Электрофизический метод снижения энергопотребления и аспирационных выбросов при измельчении неорганических материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.16, кандидат технических наук Сукманов, Алексей Викторович

• Сукманов, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сукманов, Алексей Викторович

Оглавление

Стр.

Введение

1. Аналитический обзор

1.1. Энергоёмкость процессов измельчения

1.1.1 Способы расчета удельных энергозатрат при измельчении

материалов

1.1.2 Технологии и оборудование, применяемые в процессах измельчения

1.1.3 Явления, обуславливающие увеличение удельных

энергозатрат в процессах измельчения

1.2 Влияние процессов измельчения на окружающую среду и санитарно-гигиеническую обстановку в производственных помещениях

1.2.1 Выбросы вредных веществ в атмосферу и их воздействие

на окружающую среду

1.2.2 Загрязнение воздуха пылью и ее воздействие на организм человека при измельчении твердых материалов

1.3 Статическое электричество - как фактор, снижающий производительность размольного оборудования и эффективность работы пылеочистительных установок

1.3.1 Механизм электризации измельчаемого материала

1.3.2 Влияние статического электричества на производительность

оборудования и на физические свойства готового продукта

1.3.3 Способы нейтрализации зарядов статического электричества

1.4 Методы интенсификации процессов измельчения и снижения выбросов вредных веществ в атмосферу

1.5 Цель и постановка задач исследования

2. Характеристика материалов и методики исследований

2.1 Характеристика материалов

2.2 Методики исследования и обработка результатов эксперимента

3. Теоретические основы электрофизического метода снижения энергопотребления и аспирационных выбросов в атмосферу

3.1 Зависимость степени измельчения твёрдых материалов от физико-химических свойств

3.2 Влияние электрических и магнитных полей на процесс измельчения

3.3 Механизм образования и воздействия диэлектрического пограничного слоя (ДПС) на накопление и отвод заряда

3.4 Поляризация измельчаемого материала

3.5 Снижение электростатического заряда измельчаемого материала с помощью генератора переменного частотно-модулированного сигнала (ПЧМС)

3.6 Механизмы разупрочнения измельчаемых материалов

4. Экспериментальная часть

4.1 Обоснование выбора промышленных материалов для исследования

4.2 Исследования влияния ПЧМС на электрофизические свойства материалов

4.2.1 Определение удельной электропроводности исследуемых материалов

4.2.2 Определение диэлектрической проницаемости исследуемых материалов

4.2.3 Определение емкостного, активного и общего сопротивления диэлектрического пограничного слоя (ДПС) промышленной мельницы

4.3 Исследование влияния ПЧМС на физико-химические свойства, гранулометрический состав и кинетику накопления заряда на измельчаемых материалах

4.3.1 Исследование воздействия ПЧМС на кинетику процесса

измельчения, накопление заряда и физические свойства дефторированного фосфата кальция (ДФФ) при измельчении его в шаровой и вибрационной мельницах

4.3.2 Исследование воздействия ПЧМС на кинетику процесса измельчения, накопление заряда и физические свойства

извести в процессе её измельчения

4.3.3 Исследование воздействия ПЧМС на кинетику процесса измельчения, накопление заряда и физические свойства фосфоритной руды в процессе её измельчения

4.3.4 Исследование воздействия ПЧМС на кинетику процесса измельчения, накопление заряда и физические свойства природного цеолита в процессе его измельчения

4.3.5. Заключение

5. Промышленные испытания

5.1 Промышленные испытания электрофизического метода снижения удельного энергопотребления и аспирационных выбросов в атмосферу в процессе измельчения дефторированного фосфата

кальция (ДФФ) на ОАО «Фосфорит»

5.2. Определение выбросов в атмосферу и эффективности процесса аспирационной очистки воздуха от пыли ДФФ под воздействием ПЧМС

5.3 Промышленные испытания влияния ПЧМС на процесс измельчения цементного клинкера

5.4 Оценка экономического эффекта от применения генератора ПЧМС в производстве кормовых обесфторенных фосфатов

на ОАО «Фосфорит», г. Кингисепп

Выводы

Список используемых источников

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрофизический метод снижения энергопотребления и аспирационных выбросов при измельчении неорганических материалов»

Введение

Процесс измельчения твердых неорганических веществ является одной из самых распространенных операций в химической промышленности, в производстве строительных материалов и в ряде других областей народного хозяйства. Эти производства являются высокоэнергоемкими и одними из основных источников загрязнения окружающей среды вредными отходящими газами и пылью, нанося ей тем самым значительный вред. Кроме того, запыленность воздуха в цехах ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и вызывает профессиональные заболевания.

В настоящее время мировое производство порошков достигает миллиарда тонн в год, на это затрачивается около 10 % всей вырабатываемой электроэнергии, а количество выбросов пыли в атмосферу достигло гигантских размеров: при измельчении извести - 312,4 тыс. т/г; гипса - 99,4 тыс. т/г; фосфоритной руды - 81,9 тыс. т/г; [1].

Применяемые пылеулавливающие аппараты обеспечивают существенное снижение концентрации пыли в воздухе и отходящих газах, однако запыленность технологических выбросов часто превышает предельно допустимые выбросы, поэтому большинство исследований по снижению техногенной нагрузки и интенсификации процесса измельчения направлены на усовершенствование и создание нового технологического оборудования, а также использование различных интенсификаторов. Однако, при определенной дисперсности измельчаемого материала основное влияние на интенсификацию процесса измельчения оказывает его электризация. Существующие методы отвода электрического заряда направлены на использование антистатиков поверхностноактивных веществ и увлажнение наэлектризованных продуктов. Эти способы малоэффективны, экономически не выгодны и приводят к ухудшению физических свойств готового продукта, кроме того, они не учитывают негативного влияния пограничного буферного слоя, образующегося за счет налипания наэлектризованных

частиц на стенках мельницы. Буферный слой препятствует полезной механической работе мелющих тел и отводу электростатического заряда с измельчаемого материала через заземленные стенки мельницы, в результате это приводит к забивке секционирующих решеток мельницы, пневмокамерных насосов, циклонов и рукавных фильтров.

В связи с этим разработка нового электрофизического метода повышения эффективности очистки газовоздушных потоков от пыли и снижения энергопотребления является весьма важной и актуальной проблемой.

Целью данной работы является разработка нового метода отвода электростатического заряда с измельчаемого материала, позволяющего интенсифицировать эффективность очистки отходящих технологических газов от пыли и снизить удельные энергозатраты на стадии измельчения твердых неорганических продуктов. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие вопросы:

1. Предложен электрофизический метод отвода электростатического потенциала с измельчаемого материала и разработан его механизм воздействия на процесс измельчения.

2. Изучено влияние переменного частотно-модулированного сигнала (ПЧМС) на кинетику накопления электростатического заряда на исследуемых материалах в процессе их измельчения и его отвод через диэлектрический пограничный слой (ДПС).

3. Исследовано влияние генератора ПЧМС на интенсификацию процесса измельчения и на физические свойства измельчаемого продукта.

4. В промышленных условиях испытано влияние генератора ПЧМС на процесс измельчения и стадию очистки газовоздушного потока в производстве дефто-рированного фосфата кальция на ОАО "Фосфорит" и на процесс измельчения портландцементного клинкера на цементных заводах фирмы "Nesher Israel Cement Enterprises Ltd.", (Израиль) и «Cement Hranice», (Чехия).

1 Аналитический обзор 1.1. Энергоёмкость процессов измельчения

Измельчение материала до небольших кусков или в порошок достигается операциями дробления и помола. Процесс измельчения имеет большое значение для многих отраслей промышленности. При этом преследуются различные цели: для цементной промышленности, например, важно только увеличение удельной поверхности материала и повышение его реакционной способности, а для горнорудной необходимо облегчить дальнейшее разрушение фракций.

В настоящее время мировое производство порошков достигает миллиарда тонн в год. На это затрачивается около 10% всей вырабатываемой энергии в год. Одна только цементная промышленность потребляет около 2% электроэнергии, где удельный расход энергии составляет 100 - 115 кВтч/т, при этом на долю помола сырья и клинкера затрачивается до 75% всей расходуемой энергии. Потребность в энергии при помоле цементного клинкера составляет 35-50 кВт-ч на тонну [1].

Техника помола находится еще на недостаточно высоком уровне. Энергия, расходуемая непосредственно на помол, составляет небольшой процент от расходуемой энергии, остальная - теряется в виде тепловой, звуковой и т.д. Например, при помоле материалов в шаровой мельнице полезно используется 5 - 6 % потребляемой энергии, в струйной мельнице - 15 % [2]. Важно также отметить, что доля выбросов в атмосферу некоторых отраслей производства, являющихся наиболее сильными загрязнителями воздушной среды, характеризуется следующими цифрами: теплоэлектроцентрали - 27.0 %, черная металлургия - 24.3 %, нефтедобыча и нефтехимия - 15.5 %, автотранспорт -13.3 %, цветная металлургия - 10.5 %, производство стройматериалов - 8.1 %, химическая промышленность - 1.3 % [3].

Из приведенных данных видно, что химическая промышленность и производство стройматериалов, оказывает большое влияние на загрязнение воздушной среды пылью и токсичными газами.

Большинство выбросов аэрозолей, загрязняющих окружающую среду, в химической промышленности производится при дроблении и помоле, а не в результате химических реакций. Например, производство извести связано с разрушением кусковых материалов (карбонатного сырья, известняка и извести), которое сопровождается интенсивным выделением пыли. Заводы по производству извести среди предприятий строительных материалов стоят на 3-ем месте по количеству выбрасываемой в атмосферный воздух пыли [2,4].

Технологические выбросы производств строительных материалов с содержанием пыли, превышающей ПДВ, наносят значительный вред природным ресурсам. Кроме того, запыленность воздуха в цехах ухудшает санитарно-гигиенические условия труда, снижает его производительность и вызывает профессиональные заболевания.

Применяемые пылеулавливающие аппараты обеспечивают существенное снижение концентрации пыли в воздухе и отходящих газах, однако, до сих пор запыленность технологических выбросов, как правило, превосходит расчетные максимально допустимые выбросы.

Ниже приведены данные по количеству вредных выбросов на ряде производств, тыс-т/год [4]: извести - 312.4; гипса - 99.4; фосфоритной руды - 81.9; выработка электричества со сжиганием ископаемых топлив - 14135.00.

1.1.1 Способы расчета удельных энергозатрат при измельчении материалов

Задачей теории измельчения является установление взаимосвязи между дисперсностью измельчаемого материала, которому присущи некоторые известные физические и химические свойства, и затратами энергии измельчителей с заданными конструктивными параметрами. Измельчение представляет собой сложный процесс. Его кинетика определяется существенным и одновременным влиянием сразу многих факторов, таких, как пластическое и упругое деформирование, взаимодействие частиц между собой и с окружающей средой, масштабным изменением прочности, конструктивными особенностями измельчителей и др. Этими особенностями процесса обусловлена сложность задачи теории измельчения, которая до настоящего времени не решена полностью. Известные из литературных источников соотношения Риттенгера, Кика, Бонда и многие другие основаны на одностороннем учете какого-либо одного из указанных параметров и потому оказались весьма ограниченно применимыми для описания экспериментальных данных. Очевидно, что теория измельчения должна быть связана, прежде всего, с теорией прочности твердых тел и с физи-кохимией поверхностных явлений, определяющих взаимодействие частиц [5].

