в мельнице, чтобы достигнуть необходимую тонкость помола за один проход материала через мельницу.

Физическая сепарация в порядке уменьшения размеров помольных тел достигается при разделении мельницы на 3 или даже 4 камеры. Эффективность помола быстро падает с увеличением необходимой тонкости помола, т.к. требуется большая  длина помольного пути.

Первым значительным движением в сторону улучшения эффективности финишного измельчения было включение сепаратора в закрытый цикл с мельницей.
Метод FLSmidth по определению эффективности сепаратора демонстрирует, что примерно 32% энергии, потребляемой при открытом цикле, может быть сэкономлено введением сепаратора со 100%-ой эффективностью сбора. Для более тонкого помола - большее энергосбережение.

Конечно нет сепаратора со 100%ой эффективностью, но эффективность сбора постепенно увеличивалась по мере того, как статические сепараторы заменялись динамическими сепараторами, названными потом 1-ым поколением, а затем более успешно динамическими сепараторами второго и третьего поколений.

Динамические сепараторы

Первое поколение сепараторов
Динамические сепараторы с
противоположно установленными лопатками..... и внутренним вентилятором
                                                              
Питание вводится в сепаратор сверху по течке на поверхность распределительной плиты.
Распределительная плита, лопатки и вентилятор приводятся в движение извне.
Воздух вводится сбоку и поднимает частицы с распределительной плиты сквозь противо-лопатки.
Центробежные силы отбрасывают грубые частицы к стенкам и они попадают во внешний конус возврата.

Воздух вместе с тонкими частицами попадает через вентилятор в камеру тонкого продукта. Инерция и гравитация обуславливает то, что тонкомолотые частицы будут собраны в центральном конусе для готового продукта.
Некоторое количество воздуха и тонких частиц проходит в конус возврата через лопасти и покидает внешний конус через канал сбоку.


Таким образом может поддерживаться тонкость помола в пределах 2500-6000 по Блейну. Тонкость настраивается противолопатками и радиальной позицией лопаток вентилятора, и клапанами контроля тонкости/позицией задвижки по контуру внутреннего вентилятора.

При положении противолопаток как показано на плане и повышенная скорость подразумевает большее количество крупки и более тонкий продукт.


Увеличенное количество противолопаток также обеспечивает более тонкий продукт и увеличение объема крупки на возврате, равно как и при увеличении радиуса их расположения и размера.

Увеличенный радиус лопастей вентилятора уменьшает соотношение возврата и делает продукт более грубым.
Приоткрытие заслонки вокруг внутреннего вентилятора также приводит к укрупнению частиц продукта, соответственно, при закрытии продукт становится тоньше. Это вполне объясняет функцию Стюарта и Раймонда для сепараторов первого поколения.

Сепараторы Heyd от Christian Pfeiffer и сепараторы Polysius Turbopol имеют индивидуальные приводы вентилятора и противолопаток, фиксированную скорость для вентилятора и изменяемую для противолопаток, что повышает эффективность сепаратора и улучшает регулирование тонкости.

Второе поколение сепараторов
Динамические сепараторы с
противолопатками …  ….и внешним вентилятором


Питание подается в сепаратор сверху через течку на распределительную пластину. Распределительная пластина и противолопатки вращаются приводом сверху извне.
Воздух рециркулирует за счет вентилятора. Частицы поднимаются с распределительной пластины воздухом сквозь противолопатки. Центробежные силы отбрасывают крупные частицы к стенкам и они падают в конус возврата.

Тонкие частицы проходят сквозь противолопатки и выводятся с циркулирующим воздухом во внешние циклоны, где они оседают и выводятся как готовый продукт.

Выходящий воздух утилизируется через фильтр системы обеспыливания, чтобы поддерживать постоянное разрежение в системе.

Настройка тонкости происходит посредством скорости, количества и позиции противолопаток и воздушного потока, который может контролироваться через изменяемую скорость вентилятора или положения заслонки.

