Способ и установка для сухого помола твердых веществ (варианты) - RU2140823C1

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Изобретение касается способа и установки для сухого помола твердых веществ.

Процесс сухого помола в настоящее время осуществляется при помощи молотковых мельниц, ударных мельниц, шаровых мельниц, валковых мельниц или вальцовых мельниц, снабженных внутренними сортировочными устройствами, которые отделяют тонкосмолотые, желаемого размера частицы и возвращают крупнозернистые частицы в камеру помола. Для получения помола сверхтонкого и ультратонкого качества используется подобная компоновка с вибромельницами, ударно-фрикционными мельницами или вихревыми мельницами. Все существующие в настоящее время мельницы имеют низкую производительность при тонком помоле, потребляют слишком много энергии и имеют очень высокий износ.

В традиционных мельницах недостатком сухого помола твердых веществ посредством механического столкновения является то, что тонкосмолотые частицы твердых веществ, образовавшиеся в процессе помола, электростатически притягиваются к большим подаваемым частицам, смягчая тем самым их удар при последующих столкновениях, таким образом снижая эффективность помола.

Хотя вихревые мельницы не создают электростатической проблемы подобно ударным мельницам, поскольку в вихревых мельницах используются газы высокого давления, они потребляют слишком много энергии, их техническое обслуживание дорого, и пропускная способность их ограничена. (Напр. SU 689723)
Основной задачей настоящего изобретения является устранение недостатков предыдущих технологий и предоставление способа и установки для сухого помола твердых веществ, с помощью которых можно получить измельченные продукты безопасным, с низким энергопотреблением и приемлемым с экологической точки зрения способом, с низкими капитальными и эксплуатационными расходами.

В настоящем изобретении используется управляемое вихревание псевдосжиженного слоя для грубого и тонкого помола твердых веществ при низких статических давлениях, сопровождаемое газовой эрозией и разделением частиц в вертикальном или горизонтальном вихре при высоких гидродинамических давлениях, для получения тонкого, сверхтонкого и ультратонкого качества помола продуктов. В настоящем изобретении ограничение размера частиц материалов, подаваемых в зону отделения крупных отходов при одновременном их измельчении для тонкого, сверхтонкого и ультратонкого помола, осуществляется тем, что смесь частиц подвергается гравитационному разделению посредством центробежного вытесняющего вентилятора, позволяющего газовому потоку, содержащему отсортированные частицы, войти в направленный вверх вихрь зоны помола.

В противоположность традиционным мельницам настоящее изобретение осуществляет немедленное удаление тонкосмолотых частиц сильным восходящим воздушным потоком, таким образом делая сухой помол более эффективным. В настоящем изобретении это качество сочетается с эффективной внутренней рециркуляцией частиц нестандартного размера к начальной стадии грубого помола с помощью вращающегося полупроницаемого устройства.

В противоположность вихревым мельницам настоящее изобретение не использует сжатые газы в качестве источника энергии дробления, таким образом значительно уменьшая капитальные затраты, потребности в энергии и техническое обслуживание, увеличивая при этом пропускную способность.

Настоящее изобретение использует роторы для создания управляемого вихря в псевдосжиженном слое, который измельчает главным образом автогенным ударом и трением, и генераторы вихря, содержащие вращающиеся полупроницаемые устройства, которые генерируют вертикальный вихрь и измельчают главным образом газовой эрозией, а также вращающиеся диски, генерирующие горизонтальный вихрь и измельчающие главным образом разрезанием.

Настоящее изобретение может использоваться для помола каменного угля или известняка и делает возможным использование дешевых измельченных продуктов для применения в качестве энергетического сырья, нефтехимических продуктов, экологической очистки индустриальных и коммунальных тепловых и электрических станций, переноса по трубам измельченных твердых веществ, производства строительных материалов, производства новых или улучшенных материалов, таких как опорные изоляторы, производства керамики и сверхпроводников, а также в производстве металлов и металлургии, связанной с обогащением руд, включая драгоценные металлы.

Некоторые используемые здесь характеристики размера продуктов даны в таблице.

При описании этого изобретения упоминаются "измельченные" твердые вещества, например измельченный каменный уголь и известняк. В данном случае "измельченный" определяется как твердое вещество, 75% частиц которого имеют размеры в диапазоне -400 меш. (75% < 40 мкм).

Настоящее изобретение обходит проблемы высоких затрат, связанные с прямым воздействием частиц на внутренние движущиеся части измельчающего оборудования, как, например, в ударных мельницах, что приводит к высоким затратам на энергию, а также чрезмерному износу и дорогому техническому обслуживанию таких устройств. Настоящее изобретение использует быстро двигающиеся воздушные подушки, на которых частицы измельчаются с помощью автогенного удара и трения, газовой эрозии и резания. Механизм помола в настоящем изобретении разработан таким образом, чтобы избежать столкновений твердых частиц с внутренним механизмом измельчающего устройства. В образовании управляемого вихревания в псевдосжиженном слое роторы настоящего изобретения действуют как вращающиеся лопатки, при этом лопасти ротора толкают газ, а газ, в свою очередь, передает приданную ему кинетическую энергию частицам, вихрящимся в зоне начального грубого помола. Следовательно, настоящее изобретение может быть реализовано с применением внутренних частей из литого полиуретана или футерованных/облицованных полиуретаном для дробления абразивных руд и все же иметь низкий коэффициент износа. Все вышеперечисленное объясняет эффективность помола, малое потреблении энергии, низкий износ и низкие издержки на эксплуатационные расходы настоящего изобретения.

Настоящее изобретение - это мельница, работающая на энергии текучей среды, то есть газ типа воздуха, диоксида углерода, азота или инертного газа действует как рабочая текучая среда и осуществляет перенос энергии, необходимой для ускорения взвешенных частиц, которые подвергаются дроблению. В стандартных мельницах, работающих на энергии текучей среды, например вихревых мельницах, скоростной динамический напор для частиц создается высоким внешним давлением, которое придает подаваемым частицам начальную скорость. Однако такой скоростной динамический напор падает через короткое время, следствием чего является неэффективность, высокий коэффициент рециркуляции, а также высокий коэффициент износа, присущие вихревым мельницам. Напротив, в настоящем изобретении подающиеся частицы непрерывно повторно ускоряются центробежными силами, и их скоростной динамический напор возобновляется воздушными подушками, активизируемыми быстро вращающимся роторным устройством мельницы. Настоящее изобретение функционирует при низких статических давлениях (до 15 дюймов /38,1 см/ водяного столба), но генерирует очень высокое гидродинамическое давление посредством эффекта Вентури, распространяющееся по внутренней конструкции устройства. Скорости вала находятся в диапазоне от 3000 до 10000 оборотов в минуту (RPM - об/мин).

Роторы в камере помола настоящего изобретения являются источником центробежных сил. Перемешивание псевдосжиженного слоя частиц выполняется турбулентным воздушным перемещением, генерируемым роторами вместе с пластинами усиления потока, установленными вертикально на внутренних стенках дробилки. Конструкция роторных лопаток выбрана таким образом, чтобы создать оптимальные условия для ускорения и управляемой турбулентности воздушных подушек. Далее, такая конструкция гарантирует минимальное потребление энергии и предотвращает столкновение роторных лопаток с подаваемыми частицами. При тонком, сверхтонком и ультратонком качестве помола частиц столкновения предотвращаются подъемом пограничного слоя.

Расстояние между роторными лопатками и стенкой кожуха дробилки определяет ширину псевдосжиженного слоя зоны помола. Укорачиванием лопастей ротора ширина псевдосжиженного слоя увеличивается, и пропускная способность начальной зоны крупного дробления повышается.

Настоящее изобретение функционирует по принципу вихревого помола с газом в качестве рабочей среды. Для начального измельчения в нем используется управляемое вихревание псевдосжиженного слоя, где центробежные силы и возбуждение вихря вызываются роторным устройством.

Псевдосжиженный слой поддерживается сильным воздушным потоком, который также обеспечивает немедленное удаление тонкоизмельченного продукта. Уникальный внутренний механизм рециркуляции выполняет, при низких затратах энергии, возврат грубоизмельченных частиц или частиц нестандартного размера, которые выдуваются вместе с тонкоизмельченным продуктом восходящим воздушным потоком в начальную зону грубого помола, чтобы смешать их с поступающим потоком в вихрь. Для основного тонкого и сверхтонкого помола изобретение использует два оригинальных метода измельчения посредством вихревого дробления: (i) - вращающееся полупроницаемое устройство; и (ii) - вращающиеся диски.

В первичном процессе помола изобретение использует псевдосжиженный слой при низких статических давлениях, а вторичный помол продолжается при высоком гидродинамическом давлении. В последнем процессе тонкоизмельченный продукт превращается в сверхтонкий и ультратонкий продукт вплоть до 1/4 до 1/2 общего произведенного тонкоизмельченного продукта. Таким образом, отношение тонкоизмельченного продукта к сверхтонкому продукту находится в диапазоне от 4 до 2 без заметного увеличения потребления энергии по сравнению с начальным процессом помола. Изменяя внутреннюю конструкцию оборудования, можно подавить вторичный процесс помола. Система помола может эксплуатироваться с рециркуляцией рабочей текучей среды, что делает систему экологически безопасной. В дополнении к ее экологическим преимуществам система помола настоящего изобретения работает при очень низких уровнях шума.

Управляемое вихревание, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает достаточное рассеяние тепла во время грубого помола в псевдосжиженном слое и точное управление процессом измельчения в камере начального помола. Таким образом, настоящее изобретение устраняет недостатки предыдущей технологии, где дробилки работают с неуправляемым вихреванием, что приводит к неконтролируемому повышению температуры, недостаточно точному управлению процессом измельчения и нежелательным изменениям продукта.

Использование вращающихся экранов для разделения твердых веществ по размерам хорошо известно. По этому принципу работают центробежные сита, отбраковывающие размер измельчаемого продукта, допуская прохождение меньших частиц через отверстия экрана и центробежно отбрасывая отсеянные более крупные частицы. Сита функционируют при частоте вращения от 30 до 120 об/мин. Если скорость сита становится более 1200 об/мин, вращающийся экран сита засоряется, и разделение по размерам прекращается вследствие закупорки экрана. Если в системе помола настоящего изобретения использовать сито с экраном 100 меш., то при частоте вращения от 1500 до 4500 об/мин экран быстро засоряется тонкосмолотыми частицами и приходит в нерабочее состояние. Твердые частицы, появляющиеся при вихревом помоле в псевдосжиженном слое камеры начального помола и уносимые вверх восходящим газовым потоком, имеют размер в диапазоне от 40 до 500 меш.

Одной из целей настоящего изобретения является использование вращающегося полупроницаемого устройства, содержащего устройство с вращающимся экраном, имеющим большой размер ячеек, которые не закупориваются при высокой скорости вращении. Одно из применений полупроницаемого устройства - это осуществление рециркуляции грубых частиц или некоторых частиц нестандартного размера, взвешенных в газовой среде. Этим достигается низкая стоимость рециркуляции частиц нестандартного размера из быстро двигающегося газового потока. Перегородки в быстро вращающемся экране с размером ячеек от 4 до 10 меш. играют роль статистического барьера для движущихся медленнее частиц. Вращающееся полупроницаемое устройство не способно распознавать разницу в размерах частиц, подобно центробежному ситу, и частица размером 40 меш. не может быть блокирована вращающимся ситом с экраном 4 меш. Вращающееся полупроницаемое устройство способно только распознать разницу в скоростях частицы. Частицы, уносимые вверх из псевдосжиженного слоя зоны помола, приобретают свою скорость в ламинарном потоке газа в зависимости от торможения Стокса, вследствие чего большие частицы достигают меньшей скорости, чем меньшие частицы. В свою очередь, медленнее движущиеся частицы имеют большую вероятность ударения об имеющиеся в составе вращающегося полупроницаемого устройства перегородки быстро вращающегося экрана с ячейками большого размера, отталкивания от него и попадания обратно в зону начального грубого помола. Следовательно, отношение скорости вращающегося экрана к скорости восходящих в газовом потоке частиц определяет, какие из этих частиц будут блокированы перегородками быстро вращающегося экрана с большим размером ячеек. Изменяя скорость экрана, можно контролировать размер частиц, проходящих сквозь быстро вращающийся экран. Поэтому в настоящем изобретении размер частиц не имеет никакой связи с размером ячеек вращающегося экрана. Вращающееся полупроницаемое устройство может блокировать частицы от 60 до 150 меш. в зависимости от вышеупомянутого отношения скоростей движущегося по кругу экрана и движущейся вверх частицы. В свою очередь, скорость частицы будет зависеть от скорости восходящего потока газа и размера частицы, который определяет торможение Стокса.