Исследования проблемы измельчения условно разделены на три группы. В первой представлены исследования процесса разрушения твердых тел под действием ударных и сдавливающих воздействий, в какой-то мере имитирующих таковые при измельчении. Этот цикл исследований базируется на достижениях физики твердого тела - физики прочности и пластичности. Во вторую группу входят исследования гранулометрического состава порошков. Их целью является установление закономерностей распределения частиц по размерам в зависимости от условий измельчения. К третьей группе относятся работы, посвященные установлению взаимосвязи между одной из характеристик дисперс-

ности порошков и затратами энергии на помол. Все три группы исследований тесно связаны между собой, но каждая из них имеет и самостоятельное значение для конструирования измельчителей, обработки технологических режимов измельчения и технологии использования его продуктов. Анализ теоретических исследований и новые экспериментальные результаты в этой области изложены в трудах первого и второго конгрессов по измельчению, в монографиях Сиден-ко П.М., Ходакова Г.С. и Гийо Р., а также в трудах НИИ цемент [5 - 12].

В мельницах частицы разрушаются в результате воздействий разного рода, отличающихся локализацией приложения внешней силы - разлом, раздавливание, раскалывание, резание, а также скоростью нарастания напряжений -от медленного сжатия до высокоскоростного удара. Причем, удар может быть приложен к свободным частицам, движение которых в момент удара не ограничено препятствием, и к частицам, перед ударом покоящимся на каком-либо препятствии, полностью или частично ограничивающим возможность их перемещения после удара. В каждом из названных типов воздействий для осуществления разрушения частиц затрачивается определенное количество энергии. Очевидно, что наиболее экономичны из них такие, для которых предельное напряженное состояние локализовано в ограниченном объеме тела. К ним относятся резание, разлом и раскалывание острым инструментом. Однако создание таких локализованных предельных напряжений в машинах, предназначенных для измельчения, когда размеры мелющих тел велики по сравнению с размерами частиц, весьма затруднительно. В процессах же дробления размеры кусков материала сопоставимы с размерами рабочих органов машины, что и позволяет осуществлять наиболее выгодные способы приложения напряжений. Экономичность дробилок, выражаемая затратами энергии на создание единицы дисперсности (обычно - удельной поверхности), поэтому заметно выше, чем у мельниц [9].

Когда напряжение в материале превышает внутренние силы сцепления частиц, он распадается на более мелкие части. Если размер этих "осколков" ве-

лик, их снова подвергают разрушению до тех пор, пока не будет получена требуемая крупность продукта.

Определение величины затрачиваемой при этом энергии составляет одну из главных проблем в теории измельчения. Первая попытка решить эту проблему была сделана Риттингером. Он предположил, что работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом материале. Предположение о прямой пропорциональности работы измельчения вновь образованной поверхности можно считать справедливым только в случае измельчения тела резанием или распиливанием, когда объем обрабатываемого материала практически не влияет на затрату энергии. В тех же случаях, когда измельчение производится раздавливанием, раскалыванием, ударом или каким-либо комбинированным способом, это предположение не справедливо, так как при этом не учитывается энергия, затрачиваемая на деформацию тела без разрушения. В этом случае, удельная (поверхностная) работа зависит не только от природы материала, но и от степени, способа и от класса измельчения.

В. П. Кирпичев и затем Кикк дали иное решение рассматриваемой проблемы теории измельчения. Указанные авторы предполагали, что энергия, требуемая для производства аналогичных изменений в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава, изменяется пропорционально объемам или массам этих тел. Иначе говоря, расход энергии на измельчение данного материала при прочих равных условиях прямо пропорционален его объему или массе.

В итоге многолетней дискуссии были разделены сферы применения соперничавших теорий. Указывалось, что теория Риттингера приемлема для определения электрических затрат в области тонкого измельчения, а теории Кирпи-чева Кикка отводилась область мелкого, среднего и крупного измельчения. Однако проблема установления связи между энергетическими затратами и результатами измельчения продолжала по-прежкему оставаться центральной темой теории измельчения. Ни одна простая формула не применима ко всем ма-

териалам и методам дробления. Метод, объеденяющий обе выше изложенные теории, вероятно, более близок к истине [9].

К аналогичному выводу пришел и П. А. Ребиндер. По его наблюдениям работа измельчения пропорциональна как вновь образованной поверхности, так и объему измельчаемого материала [13]. Было предложено определять работу, затрачиваемую на измельчение, как величину, пропорциональную среднегеометрической из объема и поверхности разрушаемого тела.

Ни одна из предложенных теорий для определения работы, затрачиваемой на измельчение, не получила широкого применения. Это объясняется, прежде всего, сложностью рассматриваемой задачи. Только внешне процесс измельчения кажется простым, а в действительности с точки зрения характера, величины и направления сил, под действием которых материал разрушается, а также количественного учета результатов разрушения, он является в высшей степени сложным, и стремление описать его каким-либо обобщенным уравнением едва ли может привести к исчерпывающему ответу на основной вопрос теории измельчения.

Если бы можно было определить ту минимальную работу, которая необходима для получения определенного результата измельчения независимо от способа измельчения, то удалось бы определить и коэффициент полезного действия каждого способа, поскольку фактический расход энергии определяется простым замером. К сожалению, исследования в этом направлении пока еще не дают возможности привести какие-либо цифровые данные по коэффициентам полезного действия различных способов измельчения.

На затраты или, точнее, на перерасход энергии при измельчении не менее важное влияние оказывают условия ведения процесса. Измельчение материала, как отмечалось выше, идет в несколько приемов. На каждом этапе получают частицы различной дисперсности. В составе этих частиц имеются и такие, которые не должны были бы подвергаться разрушению в последующих приемах, но не всегда возможно вывести их из процесса. Они остаются в общей массе мате-

риала, воспринимают на себя часть действующих усилий, гасят их, переизмельчаются и резко тормозят течение процесса в нужном направлении. Тормозящее действие присутствующего в сырье готового продукта давно подмечено. Основное правило "ничего лишнего не измельчать" требовало не допускать переизмельчения материала и перерасхода энергии и перед подачей сырья на измельчение извлекать из него мелкую фракцию. Это требование необходимо и с точки зрения устранения тормозящего действия «мелочи» [14].

тт _

при крупном среднем и мелком измельчении материалов средней прочности, когда степень измельчения составляет 3-4, расход энергии колеблется от 0,4 до 0,8 кВт-ч/т, при тонком помоле расход энергии достигает 30 кВт-ч/т, а иногда и больше. Часто высокий удельный расход энергии при тонком измельчении объясняют только изменением прочности или размалываемости материала. Чем мельче частицы, тем меньше в материале внутренних дефектов, тем они прочнее и, следовательно, на их измельчение требуются большие затраты энергии. Оказывается, что расход энергии при тонком измельчении теоретически должен быть в 3 - 4 раза больше, чем при крупном, мелком и среднем, а фактически больше в 15 - 20 раз. Такое расхождение объясняется не только "упрочнением" частиц по мере уменьшения их размера, но, главным образом, тормозящим действием переизмельченного материала. В машинах крупного, среднего и мелкого дробления процесс измельчения завершается в 1 -3 приема, а в машинах тонкого измельчения в 100 - 120 приемов разрушения. Перед ма-

ТТТТ1ТТ01101 ГТТТТЛТ^ А ЖЯЛТТЛТМ^Л XX ппатттттпл Т1Ч1 «ОПТ ТГйТТТ^Я П /М I »'Г' IЯ Т)^аГ<ТГП ХГЛТПТТПП ТТТТ1Э О

шпС11У1 п хур^ипдл ^ п и пля^тчъпил ничш Ды апстлгюык^ ¡-

ся грохот для отвода из сырья кусков, не требующих дробления. В машинах же тонкого измельчения уже готовый продукт остается продолжительное время в зоне измельчения, тормозя процесс. Современные машины для тонкого измель-

ТТРТ1Т1(Т 1 I (»¡'1 ПЛП апттттжттт Г Т» ХОХХХХХХХХ X ППП 1 -1Л\ г 1"Т » I /Л 1-/Л лпалгпапп XX \ Л ¿Л П I:- (Я ' М II тт/ч-

ЧСп Я ИСп^Ч/ чл^ш таишпш для лр^ипихи, V п шихлш и, И ии_

тому нуждаются в дальнейшем совершенствовании [6].

1.1.2 Технологии и оборудование, применяемое в процессах измельчения

Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, измельчением, резанием, распиливанием, истиранием, ударом и различными комбинациями этих способов. Из перечисленных способов пригодными для промышленного измельчения оказались раскалывание, разламывание, раздавливание, истирание и удар.

На принципах раскалывания, раздавливания и удара, а также на сочетаниях этих способов с разламыванием и истиранием, работает подавляющее большинство современных измельчителей. В химической промышленности и в производстве строительных материалов наибольшее распространение имеют измельчители раскалывающего, размалывающего действия и измельчители ударного действия.

Измельчение раскалывающего и размалывающего действия.

Измельчение или разрушение кусков материала раскалыванием ищи разламыванием осуществляется действием на тело сосредоточенных нагрузок. При этом возникают местные разрушающие напряжения, которые и вызывают деление тела на части. Раскалывание и разламывание по сравнению с простым раздавливанием требуют меньших усилий для разрушения кусков материала, облегчают условия работы деталей измельчителей, уменьшают выход мелких фракций, дают продукт более однородный по гранулометрическому составу, и требуют меньших затрат энергии на единицу измельчаемого материала. Измельчители раскалывающего и разламывающего действия оказались особенно эффективными при крупном и среднем измельчении, а также при получении кускового материала с минимальным выходом мелочи. К измельчителям, работающим на принципе раскалывания и разламывания, относятся щековые, конусные и зубовалковые дробилки.

Измельчители ударного действия.

В измельчителях ударного действия измельчение материала производится за счет ударных нагрузок. Эти нагрузки могут возникнуть при падении измельчающих тел на материал, столкновении летящего материала с неподвижной поверхностью, столкновении материала и измельчающих тел в полете, столкновении в полете самих измельчающихся частиц друг с другом. К измельчителям ударного действия относятся молотковые, центробежные, центробежно-шаровые, барабанные, пневматические и струйные измельчители, схемы которых изображены на рис.1. При вращении барабана мелющие тела (шары, стержни, диски, морская галька и т.п. ) центробежной силой прижимаются к его стенке, поднимаются, затем, достигнув некоторой высоты а, начинают падать или скатываться вниз. Если в барабане будет находиться также и материал, подлежащий измельчению, то мелющие тела (ударом при падении, раздавливанием и истиранием при скатывании) будут его измельчать.

