Спосіб та пристрій для подрібнення гарячого вологого сировинного матеріалу

Реферат: Винахід стосується способу і пристрою для подрібнення гарячого вологого матеріалу. Винахід, зокрема, зручний для цементної промисловості і подрібнення та одночасного сушіння цементного клінкеру, шлаку та агломератів. Для того, щоб досягти збільшення продуктивності та збереження енергії, а також покращення якості продукту, зокрема у змішаних видах цементу, відбувається одночасне подрібнення та сушіння за допомогою контрольованої подачі охолоджувального газу у верхню частину дробарки з відносно високою вхідною температурою гарячого газу у нижній частині дробарки. Подача охолоджувального газу забезпечує наперед визначену температуру суміші газ-продукт внизу сепаратора і замінює або значно зменшує невигідне уведення охолоджувальної води. UA 98443 C2 (12) UA 98443 C2 UA 98443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується способу подрібнення гарячого вологого сировинного матеріалу відповідно до преамбули п. 1 формули винаходу, та пристрою для подрібнення гарячого вологого сировинного матеріалу відповідно до преамбули п. 15 формули винаходу. Винахід, зокрема, застосовують у промисловості цементу для подрібнення і одночасного висушування сировинних матеріалів, таких як цементний клінкер, шлак та агломерати. Відомо, що для таких способів висушування в дробарці зручні, зокрема, вертикальні дробарки з інтегрованими або вмонтованими сепараторами, зокрема, повітряно-струминні валкові дробарки Loesche типу. Подрібнювальні системи з вертикальними дробарками можуть діяти в сполученні з обертальними сушарками, і крім того можуть бути використані газові відходи від теплообмінника і процесу охолодження клінкеру для висушування в дробарці і для пневматичного транспортування подрібненого матеріалу. DE 198 36 323 С2 описує способи і установки для виробництва цементу, використовуючи вертикальну дробарку. Крім сушіння при подрібненні сировинного порошку в повітряно-струминній валковій дробарці, DE-AS 23 61 060 розкриває охолоджуване подрібнення цементного клінкеру в повітряно-струминній валковій дробарці внизу обертової трубчастої сушарки. Патент США 4,597,537 розкриває вертикальну дробарку, яка має інтегрований сепаратор і корпус дробарки, сконструйований визначеним чином. Для покращення ефективності сепаратора, встановлюють елементи розміщені поблизу верхньої зони подрібнення і уверху сепаратора і впливають на подрібнювальний потік матеріал-рідина. Поблизу від сепаратора також відбувається тангенціальна подача газу, за допомогою якої регулюють потік газу в сепараторі. У стінці абразивного конусу забезпечена подальша подача газу для подачі гарячого газу, щоб здійснити сепарацію дрібних часток, які налипають до крупних часток відносно останніх, і повернути їх до зони сепарації. Для подрібнення шлаку та змішаних видів цементу переважно використовують модифіковані валкові дробарки Loesche типу, на які можна посилатись як на 2+2 або 3+3 валкові дробарки. В цих вертикальних дробарках використовують пари валків, які у кожному випадку мають у своєму складі валок попереднього стиснення, або S-валок (керований валок), і подрібнювальний валок, або М-валок (провідний валок) (ЕР 406 644 В1). При подрібненні сировинного матеріалу, такого як цементний клінкер, шлак або агломерат, компоненти сировинного матеріалу мають різний вміст вологи і/або різну температуру. Гарячий цементний клінкер, який має температуру 120 °C і вище, подрібнюють на цементному виробництві на обертальних сушарках зі збільшеною спроможністю, і в тому випадку, якщо існуюча спроможність охолоджувача клінкеру не адекватна і/або якщо зберігання клінкеру в бункері або зовнішнє зберігання не забезпечує адекватний час після охолодження до часу подрібнення, який може, зокрема, зростати з виробництвом у режимі реального часу (он-лайн). При подрібненні гарячого цементного клінкеру у вертикальних дробарках з шлаком і вологими агломератами, необхідні охолоджувальні та сушильні гази погіршують свою функцію як несучі гази. Сушильний газ або гарячий газ необхідно подавати при адекватно високій температурі та об'ємі, так що процес висушування може відбуватися швидко під час подрібнення. Охолоджувальний газ, зокрема, свіже повітря, домішують регульованим чином до гарячого газу при відповідній температурі подачі, зокрема, цементного клінкеру або шлаку. Для того, щоб досягти бажаної температури газу і продукту внизу