Вышеупомянутое явление "статистической отбраковки" частиц посредством системы с быстро вращающимся экраном с большим размером ячеек, благодаря их отличающимся скоростям, лежащее в основе внутренней рециркуляции грубых или нестандартных частиц к начальной зоне помола, согласно настоящему изобретению, ограничено системой, содержащей твердые частицы, взвешенные в быстро двигающемся газовом потоке.

Вышеупомянутое явление не происходит в плотных средах, то есть в текущих средах типа воды. Полупроницаемое устройство настоящего изобретения функционирует эффективно при скоростях вращения в диапазоне от 1500 до 10000 об/мин и наиболее предпочтительно в диапазоне от 3000 до 4500 об/мин. Полупроницаемое устройство настоящего изобретения преодолевает трудность, связанную с экранами в устройствах по предыдущей технологии, которые при вращении на высоких скоростях закупориваются и становятся неработоспособными.

При выходе из камеры начального грубого помола размер частиц будет в диапазоне от 150 до 500 меш. или меньше, а при таких маленьких размерах частиц тяговые усилия быстро уменьшатся. Следовательно, скоростная сортировка вращающегося полупроницаемого устройства станет незначительной, поскольку вне начальной камеры грубого помола преобладающая часть частиц будет иметь меньший размер.

Следующее использование полупроницаемого устройства за пределами начальной зоны грубого помола является измельчение тонкосмолотых твердых частиц посредством создания вертикально направленного вихря. Это дает дешевый сверхтонкий и ультратонкий помол. Высокоскоростной газ, проходя через вращающееся полупроницаемое устройство, разделяется перегородками экрана с крупными ячейками на газовые струи, и эти струи закручиваются импульсом быстрого вращения экрана, генерируя таким образом вертикальный спиральный вихрь. В этом вертикальном вихре частицы измельчаются газовой эрозией. Эффективность измельчения зависит от скорости газа в зоне вихревого помола, которая определяет время пребывания частицы в вихре, и частоты вращения полупроницаемого устройства, которая определяет импульс турбулентности, влияющий на газовые струи, составляющие вихрь.

Вне начальной камеры грубого помола единственной функцией вращающегося полупроницаемого устройства является функция эффективного генератора вихря. Особенностью настоящего изобретении является то, что генераторы вихря помещены в сортировочные камеры, где гравитационное отделение более крупных частиц в восходящем газовом потоке производится центробежными вытесняющими вентиляторами. Отсортированные частицы, остающиеся в восходящем газовом потоке, подвергаются измельчению вихрем, генерируемым полупроницаемым устройством. Повторяя этот процесс по ступеням, каждая из которых включает гравитационное разделение и вихревой помол, тонкосмолотые частицы можно довести до ультратонкого размера. Измельчение тонкосмолотых частиц до сверхтонкого и ультратонкого продукта газовыми вихрями, создаваемыми вращающимся экраном, происходит внезапно, и потребление мощности при этом очень мало. Экран предпочтительно состоит из стали и имеет размер ячеек в диапазоне от 2.5 до 60, наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 10. Оптимальный размер ячеек вращающегося экрана и оптимальная частота вращения должны выбираться экспериментально. Генерирование вихря вращающимся полупроницаемым устройством ограничено газообразной средой. В плотных средах, например, в жидкостях типа воды, создаваемые вращающимся экраном вихри локализуются и ослабляются за счет трения.

Другое использование вращающегося полупроницаемого устройства - это эффективное удаление твердых частиц из высокоскоростного, высокотемпературного и находящегося под высоким давлением газового потока с незначительными потерями давления и понижением температуры. Для этого применения полупроницаемое устройство имеет вращающийся экран с размером отверстий в диапазоне от 2.5 до 60, наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 10, состоящий из металла или сплава типа вольфрама либо стали, подходящих для температуры и частоты вращения, при которых он будет использоваться. Должно быть определено такое отношение скорости вращающегося экрана и скорости газового потока повышенного давления, при котором создается адекватное дифференцирование скорости взвешенных твердых частиц и происходит их блокирование вращающимся полупроницаемым устройством. Дальнейшая очистка газового потока может выполняться гравитационным разделением с помощью центробежного вытесняющего вентилятора после прохождения газового потока через вращающееся полупроницаемое устройство.

Другой целью является использование кольцевого зазора, определенного неподвижным круговым отверстием и круговым вращающимся диском, помещенным в это отверстие, для помола тонких твердых веществ в кольцевом зазоре посредством горизонтально направленного вихря, создаваемого вращающимся диском. Кольцевой зазор имеет ширину от 0,5 до 6 дюймов (1,27-15,24 см), предпочтительно приблизительно 3 дюйма (7,63 см) и высоту от 0,5 до 6 дюймов (1,27-15,24 см). Эффективность измельчения в кольцевом зазоре будет зависеть от времени пребывания там тонких частиц и преобладающих срезающих усилий. Следовательно, эффективность кольцевого зазора будет определяться скоростью восходящего газового потока и скоростью вращающегося диска. Измельчение посредством кольцевого зазора происходит при очень малом потреблении энергии.

В широко известном применении вращающихся дисков для управления размером частиц, входящих в зону измельчения, ширина кольцевого зазора (для выполнения тонкого и сверхтонкого помола) должна находиться в диапазоне 0,125 - 0,20 дюйма (0,32 - 0,51 см). При такой малой ширине кольцевого зазора генерация вихря стала бы неуправляемой для выполнения измельчения посредством резания, а потребление энергии чрезмерно повысилось бы. Особенностью настоящего изобретения является то, что генератор вихря, состоящий из кольцевого зазора, помещен в сортировочную камеру, где уменьшенные частицы, выходящие из горизонтального вихря кольцевого зазора, подвергаются разделению по размеру в гравитационном поле, образованном центробежным вытесняющим вентилятором.

Настоящее изобретение использует для сверхтонкого и ультратонкого помола генераторы вихря, содержащие вращающееся полупроницаемое устройство и кольцевой зазор, расположенный внутри сортировочной камеры, где выполняется этот вторичный помол при низком потреблении энергии и низких эксплуатационных расходах.

Таким образом, настоящее изобретение устраняет недостатки предыдущей технологии, где ударно-фрикционные мельницы используются для сверхтонкого и ультратонкого помола, который выполняется в начальной камере помола посредством неуправляемого вихревания в узком пространстве между роторами и стенкой корпуса и посредством создания вихревания внутренней лопастью и внутренней пластиной (в некоторых случаях усиленного генерацией ультразвуковых волн). Всякое подобное вихревание и акустическое усиление, соответствующие предыдущей технологии, представляют процессы с низкой производительностью при тонком помоле, высоким потреблением энергии и высокими издержками на техническое обслуживание и текущий ремонт.

Следующей целью является использование автогенных средств помола и/или устройств, позволяющих резанием или газовой эрозией измельчать твердые вещества, взвешенные в газообразной рабочей среде с целью модификации на месте реагирующих поверхностей данных свежесмолотых твердых частиц с помощью органических или неорганических химических реагентов. Реактивность свежесмолотых поверхностей и их модификация химическими реагентами хорошо известна, но процессы модификации в системах помола предыдущей технологии, например, в ударно-фрикционных мельницах или вихревых мельницах происходят в неуправляемом режиме. Следовательно, экономика процесса модификации поверхности не благоприятна из-за чрезмерного использования реагентов и ограничений, наложенных посредством этого на управление качеством конечного продукта. В системе помола настоящего изобретения, образование новых поверхностей посредством резания в кольцевом зазоре может точно управляться, и желаемая частичная модификация поверхности может выполняться с экономичным использованием химических реагентов, чтобы получить модифицированный продукт с желаемыми свойствами поверхности.

Еще одна цель - это использование генераторов вихря, включающих комбинацию вращающегося полупроницаемого устройства, состоящего из узла, содержащего вращающийся экран, и кольцевого зазора, образованного вращающимся диском в круговом стационарном отверстии для сверхтонкого и ультратонкого помола твердых веществ при малом потреблении энергии. Особенностью является то, что такая комбинация генераторов вихря используется в настоящем изобретении внутри сортировочной камеры, где гравитационное разделение центробежным вытесняющим вентилятором сортирует размер частиц, покидающих горизонтальный вихрь в кольцевом зазоре, перед тем, как позволить очищенному газовому потоку с уменьшенными частицами желаемого размера войти в зону вертикального вихря, создаваемого вращающимся полупроницаемым устройством. Многократное применение таких комбинаций в вертикальном вентиляционном канале сортировочных камер приводит к производству ультратонкого продукта. Частицы нестандартного размера, удаленные в данной сортировочной камере, возвращаются в предшествующую сортировочную камеру в вертикальном вентиляционном канале с целью дальнейшего измельчения посредством вихревого помола.

Следующая цель - это использование системы помола, состоящей из камеры с роторами для начального грубого и тонкого помола твердых веществ в управляемом вихре псевдосжиженного слоя зоны помола с дополнительной зоной помола, имеющейся для сверхтонкого и ультратонкого помола данных твердых веществ с помощью генераторов вихря, содержащих вращающееся полупроницаемое устройство и названный кольцевой зазор, где имеется разделенный силовой привод, обеспечивающий очень быстрое вращение экрана и диска при использовании малой мощности. Экран с разделенным приводом может вращаться со скоростью более 10000 об/мин, в то время как роторный узел вращается со скоростью менее 3200 об/мин, причем система все еще сохраняет характеристики малого потребления энергии и низкого износа. Для выполнения внутренней функции рециркуляции внутри начальной камеры грубого помола, включая сортировку частиц по их отличающимся скоростям в восходящем газовом потоке, вращающееся полупроницаемое устройство должно достигнуть скорости менее 4500 об/мин.

Следующая цель - это система, в которой роторный узел покрыт каучуком, полиуретаном или другими пластмассами либо образующие роторный узел части отлиты из таких материалов. В качестве альтернативы роторный узел может быть покрыт керамикой (например, карбидом хрома, карбидом вольфрама) или окисью алюминия.

Еще одна цель - это система, в которой стенки этой системы, а также вращающийся экран и диск покрыты каучуком, полиуретаном, другими пластмассами, керамикой или окисью алюминия.

Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения достигнуты в соответствии с настоящим изобретением с помощью способа сухого помола твердых веществ, заключающего в себе стадии направления твердых тонкосмолотых частиц главным образом вверх, в зону вихревого помола, а также помола направленных вверх твердых тонкоизмельченных частиц посредством генераторов вихря, расположенных в зоне вихревого помола, пропуская порцию частиц через зону вихревого помола, причем зона вихревого помола включает по крайней мере один последовательно вертикально расположенный ярус помола, включающий прохождение частиц вверх через по крайней мере одно вращающееся полупроницаемое устройство и кольцевой зазор, ограниченный неподвижной пластиной с круговым отверстием и вращающимся круговым диском в этом круговом отверстии.

Стадия прохождения частиц вверх через вышеназванное вращающееся полупроницаемое устройство включает прохождение частиц через быстро вращающийся экран. Экран не более 2.5 меш., предпочтительно он имеет размер ячеек в диапазоне от 2.5 до 60, и наиболее предпочтительно имеет размер ячеек в диапазоне от 4 до 10 и вращается со скоростью в диапазоне от 1500 до 10000 об/мин, и наиболее предпочтительно в диапазоне от 3000 до 4500 об/мин.

Стадия прохождения частиц через кольцевой зазор включает прохождение частиц через кольцевой зазор, имеющий ширину от 0,5 до 6 дюймов (1,27-15,24 см), предпочтительно приблизительно 3 дюйма (7,62 см) и высоту от 0,5 до 6 дюймов (1,27 - 15,24 см).