В настоящее время создано большое количество типов и размеров барабанных мельниц производительностью от нескольких килограммов до десятков тонн в час. По принципу работы они подразделяются на мельницы периодического и непрерывного действия, рис.2 и 3 соответственно.

Схемы измельчителей ударного действия

а—молотковые; б—центробежные; в—центробежно-шаровые; г—барабанные; д—пневматические; е—трубные. Рис. 1.

Схема барабанной мельницы периодического действия

1—опоры; 2— барабан с цапфами; 3— приводная зубчатая пара; 4— люк для загрузки и выгрузки; 5— мелющие тела.

Рис.2

Схема многокамерной барабанной мельницы:

1— стойка; 2—цапфа питания; 3—барабан; 4— люк; 5, 6—диафрагмы; 7—выводная цапфа; 8—мелющие тела; 9—приводная пара. Рис.3

Движение материала в этих мельницах происходит под действием разности уровней материала на его входе и выходе и вращения барабана. При выводе материала газовым потоком газ поступает в барабан со стороны питающей цапфы. Поток подхватывает мелкие частицы и выносит их через цапфу 7. Пыле-газовая смесь, выходящая из мельницы, поступает либо непосредственно в производство, например на сжигание, либо в осадительные устройства для выделения твердой фазы. Вывод материала потоком жидкости производится при мокром измельчении. Жидкость поступает в мельницу вместе с измельчаемым материалом и при своем движении от входной цапфы к выходной выносит мелкие частицы. Получаемая пульпа после выделения из нее крупных частиц направляется либо на дальнейшую обработку, например флотацию, либо в отстойники для отделения твердой фазы.

При всех способах вывода измельченного материала из барабана в нем содержатся наряду с целевой фракцией также и более крупные частицы. Чтобы разделить измельченный материал на фракции, мельницы должны работать в замкнутом цикле с классифицирующими устройствами—грохотами, воздушными сепараторами или гидравлическими классификаторами.

Многокамерная мельница непрерывного действия широко применяется в настоящее время в производстве цемента и извести (рис. 3).

Эти мельницы носят название «трубных», так как диаметр барабана в несколько раз меньше его длины, и мельница имеет вид трубы. Загрузку и выгрузку мелющих тел производят через люки 4, имеющиеся у каждой камеры. В трубных многокамерных мельницах получается продукция нужной крупности без применения классификаторов. Тонина помола определяется временем пребывания материала в измельчителе. Именно в таких мельницах измельчается большинство твердых неорганических веществ.

1.1.3 Явления, обуславливающие увеличение удельных энергозатрат в процессах измельчения

Как известно, энергия, расходуемая непосредственно на измельчение, составляет небольшой процент от расходуемой, остальная теряется в виде тепловой, звуковой и т.д. Например, при помоле материалов в шаровой мельнице полезно используется 5-6 % потребляемой энергии, в струйной мельнице - 15 %. Поэтому КПД мельниц - низкий [15].

При измельчении проявляется, так называемый, масштабный фактор, или зависимость прочности от размеров тела. Эффект повышения прочности проявляется при зернах размером составляющим доли миллиметра, потому что уменьшается вероятность опасных дефектов структуры материала. Масштабным фактором объясняется резкое повышение трудности измельчения при возрастании тонины измельчения. Грубое измельчение представляют, в основном, как развитие имеющихся дефектов структуры. При переходе к более мелким частицам деффекты в них становятся все более редкими, а сами частицы все более прочными. Предельный размер частиц при тонком измельчении 0,1-1 мкм. Для дальнейшего измельчения требуются образование и последующее развитие новых дефектов в почти идеально прочных частицах. При тонком измельчении нарушается прямая пропорциональность между увеличением удельной поверхности размалываемого материала и удельной энергией дробления.

В среднем по отрасли строительных материалов на 1 тонну цемента (марки М - 400 , с остатком на сите X Яоов = 11 - 12 % и удельной поверхностью Б = 250 - 280 м2/кг) расходуется 41-42 кВт-ч/т. Повышение качества цемента до М - 500 связано с повышением дисперсности по Е Яоо8 до 7 - 9 %; Б = 300 - 340 м2/кг и приводит к снижению часовой производительности на 25-30 % и соответствующему увелечению удельных энергозатрат на 20-25 % [15].

Зависимость между удельными энергозатратами (Эп) и удельной поверхностью (Эуд) близка к прямой в области 8уд = 200 - 300 м2/кг. При помоле цемента до удельной поверхности (S) более 280 - 300 м2/кг происходит отклонение зависимости Эп = f (S) от прямой. Для большой группы клинкеров в области S=3 00-450 м2/кг удельные энергозатраты на измельчение пропорциональны 1.22 - 1.24. Наблюдаемое отклонение процесса от теории Риттенгера обусловлено, прежде всего, снижением его эффективности по мере увеличения дисперсности в связи с развитием адгезионно-аутогезионных ( агрегирование и налипание) явлений [15].

С уменьшением размера частиц энергия затрачивается, в основном, на пластические деформации. В этом случае измельчение частиц за счет раздавливающих воздействий малоэффективно, поэтому применяют истирающие воздействия или их комбинацию. Соотношение раздавливающих и истирающих воздействий определяется степенью пластичности измельчаемых частиц. Глубина слоя пластических деформаций при тонком измельчении не зависит от размера частиц, поэтому можно считать работу пластических деформаций одинаковой для частиц существенно разного размера. Эффективность механического измельчения повышается, если удается направить энергию измельчения непосредственно на частицы материала с узким диапазоном изменения гранулометрического состава, расположенные более тонким слоем [16,17].

Исследования кинетики измельчения выявляют три характерных участка изменения размера частиц и их удельной поверхности. Вначале размер частиц убывает, а удельная поверхность растет. После достижения максимальной степени дисперсности начинается агрегация частиц. Вследствие этого размеры частиц возрастают и через некоторое время устанавливается состояние "равновесного помола", т.е. тот предел, когда помольная машина продолжает работать, а помол материала прекращается. При этом размер частиц и удельная поверхность не изменяются во времени. Образовавшиеся агрегаты довольно плотные, но сравнительно малопрочные и состоят из частиц, пространство ме-

жду которыми заполнено частицами меньших размеров. Такая плотная упаковка частиц делает недоступной большую часть внутренней поверхности агрегатов для адсорбции молекул азота. Поэтому эти агрегаты воспринимаются как частицы большой крупности, в связи с чем величина их удельной поверхности получается заниженной [2].

Физический смысл "равновесности помола" выражается в том, что с повышением степени дисперсности энтальпия повышается, вследствие чего возникает неустойчивое состояние. Частицы сцепляются в агрегаты, так как при этом достигается состояние с меньшим уровнем энергии. Между частицами действуют различные силы: ван-дерваальсовы, статического электричества и поверхностного энергетического потенциала. Последние образованы неоднородными полями, возникающими за счет ненасыщенных валентностей на поверхности частиц при измельчении [2]. Однако, решающую роль играют межмолекулярные ван-дерваальсовы силы сцепления между частицами и электростатические силы, возникающие при измельчении. Они при достаточно малых размерах частиц настолько велики, что в зоне контакта происходит локальная пластическая деформация частиц при их взаимном проникании друг в друга. Благодаря этому сцепление частиц противодействует процессу измельчения. Поэтому даже при длительном измельчении, например, в шаровой мельнице, нельзя превзойти определенную величину частиц. Эти величины определяются степенью измельчаемости материала и видом оборудования. В шаровых мельницах "равновесный помол", например, гипса наступает при среднем размере частиц 40-60 мкм и удельной поверхности 0,55-0,7 м /г [2,3,18].

На определенной стадии помола вообще прекращается увеличение удельной поверхности, а в некоторых случаях наблюдается даже ее уменьшение. Это явление объясняется возникновением агрегирования (или агломерации) - злейшего врага процесса помола. В процессе возрастания тонины измельчения все большее значение приобретает постепенно увеличивающееся агрегирование, серьезно затрудняющее осуществление тончайшего измельчения. Процессам

агрегирования способствует увеличение кинетической энергии удара мелющих тел. В измельчителях большого диаметра с крупношаровой загрузкой, т. е. высокопроизводительных мельницах, агрегирование начинается на ранних стадиях измельчения. Агрегированию способствует также повышение температуры в мельнице. Возникновение высокой температуры в мельничном объеме в процессе сухого измельчения в шаровых измельчителях обусловлено, с одной стороны, низким КПД процессов измельчения, а с другой - подачей в мельницу продуктов, как правило, с повышенной температурой. Повышенная температура приводит к существенному снижению эффективности процесса измельчения, главным образом, в связи с развитием эффектов налипания частиц измельчаемого продукта на измельчающие поверхности и агрегированием тончайших частиц между собой [1,19].

Образование агрегатов представляет собой весьма сложный процесс, отдельные закономерности которого были открыты только в последние годы. Агрегирование по существу вызывается поверхностным натяжением, которое возникает потому, что ионные, атомные и молекулярные связи в глубине твердых веществ являются насыщенными, а на поверхности - ненасыщенными, в результате чего в граничном слоем сильно возрастают силы сцепления [20].

Пападакио предлагает рассматривать процесс помола, как взаимодействие двух процессов - измельчения и агрегирования. Процесс измельчения протекает согласно закону Риттенгера, однако величина ожидаемой удельной поверхности уменьшается на величину, обусловленную коэффициентом потерь при агрегировании (А). Для процесса измельчения в шаровой мельнице:

А = 1-—— (1.1)

еьВ(1т

где: Б - диаметр мельницы; й - диаметр мелющих тел; Ь и т - константы.

Как видно из уравнения, степень агрегирования пропорциональна кинетической энергии удара мелющих тел, и в мельницах большого диаметра приходится учитывать раннее наступление агрегирования. Предложенная Папа-

дакисом гипотеза охватывает сумму сложных явлений. С превышением определенной тонкости помола первоначально чисто механические процессы все в большей мере уступают место процессам физико-химическим [16].

Пироцкий В.З. различает три стадии процесса тонкого измельчения:

До удельной поверхности 2000 см2/г (по Блейну) определяющим фактором является макроструктура, обусловливающая сопротивляемость материала размолу от 5 до 12 10 "9 кВт-час/см 2.

При удельной поверхности от 2000 до 5000 см 2/г (по Блейну) решающим фактором является микроструктура, обуславливающая сопротивление материала размолу от 12 до 15 10 "9 кВт-час/см 2.

При удельной поверхности свыше 5000 см 2/г (по Блейну) начинается стадия агрегации, при которой сопротивление материала размолу доходит до 25-45 10"9квт-ч/см2, [15-18].

