Минеральное сырьё измельчают как в сухом, так и во влажном состоянии. При сухом помоле основная задача оборудования — обеспечить требуемое разрушение материала и получить заданную крупность продукта. Если же исходное сырьё содержит заметное количество влаги, к операции измельчения добавляется необходимость учитывать процессы удаления воды.
Мокрый помол может ухудшать стабильность работы оборудования: влажный материал меняет условия его движения и измельчения, а также работу систем классификации и транспортирования. Поэтому при переработке такого сырья необходимо учитывать не только параметры самого помола, но и способ удаления влаги.
В зависимости от свойств сырья и требований к готовому продукту влагу можно удалять до помола, в процессе измельчения или совмещать обе операции. Поэтому для влажного сырья применяются разные технологические схемы — от последовательного выполнения отдельных операций до их совмещения в одном оборудовании.
Один из таких вариантов — молотковая тангенциальная мельница ММТ, в которой измельчение материала сочетается с его подсушкой. Насколько такое совмещение оправдано по сравнению с раздельной схемой «сушильный барабан + мельница», определяется конкретными условиями переработки сырья.
Автор статьи:
Ковалев Дмитрий Сергеевич, инженер-технолог по оборудованию для измельчения и сушки минерального сырья
В этой статье:
Проблема влажного питания
Влажность влияет на процесс измельчения не только через дополнительную тепловую нагрузку. При повышенном содержании воды меняется поведение материала в рабочей зоне и системе классификации, что приводит к:
- залипанию материала на броню и мелющие тела — влажные частицы хуже отделяются от рабочих поверхностей, из-за чего снижается эффективность помола;
- замазыванию сит и классифицирующих поверхностей — влажный материал может образовывать отложения и ухудшать прохождение мелкой фракции;
- росту остатка и циркуляционной нагрузки — часть материала не проходит классификацию и возвращается на повторное измельчение;
- снижению устойчивости производительности — при изменении влажности меняется режим работы мельницы и газового тракта;
- необходимостью остановки для очистки — при образовании устойчивых отложений оборудование приходится выводить из работы для обслуживания.
Однако по мере роста влажности увеличивается количество воды, которое необходимо удалить, а вместе с ним — тепловая нагрузка на технологический процесс. Поэтому при выборе технологии необходимо решить две задачи одновременно: обеспечить требуемую степень измельчения и удалить влагу в таком объёме, чтобы она не нарушала классификацию и транспортирование готового продукта.
Четыре способа решения
Для влажного минерального сырья применяют несколько вариантов организации процесса. Они различаются тем, на каком этапе удаляется влага и насколько операция сушки связана с измельчением:
- Подача горячих газов в помольный контур — удаление влаги непосредственно во время измельчения;
- Аэробильные и шахтно-молотковые мельницы — конструкции, рассчитанные на совмещение измельчения, подсушки и пневматического выноса;
- Сушильный барабан + мельница — предварительное удаление влаги перед помолом;
- ММТ — совмещение сушки и измельчения в одном основном аппарате.
Помол с подачей горячих газов в мельницу (совмещённая схема)
В этой схеме горячий газ подаётся непосредственно в помольный контур. Во время измельчения он контактирует с влажным материалом, способствует испарению влаги и одновременно транспортирует измельчённые частицы.
При этом режим работы мельницы и газового контура необходимо согласовать: температура и расход газа определяются исходной влажностью, производительностью и требуемыми характеристиками готового продукта.
Аэробильные и шахтно-молотковые мельницы
При работе с влажным сырьём совмещает измельчение с удалением влаги. Материал поступает в рабочую зону и измельчается, а через мельницу проходит поток нагретого воздуха или сушильного газа. За счёт контакта материала с газовым потоком происходит испарение влаги, после чего измельчённые частицы выносятся из рабочей зоны.
Использует другой вариант организации того же совмещённого процесса. Влажное сырьё измельчается молотками в рабочей камере, после чего материал перемещается воздушным потоком по шахте. При прохождении через поток нагретого воздуха из материала удаляется влага, а достаточно мелкие частицы выносятся из мельницы.
Оба варианта позволяют отказаться от отдельной стадии предварительной сушки, но требуют сложной организации совместной работы механической и газовой частей оборудования. Необходимо одновременно обеспечить эффективное измельчение, достаточный контакт материала с нагретым газом, стабильное движение воздушного потока и вынос готовой фракции. Изменение влажности и свойств сырья может потребовать корректировки режима работы всей системы.
Из-за такой взаимосвязи процессов реализация подобных схем требует более сложного технологического расчёта, настройки и согласования оборудования. Поэтому аэробильные и шахтно-молотковые мельницы применяют относительно редко, преимущественно в тех случаях, когда их конструктивные особенности позволяют эффективно решить конкретную задачу по переработке влажного сырья.