Каждая стадия предпочтительно содержит прохождение частиц через вращающееся полупроницаемое устройство и после этого через кольцевой зазор. Для сортировки по размерам частиц, покидающих кольцевой зазор, направленный вверх газовый поток со смесью взвешенных частиц подвергается воздействию гравитационного разделения центробежным вытесняющим вентилятором, и поднимающийся вверх газовый поток с отсортиртированными частицами может войти в вертикальный вихрь зоны помола вращающегося полупроницаемого устройства.

В начальной камере грубого помола процесс также состоит из внутренней рециркуляции, осуществляющейся вращением упомянутого полупроницаемого устройства с достаточной скоростью, чтобы таким образом предотвратить прохождение порции частиц нестандартного размера. Далее процесс включает внешнюю рециркуляцию, выполняемую с помощью вращения центробежного вытесняющего вентилятора вниз от вращающегося полупроницаемого устройства, обеспечивая таким образом рециркуляционный канал, воспринимающий частицы от вращающегося вентилятора и имеющий выпускное отверстие ниже по крайней мере одного яруса вихревого помола.

Далее способ включает ярус удаления частиц над вихрем зоны помола. Ярус удаления включает вращение по крайней мере одного центробежного вытесняющего вентилятора вниз от по крайней мере одного яруса вихревого помола.

В одном из вариантов осуществления изобретения способ также включает ступень первоначального помола грубых частиц в тонкие частицы перед тем, как направить эти тонкие частицы в зону помола, содержащую генераторы вихря. Эта стадия первоначального помола состоит из подачи твердых веществ в камеру, образуя псевдосжиженный слой твердых веществ в камере направлением воздуха вверх в камеру и создавая управляемое вихревание в псевдосжиженном слое для выполнения автогенного помола. Стадия внешней рециркуляции состоит из внешней рециркуляции частиц в псевдосжиженный слой.

Способ может иметь множество стадий помола, содержащих генераторы вихря с внешней рециркуляцией частиц нестандартного размера к предыдущей стадии. Стадия разделения и удаления предпочтительно включает удаление в две вертикально расположенные стадии удаления для разделения и удаления частиц с последовательно уменьшающимися размерами.

В другом варианте осуществления изобретения стадия начального грубого помола включает создание управляемого вихря с использованием роторов.

Генераторы вихря, включающие вращающееся полупроницаемое устройство и вращающийся диск, могут вращаться на общем валу.

Стадия помола может выполняться в химически неактивной газообразной атмосфере в присутствии химического реагента для выполнения управляемой модификации поверхности твердых частиц.

Настоящее изобретение также касается установки для сухого помола твердых веществ, включающей устройство, формирующее зону вихревого помола, содержащую генераторы вихря, включая по крайней мере одну последовательно вертикально расположенную стадию вихревого помола для помола твердых тонкоизмельченных частиц, а также устройство для направления твердых тонкоизмельченных частиц главным образом вверх, в зону вихревого помола. По крайней мере одна из вышеназванных стадий вихревого помола включает генераторы вихря, содержащие по крайней мере одно из вращающихся полупроницаемых устройств и устройство, образующее кольцевой зазор, имеющий неподвижную пластину с круговым отверстием и вращающийся круговой диск в круговом отверстии, в котором вращающееся полупроницаемое устройство и кольцевой зазор сконфигурированы так, чтобы таким образом пропускать порцию направленных уменьшенных частиц и имеющее устройство сортировки частиц по размерам для продуктов, покидающих горизонтальную вихревую зону кольцевого зазора, причем частицы нестандартного размера отделяются гравитацией с помощью центробежного вытесняющего вентилятора.

Вращающееся полупроницаемое устройство предпочтительно содержит вращаемый экран не более 2.5 меш., который предпочтительно имеет размер ячеек в диапазоне от 2.5 до 60 и наиболее предпочтительно имеет размер ячеек в диапазоне от 4 до 10. Кольцевой зазор имеет ширину от 0,5 до 6 дюймов (1,27-15,24 см), предпочтительно приблизительно 3 дюйма (7,62 см) и высоту от 0,5 до 6 дюймов (1,27- 15,24 см). Оба эти генераторы вихря используются для эффективного помола тонких частиц в восходящем газовом потоке и уменьшения этих частиц до получения продуктов сверхтонкого и ультратонкого размера.

В одном из вариантов осуществления изобретения каждая стадия включает вращающееся полупроницаемое устройство, а также устройство, формирующее кольцевой зазор вниз от вращающегося полупроницаемого устройства и имеющее гравитационный сепаратор для частиц нестандартного размера в восходящем газовом потоке, содержащий центробежный вытесняющий вентилятор.

В другом варианте осуществления изобретения установка также содержит устройство для внутренней рециркуляции грубых частиц в начальной камере помола, содержащее устройство для вращения вышеназванного полупроницаемого устройства на достаточной скорости, чтобы таким образом предотвратить прохождение порции частиц, состоящей из частиц с более низкой скоростью, в восходящий газовый поток. Установка также содержит устройство для внешней рециркуляции, включающее вращающийся центробежный вытесняющий вентилятор вниз от вращающегося полупроницаемого устройства в начальной камере грубого помола и рециркуляционный канал, воспринимающий частицы от вращающегося вытесняющего вентилятора и имеющий выпускное отверстие, расположенное ниже по крайней мере одной стадии вихревого помола.

Эта установка имеет также приспособление для удаления частиц выше начальной зоны грубого помола. В одном из вариантов осуществления изобретения приспособление для удаления содержит устройство для вращения по крайней мере одного центробежного вытесняющего вентилятора вниз от по крайней мере одной стадии помола.

В следующем варианте осуществления изобретения эта установка далее содержит приспособление для первоначального помола грубых частиц в тонкоизмельченные частицы прежде, чем они будут направлены в зону помола, содержащую генераторы вихря. Приспособление для первоначального помола предпочтительно содержит устройство для подачи твердых веществ в камеру, устройство для формирования псевдосжиженного слоя твердых веществ в камере, имеющей приспособление для направления воздуха в камере вверх, а также устройство для создания управляемого вихревания в псевдосжиженном слое для выполнения автогенного помола. Внешняя рециркуляция содержит устройство для внешней рециркуляции частиц в псевдосжиженный слой.

В еще одном варианте осуществления изобретения данная установка содержит множество стадий помола, причем каждая из этих стадий содержит генераторы вихря и приспособление для гравитационного разделения и внешней рециркуляции частиц нестандартного размера к предыдущей стадии.

Устройство для удаления предпочтительно содержит устройство для удаления в двух вертикально расположенных стадиях удаления для разделения и удаления частиц последовательно уменьшающихся размеров.

Устройство для первоначального помола предпочтительно содержит роторы для производства управляемого вихря.

Генераторы вихря, содержащие вращающееся полупроницаемое устройство и вращающийся диск, предпочтительно вращаются на общем валу.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения способ и установка для сухого помола твердых веществ содержит устройство для подачи твердых веществ в камеру, устройство, формирующее псевдосжиженный слой твердых веществ в камере направлением воздуха в камере вверх, а также устройство, создающее управляемое вихревание в псевдосжиженном слое для выполнения автогенного помола. Этот вариант осуществления изобретения также предпочтительно включает устройство для разделения и удаления частиц над псевдосжиженным слоем и предпочтительно устройство для рециркуляции удаленных частиц в псевдосжиженный слой.

Удаление частиц предпочтительно включает вращение по крайней мере одного центробежного вытесняющего вентилятора вниз от псевдосжиженного слоя, а рециркуляция предпочтительно включает вращение центробежного вытесняющего вентилятора вниз от псевдосжиженного слоя и создает рециркуляционный канал, воспринимающий частицы от вращающегося вытесняющего вентилятора и имеющий выпускное отверстие в псевдосжиженный слой. Частицы могут быть удалены в двух вертикально расположенных стадиях удаления для разделения и удаления частиц последовательно уменьшающихся размеров.

Создание управляемого вихревания предпочтительно включает вращающиеся роторы, и помол может производиться в химически нереактивной газообразной атмосфере в присутствии химического реагента для выполнения управляемой поверхностной модификации твердых частиц.

Следующее конструктивное исполнение настоящего изобретения касается способа и установки для очистки газового потока от макрочастиц, включающего вращение по крайней мере одного вращающегося полупроницаемого устройства, направляющего по крайней мере один газовый поток с твердыми частицами через по крайней мере одно вращающееся полупроницаемое устройство и удаляющего частицы, не проходящие через по крайней мере одно вращающееся полупроницаемое устройство, и удаляющее проходящие частицы посредством вращающегося вытесняющего вентилятора вниз от вращающегося полупроницаемого устройства.

По крайней мере одно вращающееся полупроницаемое устройство предпочтительно содержит узел с вращающимся экраном, предпочтительно экран не более 2.5 меш. , более предпочтительно экран, имеющий размер ячеек в диапазоне от 2.5 до 60 и наиболее предпочтительно экран, имеющий размер ячеек в диапазоне от 4 до 10.

Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего детального описания, сопровождаемого рисунками.

Фиг. 1 - схематическое изображение установки согласно настоящему изобретению для реализации способа согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 - схематическое изображение поперечного сечения мельницы, работающей на энергии текучей среды, показанной на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематическое изображение поперечного сечения преобразователя энергии текучей среды согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 - схематическое изображение поперечного сечения преобразователя энергии текучей среды для ультратонкого помола согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5A и 5B - горизонтальная проекция и разрез центробежного восходящего вентилятора, показанного на фиг. 2.

Фиг. 6A и 6B - горизонтальная проекция двух различных коаксиальных роторов для применения согласно фиг. 2.

Фиг. 7A и 7B - горизонтальная и вертикальная проекция вращающегося полупроницаемого устройства, показанного на фиг. 2.

Фиг. 8A и 8B - горизонтальная и вертикальная проекция вращающегося диска, показанного на фиг. 2.

Фиг. 9A и 9B - горизонтальная и вертикальная проекция вращающейся пластины, показанной на фиг. 2.

Фиг. 10 - горизонтальная проекция внутреннего опорного узла в мельнице по фиг. 2 и
фиг. 11 - горизонтальная проекция пластин усиления потока в мельнице по фиг. 2.

Фиг. 1 представляет схематическое изображение установки согласно настоящему изобретению и установки для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг. 1, узел помола 1 содержит нижнюю зону грубого и тонкого помола 2 в виде камеры, к которой твердый материал подводится через впускное отверстие 3 и в которую газ типа воздуха подается снизу через впускное отверстие 4. Частицы из нижней зоны 2 подаются посредством газового потока в промежуточную зону помола 5 для дальнейшего помола. Промежуточная зона 5 снабжена двумя рециркуляционными линиями 6, 7 для рециркуляции частиц нестандартного размера обратно в нижнюю зону 2. Частицы, измельченные в промежуточной зоне 5, подаются посредством газового потока в верхнюю зону разделения 8. Верхняя зона разделения 8 предназначена для отделения конечного продукта (такого как частицы сверхтонкого помола), который отводится по линии 9 к циклонному уловителю 10 для изоляции сверхтонкого продукта. Тонкоизмельченные частицы подаются из верхней зоны разделения 8 по линии 11 к циклонному уловителю 12 для изоляции тонкоизмельченного продукта.

Циклонный уловитель 12 подает газ для рециркуляции по линии 13 в основание нижней зоны 2 и переносит частицы по линии 14 к баку сбора продукта 15 для тонкосмолотых частиц. Циклонный уловитель 10 рециркулирует этот газ по линии 16 в основание нижней зоны 2. Сверхтонкие частицы проходят по линии 17 в бак сбора продукта 18. В качестве альтернативы циклонный уловитель 10 может подавать часть или весь газ-носитель по линии 19 к фильтру-коллектору.

На фиг. 2 более подробно показан узел помола 1 по фиг. 1. Как показано, узел помола использует внутренний вал 20, который приводится в движение мотором 21 и посажен на опору 22 и который отвечает за вращение всех внутренних частей 23 - 37 узла помола. Для стабилизации вращающегося вала в случае вибраций предусмотрен один или несколько внутренних подшипников, показанных на фиг. 10, причем эти подшипники 38 прикреплены с помощью стальных перекладин 39 к боковой стене установки. Для действия при скоростях более 4000 об/мин для предотвращения биения вала может использоваться полый вал. Установка может эксплуатироваться с разделенным валом, когда вал в зоне 2, содержащей роторы, работает при более низкой скорости вала, а другие вращающиеся элементы работают при более высокой скорости вала.