В ходе исследований [1,2,21] было установлено, что снижение эффективности процесса измельчения начинается с началом налипания измельчаемого материала на внутреннюю поверхность мельницы, так как образовавшийся "буферный" слой препятствует полезной механической работе мелющих тел. Из-за образования «буферного» слоя, ограничивающего стекание заряда с измельчаемого материала через заземленные стенки мельницы происходит интенсивная электризация измельчаемого продукта. Поэтому и пыль, образующаяся при помоле - сильнослипающаяся. Заряженные частицы пыли по сравнению с нейтральными имеют более высокую слипаемость. Электрозаряженность оказывает заметное влияние на их осаждение в сухих и мокрых пылеулавителях. Она существенно сказывается на пылеулавливающей способности рукавных и зернистых фильтров, особенно с электростатическим эффектом. Забивание пы-леочистительных устройств ведет к загрязнению воздуха в отделениях помола и выбросам пыли в атмосферу [22 - 24].

1.2 Влияние процессов измельчения на окружающую среду и сани -тарно-гигиеническую обстановку в производственных помещениях

1.2.1 Выбросы вредных веществ в атмосферу и их воздействие на окружающую среду

Процесс измельчения является одной из самых энергоемких стадий технологических схем, поэтому его интенсификация может позволить снизить потребность в электроэнергии и, как следствие, снизить вредные выбросы в атмосферу энергопроизводящих предприятий.

Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций токсичные вещества оказывают вредное воздействие на окружающую природную среду. При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химических реакций с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, с солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др. В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образовываться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ [25].

Рабочая масса органического топлива состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и золы. В результате процесса полного сгорания топлива в воздушной среде в дымовых газах образуются углекислый газ СОг, водяные пары Н20, азот N2, окислы серы Б02 (сернистый газ), БОз ( серный ан-

гидрид ) и зола. Из перечисленных составляющих к числу токсичных относятся 8С>2, 80з и зола. При высоких температурах в ядре факела топочных камер котлов большой мощности происходит частичное окисление азота воздуха и топлива с образованием окислов азота N0 (окись азота) и N02 (двуокись азота). В случае неполного сгорания топлива в топках могут образовываться также окись углерода СО, углеводороды СН4, С2Н4 и др. Продукты неполного сгорания являются, как известно, вредными.

Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота. Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу таких примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид -80г. Он составляет, примерно, 99% выбросов сернистых соединении, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Продолжительность пребывания БОг в атмосфере сравнительно невелика. Сернистый ангидрид принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях, в результате которых окисляется и переходит в сульфаты [26].

Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах теплоэлектростанций воздействуют на растения, животный мир и людей, а также на строительные конструкции, здания и сооружения. Наиболее чувствительными к содержанию БОг являются растения. Токсичное воздействие 80г связано с повреждением поверхности листьев или хвои из-за разрушения, содержащегося в них, хлорофилла.

Что касается неблагоприятного влияния атмосферных загрязнений на людей, то наибольшее проявление действия токсических веществ, загрязняющих атмосферу, связано с хроническими неспецифическими заболеваниями. Среди этих заболеваний существенное значение приобретают атеросклероз, и связанные с ним, коронарные и дегенеративные заболевания сердца, хронический бронхит, эмфизема, бронхиальная астма и пр. Окислы азота, будучи токсичны-

ми для человека, обладают резко выраженным раздражающим действием. Они плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения альвеолярного эпителия и бронхов. Исследованиями, выполненными в различных странах, показано, что в загрязненных N02 районах у людей снижаются дыхательные функции, повышается респираторная заболеваемость, обнаруживаются изменения в периферической крови [26].

л

Двуокись азота в концентрации 4—6 мг/м вызывает острое повреждение растений. Длительное воздействие N02 при концентрации ниже 2 мг/м3 приводит к хлорозу растений. Более низкие концентрации, не вызывая видимого вреда, способны вызвать снижение их роста. Окислы азота, поглощая естественную радиацию как в ультрафиолетовой, так и в видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана - смога.

1.2.2 Загрязнение воздуха пылью и ее воздействие на организм человека при измельчении твердых материалов

Большинство выбросов аэрозолей в химической промышленности производится при дроблении и размоле исходного сырья и готовой продукции, а не в результате химических реакций. В отходящих газах производства минеральных удобрений содержатся оксиды фосфора, азота, фтора, аммиака и большое количество пыли фосфорных солей. Особенно большое количество пыли образуется при измельчении фосфатного сырья и клинкера обесфторенного фосфата кальция. Производство цемента, важнейшего вяжущего материала, и других неорганических вяжущих (известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие и др.), также связано с большим выделением пыли [27,28].

Пыль представляет собой дисперсную систему, состоящую из газообразной дисперсионной среды, частицы которой по размерам находятся в диапозоне

от близких к молекулам до видимых невооруженным глазом ( примерно, от 0.001 до 100 мкм) и обладают свойствами находиться во взвешенном состоянии более или менее продолжительное время [29,30]. Значительное выделение пыли наблюдается при измельчении твердых продуктов, их пневмотранспорте, выполнении погрузочно-разгрузочных работ и проведении технологических процессов в производственных помещениях. Улавливание этой пыли из-за вяжущих ее свойств представляет большие трудности. Запыленность воздуха в

Л

помещениях производства цемента достигает 100 - 120 мг/м , производства извести - 70 - 80 мг/м3, а запыленность окружающей природной среды составляет

л

соответственно 1.7 и 0.9 мг/м [24]. При изготовлении глиняного и силикатного кирпича, нерудных строительных материалов, строительной керамики запыленность производственных помещений также превышает санитарные нормы и достигает соответственно 9 -11, 8 -10 и 6 -10 мг/м3 при ПДК 6 мг/м3 [27].

Для интенсификации процесса помола через мельницы просасывается определенное количество воздуха. Поэтому наиболее интенсивное пылевыделение происходит из разгрузочного патрубка мельниц [32], табл. 1. Химический состав пыли извести и цемента представлены в табл. 2.

Технологические выбросы производства минеральных удобрений известковых и цементных производств с содержанием пыли, превышающей ПДК, наносят значительный вред природным ресурсам и окружающей среде. Кроме того, запыленность воздуха в рабочих помещениях цехов ухудшает санитарно-гигиенические условия работающих и приводит к профессиональным заболеваниям. Токсичность пыли в значительной степени зависит от ее электрозаря-женности. Заряженная пыль по сравнению с нейтральной в 2 раза интенсивнее задерживается в легких человека. Токсичность пыли возрастает с увеличением электрических зарядов ее частиц. Заряженные частицы пыли по сравнению с нейтральными имеют более высокую прилипаемость и слипаемость [33].

Влияние пыли на организм человека усиливается из-за одновременного ее воздействия на несколько органов. Наибольшему влиянию пыли подвержены органы дыхания, в меньшей степени - кожа, глаза, кровь и желудочно-кишечный тракт. При действии пыли на органы дыхания возникает заболевание пневмокониоз, разновидности которого силикатоз, асбестоз, талькоз, силикоз, антракосиликоз, сидеросиликоз, пневмокониоз цементный, стеклянной ваты, апатитонефелиновый, от смешанной и органической пыли, а также возможны другие заболевания органов дыхания - бронхиальная астма, пылевой бронхит, пневмония и т.д. [34,35].

Аллергическое воздействие пыли (ринит, бронхиальная астма) обнаруживают после вдыхания повсеместно распространенных аллергенов в основном пыли органических, а также неорганических материалов. Асбестовая пыль обладает канцерогенным действием.

Известно, что, применяемые в настоящее время в производстве цемента, пылеулавливающие аппараты обеспечивают существенное снижение концентрации пыли в воздухе и отходящих газах, однако до сих пор запыленность технологических выбросов, как правило, превосходит расчетные максимально допустимые пределы [27].

Таким образом, производства многих химических и строительных материалов связаны с повышенным выделением пыли, поэтому обеспыливание воздушной техносферы производственных помещений и воздуха окружающей среды является важной проблемой, требующей безотлагательного решения.

Заключение диссертации по теме «Технические средства и методы защиты окружающей среды (по отраслям)», Сукманов, Алексей Викторович

Выводы

1. Разработан новый электрофизический метод снижения удельного энергопотребления, уменьшения выбросов пыли и токсичных веществ при измельчении неорганических материалов на производствах минеральных удобрений и строительных материалов.

2. Предложен механизм воздействия генератора переменного частотно-модулированного сигнала (ПЧМС) на измельчаемый материал, основной составляющей которого, является снижение общего сопротивления ДПС, за счет появления емкостной проводимости.

3. Исследована кинетика накопления электростатического заряда в процессе измельчения исследуемых неорганических материалов и получены новые данные об отводе заряда при помощи генератора ПЧМС: снижение электростатического заряда при измельчении ДФФ на 19.4 %; извести на 14.0 %; фосфоритной руды на 10.8 % и природного цеолита на 3.2 %.

4. Результаты исследований электрофизических свойств измельчаемых материалов показали, что наибольший эффект от воздействия ПЧМС наблюдается у веществ обладающих низкой удельной электропроводностью (порядка 1 10 10 Ом "'см "'), относительной диэлектрической проницаемостью не выше 7 - 8 и способностью к агрегированию при измельчении.

5. Проведенные исследования процесса измельчения с воздействием генератора ПЧМС показали его высокую эффективность снятия электростатического потенциала с измельчаемых продуктов, при этом удельная поверхность измельчаемого материала увеличивается, в среднем, на 12 - 14 %, уплотняемость продукта снижается на 7.5 %, улучшается текучесть и увеличивается угол естественного откоса, примерно, на 8 %.

6. Показано, что использование данного метода в процессе измельчения твердых неорганических материалов позволяет снизить удельные энергозатраты шаровой мельницы в цементном производстве на 8 - 10 %, в производстве ДФФ на 10 - 15 % что соответствует снижению энергозатрат на измельчение ДФФ, примерно на один млн. кВт-ч/год

7. Промышленные испытания генератора ПЧМС в производстве ДФФ на стадии аспирационной очистки воздуха от пыли показали увеличение эффективности работы системы очистки в целом по тракту, в среднем, на 16.1 %, снижение уп-лотняемости продуктов пылеуноса - на 7.5 % за счет снижения запыленности воздуха, отсасываемого из мельницы, и исключения забивки бункеров циклонов и рукавных фильтров.

4.3.5 Заключение

Проведенные экспериментальные исследования по влиянию переменного частотно-модулированного сигнала (ПЧМС) на процесс измельчения твердых неорганических материалов полностью подтвердили теоретическое обоснование (глава 3.) положительного его влияния на снижение электростатического потенциала измельчаемых продуктов и улучшение их физических свойств.

Удельный заряд, накапливающийся на измельчаемых образцах под действием ПЧМС, снижается на 2.3 % для природных цеолитов и до 19.4 % для обесфторенного фосфата кальция. Отвод электростатического заряда через диэлектрический пограничный слой при помощи воздействия ПЧМС существенно влияет на эффективность процесса измельчения, в частности, на увеличение удельной поверхности исследуемых материалов при одном и том же времени измельчения. За 30 минут измельчения удельная поверхность образцов увеличивается благодаря действию ПЧМС для дефторированного фосфата кальция на 6.6 %, извести на 7.6 %, фосфоритной руды на 5.0 %, а для природных цеолитов она практически не меняется. Это также подтверждает наше заключение о наибольшем влиянии ПЧМС на материалы, которые обладают хорошими диэлектрическими свойствами и низкой гигроскопичностью. Уплотняемость образцов снижается под воздействием ПЧМС, что способствует снижению толщины и плотности диэлектрического пограничного слоя, а следовательно, снижения его сопротивления. Это приводит к снижению уровня электростатического потенциала измельчаемого материала и, как следствие, к интенсификации процесса измельчения.