Предварительная сушка в барабанной сушилке + помол
При классической схеме удаление влаги и измельчение выполняются последовательно на разном оборудовании. Влажное минеральное сырьё сначала поступает в барабанную сушилку, где за счёт контакта с горячим газом удаляется основная часть влаги. После достижения требуемой влажности материал направляется в шаровую мельницу для окончательного измельчения.
Главное преимущество такой схемы — мельница получает уже подсушенный материал. Основная часть воды удаляется до начала помола, поэтому условия работы мельницы в меньшей степени зависят от исходной влажности сырья. При этом параметры сушки и измельчения можно регулировать отдельно: в сушилке настраивается тепловой режим и степень удаления влаги, а на последующей стадии — режим помола под требуемую крупность продукта.
Ограничение схемы связано с необходимостью отдельных сушильного и помольного контуров. После сушки материал необходимо передать от одного участка к другому, что увеличивает количество оборудования, соединений и операций, которые требуется согласовать между собой. Раздельная схема позволяет вынести сушку из мельницы, но не устраняет затраты энергии на испарение воды. Чем больше влаги необходимо удалить до помола, тем выше тепловая нагрузка сушильного участка.
Тангенциальная молотковая мельница ММТ как единый аппарат
В ММТ сушка и измельчение выполняются в рамках одного технологического процесса. Влажное сырьё поступает непосредственно в мельницу, а горячий газ подаётся в рабочую зону. За счёт совместного воздействия механического измельчения и горячего газового потока материал одновременно измельчается и теряет влагу. Высушенные частицы выносятся из зоны помола и направляются на последующее разделение и улавливание готового продукта.
Основное преимущество такой схемы — совмещение двух операций в одном аппарате. Не требуется предварительно доводить сырьё до влажности, необходимой для отдельной мельницы: влага удаляется непосредственно во время помола. Поэтому технологическая линия может работать без самостоятельной стадии предварительной сушки и передачи высушенного материала от сушилки к мельнице.
При этом совмещение процессов означает, что режимы сушки и помола связаны между собой. Подача горячего газа определяет условия удаления влаги, а параметры работы мельницы влияют на интенсивность измельчения и движение материала. Поэтому режим работы ММТ необходимо согласовывать с характеристиками сырья и требованиями к готовому продукту.
Ограничение такой схемы связано с меньшими возможностями независимой регулировки сушки и помола по сравнению с раздельной линией. Применение ММТ также необходимо оценивать с учётом влажности и свойств сырья, требуемой производительности и заданной тонкости помола.
Таблица сравнения схем
Сравнивать варианты обработки влажного сырья корректно при одинаковых исходных условиях: виде сырья, его влажности, производительности, требуемой тонкости помола и конечной влажности продукта. При этом расход топлива и электроэнергии нельзя задавать одной универсальной величиной: они рассчитываются для конкретного материала и состава технологической линии.
| Параметр | Горячие газы + мельница | Аэробильные и шахтно-молотковые устройства | Сушильный барабан + мельница | ММТ |
|---|---|---|---|---|
| Основной принцип | Сушка и измельчение в общем газовом потоке | Измельчение, подсушка и пневматический вынос материала | Сначала сушка, затем помол | Совмещение сушки и измельчения |
| Где удаляется влага | В помольном контуре | В процессе измельчения и пневматического транспортирования | В отдельной сушильной стадии | В рабочем процессе мельницы |
| Отдельная сушильная стадия | Нет | Нет | Да | Нет |
| Связь с операцией помола | Сушка и помол взаимосвязаны | Сушка, помол и транспортирование связаны | Сушка и помол разделены | Сушка и помол взаимосвязаны |
| Межаппаратный транспорт | Может быть сокращён | Может быть сокращён | Требуется передача материала после сушки | Может быть сокращён |
| Количество самостоятельных узлов | Зависит от состава линии | Зависит от конструкции и комплекса | Выше из-за отдельной сушильной и помольной стадий | Зависит от комплектации, но основные процессы объединены |
| Настройка сушки и помола | Параметры связаны | Параметры связаны | Можно регулировать отдельно | Параметры связаны |
| Расход топлива на удаление влаги | Рассчитывается по тепловому балансу | Рассчитывается по тепловому балансу | Рассчитывается по тепловому балансу сушилки | Рассчитывается по тепловому балансу |
| Расход электроэнергии | Определяется всей линией | Определяется всей линией | Определяется всей линией | Определяется всей линией |
| Площадь участка | Зависит от комплектации | Зависит от комплектации | Обычно выше при сопоставимой задаче из-за отдельной стадии сушки и транспорта | Может быть ниже при совмещении процессов |
| Основное ограничение | Необходима согласованная работа мельницы и газового контура | Возможности работы с влажным сырьём зависят от конструкции | Больше самостоятельных стадий и межаппаратных связей | Требуется согласование режимов сушки и помола |
Особенности конструкции и принцип работы ММТ
Особенность ММТ заключается в согласованной работе механической части и газового контура. Материал перемещается внутри мельницы в потоке газа, а режим его движения зависит от работы ротора, газового тракта и системы классификации.