Нижняя зона 2 включает вращающуюся пластину 23, которая размещена под внутренним вентилятором восходящего потока 24. Пластина 23 защищает вентилятор от турбулентности, вызванной газовыми потоками рециркуляции, входящими через впускные линии 16 и 13. Вентилятор 24 обеспечивает восходящий поток воздуха через узел помола.

Вентилятор восходящего потока 24 показан более подробно на фиг. 5A и 5B. Как показано, вентилятор содержит блок втулки 24A и множество лопастей 24B, каждая из которых закручена на угол приблизительно 15^o поочередно вверх и вниз от втулки для создания восходящего потока при вращении.

Вышеназванный вентилятор 24 содержит четыре ряда расположенных в шахматном порядке коаксиальных сдвоенных роторов 25-28. Роторы представляют собой предпочтительно плоские пластинчатые рычаги или круглые стержневые рычаги, которые заклинены на валу и имеют коаксиальную роторную лопатку на каждом конце. Роторные лопатки показаны более подробно на фиг. 6A и 6B.

Фиг. 6A показывает ротор с плоским пластинчатым рычагом, имеющим плоскую пластину 40 с роторными лопатками 41 и 42 на концах. Роторные лопатки расположены под углом приблизительно 70^o к горизонтальной плоскости пластины 40. На фиг. 6B показан ротор с круглым рычагом, включая круглый рычаг 43 и роторные лопатки 44 и 45 на его концах, расположенные под углом приблизительно 70^o к рычагу 43.

Вентилятор 24 генерирует периферийный воздушный экран, оснащенный дополнительно юбками (не показанными), прикрепленными к нижнему концу пластин усиления потока 46, присоединенных к стенке 47, как показано на фиг. 11. Стенка 47 может быть покрыта каучуком или полиуретановой футеровкой и имеет прикрепленные к ней пластины усиления потока 46, предпочтительно расположенные с промежутками 3 -7 дюймов (7,62- 17,78 см) вдоль стенки. Роторные лопатки перемешивают псевдосжиженный слой, создаваемый вентилятором 24. Роторные лопатки могут иметь различные углы закручивания или углы кручения к горизонтальной плоскости, различные углы наклона, то есть наклоны к вертикальной плоскости, либо могут иметь изменяющиеся углы относительно роторных рычагов. Кроме того, роторы могут также иметь дефлекторы (не показаны) для увеличения турбулентности вихря или расширения зоны помола посредством отклонения воздушных потоков.

Расположенное над ротором 28 в начале зоны промежуточного помола 5 вращаемое полупроницаемое устройство 29 предназначено для облегчения внутренней рециркуляции грубых или нестандартных частиц к начальной зоне помола 2, а также для продвижения вверх частиц тонкого и сверхтонкого помола под воздействием вертикального вихря внутри зоны промежуточного помола 5. Структура вращающегося полупроницаемого устройства 29 показана на фиг. 7A и 7B.

Как показано, вращающееся полупроницаемое устройство 29 имеет каркас 29A, включая втулку 29B, заклиненную на валу 20. На нижней опорной поверхности каркаса 29A находится экран 29C. Экран может быть в диапазоне от 2.5 до 60 меш., предпочтительно от 4 до 10 меш. Экран предпочтительно изготовлен из стали. Внизу экрана расположен дефлектор 29D, предотвращающий прохождение частиц через центр экрана 29C. Диск дефлектора может изменяться в диаметре от 4 до 10 дюймов (10,16- 25,4 см), в зависимости от количества и желаемой тонкости измельчения конечного продукта.

Частицы, проходящие сквозь вращающееся полупроницаемое устройство 29, должны затем пройти через кольцевой зазор 48B между неподвижной пластиной 48 и вращающимся диском 30, расположенным в отверстии 48A неподвижной пластины 48. Фиг. 8A и 8B более подробно показывают положение вращающегося диска в центральном отверстии неподвижной пластины, формирующем кольцевой зазор 48B. Кольцевой зазор 48B имеет ширину 0,5 - 6 дюймов (1,27 - 15,24 см), предпочтительно приблизительно 3 дюйма (7,62 см) и высоту 0.5 - 6 дюймов (1,27 - 15,24 см). Расстояние между устройством 29 и пластиной 48 предпочтительно более 2 дюймов (5,08 см). Вращающийся диск 30 и неподвижная пластина 48 находятся предпочтительно в той же самой плоскости, но плоскость диска может быть приблизительно на 1 дюйм (2,54 см) выше или ниже плоскости пластины. Вращающийся диск и неподвижная пластина предпочтительно выполнены из стали.

Зона промежуточного помола 5 включает центробежный вытесняющий вентилятор 31, удаляющий грубые или нестандартные частицы, проходящие через вращающееся полупроницаемое устройство 29 и кольцевой зазор 48B между вращающимся диском 30 и неподвижной пластиной 48. Эти грубые или нестандартные частицы рециркулируются через линии 6 и 7 к начальной зоне помола 2.

Расположенное над вентилятором 31 вращающееся полупроницаемое устройство 32 имеет такую же структуру, как и вращающееся полупроницаемое устройство 29. Частицы, достигшие небольшого размера, больше не отталкиваются для рециркуляции вращающимся полупроницаемым устройством 32, служащим только для образования вихря. Вышеназванное устройство 32 является неподвижной пластиной 49, имеющей вращающийся диск 33, расположенный в отверстии 49A и формирующий кольцевой зазор 49B. Оно имеет такую же структуру, что и неподвижная пластина 48 и вращающийся диск 30.

Расположенный над вращающимся диском 33 центробежный вытесняющий вентилятор 34 удаляет тонкосмолотые частицы через выпускную линию 11. Расположенная над вытесняющим вентилятором 34 вращающаяся пластина 35 имеет ту же структуру, что и вращающаяся пластина 23, и показана более подробно на фиг. 9A и 9B. Как показано, вращающаяся пластина имеет втулку 50, заклиненную на валу 20 для ее вращения. Назначение пластины 35 - уменьшение распространяющейся вверх турбулентности внутри зоны 8 и содействие в разделении частиц по размерам, производимом центробежными вытесняющими вентиляторами 34 и 37 через выпускные линии 11 и 9 резервуара. В том случае, если необходимо более точное разделение по размерам тонких или сверхтонких частиц, выходы выпускных линий 11 и 9 могут соединяться с дополнительным узлом сепарации.

Расположенная выше вращающейся пластины 35 неподвижная пластина 51 имеет вращающийся диск 36, вращающийся в центральном отверстии 51A и образующий кольцевой зазор 51B. Структура этого узла такая же, как и у вышеупомянутых неподвижных пластин с вращающимися дисками.

Расположенный выше вращающегося диска 36 центробежный вытесняющий вентилятор 37 удаляет сверхтонкие частицы через выпускную линию 9.

Нижняя зона 2 может работать как система с замкнутой атмосферой, когда впускное отверстие 4 и линия 19 закрыты. При влажной подаче к впускной линии 4 подсоединяется распылительная сушилка для высушивания подаваемого материала до уровня влажности менее 4% при одновременном продолжении помола. Для выхода пара, образующегося в ходе этого высушивания, необходимо принять некоторые меры, создав выпускное отверстие после выхода из циклонных уловителей, причем эти выпускные отверстия размещены у впускных линий 16 и 13. Впускные линии 16 и 13, показанные на фиг. 1, служат для отвода газа, рециркулированного из циклонных уловителей.

Поступающие через впускное отверстие 3 частицы приводятся в движение по окружности под действием газовых подушек, создаваемых роторами 25-28, и там из них формируется псевдосжиженный слой, причем частицы находятся во взвешенном состоянии благодаря постоянно действующим подъемным силам газового потока, производимого вентилятором 24.

Скоростной динамический напор сталкивающихся частиц в круговом псевдосжиженном слое образуется центробежной силой роторов 25-28 и передается через газообразную рабочую текучую среду. Этот скоростной динамический напор возобновляется при каждом вращении роторов, присоединенных к вращающемуся валу 20. Перемешивание псевдосжиженного слоя и управление им производится с помощью вращающихся роторных лопаток и посредством выбора их углов кручения и наклона. Перемешанный псевдосжиженный слой модулируется пластинами усиления потока, установленными вертикально на внутренней стенке узла помола 1, которые направляют частицы в "ограниченные карманы" и оказывают на них действие "накачки Вентури" посредством колебаний гидродинамического давления.

Частицы уносятся из кругового псевдосжиженного слоя непрерывным, направленным вверх воздушным экраном, создаваемым вентилятором 24 и усиленным винтовым подъемом газообразной рабочей среды, создаваемым расположенными в шахматном порядке роторными парами 25-28.

С точки зрения сил, действующих на частицы в нижней зоне, центробежные силы, создаваемые вращающимися роторами, будут больше всего влиять на частицы большего размера, направляя их к периферии, в то время как тяговые усилия будут удерживать эти частицы взвешенными в зоне вихря, если скорость восходящих потоков поддерживается постоянной. Как только частицы уменьшаются в размере благодаря автогенному воздействию, трению, резанию или эрозии, они достигнут диапазона уменьшенных размеров, в котором эффект центробежных сил падает. Следовательно, они будут двигаться к внутреннему периметру вихря. Для частиц, достигших меньшего размера, торможение уменьшается до момента, когда динамика восходящего потока увлекает и несет такие уменьшенные частицы к вращающемуся полупроницаемому устройству 29.

Вращающееся полупроницаемое устройство способствует более эффективной внутренней рециркуляции частиц нестандартного размера посредством "статистической отбраковки". Кроме того, оно сталкивается с проходящим газовым потоком, расщепляя газовые струи и закручивая их, порождая таким образом вертикально направленные вихревые силы, что обеспечивает дополнительное образование тонкоизмельченного продукта прежде всего посредством газовой эрозии и резания. При более высоких скоростях вала эффективность вращающегося полупроницаемого устройства для тонкого помола значительно увеличивается.

Вращающиеся диски 30, 33 и 36, расположенные в центральных отверстиях 48A, 49A и 51A неподвижных пластин 48, 49, 51, вызывают эффект Вентури и высокое гидродинамическое давление. Таким образом, сверхтонкий помол осуществляется прежде всего через увеличенные круговые усилия резания вихря, действующие на тонкие частицы.

При данной скорости подачи и скорости ротора для псевдосжиженного слоя вихревания существует максимальная плотность количества частиц, которая оптимизирует влияние энергии вихревания, затраченной на измельчение таких взвешенных частиц. В настоящем изобретении может быть получено это максимальное значение плотности и может поддерживаться оптимальный управляемый эффект вихревания с помощью регулирования внутренних конструктивных и рабочих параметров. Следовательно, настоящее изобретение, используя управляемое вихревание псевдосжиженного слоя, обеспечивает наиболее эффективный перенос подаваемой энергии через газообразную рабочую среду на фактическое измельчение подаваемых частиц.

Для усовершенствования характеристик существующих схем помола, использующих шаровые мельницы, валковые мельницы, вальцовые мельницы или другие ударные устройства, и предоставления при низких затратах возможности улучшенного тонкого и сверхтонкого помола, можно применить преобразователь энергии текучей среды по фиг. 3. Указанные здесь номера относятся к тем же элементам. Показанное здесь устройство отличается от варианта осуществления по фиг. 2 тем, что нижняя зона используется прежде всего для подготовки подачи и имеет только два ротора, и внешняя рециркуляция продукта происходит из промежуточной зоны помола через линии 6' и 7' обратно к псевдосжиженному слою для получения конечного продукта тонкого или сверхтонкого заданного качества. Преобразователь энергии текучей среды использует вращающееся полупроницаемое устройство 52 на фиг. 3 в качестве генератора вихря вместо пластины 35 на фиг. 2. Подобно варианту осуществления по фиг. 2 преобразователь энергии текучей среды использует вращающееся полупроницаемое устройство 29 для наиболее эффективной внутренней рециркуляции продукта нестандартного размера в начальной камере грубого помола и вращающиеся полупроницаемые устройства 32 и 52, а также вращающиеся диски 30, 33 и 36 в качестве генераторов вихря для улучшения тонкого и сверхтонкого помола. Сверхтонкий помол в преобразователе энергии текучей среды может быть подавлен или ускорен посредством выбора вставок и внутренних регулировок мельницы.