5. Промышленные испытания

Промышленные испытания проводили в цехе дефторированного фосфата кальция на ОАО «Фосфорит» (г. Кингисепп), на цементных заводах фирмы «Nesher Israel Cement Enterprises Ltd.» (Израиль) и «Cement Hranice» (Чехия).

5.1 Промышленные испытания электрофизического метода снижения удельного энергопотребления и аспирационных выбросов в атмосферу в процессе измельчения дефторированного фосфата кальция на ОАО «Фосфорит»

На ОАО «Фосфорит» г. Кингисепп в производстве дефторированного фосфата кальция (ДФФ) на стадии его измельчения с 11 по 17.04.96 года и с 18.06 по 8.07.97 были проведены промышленные испытания по апробации электрофизического метода отвода электростатического потенциала с измельчаемого продукта. Акты промышленных испытаний представлены в приложении 1.

Целью проведенных испытаний было подтверждение полученных лабораторных данных по влиянию ПЧМС на интенсификацию процесса при измельчения ДФФ, увеличение его дисперсности, на изменение гранулометрического состава, насыпного веса и уплотняемости.

Измельчение предварительно обожженного клинкера ДФФ на ОАО «Фосфорит» проводили в шаровой мельнице производительностью 50 т/ч., работавшей в непрерывном режиме. Габаритные размеры: длина -8м., диаметр -2.6 м., высота - 3.2 м. Мощность электропривода - 1000 кВт/ч. При проведении испытаний с 11.04 по 17.04.96 производительность шаровой мельницы по готовому продукту варьировали от 20 до 40 т/ч., при этом через каждый час работы отбирали пробы для анализа поступающего на измельчение клинкера и молотого продукта на выходе из мельницы. Принципиальная технологическая схема производства дефторированного фосфата кальция приведена на рис. 33. При проведении испытаний контролировали:

• выход продукта из мельницы ( количество циклов выгрузки пневмокамерных насосов в час).

• амперная характеристика пневмовинтового насоса НПВ - 110 на выгрузке молотого продукта.

• уровень пыли в бункерах рукавного фильтра в системе аспирационной очистки воздуха.

• гранулометрический и химический состав клинкера.

• прочность клинкера.

• гранулометрический состав молотого ДФФ на выходе из мельницы.

• удельную поверхность молотого ДФФ.

• угол естественного откоса молотого ДФФ.

• насыпную плотность молотого ДФФ.

• уплотняемость молотого ДФФ.

Перед запуском мельницы и после окончания испытаний проводили визуальный осмотр сегментной решетки мельницы, установленной между первой и второй секциями.

В процессе измельчения ДФФ наблюдается ряд негативных явлений, рассмотренных в главе 1. В частности при измельчении твердых неорганических материалов на внутренней поверхности мельницы образуется плотный слой, снижающий эффективность измельчения и препятствующий оттоку электростатических зарядов на землю.

В результате накопления электростатического потенциала в объеме измельчаемого ДФФ происходит забивание секционирующей решетки мельницы, снижается эффективность работы пневмокамерных насосов, происходит зависание продукта в циклонах и забиваются рукавные фильтры. Все это приводит к ухудшению физических свойств готового продукта, снижению производительности мельницы и снижению эффективности очистки воздуха от пыли в аспи-рационной системе.

В процессе измельчения ДФФ для снижения электризации материала в мельницу в промышленных условиях подается вода. При проведении испытаний вода, подаваемая в мельницу, была отключена. Для сравнения работы мельницы с ПЧМС и без него предварительно, в течение 8 часов проводились фоновые замеры основных показателей работы мельницы и отбор контрольных проб исходного клинкера и молотого готового продукта при различной производительности мельницы.

После пуска мельницы с нагрузкой в 40 т/ч без подачи воды в зону помола, через час начались неполадки в работе пневмовинтового насоса и мельница была остановлена. Визуальный осмотр сегментной решетки в мельнице при этом показал, что отверстия в решетке были практически полностью забиты, вследствие чего выход готового продукта из мельницы был затруднен. Производительность мельницы оценивали по количеству циклов выгрузки пневмока-мерных насосов, установленных после пневмовинтового насоса НПВ - 110, о равномерности выгрузки продукта из мельницы судили по амперной характеристике насоса.

Электрофизическое воздействие на работу шаровой мельницы осуществляли с помощью генератора ПЧМС, который в начале подключали к течке подачи клинкера, а затем к корпусу мельницы в районе установки сегментной решетки, через специально изготовленный контактный электрод. Контроль гранулометрического состава клинкера и его прочность представлены в табл. 1 (приложение 1). Результаты испытаний представлены в табл. 2 (приложение 1), где приведены значения контролируемых параметров измельчаемого продукта при различной производительности мельницы.

Результаты промышленных испытаний убедительно подтвердили высокую эффективность воздействия ПЧМС на интенсивность процесса измельчения ДФФ и улучшения его физических свойств.

Удельная поверхность измельченного продукта с воздействием ПЧМС при нагрузках мельницы от 20 до 35 т/ч была выше, чем в фоновых замерах. Это наблюдалось даже в тех случаях, когда в мельницу подавалось больше клинкера из силоса № 1, чем молотого некондиционного продукта из силоса № 2. При фоновых замерах, то есть без воздействия ПЧМС, удельная поверхЛ ность готового продукта не превышала 3776 см / г не смотря на то, что в мельницу подавалось от 58.6 до 67.9 % продукта фракции - 1.25 мм. В то время как с воздействием ПЧМС она увеличивается в отдельных случаях до 4850 см 2/ г., при подаче в мельницу всего от 21.4 до 50.2 % фракции - 1.25 мм. Удельная поверхность молотого ДФФ увеличивается, в среднем, на 12 - 14 % по сравнению с фоновыми замерами, в то время как в лабораторных условиях она увеличивалась всего на 6.6 %. Эффективность воздействия ПЧМС наиболее значимо проявляется на промышленном оборудовании, когда в процессе измельчения накапливается электростатический потенциал и образуется ДПС значительно большего значения, чем при проведении измельчения в лабораторных условиях. К тому же надо отметить, что при нагрузках выше 35 т/ч без воздействия ПЧМС и без подачи воды, мельницу приходиться останавливать, как было указано ранее.

Уплотняемость готового продукта с воздействием ПЧМС при всех нагрузках мельницы снизилась - от 14.4 % до 6.7 % при нагрузке 25 т/ч и от 16.7 % до 9.9 % при нагрузке мельницы 35 т/ч. То же самое наблюдается и при высоких нагрузках мельницы, она в среднем снижается в 2 раза. Снижение уплотняемо-сти молотого ДФФ влияет на его текучесть, что способствует улучшению работы пневмокамерных насосов и всей аспирационной системы и косвенно подтверждает снижение электростатического потенциала на измельчаемом продукте. Улучшение текучести молотого ДФФ под воздействием ПЧМС подтверждается полученными значениями угла естественного откоса для всех отбираемых в процессе испытаний пробах. Он уменьшается от 51 - 53 ° до 48 -50 то есть, примерно, на 8 %.

Визуальный осмотр секционирующей решетки в мельнице после ее остановки показал, что она осталась практически чистая. Это показывает, что ПЧМС не дает возможности электризоваться материалу, соответственно снижая образование агломиратов, которые способствуют забиванию решетки. Производительность шаровой мельницы за время работы (с 12.04.96 по 17.04.06) с использованием генератора ПЧМС увеличивается, в среднем, на 9 т/ч, (от 27 т/ч при фоновых замерах до 36 т/ч).

Вторая серия промышленных испытаний (18.06.97 - 08.07.97) являлись продолжением испытаний, проведенных в 1996 году и показавших существенное улучшение качественных характеристик молотого продукта, а также снижение удельной энергоемкости процесса сухого помола клинкера ДФФ и стабилизации работы оборудования на стадии измельчения и очистки газа от пыли при воздействии на работу мельницы ПЧМС. Этими испытаниями контролировались те же параметры, что и в предыдущих испытаниях. Но для более убедительного подтверждения эффективности работы генератора ПЧМС в процессе измельчения ДФФ, дополнительно определялась влажность готового продукта и испытания проводились в более широком диапазоне производительности мельницы (от 20 до 55 т/ч). Результаты испытаний представлены в табл. 3 и 4 (приложение 1).

Более длительные испытания подтвердили, результаты первой серии испытаний, а именно - положительное воздействие ПЧМС на процесс измельчения ДФФ. Размол клинкера ДФФ осуществлен без подачи воды на него, что свидетельствует о снятии заряда статического электричества. При этом не происходило зарастания продуктом решетки мельницы. Производительность шаровой мельницы увеличивается на 7.5 - 9.0 %, удельная поверхность молотого продукта возросла на 11.5 - 6.4 %, а угол естественного откосауменьшаетсяв, среднем, на 3 - 4 При этом отмечено, что угол естественного откоса имел тенденцию к снижению на 3 -5 ° по мере увеличения нагрузки на мельницу от 30 до 50 т/ч.

Итак, проведенные промышленные испытания полностью подтвердили теоретическое обоснование (глава 3) и результаты лабораторных исследований (глава 4) эффективное воздействие ПЧМС на существенное улучшение физических свойств ДФФ при его измельчении, на увеличение производительности работы шаровой мельницы и оздоровление санитарно - гигиенических условий в рабочем помещении отделения размола за счет стабилизации работы пневмо-камерных насосов.

Принципиальная технологическая схема производства дефторированного фосфата кальция

НъРОу 4 2. воздух Г 1

Гаь

Рис.

ДФФ н Ш

•/2 1' V

Пыль

1 - напорный бак

2 - бункер

3 - смеситель

4 -гранулйтор

5 - печь Г

У4

•/5 аз

10 - силос

11 - циклон

12 - фильтр

13 - бункер

14 - вентилятор

6 - шаройаяМеЛьнкца 15-выхлопная

7 - теплообменник труба

8 - бункер 16 - сейаратор

9 - пневмокамерный Насос

5.2. Определение выбросов в атмосферу и эффективности процесса аспирационной очистки воздуха от пыли ДФФ под воздействием ПЧМС

Испытания проводили на ОАО «Фосфорит», г. Кингисепп, в цехе дефто-рированного фосфата кальция на стадии очистки воздуха от пыли ДФФ с 7 по 16 октября 1998 года. Программа и акты промышленных испытаний представлены в приложении 2.