сепаратора, часто необхідно впорскувати воду в камеру для подрібнення, наприклад, в зону циркуляції крупного матеріалу. Недоліком є збільшене споживання енергії через необхідність випаровування охолоджувальної води, погіршення якості цементу та збільшене зношування подрібнювальних деталей, разом зі збільшеним споживанням енергії двигуном дробарки. Метою винаходу є забезпечення способу і пристрою для одночасного подрібнення і висушування гарячого вологого сировинного матеріалу у вертикальній дробарці, щоб забезпечити оптимальну продуктивність і збереження енергії і в той же час покращення якості продукту, зокрема, у випадку змішаного цементу. Стосовно способу мети досягають через характеристики за п.1 формули винаходу, а стосовно пристрою - через характеристики за п. 15 формули винаходу. Підходящі і кращі розробки містяться у залежних пунктах і описані відносно креслень. Фундаментальною ідеєю способу винаходу є досягнення високої ефективності співвідношення подрібнення/висушування, яка полягає в тому, що рівень температури гарячого газу, який подається до дробарки через соплове кільце або лопатеве кільце регулюють так, щоб швидкості подрібнення і висушування були однаковими. Це може призвести до максимальної 1 UA 98443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 продуктивної здатності подрібнення при мінімальному споживанні електроенергії дробаркою, сепаратором та двигунами нагнітального вентилятора. Відповідно до винаходу, гарячий газ подають при температурі вхідного газу, яка, крім того, що бере до уваги температуру сировинного матеріалу, в значній мірі визначається вмістом вологи в компоненті сировинного матеріалу з найвищим рівнем вологи. Відловідно до винаходу, для регулювання наперед визначеної вихідної температури з сепаратора суміші газ-продукт, як охолоджувальний засіб уводять охолоджувальний газ у вертикальну дробарку над сопловим кільцем і окремо від гарячого газу, і змішують з сумішшю подрібнюваний матеріал-газ. Впорскування води як охолоджувача замінюють або принаймні значно зменшують шляхом подачі охолоджувального газу, зокрема, свіжого повітря з навколишнього середовища. Це призводить до переваги, яка полягає в збереженні нагрівальної енергії завдяки тому, що більше немає необхідності або зменшується випаровування охолоджувальної води. Перевагою є те, що через поділ об'єму газу дробарки або несучого газу на гарячий газ, який подають до нижньої частини дробарки, і охолоджувальний газ, який подають до верхньої частини дробарки, одночасне подрібнення і висушування тут визначається подачею гарячого газу. Завдяки високій вхідній температурі газу на вході у нижній зоні дробарки одночасне подрібнення і висушування сировинного матеріалу, і тому можлива оптимальна спроможність продуктивності дробарки. Одночасно, завдяки заміні охолоджувальної води на охолоджувальний газ, зокрема, на свіже повітря або на принаймні частково охолоджене повітря, можна при оптимальній затраті енергії регулювати необхідну температуру продукту і газу після дробарки, і вона може переважно становити 95 °C. Шляхом уникнення необхідності впорскування охолоджувальної води або шляхом впорскування тільки значно зменшеної кількості охолоджувальної води відбувається економія нагрівальної енергії і одночасно покращення якості продукту. Крім того, є такі переваги способу для нижнього обладнання виробництва, як фільтри у вигляді мішка та нагнітальні вентилятори. Зручно, коли діє подрібнювальна система з вертикальною дробаркою, сепаратором і фільтром з феном дробарки або нагнітальним вентилятором, яка виробляє необхідний об'єм потоку. Зазвичай подрібнювальна система є такою, що діє під вакуумом, так що переважно навколишнє повітря може всмоктуватись як охолоджувальний газ у верхню зону дробарки. Може бути зручним постачати вертикальну дробарку гарячим газом при вхідній температурі >180 °C, наприклад, приблизно 230 °C. Встановлено, що поділ загального об'єму дробарки або несучого газу таким чином, що аж до 70 % об'єму потоку подають у вигляді гарячого газу до нижньої частини дробарки, і аж до 30 % у вигляді охолоджувального газу, зокрема, свіжого повітря, до верхньої частини дробарки, є кращим для оптимізації ефективності висушування в дробарці цементного клінкеру і подрібнення шлаку і поданих агломератів. Загальну кількість газу вертикальної дробарки регулюють дією фену дробарки і вимірюванням внизу під фільтром. Зручно, коли охолоджувальний газ уводять у верхню