В качестве модификации преобразователь энергии текучей среды может забирать конечный продукт существующей схемы помола и использовать его как подаваемый материал.

Установка ультратонкого реформинга, показанная на фиг. 4, предназначена для дешевого и эффективного ультратонкого дробления с использованием возможности улучшения тонкого, сверхтонкого и ультратонкого помола генераторами вихря, содержащими вращающиеся полупроницаемые устройства (53, 54, 55, 56, 57 и 58) и вращающиеся диски (59, 60, 61, 62, 63 и 64). Эффективность этой компоновки проявляется благодаря использованию ярусов, в которых последовательная рециркуляция продукта нестандартного размера на каждом ярусе производится гравитационным разделением с помощью центробежных вытесняющих вентиляторов (65, 66, 67, 68 и 69), и удаляемые частицы нестандартного размера перемещаются к следующему нижнему ярусу через рециркуляционные каналы (70A-74A и 70B-74B), тем самым умножая эффект генераторов восходящего вихря, включающих вращающееся полупроницаемое устройство и вращающиеся диски, размещенные в вертикальном вентиляционном канале. За пределами начальной зоны грубого помола 2 размеры частиц твердых веществ в восходящем газовом потоке уменьшаются вполне достаточно, и любая внутренняя рециркуляция, производимая вращающимся полупроницаемым устройством, становится незначительной. Следовательно, в восходящих ярусах установки ультратонкого реформинга вращающиеся полупроницаемые устройства действуют исключительно как генераторы вихря.

Усиления ультратонкого измельчения путем использования ярусов и последовательной рециркуляции при низком потреблении энергии не ожидается.

Установка ультратонкого реформинга по фиг. 4 является низконапорным устройством измельчения, функционирующим при высоких скоростях вала с низким потреблением энергии. Установка ультратонкого реформинга генерирует высокое гидродинамическое давление при низких статических давлениях и вследствие этого эффективно выполняет измельчение подаваемого материала от 270 меш. (56 мкм) до 4500 меш. (5 мкм) или меньшего заданного размера конечного продукта.

На фиг. 4 указанные номера соответствуют тем же элементам. Над роторами 27 и 28 находится вращающееся полупроницаемое устройство 53, а за ним - неподвижная пластина 75. Далее - серия из пяти ярусов, состоящих из центробежных вытесняющих вентиляторов 65, 66, 67, 68 и 69 вращающихся полупроницаемых устройств 54, 55, 56, 57 и 58, неподвижных пластин 76-80 и вращающихся дисков 59, 60, 61, 62 и 63, формирующих кольцевые зазоры 76B- 80B. Ярусы имеют пути рециркуляции 70A-74A и 70B-74B. Наверху находятся сверхтонкие и ультратонкие сепараторы, включающие вытесняющие вентиляторы 81 и 82, вращающуюся пластину 83, вращающийся диск 64 и неподвижную пластину 85, формирующую кольцевой зазор 85B. Вытесняющие вентиляторы 81 и 82 удаляют частицы через выпускные линии 11 и 9.

Нижняя зона предназначена для подачи материала, где продукт, поступающий через впускное отверстие 3, взвешивается подъемной силой центробежного вентилятора 24' и действием вихря от расположенных в шахматном порядке роторов 27-28. Вслед за этим частицы подвергаются воздействию вихря от вращающегося полупроницаемого устройства и распределяются по ярусам. В дополнение к впускному отверстию 4 газа на дне камеры подачи имеются входные линии 16,13, возвращающие газ из циклонных уловителей (после прохождения через непоказанный компрессорный блок, если это необходимо).

Промежуточная зона для сверхтонкого и ультратонкого помола разделена на пять ярусов. Каждый из этих ярусов воспринимает поступающие частицы, подвергая их последовательно действию генераторов вихря, содержащих полупроницаемое устройство, и вращающихся дисков в восходящем порядке. Каждый ярус имеет центробежный вытесняющий вентилятор, служащий для выброса части продукта, имеющего нестандартный размер после выхода этого продукта из горизонтального вихря кольцевого зазора через рециркуляционные трубы выпускного отверстия к следующей нижней стадии. Таким образом, гравитационное разделение сортирует твердые вещества и ограничивает размер частиц, входящих в последующую зону вихревого помола с вертикальным генератором вихря, содержащим вращающееся полупроницаемое устройство.

Верхняя зона предназначена для сортировки и имеет центробежные вытесняющие вентиляторы 81 и 82, которые выталкивают конечный продуют через линии 11 и 9 к соответствующим циклонным уловителям. Если необходимо более точное разделение частиц по размерам, то продукт, выходящий из линий 11 и 9, может подаваться в узел сепарации.

Установка ультратонкого реформинга может иметь диаметр 2 фута (60,96 см) и высоту 7 футов (213,36 см), регулируемый силовой привод, обеспечивающий скорость вала от 3000 до 10500 об/мин. Вставки установки реформинга заклиниваются на полом трубчатом валу 20. Стенка установки может быть облицована резиной и гофрирована пластинами усиления потока каждые 3-7 дюйма (7,62- 17,78 см) по окружности.

Мельница по фиг. 2, работающая на энергии текучей среды, имеет возможность видоизменения на тот случай, если будет желательно использовать такую мельницу для выделения специфических компонентов из подаваемого материала в виде грубого концентрата. В таком случае вихревая активность и рециркуляция мельницы должны быть ограничены. Соответственно вращающаяся пластина 35 (фиг. 9A) устанавливается непосредственно над вращающимся полупроницаемым устройством 29 (фиг. 2) для ограничения его роли во внутренней рециркуляции в нижнюю начальную зону грубого помола при удалении вращающихся дисков 30 и 33 вместе с вращающимся полупроницаемым устройством 32 и центробежным вытесняющим вентилятором 31; при этом ограничивается вывод или закрываются рециркуляционные линии 6 и 7 и увеличивается поступление газа в мельницу через впускное отверстие 4. Грубый концентрат выходит через линию 11, в то время как тонкая фракция удаляется через линию 9.

В установке ультратонкого реформинга самые маленькие частицы выносятся вверх при относительно низком статическом давлении (до 15 дюймов водяного столба) и подвергаются воздействию очень быстрых, вертикально направленных спиральных циклонов, возбужденных вращающимся полупроницаемым устройством и поперечиной посредством высоких круговых зон резания, сгенерированных в кольцевых зазорах. Измельчение частиц происходит посредством резания и газовой эрозии. Центробежный вытесняющий вентилятор, связанный с каждым ярусом, обеспечивает гравитационное разделение и способствует возвращению частиц нестандартного размера к следующему нижнему ярусу для дальнейшего измельчения. Таким образом производится платформинг частиц меньшего размера с каждым прохождением яруса, имеющего зону вихревого помола, сгенерированную вращающимся полупроницаемым устройством и дисками вращения и расположенную выше по вертикали в установке ультратонкого реформинга.

Установку ультратонкого реформинга можно развивать, увеличивая диаметр отдельных ярусов. Производительность может также повышаться посредством увеличения числа восходящих ярусов установки.

Благодаря более тонкому подаваемому материалу и использованию роторов прежде всего для смешивания подаваемого материала, установка ультратонкого реформинга по фиг. 4 может работать при значительно более высоких скоростях вала, чем мельница по фиг. 2, работающая на энергии текучей среды, вследствие чего увеличивается производительность при поддержании такого же низкого потребления энергии.

Подаваемый материал, обычно используемый при тонком помоле, имеет размер 1/2 - 1/8 дюйма (1, 27- 0,32 см) и получается по низкой цене с помощью разнообразных дробилок. Тонкие дробилки обычно представляют собой воздухоструйные мельницы с подсоединенными системами сортировки, которые возвращают фракцию частиц нестандартного размера к схеме помола для дальнейшего измельчения. Ряд ударных мельниц выполняют эту функцию - шаровая мельница, галечная трубчатая дробилка, молотковая дробилка, валковая мельница, вальцовая мельница и другие ударные мельницы для тонкого размола. Первичный помол во всех этих устройствах происходит посредством физического воздействия лопастных частей на подаваемые частицы.

Применение ударных мельниц и их преимущества хорошо известны - это устройства с высокой производительностью и эффективным измельчением. Недостатки их также хорошо известны - высокий износ, высокие энергозатраты и низкая производительность при тонком помоле. Попытки расширить полезный диапазон ударных мельниц с помощью производства вихря хорошо документированы. Вихревые ударные мельницы или ударно-фрикционные мельницы используют роторные лопасти с радиальными лопастными пластинами и дисками перекрытия. Тонкий помол осуществляется прямым механическим ударом частиц о лопастные пластины и трением частиц посредством столкновения с поверхностями устройства. Значение вторичных эффектов вихревания хорошо ощутимо - трение при столкновении частицы с частицей, эрозия и резание высокоскоростными газами в вихре. Неуправляемые зоны вихря, образующиеся в ударно-фрикционных мельницах, локализуются в узком интервале между ротором и стенкой корпуса, в области внутренней лопасти или внутренней пластины внутри роторного узла. Образование вихря может быть усилено гофрированием стенки корпуса, а также ультразвуковыми вибрациями, вызванными закреплением дополнительных вибрирующих лопаток или вибрирующих дисков. Недостатки вихревых ударных мельниц - это высокое потребление энергии, чрезмерный износ, сильное нагревание, низкая пропускная способность и относительно низкая производительность для тонкоизмельченного продукта. Следовательно, трудно повысить и расширить их эксплуатационные возможности.

Конструкция настоящего изобретения, как показано на фиг. 2, устраняет эти недостатки, используя для первичного измельчения управляемое вихревание псевдосжиженного слоя, расположенного по окружности мельницы, в котором частицы, приводимые в движение центробежными силами, создаваемыми роторами и эффективно передаваемыми газообразной рабочей средой, ударяются друг о друга. Ширина псевдосжиженного слоя может увеличиваться посредством перемещения роторных лопаток (укорачиванием рычагов ротора) и соответствующим увеличением частоты вращения и скорости восходящего газового потока. Трение происходит посредством автогенного столкновения частиц при оптимальных углах для увеличения эффекта трения при высоких скоростях резания. Производительный грубый и тонкий помол выполняется очень эффективной внутренней рециркуляцией частиц нестандартного размера к начальной зоне помола 2 (фиг. 1) с использованием эффекта сортировки по скорости вращающимся полупроницаемым устройством, отклоняющим медленнее двигающиеся частицы, обычно большего размера, уносимые восходящим газовым потоком. В отличие от предшествующей технологии основная часть тонкого и сверхтонкого помола не происходит в первичной зоне помола. В настоящем изобретении большая часть тонкого и сверхтонкого помола производится в зонах вихревого помола, где вращающееся полупроницаемое устройство и вращающиеся диски действуют как генераторы вихря и улучшают тонкий, сверхтонкий и ультратонкий помол с помощью газовой эрозии и резания при высоком гидродинамическом давлении. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает низкое потребление энергии, минимальный износ и минимальное нагревание устройства и характеризуется очень высокой производительностью тонкого и сверхтонкого продукта.

Установка ультратонкого реформинга, показанная на фиг. 4, обеспечивает дешевый ультратонкий помол благодаря новой конструкции, использующей генерацию вертикальных спиральных циклонов для газовой эрозии частиц в комбинации с горизонтальными круговыми зонами резания, которые разрезают частицы при высоком гидродинамическом давлении и низком статическом давлении. Эта система образования вихря использует вращающееся полупроницаемое устройство для возбуждения зоны вертикального спирального вихря и вращающиеся диски для генерации зоны горизонтального вихря, причем оба эти генератора вихря действуют как эффективные устройства измельчения движущихся вверх в газовом потоке тонкоизмельченных частиц и выполняют их измельчение при низком потреблении энергии. На каждом ярусе, после прохождения частиц через горизонтальную зону вихря, частицы нестандартного размера отбраковываются гравитационным разделением, производимым центробежным вытесняющим вентилятором. Удаленные частицы нестандартного размера внешней рециркуляцией подаются к следующей нижней зоне вихревого помола для дополнительного измельчения. Тонкосмолотые частицы, оставшиеся в восходящем газовом потоке после сортировки по размерам гравитационным разделением, переходят в следующую зону вихревого помола для дальнейшего измельчения, и таким образом эффект помола усиливается благодаря восходящим ярусам установки посредством платформинга. Установка ультратонкого реформинга обеспечивает ультратонкий помол при низком износе, низком потреблении энергии и низких капитальных затратах.