Чтобы понять, как устроен этот процесс, далее подробно рассмотрим основные узлы ММТ и их влияние на движение материала и получение готового продукта.
Ротор является основным рабочим органом. Частицы многократно попадают в зону ударного воздействия, пока их размер и аэродинамические характеристики не позволят газовому потоку вынести их из рабочей зоны.
Билы передают материалу механическую энергию и относятся к изнашиваемым элементам. На скорость их износа влияют абразивность сырья, исходная крупность, производительность, требуемая тонкость и режим работы.
Универсальный интервал замены бил для всех материалов задавать некорректно. Для конкретной линии его определяют по фактическому износу и эксплуатационным данным.
Горячий газ подводится в рабочую зону тангенциально. Газовый поток выполняет сразу несколько функций: участвует в теплообмене, удаляет влагу и транспортирует измельчённые частицы.
Температура и расход газа выбираются по исходной влажности, производительности, теплофизическим свойствам материала, требуемой остаточной влажности и допустимой температуре готового продукта.
После измельчения частицы взаимодействуют с газовым потоком. Более мелкая фракция легче выносится из рабочей зоны, а более крупная продолжает циркулировать и измельчаться.
Поэтому тонкость продукта определяется не только механическим воздействием бил. На неё также влияют расход газа и режим классификации. В зависимости от исполнения классификация может быть встроенной или выполняться отдельным сепаратором.
Вентилятор обеспечивает движение газового потока через технологический контур и влияет на скорость выноса материала из рабочей зоны.
Его подбор нельзя рассматривать отдельно от мельницы: учитываются производительность, расход горячего газа, аэродинамическое сопротивление газоходов, фильтра и других элементов системы.
Что получается на выходе
ММТ может применяться в составе технологического комплекса как мельница для минерального порошка, известняковой муки и других минеральных наполнителей.
Для минерального порошка, используемого в асфальтобетонных и органоминеральных смесях, необходимо учитывать требования ГОСТ Р 52129-2003 и его действующую редакцию.
В зависимости от назначения продукта контролируются:
- гранулометрический состав;
- содержание частиц заданной крупности;
- влажность;
- показатели, связанные с взаимодействием с битумом.
Для других продуктов требования определяются их назначением. Например, для наполнителей сухих строительных смесей важны стабильная крупность, содержание мелкой фракции, влажность и другие параметры, заданные рецептурой.
Оборудование подбирают исходя из требований к готовому продукту и свойств сырья, а не наоборот. Решения для переработки различных материалов можно посмотреть в разделе «Оборудование для переработки различных материалов».
Пример сравнения технологических схем для участка минпорошка 10 т/ч
Чтобы сравнить две основные схемы на одинаковых условиях, рассмотрим участок производства минерального порошка производительностью 10 т/ч.
Сравниваются: комплекс на базе ММТ, схема «сушильный барабан + шаровая мельница + сепаратор».
Исходные данные:
- готовый продукт — 10 т/ч;
- сырьё — известняк;
- исходная влажность — 8 %;
- конечная влажность — не более 1 %;
- исходная крупность — до 20–25 мм;
- требуемая крупность готового продукта — до 0,08 мм;
- непрерывный режим работы;
- топливо — природный газ.
Сколько влаги необходимо удалить: для получения 10 т/ч готового продукта при снижении влажности с 8 до 1 % потребуется около 10,76 т/ч влажного сырья. Количество удаляемой воды составит примерно 0,76 т/ч, или 760 кг/ч.
Эта величина одинакова для обеих рассматриваемых схем. Поэтому сам факт совмещения сушки с помолом не означает, что исчезает необходимость подвести тепло для испарения воды. Разница между схемами заключается прежде всего в том, где и каким способом выполняется удаление влаги и как организованы остальные стадии процесса.