частину дробарки у вигляді вихрового потоку у зону подрібнення відповідно до підіймання суміші подрібнюваний матеріал-газ. Стосовно прокатки подрібнювальних валків на резервуарі для подрібнення і не обов'язково присутніх керованих валків, зручно мати подачу охолоджувального газу в зону між подрібнювальними валками або між подрібнювальним валком і керованим валком. Також краще вимірювати вхідну температуру гарячого газу у верхній частині вертикальної дробарки і регулювати її за допомогою генератора гарячого газу і/або за допомогою подачі газу від сусідніх процесів, наприклад, від охолоджувача клінкеру, і/або шляхом повернення газових відходів внизу під фільтром і феном дробарки. Винайдений пристрій для подрібнення гарячого вологого сировинного матеріалу, зокрема, цементного клінкеру, шлаку і агломератів, має подрібнювальну систему з вертикальною дробаркою, сепаратором і лінією подачі гарячого газу, а також принаймні один пристрій для подачі охолоджувального засобу для регулювання наперед визначеної температури газу і продукту внизу сепаратора, причому пристрої для подачі призначені для охолоджувального газу, переважно свіжого повітря з навколишнього середовища, і над сопловим кільцем і розміщені у верху сепаратора у верхній частині дробарки і між подрібнювальними валками або між подрібнювальними валками і керованими валками. Зручно, якщо пристроями для подачі є вихрові розподільчі коробки, оснащені регульованими вихровими розподільчими клапанами для регулювання кількості охолоджувального повітря як функції бажаного значення температури внизу сепаратора. Внизу сепаратора подрібнювальна система має фільтр, наприклад, фільтр у вигляді мішка, і внизу дробарки має фен, за допомогою якого відносно висока всмоктувальна здатність забезпечує вакуум або всмоктувальну дію в дробарці, сепараторі та фільтрі і переважно дає 2 UA 98443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 можливість всмоктувати у верхню частину дробарки навколишнє повітря. Не обов'язково може бути додатковий нагнітальний вентилятор для подачі охолоджувального газу. Відповідно є контрольна система для подачі охолоджувального газу, в якій температуру газу і продукту внизу сепаратора змінно контролюють. Поєднаною зі згаданою контрольною системою переважно є друга контрольна система, яка контролює кількість гарячого газу і температуру у вертикальній дробарці. Контрольованими змінними величинами можуть бути максимальний вміст вологи компонента сировинного матеріалу і температура гарячого газу в лінії подачі до вертикальної дробарки. Відповідно вихрові розподільні клапани вихрових розподільних коробок відрегульовані на тангенціальну подачу охолоджувального газу, щоб забезпечити, що охолоджувальний газ має практично той же самий напрям, що і суміш подрібнюваний матеріал-газ, що підіймається. Винахід описаний більш детально далі стосовно втілень і з посиланням на додані дуже схематичні креслення, які показують: Фіг. 1 Схематичний вигляд пристрою відповідно до винаходу. Фіг. 2 Схематичний вигляд резервуару для подрібнення вертикальної дробарки винаходу. Фіг. 3 Схематичний вигляд резервуару для подрібнення 2+2 валкової дробарки винаходу. Фіг. 1 показує подрібнювальну систему з вертикальною дробаркою 2 винаходу тут у формі повітряно-струминної валкової дробарки Loesche-типу, яка має інтегрований сепаратор 6. Дуже схематично показана подача гарячого газу 4 через лінію подачі гарячого газу 14 в нижній частині дробарки 3, і подача охолоджувального газу 8 у верхній частині дробарки 5. Відбувається окрема подача, зокрема, максимально 70 % гарячого газу 4 і максимально 30 % охолоджувального газу 8 до зони подрібнення 7. Гарячий газ 4 і охолоджувальний газ 8 утворюють підтримуючий або несучий газ для здійснення процесу подрібнення і висушування. Гарячий газ 4 сам по собі відомим чином подають за допомогою сопла або лопатевого кільця (не показано), яке оточує резервуар для подрібнення в нижній частині 3 дробарки і використовується для висушування сировинних матеріалів, наприклад, цементного клінкеру, шлаку та вологих агломератів (не показано), які подаються через не показаний механізм подачі, а також для пропорційного пневматичного транспортування суміші подрібнюваний матеріал-газ у сепаратор 6. Пристрій для вимірювання температури 21 розміщений у верхній частині вертикальної дробарки 2 в лінії подачі гарячого газу 14 для контролювання подачі гарячого газу, і температуру і об'єм гарячого