Грубосмолотый известняк с давних пор является основным индустриальным продуктом, используемым в строительной промышленности, производстве цемента и сельском хозяйстве. Тонкосмолотый известняк используется в кормах для скота и водоочистке. Ультратонкий известняк является дорогим продуктом, используемым в качестве шлихтующего агента бумаги, красителя, ингредиента промышленных соединений и для очистки окружающей среды.

Дешевый сверхтонкий и ультратонкий известняк - ценный материал для десульфурации топочных газов, и он способствует применению дешевого угля с высоким содержанием серы, обладающего высокой теплотворной способностью. Измельченный известняк - прекрасное средство для составления смешанных угольных топлив. Доломит и магнезит сверхтонкого помола - ценный материал в качестве десульфурационной добавки к различным топливным маслам, тяжелой сырой нефти или нефтяному коксу.

Настоящее изобретение при использовании для производства измельченного угля/измельченного известняка обеспечивает дешевую очистку SO₂ и азотных окисей.

Используя настоящую систему, измельченный каменный уголь и измельченный известняк могут одновременно вводиться через сопла горелки в камеру сгорания. При таком размере частиц сгорание будет мгновенным, и оно будет происходить с одинаковой скоростью как для нефти, так и природных газов, используемых в качестве подаваемого топлива для горелок. Для завершения реакции SO₂ с известняком может потребоваться циркуляция отработанных газов вокруг труб парового котла. Полное выгорание углерода и очень тонкий размер частиц золы указывают на низкую агрегацию и адгезию этих частиц и должно свести к минимуму загрязнение, эрозию и коррозию поверхностей конвекции и теплопроводности. Полное выгорание углерода понижает потери тепла из-за выбросов через вентиляционный канал и увеличивает выработку тепла котлом. Далее, получающаяся в результате этого зольная пыль содержит очень мало углерода (меньше 0,5%) и ценится как первоклассный заменитель цемента и добавка в состав бетона.

При использовании каменного угля с низким содержанием серы, например, угля из бассейна Wyoming Powder River, теплосодержание каменного угля ниже по сравнению с углем с высоким содержание серы, добытым в бассейнах Eastern и Midwestern. Следовательно, использование того же самого количества измельченного в порошок каменного угля с низким содержанием серы (размер 75 мкм, 200 меш.) приводит к снижению рабочих характеристик системы котла вследствие малого выхода тепла от сжигаемого топлива. Применение измельченного угля с низким содержание серы (размер 40 мкм, 400 меш.) значительно ускоряет сгорание, и повышается производительность котла благодаря увеличенной способности сжигать большее количество топлива в час.

Уменьшенный размер частиц зольной пыли должен снизить износ лопаток газовых турбин. Как вариант, горячие газообразные продукты сгорания могут очищаться от летучих макрочастиц с помощью вращающегося полупроницаемого устройства без существенного снижения давления или температуры.

Точно так же к горячим газообразным продуктам сгорания могут добавляться сорбенты серы, сорбенты щелочи и модификаторы золы, и очистка производится подобным же образом с помощью вращающегося полупроницаемого устройства. Очистка может быть улучшена добавлением центробежного вытесняющего вентилятора после прохождения газообразных продуктов сгорания через вращающееся полупроницаемое устройство.

В том случае, если в камере сгорания предполагается использовать смешанное топливо (угольные смеси с природным газом, топливным маслом, тяжелой нефтью или водой), то достаточно только предварительно смешать топливо с измельченным известняком, при этом считается, что смеси были стабилизированы так, чтобы на участке сгорания присутствовал поглотитель SO₂. Использование измельченного каменного угля в топливных смесях (топливное масло, тяжелая нефть, спирт), предназначенных для применения в масляных и газовых котлах, без реального снижения рабочих характеристик таких котлов, обеспечивается увеличенной площадью поверхности измельченного каменного угля, его возросшей летучестью и легкостью сгорания, вызывающими высокую объемную теплоотдачу. Такое смешанное топливо можно сжигать, используя горелки с небольшим избытком воздуха, вследствие чего можно избежать или уменьшить образование азотных окисей.

Для очистки SO₂ при низком гидродинамическом давлении наиболее экономичный способ - это нагнетание измельченного известняка либо в зону сгорания, либо в существующие горячие топочные газы. Выходной продукт настоящего изобретения допускает горение более дешевых видов топлива с высоким содержанием серы - каменного угля и лигнита, нефтяного кокса, нефтяных остатков, тяжелой нефти и асфальтена - благодаря недорогой очистке SO₂ с помощью измельченного известняка/доломита. Измельченная железная руда может добавляться к известняку/доломиту в качестве флюса для ускорения завершения реакции.

Измельченный каменный уголь с высоким содержанием серы, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, может использоваться для добавки в остаточные нефтепродукты и в тяжелые масла перед тем, как эти смеси будут обрабатываться гидрогенизацией при высоком гидродинамическом давлении (Н-каменный уголь, Н-масло, Flexicoke -процессы), для их преобразования в ценные нефтяные жидкости (топливо для транспортных средств, тяжелый бензин, газойль), удаляя и извлекая серные примеси, такие как элементарная сера. Для этого применяется каменный уголь с размером частиц: 80% - меньше 30 мкм (525 меш.) и 20% - меньше 20 мкм (875 меш.). Такие смеси, как нефть, измельченный уголь аккомодируют до 50% измельченного каменного угля в системе. Присутствие такого угля в смеси даст в результате - в процессе гидрогенизации - более высокий выход нефтяных жидкостей и повысит экономию процесса.

В некоторых случаях требуется применение ультрачистого угля - в смешанном топливе для двигателей внутреннего сгорания (пассажирские транспортные средства, грузовики или дизельные двигатели локомотивов). В таких случаях каменный уголь должен быть измельчен до -400 меш. (< 40 мкм) и затем подвергнут пенной флотации для устранения зольного материала. Обогащенный каменный уголь высушивается и подвергается измельчению в установке ультратонкого реформинга до размеров в диапазоне вплоть до < 1 мкм. Дешевый чистый уголь ультратонкого помола сам по себе является важным заменителем автомобильного топлива - один или в смесях с бензином, маслом, метанолом, MTBE (methyl-t-butyl-эфир), или в виде угольно-водного шламового топлива.

Модификация поверхности измельченных твердых частиц представляет особый интерес для их переноса через трубопроводы или при их промышленном использовании в качестве заполнителей, красителей, абсорбентов, абразивов, цементирующего материала, угольного шламового топлива для двигателей с нагнетанием под большим давлением или промежуточного сырья для дальнейшей обработки.

Новые поверхности, создаваемые при автогенном помоле посредством резания и газовой эрозии, применяемых для измельчения частиц согласно настоящему изобретению, дают реакционноспособные участки либо в виде механических радикалов (то есть реакционноспособные участки, получающиеся при разрыве химических связей внутри молекулярных областей на поверхности подаваемых материалов), либо в виде остаточных валентностей (то есть активные участки, получающиеся в результате разрыва структур кристаллической решетки на поверхности таких материалов). Эти реакционноспособные участки обычно имеют короткое время жизни и насыщаются при обычном ходе процесса кислородом или диоксидом углерода, присутствующими в воздухе, или водными молекулами из влажной окружающей среды.

Настоящее изобретение с помощью инертной атмосферы (например, рабочей текучей среды в мельнице, состоящей из азота или инертных газов и эксплуатируемой с полной рециркуляцией рабочей среды) позволяет in situ (прямо на месте) модифицировать свежесмолотые и реакционноспособные поверхности с помощью химических реагентов, как органических, так и неорганических химикатов, в результате чего получаются новые ценные материалы для коммерции и промышленности.

При модификации поверхности, согласно настоящему изобретению, допускается испарение химических реагентов - если они летучие - внутри рециркулирующей рабочей среды системы, либо рассеяние как аэрозолей - если это кипящие или твердые вещества, и разбавление инертными газами, присутствующими в рабочей среде системы. Химические реагенты, применяемые для насыщения механических радикалов, состоят из спиртов (например, от метанола до стеарилового спирта), жирных кислот (например, от муравьиной до стеариновой кислоты) или виниловых смесей (например, винилового спирта, акриловой кислоты, акрилонитрила, хлорида винила, стирена, бутадиена), аминов, солей аммония, карбоксамидов, мочевины и эпоксидов (например, этиленоксида, окиси пропилена, эпихлоргидрина). Химические реагенты, применяемые для насыщения остаточных валентностей, состоят из солей (например, щелочи, щелочной земли или основных металлических галоидных соединений, или стеаратов, или солей аммония).

Уменьшенные твердые вещества с химически модифицированными in situ поверхностями представляют собой новые композиции материала, проявляющего такие ценные качества, как измененная поверхностная смачиваемость и поверхностное натяжение, уменьшенная когерентность между частицами, свободное течение сухих порошков, низкая динамическая вязкость во взвешенном состоянии в углеводороде или водных средах.

Химическая поверхностная модификация in situ, согласно настоящему изобретению, дает новые измельченные угольные композиции, используемые в рецептуре смешанного топлива (то есть угольные гидросмеси со спиртом, мазутами, тяжелой нефтью) либо готовые к использованию их в качестве активизированных промежуточных звеньев.

Модифицированные угольные продукты проявляют более высокую дисперсию, более низкую вязкость при высокой угольной загрузке в гидросмесях (например, угольно-водных шламовых топливах или смешанных топливах), повышенную устойчивость при хранении, пониженные характеристики сдвига и эрозиии.

Такая модификация важна при подготовке измельченных подаваемых материалов для транспортировки по трубопроводам твердых веществ, проявляющих удовлетворительные реологические качества при высоких загрузках твердых веществ, тем самым снижаются издержки транспортировки на тонну твердого вещества.

Измельченный известняк с модифицированной in situ поверхностью используется в рецептуре видов топлива с высоким содержанием серы (тяжелая нефть, остаточные продукты нефтеперегонки, топливо для котлов и двигателей, асфальтены, уголь с высоким содержанием серы и нефтяной кокс) для удовлетворительного соответствия экологическим требованиям при их сжигании.

Другой вид измельченного продукта с модифицированной поверхностью - это металлические руды и другие полезные ископаемые, которые дадут "предварительно обработанный реагентами" продукт для последующего обогащения различными способами сухого обогащения (например, гравитацией - магнитной или электростатической) и водного обогащения (гравитацией, пенной флотацией или масляной агломерацией).

Модификация поверхности, согласно настоящему изобретению, может использоваться при помоле наполнителей и красителей. В случае наполнителей (например, саж, кремнеземов, глин, карбонатов кальция) модифицированные смеси проявляют повышенную дисперсию и превосходные характеристики армирования в полимерных средах. В случае красителей модифицированные смеси обеспечивают лучшую дисперсию и насыщенность цвета (то есть красящие качества).

Применение продукта с модифицированной поверхностью для высокотемпературных гетерогенных химических реакций дает более высокие скорости реакции и повышенный выпуск конечного продукта, что приводит к снижению стоимости обработки.

В случае цемента и камня модификация in situ измельченного продукта приводит к повышенной устойчивости при хранении, более быстрому связыванию и замедленному старению.

Установка по настоящему изобретению компактная и легкая, что позволяет транспортировать такие дробилки к промышленным участкам для быстрого производства новых измельченных порошков. Этим способом полуфабрикат цемента можно производить из раскрошенного клинкера или мини-клинкера. Применяемая в настоящее время рецептура клинкера использует медленно затвердевающий состав для предотвращения "схватывания" смолотого цемента при хранении. Процесс, проходящий согласно настоящему изобретению, предотвратит порчу смолотого цемента благодаря производству свежеприготовленного цемента на стройплощадках. Точно так же быстрозатвердевающие рецептуры для цементных клинкеров могут применяться согласно настоящему изобретению для производства свежего цемента, что позволяет ускорить строительные работы. Возможность производить свежий цемент на стройплощадках может значительно снизить затраты на помол, упаковку, хранение и транспортировку.