Во время испытаний нагрузку на шаровую мельницу по клинкеру ДФФ варьировали от 35 до 40 т/ч. Генератор ПЧМС подключали к мельнице в районе секционирующейой решетки и к бункеру циклонов. Во время испытаний замеряли разряжение по тракту газоочистки, определяли массовый расход пылега-зового потока, проходящего через батарею циклонов, рукавные фильтры и на входе в выхлопную трубу. Определяли массовые концентрации пыли в пыле-воздушном потоке по тракту газоочистки, отбирали пробы пыли из бункера циклонов и рукавных фильтров, определяли ее насыпную плотность с уплотнением и без уплотнения, удельную поверхность и гранулометрический состав. Результаты промышленных испытаний представлены в табл. 1,2 и 3 (приложение 2).

Количество просасываемого воздуха через циклоны и рукавные фильтры изменялось в пределах от10500 до 12800 нм /ч при температуре от 22 до 70 С. При прохождении такого количества газа через батарею циклонов с его запыл ленностью от 6 до 20 г/нм эффективность работы циклонов за счет воздействия ПЭС увеличивается в, среднем, на 11.6 %, рукавных фильтров на - 19.9 %, а в целом всей системы очистки на 16.1 %. Улучшаются и физические свойства пыли. Уплотняемость продуктов пылеуноса снижается в, среднем, на 7.5 %, пыль становится более сыпучей и меньше забиваются рукавные фильтры и коллектор отвода пыли. Удельная поверхность пыли с воздействием ПЧМС незначительно увеличивается, примерно на 4 % за счет более интенсивного измельчения в шаровой мельнице.

Таким образом, использование генератора ПЧМС для отвода электростатического потенциала с ДФФ в процессе его измельчения и на стадии очистки газовоздушного потока от пыли позволило снизить на 10 - 15 % удельное энергопотребление шаровой мельницы и пневмокамерных насосов, повысить, примерно, на 16 % эффективность работы аспирационной системы очистки газа, а также снизить загрязнение окружающей среды и улучшить санитарно-гигиенические условия труда в рабочих помещениях цеха.

5.3 Промышленные испытания влияния генератора ПЧМС в процессе измельчения цементного клинкера

Испытания проводили на цементных заводах фирмы «Nesher Israel Cement Enterprises Ltd.» (Израиль) с 17 по 26 января 1996 года и «Cement Hranice» (Чехия) с 13 по 21 апреля 1999 года.

Целью испытаний была промышленная апробация действия генератора ПЧМС от прибора «TRAL - Экофор» на интенсификацию процесса измельчения цементного клинкера, повышения дисперсности молотого продукта и проверки возможности ведения процесса помола без добавления ПАВ.

Во время испытаний ступенчато увеличивали нагрузку на мельницу и через каждые 40 - 60 минут отбирали пробы молотого продукта для анализов в центральной лаборатории, а основные параметры работы мельницы контролировались головным компьютером. Генератор ПЧМС подключали к мельнице и сепаратору, а на мельнице № 8 отключали подачу ПАВ в зону размола клинкера. В мельницу подавали клинкер различного грансостава и шлак. Результаты проведенных испытаний представлены на рисунках 1, 2 и 3 (приложение 3).

Графики на рис. 1 и 2 показывают работу мельницы № 7, а именно, общую нагрузку мельницы и остаток на сите (90 мкм) молотого продукта в зависимости от времени измельчения, а также нагрузку на мельницу отдельно клинкера и шлака. Испытания проводили с подачей в мельницу ПАВ, понижающей механическую прочность клинкера. Остаток на сите при общей нагрузке на мельницу 44 т/ч без воздействия ПЧМС составлял 3.4 %. Через 40 минут после подключения прибора при той же нагрузке он снизился до 1.1 %. После увеличения нагрузки по клинкеру на 0.5 т/ч и по шлаку на 0.5 т/ч остаток на сите повысился до 1.5 %. Последующее увеличение нагрузки по клинкеру на 1 т/ч и по шлаку на 0.5 т/ч привело к росту остатка на сите до 2.4 %. При такой нагрузке мельница работала длительное время и остаток на сите колебался в среднем от 1.5% до 2.2%.

Испытания на мельнице № 7 показали, что нагрузку на мельницу, при измельчении цементного клинкера и шлака с подачей ПАВ, можно увеличить на 8 - 10 % с помощью воздействия ПЧМС и получить готовый продукт с той же или более высокой дисперсностью.

На рис. 3 представлены графики, соответствующие испытаниям проводимым на мельнице № 8. Испытания проводили без подачи ПАВ. Прибор подключали к мельнице и сепаратору. Остаток на сите 45 мкм - 12 %, 90 мкм - 0.5 %. Внешняя подача - 118 т/ч, возврат из сепаратора 115 т/ч. Образующийся при измельчении электростатический потенциал в объеме измельчаемого продукта, затрудняет его выход продукта из сепаратора. Частицы даже с размером, позволяющим им проходить через сепаратор, остаются в нем из-за электростатических сил сцепления. В начальных условиях выход из мельницы готового продукта составляет всего 50 %, а через определенное время после воздействия генератора ПЧМС он увеличивается до 80 %. Испытать работу мельницы в этих условиях с разной внешней нагрузкой на нее нам не удалось по производственным причинам. Подключение прибора к мельнице и сепаратору позволит значительно повысить их производительность и отказаться от применения ПАВ. В России применение жидкости при размоле запрещено экологами, она снижает электросопротивление цемента, электрофильтры на выбросах при этом снижают свою эффективность, цементная пыль в большем количестве попадает в атмосферу.

Промышленные испытания показали высокую эффективность воздействия переменного электрического сигнала специальной формы на процесс измельчения цементного клинкера. Производительность шаровой мельницы можно увеличивать на 8 - 10 % и исключить подачу в зону размола экологически вредного ПАВ.

Промышленные испытания генератора ПЧМС, проведенные на цементном предприятии «Cement Hranice» (Чехия) на стадии измельчения сырьевых компонентов для получения портландцемента в цикле с сепаратором, показали, что удается снизить количество материала в цикле «измельчитель - сепаратор» за счет более эффективного удаления готового материала. Расход электроэнергии снижается за счет уменьшения ежечасно потребляемой мощности на приводе мельницы примерно на 30 кВт ( при длительности работы в месяц 450 часов экономия составит 13500 кВт час). За счет снижения количества материала, находящегося в цикле мельница-сепаратор на 8 - 14 т/час, уменьшаются сопутствующие энергозатраты на транспортировку продукции. Некоторые результаты промышленных испытаний на цементном заводе «Cement Hranice» представлены в табл.1, приложение № 3.

5.4 Оценка экономического эффекта от применения генератора ПЧМС в производстве кормовых обесфторенных фосфатов на ОАО «Фосфорит», г. Кингисепп.

Промышленные испытания по воздействию ПЧМС на процесс измельчения клинкера кормового фосфата кальция показали, что улучшаются не только физические свойства готовой продукции, но и существенно повышается производительность шаровой мельницы. Средняя производительность шаровой мельницы увеличивается от 27 т/ч без воздействия генератора ПЧМС до 36 т/ч при работе по новому режиму измельчения и без подачи воды.

Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения новой технологии измельчения проводится только на основе экономии расхода электроэнергии на шаровой мельнице. Мощность электропривода мельницы равна 1000 кВт/ч. Стоимость 1 кВт/ч на ОАО «Фосфорит» на 1.05.99 г. составляет 0.21 руб.

Средняя годовая производительность цеха КОФ по измельченному фосфату кальция составляет, примерно, 100000 т/год.

Время работы шаровой мельницы для производства 100 тыс. тонн ДФФ по заводской технологии измельчения будет:

100000 : 27 = 3703.7 часов

Время работы шаровой мельницы по новой технологии для получения 100 тыс. тонн ДФФ:

100000 : 36 = 2777.8 часов

Сокращенное время работы шаровой мельницы: 3703.7 - 2777.8 = 926 ч.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит:

926 х 0.21 х 1000 = 194460 руб/год

Внедрение нового электрофизического метода снижения удельного энергопотребления не требует дополнительных капитальных затрат и изменений норм цехового технологического регламента.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сукманов, Алексей Викторович, 1999 год

Список используемых источников

1. Беке Б. Проблемы тонкого измельчения цемента. - М.: ВНИИЭСМ, 1971. -

18 с.

2. Интенсификация производства гипсовых вяжущих материалов /В. П.

Балдин; Под ред. В. Б. Ратинова. - М. 1988. - 167 с.

3. Охрана окружающей среды в агломерационном производстве / А. К. Елисеев, В. А. Мартыненко, А. И. Караканс, В. И. Колесников. - М.: Металлургия, 1994. - 176 с.

4. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справочник в 2 ч. /Под

ред. С. Калверта, Г. М. Инглумда; Пер. с англ. -М.: Металлургия, 1988. -710 с.

5. Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия,

1977.-368 с.

6. Ходаков Г. С. Тонкое измельчение строительных материалов. -М.: Стройиздат, 1972. - 239 с.

7. Гийо Р. Проблема измельчения материалов и ее развитие / Пер. с франц. -М.: Стройиздат, 1964. - 112 с.

8. Шенерт К., Румпер Г. Труды европейского совещания по измельчению. -М.: Стройиздат, 1966. - 602 с.

9. Ходаков Г. С. Физика измельчения. - М.: Наука, 1972. - 307 с.

10. Совершенствование существующих и разработка новых способов производства цемента/ Отв. ред. А. М. Дмитриев. -М., 1984. - 138 с.

11. Совершенствование и интенсификация процессов переработки сырья: Труды НИИ цемент. Вып. 82 / Науч. ред. А. И. Здорова. - М., 1984. - 146с.

12. Совершенствование техники и технологии измельчения портландцементного клинкера и добавок / Науч. ред. В. 3. Пироцкого. -

М.: НИИ цемент, 1986. - 164 с.

13. Физико-химическая механика дисперсных структур: Сб. /Отв. ред. П. А. Ребиндер. - М.: Наука, 1966. - 400 с.

14. Совершенствование химии и технологии строительных материалов: сб. науч. тр. / Редкол.: А. Т. Терещенко (гл. ред.) и др.; Моск. инж.-строит, ин-т; Белгород, технол. ин-т строит, м-ов. - М., 1984. - 268 с.

15. Пироцкий В. 3., Хохлов В. К. Процессы измельчения в технологии цемента и пути повышения их эффективности / Всесоюз. ин-т пов. квал. рук. раб-ков. -М., 1988.- 147 с.

16. Пироцкий В. 3. Состояние и направление развития техники измельчения и интенсификации процессов помола цемента: Обзор. - М., 1973. - 65 с.

17. Совершенствование техники и технологии измельчения портландцементного клинкера и добавок: Сб. / Науч. ред. В. 3. Пироцкого. - М.: НИИ цемент, 1986, 164 с.

18. Вопросы измельчения в цементной промышленности: Сб. / Отв. ред. И. В. Кравченко. - М.: Стройиздат, 1972. - 189 с.

19. Измельчение цементного сырья и клинкера / Всесоюз. науч.-исслед. ин-т цементной пром-ти. - М., 1976. - 161 с.

20. Зимон А. Д. Что такое адгезия. - М.: Наука, 1983. - 176 с.