CAPEX: откуда возникает разница
| Фактор | ММТ | Раздельная схема |
|---|---|---|
| Основные аппараты | Совмещённая стадия измельчения и подсушки | Отдельные сушильная и помольная стадии |
| Вспомогательное оборудование | Зависит от комплектации комплекса | Требуется больше связей между аппаратами |
| Существующая инфраструктура | Преимущество зависит от наличия готовой инфраструктуры | Может снизить затраты при наличии готовой инфраструктуры |
| Новый участок | Требует размещения ММТ и вспомогательного оборудования | Требует размещения сушильной, помольной и вспомогательных систем |
Сравнение OPEX
| Фактор | ММТ | Раздельная схема |
|---|---|---|
| Тепловая нагрузка на испарение влаги | Требуется | Требуется |
| Расход газа | Зависит от эффективности теплового контура | Зависит от эффективности теплового контура |
| Электроэнергия | Зависит от всей линии | Зависит от всей линии |
| Обслуживание | Износ и обслуживание ММТ и вспомогательных систем | Износ и обслуживание сушилки, мельницы и вспомогательных систем |
Сроки монтажа и запуска
Продолжительность реализации проекта включает изготовление и поставку оборудования, подготовку площадки, монтаж, подключение инженерных систем, пусконаладочные работы и выход линии на стабильный режим. Поэтому срок запуска нельзя определять только по сроку поставки основного оборудования.
При сравнении вариантов необходимо учитывать готовность площадки, наличие фундаментов и инженерных коммуникаций, объём строительно-монтажных работ, степень заводской готовности оборудования и состав автоматизации. Для нового участка эти параметры оцениваются вместе с технологической схемой и позволяют определить фактический календарный срок от начала монтажа до получения готового продукта с заданными характеристиками.
Что влияет на выбор схемы
ММТ имеет смысл рассматривать, если:
- необходимо совместить измельчение и подсушку;
- важно сократить количество самостоятельных технологических стадий;
- необходимо уменьшить количество межаппаратных транспортных связей;
- влажность сырья относительно стабильна;
- требования к продукту соответствуют возможностям совмещённой схемы;
- независимое управление сушкой и помолом не является обязательным условием.
Раздельную схему стоит рассматривать, если:
- на предприятии уже есть сушильное оборудование;
- одна сушилка используется для нескольких продуктов или линий;
- влажность исходного сырья существенно меняется;
- требуется независимо регулировать сушку и помол;
- технологический процесс предусматривает отдельный контроль каждой стадии;
- особенности продукта требуют разделения процессов.
Совмещение процессов имеет смысл, когда предварительная сушка не требуется как самостоятельная технологическая операция, влажность сырья находится в расчётном диапазоне, а требования к продукту можно обеспечить при совместной настройке газового и помольного контуров. Раздельная схема рациональна, когда сушку и помол необходимо регулировать независимо либо на предприятии уже имеется подходящее сушильное оборудование.
Почему ММТ «Строммашина»
Билы относятся к основным изнашиваемым элементам ММТ и работают непосредственно в зоне интенсивного измельчения. Поэтому при эксплуатации оборудования важно иметь возможность своевременно заменять рабочие детали и поддерживать ротор в исправном состоянии.
Для ММТ «Строммашина» доступны запасные части и комплектующие. Отдельные детали при необходимости могут изготавливаться по чертежам заказчика. Это упрощает обслуживание оборудования и позволяет учитывать особенности конкретной машины при замене изнашиваемых элементов.
Для оборудования с вращающимся ротором важно контролировать состояние рабочих и подшипниковых узлов. Повышенная вибрация может возникать из-за неравномерного износа бил, нарушения балансировки, состояния подшипников, попадания посторонних предметов или ошибок при монтаже.
Поэтому при эксплуатации ММТ необходимо контролировать вибрационные характеристики и состояние вращающихся элементов. Своевременное выявление отклонений позволяет определить причину повышенной вибрации и выполнить необходимое обслуживание.
Производительность и режим работы мельницы зависят от конкретных условий переработки. Одинаковые паспортные характеристики оборудования не гарантируют одинаковый результат для сырья с разной влажностью, крупностью и свойствами.
При расчёте ММТ «Строммашина» учитываются характеристики исходного материала, требуемая производительность, влажность и конечная фракция продукта. На основании этих данных определяются параметры оборудования и рабочий режим для конкретной технологической задачи.
ММТ работает совместно с тепловым оборудованием, газовым трактом, системой классификации, пылеулавливанием и транспортированием материала. Поэтому при создании новой линии важно заранее определить состав взаимосвязанных узлов.
Самарский завод «Строммашина» может поставлять оборудование в составе технологического комплекса, а также выполнять шеф-монтаж и пусконаладочные работы. Это позволяет согласовать состав поставки с принятой технологической схемой и требованиями к готовому продукту.
Опыт поставщика важен при реализации комплексных проектов, где необходимо учитывать не только характеристики отдельной мельницы, но и взаимодействие оборудования в составе линии.
За время работы завод «Строммашина» поставил более 3500 единиц оборудования в более чем 20 стран. Компания также выполняет проектирование и производство оборудования, поставку комплексов, шеф-монтаж, пусконаладку и сервисное обслуживание.