Автогенный помол по настоящему изобретению позволяет более экономно освобождать желаемые компоненты составных руд, чем это можно сделать, применяя ударные дробилки. Дело в том, что автогенный помол позволяет производить освобождение таких компонентов при больших размерах частиц, чем при использовании ударных дробилок. При ударном помоле часть желаемого компонента теряется в отходах, и энергия помола тратится впустую вследствие дополнительного измельчения, необходимого для освобождения желаемого компонента. По вышеуказанной причине настоящее изобретение может использоваться экономно в таких случаях, как подготовка подачи угля, требующая дешевого освобождения пиритов и соответствующих неорганических смесей серы.

Настоящее изобретение также позволяет производить дифференцированный помол для разделения компонентов в минеральных заполнителях, если индексы размалываемости компонентов достаточно различны благодаря возможности управлять вихреванием, резанием и воздействием эрозии в системе. Например, руды драгоценных металлов можно сконцентрировать сухим дифференцированным помолом рассыпных месторождений, содержащих высокие концентрации глины. Точно так же золотые руды могут быть сконцентрированы сухим дифференцированным помолом золотоносных черных песков. Сухой дифференцированный помол, согласно настоящему изобретению, может использоваться для повышения качества и разделения "промытого угля" с высоким глинистым содержанием после высыхания такого материала перед его вводом в дробилку.

Измельчение твердых реагентов до порошков размером: 80% - менее 30 мкм (525 меш. ) и 20- 60% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.) снижает стоимость производства многих измельченных химикатов, включая щелочные земли, кремний и тяжелые металлические карбиды (например, MgC₂, CaC₂, SiC, Cr₃C₂, Fe₃C, W₂C, NiC₂). Этот процесс достаточно дешев, что должно не только уменьшить настоящие издержки производства этих карбидов, но также и открыть новые возможности их применения.

Предшествующее обсуждение описывает в основном некоторые из областей, в которых применяется настоящее изобретение. Далее следуют некоторые подробные примеры специфического применения.

Примеры
1. Измельченный каменный уголь для производства энергии. Каменный уголь смалывается в соответствии с изобретением для прямого сжигания в камере сгорания котла, причем каменный уголь размалывается до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.). Каменный уголь горит коротким ярким пламенем подобно топочному мазуту N 2 или природному газу. Углеродистое выгорание намного быстрее и > 99%, потеря сухого природного газа - < 6% по сравнению с 96-процентным выгоранием, и 9% потерь сухого природного газа для угля, измельченного до 75 мкм (200 меш.), сжигаемого в системе мелкого псевдосжиженного слоя.

2. Чистое угольное топливо для применения в котлах. Измельченное угольное топливо и измельченный известняковый промывной(очищающий) агент (например, известняк или смесь известняка и основной окиси) измельчаются в соответствии с изобретением для прямого сжигания в камере сгорания котла, причем каменный уголь смолот до размера частиц: 90% -меньше 32 мкм (500 меш. ) и известняк смолот до размера частиц: 90% -меньше 30 мкм (525 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.). Каменный уголь горит подобно топочному мазуту N 2, углеродистое выгорание - > 99%, потеря сухого природного газа - < 6 % и известняк очищает > 95% SO₂ и NO_x.

3. Чистое угольное топливо для применения в газовых турбинах. Измельченное угольное топливо и измельченный известняковый очищающий агент смалываются каждый отдельно в соответствии с изобретением для прямого сжигания в газовой турбине, причем каменный уголь и известняк смолоты до размера частиц: 90% -меньше 30 мкм (525 меш.), 35% от этого - меньше 10 мкм (2000 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш). Каменный уголь горит подобно топочному мазуту N 2, известняк очищает > 95% SO₂ и NO_x, и измельченные макрочастицы процесса сгорания не разрушают и не загрязняют вентиляторы или лопатки газовой турбины.

4. Чистое угольное топливо для газификации. Измельченное угольное топливо и измельченный известняковый очищающий агент смолоты каждый по отдельности в соответствии с изобретением для сжигания с кислородом в высоконапорной угольной камере газификации для производства газа со средним BTU, причем топливо и агент очистки смолоты до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 25% от этого - меньше 20 мкм (875 меш.). Получающийся в результате газ со средним BTU может использоваться как топливо для турбины сгорания, может служить в качестве топлива для топливной батареи либо может использоваться как промежуточное звено в производстве жидкого топлива (например, метанола, бензина, дизельного топлива) или в качестве химического исходного материала. По сравнению с более грубым углем измельченный каменный уголь дает более высокие скорости сгорания и приводит к увеличению производительности газогенератора.

5. Чистое смешанное топливо: каменный уголь / газ. Смешанное топливо, состоящее из природного газа, измельченного каменного угля и измельченного известняка, содержит твердые компоненты, смолотые по отдельности в соответствии с изобретением, до размера частиц: 90% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.). По сравнению с чистым природным газом эта топливная смесь уменьшает стоимость комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

6. Чистое смешанное топливо: каменный уголь/масло. Серосодержащее смешанное топливо, состоящее из серы, содержащей жидкое топливо, измельченный каменный уголь и измельченный известняковый очищающий агент имеет твердые компоненты, каждый из которых смолот по отдельности в соответствии с изобретением до размера частиц: 90% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), и оба твердых компонента химически модифицированы in situ при помоле. Поверхностная модификация делает возможной более высокую концентрацию твердых веществ (до 70%) в смеси жидкого топлива (с допустимыми реологическими характеристиками), чем было бы возможно в ином случае.

7. Чистое жидкое топливо: тяжелая нефть. Серосодержащее жидкое топливо с измельченным известняковым очищающим агентом содержит очиститель, смолотый в соответствии с изобретением, до размера частиц: 90% - меньше 30 мкм (525 меш. ) и 20% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), и поверхность очистителя химически модифицирована in situ при помоле. Смесь допускает использование дешевых серосодержащих топочных мазутов, топлива для котлов и двигателей, остаточных нефтепродуктов и тяжелой нефти, в результате чего получается более дешевое тепло и/или электричество от прямовоспламеняемых котлов или комбинированных генераторов энергии, причем на месте очищается 90% SO₂ и NO_x.

8. Шламовое топливо из обогащенного каменного угля/воды. Угольно-водное шламовое топливо содержит каменный уголь и известняковый очищающий агент, смолотые каждый по отдельности в соответствии с изобретением, до размера частиц: 90% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), и поверхность топливного компонента, химически модифицирована in situ при помоле. Это угольно-водное шламовое топливо дает устойчивое пламя и высокие скорости сгорания, оно устойчиво при хранении и допускает загрузку угля до 80%. SO₂ и NO_x очищаются измельченным известняком in situ во время процесса сгорания. Благодаря высокому угольному содержанию и легкости использования такие угольно-водные шламовые топлива могут быть полезным средством для транспортировки каменного угля по трубопроводам, баржой для внутренних водоемов или морским танкером. Такое угольно-водное шламовое жидкое угольное топливо даст экономию при помоле, обработке и транспортировке по сравнению со стандартным крупнокусковым каменным углем. Кроме того, его легко хранить в резервуарных парках. Это угольно-водное шламовое топливо может использоваться как топливо для коммунальных котлов или как исходное сырье для угольных газогенераторов, работающих под высоким давлением.

9. SO₂/NO_x - регулирование: комбинированное сжигание с образованием карбида кальция. Каменный уголь и известняк смалываются в соответствии с изобретением для прямого сжигания в камере сгорания котла, причем каменный уголь и известняк смалываются каждый по отдельности до размера частиц: 70-90% меньше 30 мкм (525 меш.) и 20-70% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), тщательно смешиваются в молярном отношении каменный уголь: известняк = 4: 1 и нагнетаются в камеру сгорания котла. Карбид кальция образуется при температуре пламени в камере сгорания (2920^oF - 3350^oF) в смеси с окисями серы и азотными окисями. SO₂ превращается с помощью карбида кальция в сульфид кальция (CaS), а NO_x - в азот (N₂) с эффективностью очистки 90-99%. Образующиеся макрочастицы, которые могут быть собраны внизу в пылеуловителе, значительно уменьшают (или устраняют) потребность во влажной очистке выходящих топочных газов.

10. SO₂/NO_x - регулирование: комбинированное сжигание и рециркуляция. Удаление SO₂ и NO_x, образующихся при сгорании серосодержащего топлива, посредством сжигания топлива вместе с измельченным известняковым очищающим агентом, смолотыми в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% - меньше 20 мкм (875 меш.) и 20% от этого - меньше 10 мкм (2000 меш.) и циркуляции топливных газов при 1600^oF для завершения очистки перед переходом в коллектор-пылесборник. При вышеупомянутых размерах частиц поглощаются > 99% SO₂ и NO_x.

11. SO₂/NO_x - регулирование: комбинированное сжигание и гидрация. Удаление SO₂ и NO_x, образующихся при сгорании серосодержащего топлива посредством сжигания топлива вместе с измельченным известняковым очищающим агентом, смолотыми в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% меньше 20 мкм (875 меш.) и 20% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.) и обработки возникающих в результате топочных газов тонкораспыленным водяным туманом для дальнейшей активизации очищающих агентов и понижения температуры выхлопных газов до величины в диапазоне 1400-1800^oF перед выходом в коллектор-пылесборник. Применение очень тонкораспыленного водоаэрозоля со сжатым воздухом, преобразовывает негашеную известь (окись кальция, CaO), присутствующую в газообразных продуктах сгорания, в гашеную известь (гидроксид кальция, Ca (ОН)₂), которая очищает любые остаточные SO₂ и NO_x. С помощью представленного выше способа поглощается > 99% SO₂ и NO_x.

12. SO₂/NO_x - регулирование: нагнетание сорбента. Как вариант комбинированного сжигания измельченного каменного угля с измельченным известняковым очищающим агентом, измельченный известняк может использоваться для нагнетания сорбента в горячее завихрение газов выше области сгорания. Для нагнетания сорбента измельченный известняковый очищающий агент смалывается в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% -меньше 20 мкм (875 меш.) и 20% от этого - меньше 10 мкм (2000 меш.). Для улучшенного действия сорбента измельченный известняк далее может быть активизирован добавлением измельченной цинковой ферритовой или измельченной железной руды. С помощью представленного выше способа поглощается > 99% SO₂ и NO_x.

13. NO_x - регулирование: повторное сжигание. Как вариант регулирования NO_x, измельченный каменный уголь до количества, равного 20% полного веса используемого топлива, смалывается в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.) и нагнетается прямо над зоной сгорания для "повторного сжигания", при котором создается лишенная кислорода зона, удаляющая выброс остаточного NO_x.

14. Цементный клинкер повышенного качества. Цементный клинкер изготавливается при помоле цементных пород (например, известняка, глины, камней/силикатов, железной руды и других ингредиентов) в соответствии с изобретением до размера частиц: 90% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), причем такие цементные породы перемешиваются и обжигаются в печи для обжига и сушки, превращаясь в законченный цементный клинкер. Клинкер, изготовленный из компонентов цементных пород сверхтонкого и ультратонкого помола, как определено выше, имеет более высокое качество и консистенцию, чем клинкер, изготовленный без такой подготовки компонентов.

15. Цемент повышенного качества. Поверхности частиц цемента химически модифицируются in situ при прохождении процесса помола в соответствии с изобретением. Поверхностная модификация измельченного цемента увеличивает прочность и вызывает более быстрое развитие заключительных физических свойств в конкретных рецептурах.

16. Улучшенная подготовка цемента. Измельчение цементного клинкера, причем продукт цемента смалывается в соответствии с изобретением до размера частиц: 90% - меньше 30 мкм (525 меш.) и 20% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш. ) с 10% от этого - меньше 2 мкм. Цемент со сверхтонкими и ультратонкими частицами, как определено выше, имеет более высокую прочность, превосходные характеристики старения и более быстрое затвердевание в бетонных смесях.

17. Новые рецептуры бетона. Вулканическое стекло (например, вулканический пуццолан, пепел, туф или риолит) можно преобразовать в измельченное стекло, например, риолит смалывается в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 20% от этого - меньше 10 мкм (2000 меш.). При использовании измельченного вулканического стекла в рецептуре цемента получается быстротвердеющий бетон с остаточной деформацией при сжатии 4000 psi и выше.