газу 4 контролюють як функцію кількості, вологості та температури компонентів поданого сировинного матеріалу і наперед визначеної температури газу та продукту в нижній частині сепаратора 6. Лінія гарячого газу 14 приєднана до лінії повернення 20 для газових відходів від фільтру 11, який з'єднаний внизу вертикальної дробарки 2 з сепаратором 6 так, що частина газових відходів може змішуватись з гарячим газом 4 від генератора гарячого газу 17. Гарячий газ 4, поданий до вертикальної дробарки 2 разом з охолоджувальним газом 8, поданим до верхньої частини 5 дробарки, і який є, зокрема, у навколишньому свіжому повітрі, утворює несучий газ, з яким подрібнюваний матеріал транспортується у суміш подрібнюваний матеріал-газ, яка піднімається, до сепаратора 6 і через з'єднувальну лінію 22 до фільтру 11. Фен дробарки 12 внизу під фільтром 11 має необхідну всмоктувальну спроможність і забезпечує вакуум у вертикальній дробарці 2, сепараторі 6 та фільтрі 11, так що переважно охолоджувальне повітря 8, необхідне для забезпечення наперед визначеної температури газу і продукту внизу сепаратора 6, може бути всмоктане. Охолоджувальне повітря 8 проходить через пристрої подачі 18, які розміщені в або на корпусі дробарки 13 верхньої частини 5 дробарки, у зону подрібнення або камеру 7. Контрольна система з приладом для вимірювання температури 23 розміщена внизу сепаратора 6 в з'єднувальній лінії 22 для контролювання подачі охолоджувального газу або свіжого повітря. Для того, щоб у випадку, зокрема, важливого сировинного матеріалу, наприклад, цементного клінкеру, забезпечити вхідну температуру, необхідну для досягнення бажаної температури газу і продукту внизу сепаратора, забезпечена подача охолоджувальної води 19 у зону подрібнення 7. Однак, контрольоване впорскування води значно зменшується і по суті замінюється на подачу свіжого повітря у верхню частину 5 дробарки. Фіг. 2 показує дуже схематично установку пристроїв подачі 18 для охолоджувального газу 8 у верхній частині дробарки. Тут пристрої для подачі 8 є вихровими розподільними коробками, в яких вихрові розподільні клапани можуть бути встановлені для контрольованої тангенціальної подачі або завихрення 3 UA 98443 C2 5 10 потоку відповідно до потоку суміші подрібнюваний матеріал-газ, що піднімається у зону подрібнення 7. (фіг.1). На резервуарі для подрібнення 10 обертаються два подрібнювальних валки 15, і в зоні між подрібнювальними валками 15 забезпечені дві вихрові розподільні коробки 18 як пристрої для подачі свіжого повітря 8 в або на корпусі дробарки 13 (фіг. 1). Фіг. 3 показує дуже схематично подробиці валкової дробарки 2+2, в якій два подрібнювальних валка 15 і два керованих валка 16 обертаються на подрібнювальному резервуарі 10. Між кожним з керованих валків 16 і кожним з подрібнювальних валків 15 забезпечені у верхній частині 5 дробарки пристрої подачі 18 для контрольованої подачі охолоджувального газу 8 відповідно до вихрового потоку суміші подрібнюваний матеріал-газ, яка піднімається. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб подрібнення гарячого вологого матеріалу, зокрема цементного клінкеру, шлаку та агломератів, в якому компоненти сировинного матеріалу подають до вертикальної дробарки, подрібнюють і одночасно висушують за допомогою гарячого газу, поданого через соплове кільце до нижньої частини дробарки, і в якому за допомогою охолоджувального засобу підтримується наперед визначена температура газу і продукту внизу сепаратора, який відрізняється тим, що гарячий газ подається з температурою на вході, яка визначається вмістом вологи компонента сировинного матеріалу з найвищим рівнем вологи, і над сопловим кільцем і окремо від гарячого газу охолоджувальний газ уводять у вертикальну дробарку і змішують з подрібнюваною сумішшю матеріал-газ. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відносно загальної кількості несучого газу у вертикальній дробарці, аж до 30 % охолоджувального газу подають до верхньої частини вертикальної дробарки. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що свіже повітря подають як охолоджувальний газ. 4. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що принаймні частково охолоджений газ подають як охолоджувальний газ. 5. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що  95 °C наперед визначено як температуру газу і продукту внизу сепаратора, і це підтримують шляхом контрольованої подачі охолоджувального газу. 6. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вакуум створюють у вертикальній дробарці, сепараторі і фільтрі, і навколишнє повітря всмоктується як охолоджувальний газ. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що вакуум створює фен дробарки з необхідним об'ємом потоку, який приєднаний внизу під фільтром. 8. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що гарячий газ подають з вхідною температурою > 180 °C, наприклад, приблизно 230 °C, до вертикальної дробарки. 9. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вхідну температуру гарячого газу у вертикальній дробарці контролюють як функцію температури, кількості і вмісту вологи всіх або окремих компонентів сировинного матеріалу. 10. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що аж до 70 % об'єму потоку у вертикальній дробарці подають як гарячий газ. 11. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що подачу загальної кількості охолоджувального газу у вертикальну дробарку змінно контролюють шляхом вимірювання температури газу та продукту внизу сепаратора. 12. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що охолоджувальний газ уводять в зону подрібнення з вихровим потоком відповідно до піднімання суміші подрібнюваний матеріал-газ. 13. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що охолоджувальний газ уводять у зону подрібнення через пристрої подачі в корпусі дробарки, які розміщені поблизу від верхньої частини дробарки і між подрібнювальними валками або між подрібнювальними валками і керованими валками. 14. Спосіб за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що температуру вхідного гарячого газу вимірюють уверху вертикальної дробарки і контролюють за допомогою генератора гарячого газу і/або за допомогою подачі газу від сусідніх процесів, і/або повернення газу внизу під фен дробарки. 4 UA 98443 C2 5 10 15 20 25 30 15. Пристрій для подрібнення гарячого вологого сировинного матеріалу, зокрема цементного клінкеру, шлаку і агломератів, який має вертикальну дробарку, сепаратор і лінію подачі гарячого газу, який проходить через соплове кільце в нижній частині дробарки у зону подрібнення, і який має принаймні один пристрій для подачі охолоджувального засобу, за допомогою якого можна регулювати наперед визначену температуру газу і продукту внизу сепаратора, зокрема для здійснення способу відповідно до одного з пунктів 1-14, який відрізняється тим, що пристрої для подачі призначені для охолоджувального газу як охолоджувального засобу і пропорційно несучого газу для подрібнюваного матеріалу і розміщені перед сепаратором у верхній частині дробарки і між подрібнювальними валками або між подрібнювальними валками і керованими валками. 16. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що як пристрої для подачі забезпечені вихрові розподільні коробки, і вони мають регульовані вихрові клапани для контрольованої подачі охолоджувального газу. 17. Пристрій за пп. 15, 16, який відрізняється тим, що в ньому є контрольна система для подачі свіжого повітря як охолоджувального газу, і температуру охолоджувального газу і продукту внизу сепаратора змінно контролюють. 18. Пристрій за одним із пп. 15-17, який відрізняється тим, що в ньому є додатковий нагнітальний вентилятор для подачі свіжого повітря. 19. Пристрій за одним із пп. 15-18, який відрізняється тим, що пристрої для подачі охолоджувальної води розміщені над подрібнювальним резервуаром. 20. Пристрій за одним із пп. 15-19, який відрізняється тим, що в ньому забезпечена контрольна система, яка змінно контролює вхідну температуру гарячого газу у вертикальній дробарці і найвищий вміст вологи в компоненті матеріалу. 21. Пристрій за одним із пп. 15-20, який відрізняється тим, що прилад для вимірювання температури гарячого газу забезпечений в лінії подачі у верхній частині вертикальної дробарки і приєднаний до генератора гарячого газу з метою контролювання температури. 22. Пристрій за одним із пп. 15-21, який відрізняється тим, що лінія подачі гарячого газу приєднана до лінії повернення гарячого газу від процесу висушування в дробарці і внизу під феном дробарки і/або з'єднана з подачею гарячого газу від сусідніх процесів, наприклад від охолоджувача клінкеру. 23. Пристрій за одним із пп. 16-22, який відрізняється тим, що вихрові розподільні клапани вихрових розподільних коробок є регульованими для тангенціальної подачі охолоджувального газу. 5 UA 98443 C2 6 UA 98443 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7