21. Нудель Марк Э. Физико-химическое исследование процесса измельчения сырья при сухом способе производства цемента: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / Гос. науч.-иссл. ин-т цемент, пром-ти. - М., 1975. - 21 с.

22. Лапшин А. Б. Обеспыливание в производстве извести. - М.: Стройиздат, 1988.-c.69.

23. Лапшин А. Б. Обеспыливание в производстве гипса. - Киев: Будивэльнык, 1990. - 114 с.

24. Лапшин А. Б. Технология обеспыливания в производстве цемента. - М.:

Концерн "Цемент", 1996. - 149 с.

25. Скалин Ф. В., Канаев А. А., Коил И. 3. Энергетика и окружающая среда. -Л.: Энергоиздат, 1981.-280 с.

26. Рихтер Л. А., Волков Э. П., Покровский В. Н. Охрана воздушного бассейна от выбросов тепловых электростанций. - М.: Энергоиздат, 1981. - 295 с.

27. Балтренас П. Б. Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов. -М.: Стройиздат, 1990. - 181 с.

28. Абсорбция и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений / О. С. Ковалев, И. П. Мухленов, А. Ф. Туболкин и др.; Под ред. И. П. Мухленова, О. С. Ковалева. - М.: Химия, 1987. - 208 с.

29. Коузов П. А., Скрябина Л. Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия, 1983. - 144 с.

30. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий: СН 369-74. - М.: Стройиздат, 1975. -41 с.

31. Румянцева Г. И., Вишневская Е. П., Козлова Г. А. Общая гигиена. - М.: Медицина, 1985. - 432 с.

32. Пироцкий В. 3., Богданов В. С., Севастьянов В. С. Аспирация цементных мельниц. - М.: ВНИИЭСМ, 1984. - 51 с.

33. Банит Ф. Г., Мальгин А. Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышлен ности строительных материалов. -М.: Стройиздат, 1979. - 352 с.

34. Артамонова В. Г., Шаталов Н. Н. Профессиональные болезни. - М.: Медицина, 1982. - 416 с.

35. Популярная медицинская энциклопедия / Гл. ред. В. И. Покровский. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: БСЭ, 1992. - 688 с.

36. Статическое электричество в химической промышленности / Б. Г. Попов, В. Н. Веревкин, В. А. Бондарь, В. И. Горшков; Под ред. Б. И. Сажина. -2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1977. - 238 с.

37. Статическое электричество в химической промышленности / Б. Г. Попов, В. Н. Веревкин, В. А. Бондарь, В. И. Горшков; Под ред. Б. И. Сажина. -2-е изд., перераб. и доп. - JL: Химия, 1977. -238 с.

38. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. - JL: Химия, 1967. - 372 с.

39. Дроздов Н. Г. Статическое электричество в промышленности. - M. - JL: Госэнергоиздат, 1949. -173 с.

40. Балабанов Е. М. Дисперсные системы в электрическом поле коронного разряда: Автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. -М., 1954. - 18 с.

41. Епифанов Г. И. Физика твердого тела. - М.: Высшая школа. 1965. - 276с.

42. Жданов Г. С. Физика твердого тела: Учеб. пособие для вузов. - М.: Моск. гос. ун-т, 1961.-501 с.

43. Максимов Б. К., Обух А. А. Статическое электричество в промышленности и защита от него. - М.: Энергия, 1978. - 20 с.

44. Машков В. М., Куликов В. И., Шервуд Л. Я. Статическое электричество в промышленности: Обзор инф-ии / Моск. НИИ охраны труда. - М.: Имидж, 1992.-48 с.

45. Дерягин Б. В., Коротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. - М.: Наука, 1973.-280 с.

46. Статическое электричество при переработке химических волокон / Пер. с нем.; Под общ. ред. И. П. Генца. - М.: Легкая индустрия, 1966. - 345 с.

47. Лившиц M. Н., Моисеев В. М. Электростатические явления в аэрозолях и их применение. - М.: Энергия, 1965. - 153 с.

48. Статическое электричество в химической промышленности (Процессы электризации и предупреждение загораний) / Б. Г. Попов, В. Н. Веревкин,В. А. Бондарь, В. И. Горшков; Под ред. Н. Г. Дроздова. - Л.: Химия, 1971.-208 с.

49. Староба Й., Шиморда Й. Статическое электричество в промышленности. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - 248 с.

50. Herper W. R. Contact and Frictional Electrification. - Oxford, 1967. - 621p.

51. Богоцкий В. С. Физический энциклопедический словарь. - М.: БСЭ, 1960. -с. 517-518.

52. Жданов Г. С., Хунджуа А. Г. Лекции по физике твердого тела: Принципы строения, реальная структура, фазовые превращения. - М.: Моск. гос. ун-т, 1988. - 229 с.

53. Адам Н. К. Физика и химия поверхностей. - М.: Гостехиздат, 1949. - 419с.

54. Органические полупроводники / Под ред. А. В. Топчиева. - М.: Изд-во АН СССР, 1963.-318 с.

55. Изгарышев Н. А., Горбачев С. В. Курс теоретической электрохимии: Уч-к для хим. техн-х вузов. - М. - Л.: Госхимиздат, 1951. - 504 с.

56. Скорчилетти В. В. Теоретическая электрохимия. - Л.: Химия, 1974. - 428 с.

57. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1975. - 512 с.

58. Gavis J., Koszman J. Development of charg in low conductivity liquids flowing past surfaces: a theory of the phenomenon in tubes // Colloid Sci. - 1961. - v. 16. №4.-p. 375-381.

59. Koszman J., Gavis J. Development of charg in low conductivity liquids flowing past surfaces: engineering predictions from the theory developed tube flow // Chem. Eng. Sci. - 1962. - v. 17. - p. 1013 - 1023.

60. Веревкин В. H., Попов Б. Г., Баклыгин В. Н. Защита от вредного воздействия статического электричества. - М.: НИИТЭХИМ, 1975. -с. 86-89.

61. Духин С. С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. - Киев: Наук, думка, 1975. - 248 с.

62. Левин Л. М. Исследование по физике грубодисперсных аэрозолей / АН СССР, Ин-т прикладной геофизики. - М., 1961. - 267 с.

63. Предупреждение взрывов и пожаров и техника безопасности в химической, нефтехимической и других областях промышленности:

Материалы семинара, 1961г., Дзержинск / Гос. ком. СМ РСФСР по коорд. науч.-исслед. работ, ГИНТИ. - М., 1961. - 425 с.

64. Хорварт Т., Берта И. Нейтрализация статического электричества / Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 102 с.

65. Ребиндер П. А. Поверхностно-активные вещества. - М.: Знание, 196146 с.

66. Полоник П. А. Борьба со статическим электричеством в текстильной и легкой промышленности. - М.: Легкая индустрия, 1966. - 166 с.

67. Каверзнев В. А., Зайцев А. А., Овечкин Ю. А. Статическое электричество в полупроводниковой промышленности. - М.: Энергия, 1975. - 112 с.

68. Леб Л. Статическая электризация. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 408 с.

69. Интенсификация переработки минерального сырья: Сб. / отв. ред. Г. Д. Краснов. - М.: Наука, 1975.- 128 с.

70. Повышение эффективности процессов измельчения портландцементного клинкера и добавок: сб. / Науч. ред. В. 3. Пироцкого. - М.: НИИ цемент, 1983.- 151 с.

71. Крыхтин Г. С., Кузнецов Л. Н. Интенсификация работы мельницы. -Новосибирск: Наука, 1993. - 239 с.

72. Piret L. Freeze grinding // Chem. and Process Engning. -1957. - Vol. 38, № 6. - p. 243- 249.

73. Кузьмин В. А. Разработка способов разупрочнения фосфоритных руд тепловыми и электромагнитными полями с целью повышения эффективности их измельчения: Автореф. дис. канд. техн. наук / Моск. горный ин-т. - М., 1980. - 16 с.

74. Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов / Под ред. проф. М. Е. Позина. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1980. - 368 с.

75. Определение гранулометрического состава и удельной поверхности

порошкообразных материалов: Метод, указания / сост.: Ю. П. Карпов, Е. П. Коваленко, Л. М. Свиридов, А. М. Головчак, К. А. Суворов; ЛТИ им. Ленсовета. - Л., 1986. - 23 с.

76. Практикум по коллоидной химии: Учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / В. И. Баранова, Е. Е. Бибик, Н. М. Кожевникова и др.; Под ред. И. С. Лаврова. - М.: Высш. шк., 1983. - 216с.

77. Кельман Ф. Н., Бруцкус Е. Б., Ошерович Р. X. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. - М.: Госхимиздат, 1963. - 260 с.

78. ГОСТ Р 50820-95. Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 32 с.

79. Эме Ф. Диэлектрические измерения / Пер. с нем. - М.: Химия, 1967. -224 с.

80. Кассандрова О. М., Лебедев В. В. Обработка результатов измерений. - М.: Наука, 1970. -104 с.

81. Щекотова И. А., Ивахнюк Г. К. Получение древесных активных углей методом совмещенного пиролиза - парогазовой активации // ЖПХ. - 1996. -Т. 69, №6.-с. 1050- 1052

82. Николаев В. А. Закономерности и интенсификация процесса сухого измельчения цементного сырья в барабанных шаровых мельницах: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / НИИ цемент. - М., 1993. - 20 с.

83. Урьев Н. Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. - М.: Химия, 1988. - 288 с.

84. Урьев Н. Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. - М.: Химия, 1980.-319 с.

85. Patat F., Schmid N., Haftvermögen von Pulvern // Chem. Ind. Techn., 32, №1, 8 (1960)

86. Губкин А. М. Физика диэлектриков. Теория диэлектрической поляризации в постоянном и переменном электрическом поле: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1971. - 272 с.

87. Браун В. Диэлектрики / Пер. с англ. - М.: ИЛ, 1961. - 326 с.

88. Хиппель А. Р. Диэлектрики и волны / Пер. с англ. - М.: ИЛ, 1960. - 438 с.

89. Браун Т., Лемей Г. Ю. Химия - в центре наук: В 2 ч. / Пер. с англ. - М.: Мир, 1983.-448 с.

90. Касаткин А. С. Основы электротехники. - М. - Л.: Энергия, 1966. - 712 с.

91. Власов В. Ф. Электронные и ионные приборы: Учеб. пособие для радиотехнических вузов и факультетов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Связьиздат, 1960. - 734 с.

92. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия, 1977. - 352 с.

93. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. - М.: Химия, 1967. - 372 с.

94. Москвитин Н. И. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. - М.: Лес. пром., 1974. - 191 с.

95. Зимон А. Д., Андрианов Е. И. Аутогезия сыпучих материалов. - М.: Металлургия, 1978. - 287 с.

96. Лапшин А. Б. Физическая сущность электрозаряженности пыли // Труды НИПИОТ строй. - 1981. - Вып. 21.-е. 92

97. Голубева А. В., Малая Г. М. Физико-химические свойства пыли промышленности нерудных строительных материалов / НИПИОТ строй. - Новороссийск, 1974. - 79 с.

98. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений:

технология и контроль / Пер. с англ. - Л.: Химия, 1989. - 288 с.

Утверждаю:

Зам.генерального директора по новой техншш и технологии

АКТ

промышленных испытаний работы устройства "Экофор" в цехе КОФ

С 12 по 1? апреля 1996 г. в цехе КОФ была проведена промышленная апробация устройства "Экофор", установленного на мельнице поз.312 и одном из бункеров разгрузки циклона аспирационной установи В 2, с целью снятия статического заряда с поверхности дефторированно го фосфата, возникающего при его размоле.

Устройство отработало в непрерывном режиме в течение 15 часов. Воду на клинкер при поступлении последнего в мельницу не подава ли.

Производительность мельницы оценивали по количеству циклон выгрузки пневмокамерных насосов поз.374/1 и 2, установленных после пневмовинтового насоса НЯ:6 НО , равномерность выгрузки продукта из мельницы судили по амперной характеристике насоса.

Фоновые замеры производительности мельницы проводили перед установкой устройства "Экофор" в течение одной смены. По.сле пуска мельницы на максимальной производительности (40-50 т/ч) без подачи воды через час начались неполадки с работой пневмовинтового насоса ( показания стрелки амперметра неустойчивы (20т60 а) и мельница была отключена. Визуальный осмотр мельницы через люк показал, что отверстия решетки между 1 и П секциями заполнены продуктом вследствие чего выход его из мельницы отсутствовал.

Была проведена ревизия пневмовинтового насоса (удалены из карманов остатки мелющих тел). После остановки и чистки решеток мельницы в течение четырех часов производительность ее по готовому про

дукту в среднем составила 27 т/ч (20-^35 т/ч) .

Несмотря на то, что от 58,6 до 67,9% клинкера, подаваемого на мельницу , составлял продукт фракции - 1,25 мм, удельная поверхность готового .молотого продукта не превышала 3776 см^г.

Средняя прочность кусков клинкера (питания мельницы), рассчитанная

2 2 по данным таблицы •/_ , составила 15 кг/см (II, 5^36 кг/см ). Уп-

лотняемость продукта, являющаяся функцией соотношения насыпной плотности порошкообразного продукта с уплотнением и без уплотнения в отборах от 12.04 в среднем составила 15% ( табл. с? ).

у ^рол.-^Ш*»«- ,100> % где

л:<>

У/г/,

У'"1 /1.

•/- уплотняемость порошка, %;

/ 3

, - насыпная плотность с уплотнением, г/см ;

3

- насыпная плотность без уплотнения, г/см.

Мельница с устройством "Экофор" отработала в течение 15 часов, прибор. был подключен к течке подачи клинкера, а затем перенесен в район установки решетки мельницы, где через контактный электрод выведен на корпус мельницы.

Отмечено,что после 6,5 часов.работы увеличилась дисперсносг

продукта после мельницы. Удельная поверхность составила 4444-4852 2

см /г при нагрузке по продув 40 т/ч. При этом в мельницу подавали, больше клинкера из силоса 305/-/, чем молотого продукта из силоса 305/2. Содержание фракции - 1,25 мм колебалось от 21,4 до 50,2%. Средняя прочность клинкера с 13 до 19 часов составляла 13,3-26,4кг/с; В ночную смену с 16 на 17.04.96г. прочность клинкера и его грансос-тав не контролировали , но вышеприведенных . данных достаточно

для вывода о равнозначностй^'и экспериментальных прочностных характеристик подаваемого на размол кускового материала. Необходимо отметить, что после установки прибора отмечен положительный эффект по снижению уплотняемости .молотого дефторированного фосфата, выходящего из мельницы при повышении ее производительности в среднем на 8 т/ч. Визуальный осмотр решеток мельницы после ее остановки также показал, что решетки достаточно чистые.

Установка устройства "Экофор" на одном из бункеров циклона аспирационной установки очистки воздуха от мельницы в течение 15 часов не дала положительных результатов. После остановки мельницы и визуального осмотра бункеров разгрузки циклона бункер с прибором снятия статического заряда был забит пылью с небольшим проходом ее

в. середине, а бункера, где применяли для их очистки механические ме-доты (обстукивание) были в меньшей степени забиты продуктом.

Были сделаны попытки подключения устройства "Экофор" на бункере поз.357 при погрузке готового продукта м.Р в мягкие контейнера (40 минут) и на силосе поз.315/2 (45 минут). Положительных результатов этот краткосрочный эксперимент не дал. При отключении подачи воздуха, на. аэрацию продукт не^.смогли выгрузить даже при полном открытии задвижки. Однако твердой уверенности в том, что на момент отгрузки из силоса поз.315/2 и бункера поз.357 должен был поступать продукт, полученный в мельнице: в течение 15 часов работы ее с устройством "Экофор" нет. Для этого необходимы более длительные испытания.

ВЫВОДЫ: 1. Апробация,.устройства "Экофор" в отделении размола .. цеха КОФ в течение 15 часов показала целесообразность установки его на мельницу на более длительный срок (1-2 недели), что позволит проверить показатели изменения текучести молотого' продукта и при его отгрузке.

2. При работе данного устройства отмечено улучшение физических свойств молотого продукта:

2.1. Снижение уплотняемости продукта после мельницы ~в 2 раза, что. свидетельствует о повышении его текучести.

2.2. Увеличение удельной поверхности молотого продукта р

( > 4000 см /г) через 6,5 часов при максимальной производительности мельницы 40 т/час.

3. Производительность мельницы за время испытаний в среднем составила 36 т/ч против фоновых 27 т/час.

4. Питание мельницы во время работы с прибором было представлено смесью клинкера и некондиционного молотого продукта с большей долей фр. +1,25 мм: 49,8т78,6% по сравнению с 32,1т41,4% в фоновых опытах.

5. Считаем целесообразным испытать устройство "Экофор" в производстве огнетушащего порошка "Пирант-А" в цехе аммофоса.

/

от АООТ"Фосфорит" I ; ;/

Начальник цеха КОФ / Н.С.Баулин

Зам.начальника ЦЛ ТЦалЩ^ Т.В.Николенко

'' Начальник ОТК , ;< / ^ — ' К. А. Вдовина

Начальник ТО Ж/:^'' ' Р-В.Нигматулин

от СПбТИ • А.В.Сукманов

"Утверждаю"

Заместитель генерального директора АООТ'Фосфориг мйЩ$&5Е<жнике и технологии

В.И.Юрьева

АКТ

промышленных испытаний режима измельчения дефторированного фосфата с использованием эффекта электоимпульсного воздействия в цехе КОФ АООТ"Фосфорит".

Настоящий этап промышленных испытаний является продолжением работ,выполненных совместно с Санкт-Петербургским технологическим институтом в 1996 году и показавших принципиальную возможность улучшения качественных характеристик молотого продукта, а также снижения удельной энергоемкости процесса сухого измельчения путем воздействия на электростатические параметры системы. В июне и июле 1997г прибор электроимпульсного воздействия подключали на корпус мельницы поз.312. Воду на клинкер во время испытаний не подавали. Производительность мельницы оценивали по количеству циклов выгрузки пневмокамерных насосов поз.374/1 и 374/2, установленных после пневмовинтового насоса НПВ-110. Во время испытаний производительность мельницы по готовому продукту колебалась от 20 до 50 т/ч. Перед каждым опытом с включением прибора электроимпульсного воздействия снимали фоновые показатели при работе на исследуемой производительности мельницы. Согласно программе испытаний анализировали химический и фазовый составы клинкера, поступающего на размол, и его физико-механические свойства,в том числе определяли его гранулометрические и прочностные характеристики. Дисперсность готового продукта после размола оценивали по замерам удельной поверхности ( Б ) и контролю гранулометрического состава.

Определяли величины углов естественного откоса и уплотняемость молотого дефторированного фосфата. Дополнительно отбирали пробы продукта для седиментационного анализа, результаты которого не входят в настоящий акт и будут представлены СПбТИ специальным отчетом после их выполнения и математической обработки. В результате проведенного этапа промышленных.испытаний подтверждено полохсительное влияние электроимпульсного воздействия на процесс сухого измельчения дефторированного фосфата в условиях цеха КОФ: при изменении производительности мельницы по готовому продукту после подключения прибора электроимпульсного воздействия во всем изученном интервале нагрузок на мельницу отмечено увеличение .. дисперсности молотого продукта. Удельная поверхность по сравнению с фоновыми замерами. после 1,5-2 часов работы прибора устойчиво возрастала на 200 - 300 см2/г. Необходимо отметить, что при работе мельницы с нагрузкой по готовому продукту 20 - 30 т/ч после отключения прибора в течение 3-4 часов наблюдали сохранение более высоких показателей удельной поверхности материала. ВЫВОДЫ:

г.Кингисепп

июнь - июль 1997 года

1. Подключение прибора элекгроимпульспого воздействия позволило провести размол клинкера дефторированного фосфата без

что свидетельствует о снятии заряда статического электричества, образующегося в процессе сухого размола продукта. При этом не происходило зарастание продуктом решетки мельницы.

2.В результате электроимпульсного воздействия на систему продукт-мельница отмечено улучшение физико-механических свойств готового продукта:

2.1. Через 1,5-2 часа после подключения прибора на корпус мельницы во всем изученном интервале ее производительности установлен эффект увеличения дисперсности молотого дефторирова!того фосфата. Удельная поверхность молотого продукта возрастала на 11,5 - 12 % ( на 200 - 300 см2/г ).

2.2. При работе на производительности 20 - 35 т/ч на 4,7 - 6,4 % снизилась угоютняемость продукта.

2.3.Величина угла естественного откоса имела тенденцию к снижению ( на 3 - 5 град) при более высокой загрузке мельницы продуктом( в интервале нагрузок 30-45 т/ч ).

3. При существующей загрузке мельницы мелющими телами - шарами и цильпепсом-требуемая тонина измельчения дефторированного фосфата 2500 см2/г достигается на производительности мельницы по готовому продукту 20 - 25 т/ч при условии подключения на корпус мельницы прибора электроимпульсного воздействия.

•4. Наличие металломап-штных примесей в готовом продукте требует постоянного контроля за их содержанием. В дальнейших исследованиях будет проведена более полная оценка возможного их снижения как в фоновых , так и исследуемых режимах.

5. Сопоставительный анализ результатов предыдущих этапов промышленных испытаний и полученных в настоящем исследовании свидетельствует о том, что положительный эффект от введения в схему сухого размола дефторированного фосфата прибора электроимпульсного воздействия сохраняется, обеспечивая возможность получения требуемой дисперсности молотого продукта как на штатных загрузках мелющими телами и соответственно регламентных произиодительностях, так и при работе с изношенными шарами и цильпепсом на пониженных нагрузках.

Прилохсение: таблицы результатов обследования ( выборка из контроля часовых параметров при обследовании мельницы размола дефторированного фосфата и средние значения физических характеристик молотого продукта).

от АООТ'Фосфорит"