Зольная пыль - побочный продукт силовой установки - может быть измельчена в соответствии с настоящим изобретением и использована в рецептурах высокопрочного бетона в смеси с портландским цементом, дымом кремнезема и подходящими заполнителями, в результате чего получается бетон с остаточной деформацией при сжатии от 17000 до 20000 psi. Обогащение зольной пыли до первосортно измельченного продукта должно привести к снижению себестоимости производства электроэнергии.

18. Переработка бетона. Использованный бетон преобразуется в измельченную переработанную бетонную смесь в соответствии с настоящим изобретением посредством сухого помола до размера частиц, соответствующего его применению в новых рецептурах бетона в комбинации со свежим цементом в качестве дополнительного связующего вещества. Возможность перерабатывать утилизированный бетон прямо на строительной площадке приводит к значительной экономии на материале, транспорте, реализации и стоимости рабочей силы.

19. Новые строительные материалы. Измельчение гранита, кварца, волластонита или других жестких силикатов и вулканических пород, когда продукты в соответствии с настоящим изобретением измельчаются до размера частиц: 90% - меньше 32 мкм (500 меш.) и 20% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), причем эти продукты реагируют со связующим веществом для получения новых строительных материалов. Продукт, подготовленный из измельченных твердых пород, проявляет повышенную прочность и другие физические свойства, сравнимые со стандартными материалами в строительной индустрии, такими как строительные растворы, кирпичи, блоки, плитки и панели.

Составы бетона высокой прочности, приготовленные с добавлением дыма кремнозема и зольной пыли в качестве ингредиентов, проявляют высокую остаточную деформацию при сжатии, но из-за недостаточной пластичности становятся хрупкими и проявляют пониженную прочность на сдвиг. Замена обычных заполнителей, используемых в этих рецептурах, измельченными твердыми породами, приготовленными в соответствии с настоящим изобретением, устраняют этот недостаток, и в результате получается высокопрочный бетон с высокой остаточной деформацией при сжатии и высокой прочностью на сдвиг.

20. Новые изоляционные материалы. Пористые пенобетоны, приготовленные с измельченным риолитом или другими вулканическими стеклами, имеют закрытые пористые структуры, свойственные этим полезным ископаемым, благодаря захвату вулканических газовых пузырьков. Такие пенопродукты имеют высокие изолирующие свойства и дополнительную структурную прочность (значения k от 30 до 40 и остаточную деформацию при сжатии до 2000 psi). Кроме того, что эти материалы полностью пожаробезопасны, составы измельченного риолито-пористого пенобетона являются превосходными тепловыми и акустическими изоляторами, а также ударопоглотителями. Такие дешевые пенопродукты могут заменять дорогую изоляцию из пенополиуретана, испускающую ядовитые газы (например, водородный цианид) под воздействием огня. Такие пенопродукты также могут уменьшать требования по армированию железобетона в высоких строительных конструкциях, могут использоваться для возведения дешевых утепленных складов и могут служить основой для земляного полотна автодорог, таким образом уменьшая эксплуатационные расходы, связанные с повреждением дорог, вызванным колебаниями температуры.

21. Производство железного карбида и губчатого железа. Для преобразования железной руды в железный карбидный порошок сухая железная руда смалывается в соответствии с изобретением до измельченного продукта, имеющего размер частиц: 90% -меньше 32 мкм (500 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.). Измельченная железная руда смешивается с измельченным каменным углем, имеющим размер частиц: 90% - меньше 30 мкм (525 меш.) и 15% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш.), и эта смесь обрабатывается посредством раскислительной печи для получения железного карбида. Преобразование железной руды в железный карбид прямо на месте ее разработок приводит к получению продукта с намного более высоким содержанием железа (Fe₃C с 93,22% Fe против Fe₂ O₃ с 69,94% Fe), вследствие чего снижается стоимость транспортировки к месту продажи. Железный карбид пригоден для прямого использования в электропечах при производстве стали в качестве замены железного лома в стальных мини-мельницах, что позволяет обойтись без дорогой ступени преобразования гранулированной железной руды с помощью доменной печи.

Для преобразования железной руды в губчатое железо сухая железная руда смалывается в соответствии с изобретением до получения измельченного продукта с размером частиц: 60% - меньше 32 мкм (500 меш.). Измельченная железная руда обрабатывается в раскислительной печи с газифицированным каменным углем, приготовленным из измельченного каменного угля и кислорода. Получающееся в результате губчатое железо представляет собой синтетический чугунный лом, применяемый для замены чугунного лома при производстве стали в электропечах мини-мельниц.

22. Измельченный каменный уголь для доменных печей. Измельченный уголь, смолотый в соответствии с изобретением до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.), может использоваться непосредственно в стандартных доменных печах для измельчения чугунной руды; такой измельченный каменный уголь подается в дутьевые фурмы данной печи. До 40% кокса и весь природный газ, используемые в таком процессе в качестве вспомогательного топлива, могут быть заменены дешевым измельченным каменным углем с высоким содержанием серы, причем сера образуется при превращении этого каменного угля в шлак доменной печи. При введении измельченного каменного угля и кислорода в процесс доменной печи до 90% кокса может быть заменено измельченным каменным углем с высоким содержанием серы, приготовленным в соответствии с настоящим изобретением, в результате чего снижается стоимость стальной продукции.

23. Извлечение стратегических металлов. Наличие дешевых измельченных руд, приготовленных в соответствии с настоящим изобретением, и дешевого водорода газификацией измельченного каменного угля с высоким содержанием серы допускает извлечение стратегических металлов (марганца, никеля, кобальта, олова, титана, хрома, молибдена, вольфрама и ванадия) из низкокачественных руд. Низкокачественные руды стратегических металлов смалываются в соответствии с изобретением до размера частиц: 90% - меньше 30 мкм (525 меш. ). Эти измельченные порошки обрабатываются водородом в раскислительной печи, вследствие чего освобождаются частицы стратегического металла, которые можно отделить гравитацией от нежелательных породных примесей.

24. Сухое обогащение драгоценных металлов. Измельчение в соответствии с изобретением может использоваться в отделении драгоценных металлов от глины высокой распускаемости, содержащей россыпные руды, магнетитовые пески или их концентраты и в извлечении этих металлов из их огнеупорных руд. Как сухая технология, настоящее изобретение дает экономию в использовании водных ресурсов, вода рециркулирует, и это приводит к снижению издержек при обогащении драгоценных металлов, особенно в месторождениях, расположенных в безводных климатических областях.

25. Выделение золота и платины из руд. Измельчение в соответствии с изобретением может использоваться для выделения элементарного золота из тяжелых кварцевых или силикатных руд и выделения элементарной платины из инкапсулированных включений магнетита. Выделенное золото может обогащаться на концентрационных столах или химическим выщелачиванием, а платина может обогащаться влажным магнитным разделением.

26. Производство водорода. Каменный уголь и известняк смалываются каждый по отдельности в соответствии с изобретением для сжигания с кислородом в присутствии воды в высоконапорном газогенераторе для получения смеси моноксида углерода (CO) и водорода (Н₂), причем каменный уголь смалывается до размера частиц: 80% - меньше 32 мкм (500 меш.), а известняк - до размера частиц: 80% - меньше 30 мкм (525 меш.) и 25% от этого - меньше 5 мкм. Использование измельченного каменного угля уменьшает время реакции и обеспечивает лучшее управление реакцией, вследствие чего снижается стоимость производства водорода по сравнению с использованием большей угольной подачи. Описанный выше способ является одним из самых дешевых методов производства водорода.

27. Очистка газообразных продуктов сгорания для непосредственно воспламеняемых каменным углем турбин. Газообразные продукты сгорания непосредственно воспламеняемой каменным углем турбины, сжигающей уголь размером 75 мкм (200 меш.), проходят горизонтально через вращающееся полупроницаемое устройство в соответствии с настоящим изобретением. Полупроницаемое устройство - это узел с вращающимся экраном, помещенным между камерой сгорания и газовой турбиной, с ловушкой ниже вращающегося экрана. Большая часть горячих расплавленных макрочастиц золы, образующихся из каменного угля, удаляются из газового потока при незначительном понижении напряжения и температуры, и остающаяся в газовом потоке зола измельчается до такой степени, что не может повредить вентиляторы или лопатки турбины. Точно так же вращающееся полупроницаемое устройство может использоваться для выполнения горячей газовой очистки, когда сорбенты серы, сорбенты щелочи или модификаторы золы нагнетаются в горячий газовый поток для предотвращения эрозии и коррозии газовой турбины и соответствия нормы выброса стандартам по охране окружающей среды. Эффективность очистки можно повысить дополнительным использованием центробежного вытесняющего вентилятора после прохождения горячих газов через вращающееся полупроницаемое устройство.

28. Очистка газообразных продуктов сгорания для PFBC. Газообразные продукты сгорания, выходящие из выдерживающей высокое давление камеры сгорания псевдосжиженного слоя, содержащие золу и частицы щелочи, очищаются тем, что горячие газы пропускаются через систему, содержащую вращающееся полупроницаемое устройство в соответствии с настоящим изобретением перед входом в газовую турбину, вследствие чего устраняется потребность в дорогих и хрупких керамических фильтрах поперечного потока. Эффективность очистки можно повысить использованием центробежного вытесняющего вентилятора, помещенного ниже вращающегося полупроницаемого устройства, для устранения остаточных твердых веществ в горячем газовом потоке.

29. Очистка газообразных продуктов сгорания для воспламеняемых углем бойлеров. Вращающееся полупроницаемое устройство в соответствии с настоящим изобретением выполнено из вольфрама и помещено горизонтально в камере сгорания внутри зоны труб воспламеняемого каменным углем котла, сжигающего уголь 75 мкм (200 меш.). Угольки большего размера отклоняются вращающимся полупроницаемым устройством и остаются внутри камеры сгорания достаточно долго, чтобы передать дополнительный нагрев паровому котлу, так что углеродистое выгорание увеличивается до 99%, и потери сухого топочного газа становятся меньше 8%.

30. Производство карбида кальция. Известняк и каменный уголь смалываются каждый по отдельности в соответствии с изобретением, каждый до размера частиц: 80% - меньше 30 мкм (525 меш.) и 20 - 60% от этого - меньше 5 мкм (4500 меш. ). Измельченный уголь воспламеняется в циклонной камере сгорания и температура пламени поддерживается в диапазоне 2920^oF -3350^oF. Измельченный известняк и измельченный каменный уголь тщательно перемешиваются в молекулярном соотношении известняк: каменный уголь = 1:4, и смесь вдувается в зону сгорания, где образуется карбид кальция. Получающийся таким образом карбид кальция удаляется воздушным потоком через трубопроводное устройство, в котором продукты реакции охлаждаются до 300^oF, после чего порошок карбида кальция отделяется от уносящего воздушного потока в циклонном уловителе.

Описанные выше примеры приведены для пояснения предпочтительных вариантов осуществления изобретения, никоим образом не ограничивая его объема. Аналогичные виды описанных вариантов могут осуществляться теми, кто имеет технологический опыт. Такие варианты, модификации и эквиваленты существуют в рамках изобретения, как подробно описывается в нижеследующей формуле изобретения, при интерпретации которой можно использовать преимущества всех эквивалентов, на которые дает право данное изобретение.

Реферат

Способ и установка для сухого помола твердых веществ включают начальный грубый помол твердых веществ в управляемом вихревании псевдоожиженного слоя и направление твердых тонких частиц в основном вверх в зону вихревого помола и помол направленных вверх частиц в зоне вихревого помола пропусканием частиц через зону вихревого помола. Зона вихревого помола включает по крайней мере один последовательно вертикально расположенный ярус помола, включающий прохождение частиц вверх через по крайней мере одну горизонтальную зону вихря кольцевого зазора, ограниченного неподвижной пластиной с круговым отверстием, затем очищение движущейся вверх смеси продуктов путем удаления более грубых частиц гравитационным разделением с помощью центробежного вытесняющего вентилятора и обработку оставшейся части восходящих частиц вертикальным вихреванием вращающегося полупроницаемого устройства, характеризуемого вращающимся узлом, содержащим экран с ячейками. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса помола твердых веществ. 11 с. и 51 з.п.ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Формула