Влияние настроек противолопаток такое же как и для сепараторов первого поколения- больше поток воздуха (при повышении скорости вентилятора или приоткрытии заслонки) - более грубый продукт.

Такие сепараторы второго поколения предоставили ряд преимуществ по сравнению с сепараторами первого поколения. Отдельная настройка скорости противолопаток и потока воздуха дает большие интервалы для работы и лучшую эффективность по отделению тонких частиц. Небольшие циклоны дают эффективный сбор, меньшую рециркуляцию тонких частиц и, соответственно, большую эффективность. Тонкость может быть настроена во время работы  увеличением скорости или объема потока воздуха.

Сепараторы Polysius Cyclopol или Wedag ZUB являются примерами такого типа сепараторов.
Загрузка сепаратора может быть выше на 7-8т/ч*м2, чтобы делать 3000 по Блэйну, конечно, максимальная загрузка уменьшается с увеличением тонкости.
Третье поколение сепараторов
Динамические сепараторы с вращающейся клеткой и внешним сепаратором.


Этот рисунок показывает O-Sepa сепаратор. Клетка/ решетка


вращающается приводом сверху извне.
Питание вводится на распределительную пластину вверху этой клетки через две или четыре течки, расположенные вокруг по верху корпуса сепаратора.

Первичный и вторичный воздух вдувается в сепаратор в зону сепарации тангенциально/ по касательной через направляющие неподвижные лопасти. Превичным воздухом можгут быть отходящие газы от  мельницы или окружающий воздух.
Классификация частиц происходит следующим образом: тонкие частицы могут проходить сквозь пластины вращающейся клетки и дальше через верх сепаратора собираются в циклонах или фильтре обеспыливания. Крупка не может пройти сквозь пластины вращающейся клетки и отводятся в конус сепаратора.

Третичный воздух вводится в конус сепаратора для борьбы с агломерацией     и уменьшает байпас сепаратора

Третье поколение сепараторов
Динамические сепараторы с
вращающейся клеткой ..   и внешним вентилятором


Сепаратор Sepax FLS имеет несколько сходств с сепаратором вертикальной мельницы.
Сепаратор совмещает в корпусе входные направляющие лопасти для газа и вращающуюся круглую клетку с вертикальными лопатками/пластинами.

Питание поступает через течку на распределительную пластину. Она распределяет питание в газовом или воздушном потоке, продуваемым снизу вверх сквозь сепаратор внешним вентилятором.

Газовый поток с пылью продувается через сепаратор вентилятором и тангенциально через направляющие лопасти, которые образуют зону сепарации вокруг вращающейся клетки.

Тонкие частицы могут проходить сквозь пластины вращающейся клетки и дальше через верх сепаратора собираются в циклонах или фильтре обеспыливания. Крупка не может пройти сквозь пластины вращающейся клетки и отводятся в конус сепаратора.

Настройки тонкости осуществляются через скорость вращающейся клетки или объема сепарируемого воздуха, который продувается через сепаратор.
Загрузка сепаратора может быть выше на 10-12 т/ч*м2 для 3000 по Блейну. Удельная нагрузка по воздуху относительно питания может подниматься вплоть до 2,5 кг/м3, относительно продукта- 0,75 кг/м3.
Мотор сепаратора - около 0,5 кВт*ч/т, мотор вентилятора - 2-2,5 кВт*ч/т

Итак принципы сепараторы первого, второго и третьего поколений.

Чем характеризуется производительность сепараторов в производстве цемента...- их фракционное извлечение и Кривая Тромпа.

Статический сепаратор будет отсекать до 90 микрон с низкой резкостью. Сепараторы первого, второго и третьего поколений будут постепенно достигать возможность отделить более мелкие частицы и имеют улучшенную резкость.

Повышенная эффективность сепаратора позволяет использовать преимущества при включении сепаратора в финишный цикл помола, в пересчете на производительность мельницы и/или электрическую энергоэффективность, с достижением максимума, определенным по методологии FLSmidth.

Предметный указатель: