автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.16, диссертация на тему:Исследование, разработка аспирационных систем и устройств трубных шаровых мельниц

ВВЩЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. ОБЗОР СХЕМ, УСТРОЙСТВ И МЕТОДИК' РАСЧЕТА СИСТЕМ АСПИРАЦИИ' ТРУБНЫХ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ.

1.1. Схемы аспирации трубных шаровых мельниц.

1.2. Требования, предъявляемые к работе'аспирационных ' . систем трубных шаровых мельниц.

1.3. Конструктивные особенности элементов'аспирационных'' систем трубных шаровых мельниц.

1.3.1. Аспирационные. коробки.

1.3.2. Циклоны.

1.3.3. Электрофильтры.,.

1.3.4. Рукавные фильтры.

1.4. Существующие методики расчета' систем'аспирации. . трубных шаровых мельниц.

1.4.1. Расчет расхода воздуха на • основе ■;-уравнения. . .состояния идеального газа.

1.4.2.Расчет расхода воздуха■на'основе■теплового. . баланса мельницы.

1.4.3. Расчет расхода воздуха'с учетом'аэродинамического' . . сопротивления.мельницы. 1.5. Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЦЦОВАНИЯ' АСПИРАЦИОННЫХ' РЕЖИМОВ' СИСТЕМ ТРУБНЫХ ШАРОВЫХ МЕДЬНИЦ.

2.1. Расчет расхода аспирационного воздуха с учетом конструкции ТШМ, динамики работы'и технолбгии про-■ цесса измельчения.

2.2. Тепловой баланс трубной шаровой мельницы.

2.3. Запыленность аспирационного воздуха.

2.4. Аэродинамическое сопротивление трубной•шаровой. мельницы.

2.4.1. Аэродинамическое'сопротивление загрузочного. . , устройства.

2.4.2. Аэродинамическое сопротивление барабана мельницы.

2.4.3. Аэродинамическое сопротивление'одинарной'межка-'' , . мерной перегородки.

2.4.4. Аэродинамическое сопротивление■двойной■межкамер-' . . ной перегородки.

2.4.5. Аэродинамическое сопротивление выходной решетки.

2.4.6. Аэродинамическое сопротивление■разгрузочного. . . устройства мельницы.

2.4.7. Суммарное аэродинамическое сопротивление мельницы

2.5. Аэродинамическое сопротивление аспирационной системы ТШМ при двухступенчатой'схеме'очистки аспираци-' . онных газов.

2.6. Выбор вентилятора и'автоматизация'аспирационной'' . системы ТШМ.

2.7. Критерий'качества аспирации'трубной■шаровой'мель-•' ницы.

2.8. Выводы.

3. МЕТОДИКА ПРОВБЩЕЕШ ЭКСПЕШ^ШТАЛЬНЬК' ИССЛЕДОВАНИЙ И Ий-' ЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА РУКАВНОГО. ФИЛЬТРА.

3.1. Программа исследований.

3.2. Корреляционный анализ режимов аспирации.

3.3. Описание экспериментальной установки.

3.4. Возможность моделирования■аспирационного режима , трубной шаровой мельницы.

3.4.1. Моделирование на основе принципа динамического'' . . подобия.

3.4.2. Моделирование■на основе■критерия эквивалентного ' отверстия.

3.5. Содержание и методики проведения исследования.

3.5.1. Измерение температуры газа.

- 4 -.

3.5.2. Измерение расхода газа.

3.5.3. Отбор проб газа на содержание шли в.воздуховодах.

3.5.4. Определение тонкости помола цемента.

3.6. Определение необходимого количества повторных опытов.

3.7. Методика инженерного расчета рукавного■фильтра с'комбинированным. методом, регенерации, ткани. 3.8. Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСЖРИМШТМЬШХ И ПРОМЬШШЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДИКА РАСЧЕТА АСПИРАЩОННОЙ СИСТЕМЫ ТИМ.

4.1. Влияние конструкций'внутримельничных1устройств на'• . процесс измельчения.

4.I.I. Влияние живого сечения межкамерных перегородок на' , . . аэродинамическое сопротивление мельницы.

4.Х.2. Влияние коэффициента загрузки камер'мельницы'на■'■ . . , её. аэродинамическое сопротивление.

4.1.3. Влияние режима работы мелющих тел и запыленности аспирационного воздуха'на■аэродинамическое сопро-'' . . тивление мельницы.

4.2. Влияние температуры аспирационного воздуха на'аэро-' . динамическое сопротивление мельницы.

4.3. Влияние объемов аспирационных'газов1на аэродинамиче-' . ское сопротивление мельницы.

4.4. Промышленные испытания аспирационных систем'трубных'' . шаровых мельниц после внедрения разработок.

4.5. Инженерная методика расчета системы аспирации ТШМ ' открытого, цикла. измельчения.

4.6. Выводы.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ . И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Наращивая темпы промышленного и жилищного строительства в целях улучшения благосостояния советских людей, партии и правительство ставят все более сложные задачи перед промышленностью строительных материалов (ПСМ) и в частности перед одной из основных её отраслей - цементной.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года предусмотрено произвести в 1985 году 140-142 млн.тонн цемента, расширить выпуск высокомарочных, многокомпонентных и специальных цементов /2.3/.

В Отчетном докладе ЦК КПСС ХХУТ съезду КПСС отмечено, что Советский Союз по производству многих важных видов продукции вышел на первое место в мире, в том числе и по производству цемента /2.2/.

На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС Генеральный секретарь ЦК КПСС товарищ Ю.В.Андропов сказал: "Нас ждет огромная работа по созданию машин, механизмов и технологий как сегодняшнего, так и завтрашнего дня. Предстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широкое применение компьютеров и роботов, внедрение гибкой технологии, позволяющей быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новой продукции" /2.1/.

На Всесоюзных научно-технических совещаниях по химии и технологии цемента намечены пути увеличения выпуска цемента за счет перехода заводов на сухой способ производства и наращивания мощностей основного технологического оборудования за счет интенсификации работы сырьевых и цементных мельниц, сокращения безвозвратного пылеуноса, улучшения качества цемента /3.1, 3.2, 4.1, 5.1/.

Решал эти задачи нельзя забывать об охране окружающей среды, так как цементная промышленности относится к числу отраслей народного хозяйства, существенно загрязнующих атмосферу /2.6/. При выпуске одной тонны цемента из основных технологических агрегатов при мокром способе производства выделяется 20-25 тыс.м3 аэрозолей, содержащих до 700 кг пыли, при сухом - 13-15 тыс.м3, содержащих около 500 кг пыли. Согласно проведенным исследованиям выброс в атмосферу каждой тонны пыли и осаждения ее влечет за собой большой народнохозяйственный ущерб, составляющий 68-105руб. /4.5/.

Предупреждение загрязнения атмосферного воздуха - одна из главных задач, стоящих перед работниками ряда отраслей промышленности, в том числе и цементной.

Вопросу сохранения окружающей человека среды посвящена ст.18 Конституции СССР /2.4/,

Верховный Совет СССР на основе Конституции СССР принял закон "Об охране атмосферного воздуха". В законе записано: "Советское государство проводит комплекс научно-обоснованных технических, экономических, социальных и иных мероприятий, направленных на предупреждение и устранение загрязнения атмосферного воздуха, других вредных воздействий на него." /2.5/.

К этим мероприятиям относится: - установление нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК), загрязняющих воздух веществ, утверждение предельно допустимых выбросов (ПДВ) этих веществ /4.12, 5.7, 9.4/.

На методическом семинаре - по установлению ПДК и ПДВ вредных веществ в атмосферу на предприятиях промышленности строительных материалов (ПСМ), проводимом в феврале 1981 года в НИПИОТстроме отмечалось, что кратность превращения ПДК по цементной пыли увеличена по сравнению с нормой 5 мг/м3 /СН 245-71/ для мельниц в 5-6 раз, для сушильных барабанов в 2 раза, для вращающихся печей в 1,5 раза.

Безвозвратный пылеунос (ЕПУ) цемента при помоле достигает 115000 тонн в год. Фактически потери на I тонну вырабатываемого цемента составляют 14,620 кг при минимальном достигаемом уровне ЕПУ - 0,200 кг.

Основные причины такого положения - несовершенство конструкций вспомогательного оборудования (аспирационных шахт, циклонов, фильтров), нарушение технологической дисциплины, слабая изученность теоретических и практических вопросов рациональной аспирации мельниц.

Вопросам аспирации мельниц и обеспыливанию технологических газов посвящены работы С.Ф.Карякина, В.Ф.Журавлева, Ю.С.Лурьев, М.А.Вердияна, М.М.Зайцева, А.Д.Каминского, В.И.Сатарина, С.Б. Перли, П.В.Сидякова, Ю.И.Дешко, Б.А.Петрова, Г.В.Пиневича, Б.И. Мягкова, Г.С.Крыхтина, В.Н.Ужова, М.Б.Креймера, Г.М.Гордона,В.И. Жарко, Ф.Г.Банита, А.Д.Мальгина, Н.Е.Идельчика, А.И.Пирумова и других.

Исследования показали, что рациональный режим аспирации интенсифицирует работу мельницы, а правильный подбор аспирационных и обеспыливающих агрегатов уменьшает Б0У. Эти исследования не носят завершенного характера.

В настоящее время не существует единого подхода к расчету аспирационных систем и подбору аспирационных и обеспыливающих устройств, отсутствуют единые критерии в оценке их работы.

В связи с усовершенствованием технологии изготовления цемента применением интенсификаторов помола изменился дисперсный и* гранулометрический состав цементной пыли, между тем при расчете систем аспирации новых технологических линий используют справочные данные и методики расчета, разработанные до 1966 года.

Исходя из вышеизложенного следует, что установление рациональных аспирационных режимов работы трубных шаровых мельниц (ТШМ), в целях повышения их производительности и создание эффективных обеспыливающих аппаратов в целях улучшения охраны воздушного бассейна от загрязнения являются задачами насущными, актуальными.

Целью диссертационной работы является интенсификация процесса измельчения в ИМ за счет установления рациональных режимов аспирации, усовершенствования аспирационных систем и пылеулавливающих устройств. Разработка методик их расчета.

Работа ведется по межвузовской комплексной целевой программе "Экономия материальных и энергетических ресурсов в строительстве", М-076 задание № 03.02.

Исследования направлены на решение следующих задач:

- изучить влияние различных режимов аспирации на процесс измельчения клинкера;

- предложить критерий оценки работы аспирационных систем

ТШМ;

- разработать внутримельничные устройства, позволяющие повысить производительность и аспирационные качестваТШМ;

- разработать и реализовать на ЭВМ математическую модель расчета аэродинамического сопротивления мельницы с учетом теп-ловлажностных условий процесса измельчения и динамики работы ТШМ;

- разработать устройства и выработать рекомендации, позволяющие улучшить работу обеспыливающего оборудования;

- разработать методику инженерного расчета аспирационной системы ТШМ.

Предстоит подтвердить принятую гипотезу, что повышения эффективности работы ТШМ возможно за счет стабилизации аспирацион-ного режима на основе совершенствования внутримельничных устройств и методов регенерации фильтров.

Расчеты аэродинамического сопротивления аспирационной системы выполнены на основе теплового баланса при различных режимах работы мельницы.

Научная новизна работы - установлено: влияние температуры и влажности на условия процесса измельчения; загрузки мельницы,концентрации пыли, аэродинамического сопротивления внутримельничных устройств на режим аспирации помольного агрегата в целом.

Установлено влияние конструктивных параметров внутримельничных устройств, физико-механических свойств шихты, режимов работы мельницы и коэффициента загрузки на объем аспирационных газов и аэродинамическое сопротивление мельницы. Показано влияние решила регенерации рукавных фильтров на азпирацию ИМ.

Практическая ценность работы.

Разработана методика инженерного расчета аспирационной системы с учетом динамики работы мельницы и тепло-влажно с тных условий процесса измельчения.

Предложены конструктивные решения внутримельничных устройств и обеспыливающих аппаратов, использование которых повышет эффективность измельчения клинкера и уменьшает ЕПУ.

Предложен критерий оценки аспирационных качеств ТШМ.

В диссертационной работе защищаются:

- установленные автором зависимости аэродинамического сопротивления мельницы от режимов её работы;

- методики инженерного расчета аспирационных систем и обеспыливающих устройств;

- новые технические решения и рекомендации, позволяющие повысить эффективность процессов измельчения и пылеулавливания.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций проверено и подтверждено;

- экспериментальными исследованиями в лабораторных и промышленных условиях; .

- хорошей сходностью теоретических и экспериментальных данных;

- выдачей Госкомитетом по делам изобретений и открытий авторских свидетельств.

Практическая реализация результатов работы:

- разработана методика инженерного расчета аспирационных систем трубных шаровых мельниц;

- на основании предложений и рекомендаций произведена реконструкция системы аспирации на ТШМ № 3 Себряковского цементного завода с экономическим эффектом 9633 руб. в год на один помольный агрегат (Приложение У I). Произведена наладка и промышленные испытания аспирационной системы после .внедрения наклонной межкамерной перегородки на ТИМ № I ф 4x13,5 м на Карачаево-Черкесском цементном заводе. Экономический эффект за счет стабилизации режима аспирации составляет 46000 руб. в год на один помольный агрегат (Приложение УШ, XI).

Основные положения и результаты работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава с участием представителей производства, научно-исследовательских и проектных организаций: в Харьковском инженерно-строительном институте в 1977-1982 г. г. ив Днепропетровском инженерно-строительном институте в 1981 г.; на заседаниях технического совета: Себряковского цементного завода, 1979, 1980г.г., Балаклейского це-ментно-шиферного комбината, 1981 г., Белгородского цементного завода, 1982 г., Карачаево-Черкесского цементного завода, 1983 г., на Всесоюзном совещании по измельчению в цементной промышленности, проводимом НИИЦементом, на методическом семинаре по установлению ПДК и ПДВ вредных веществ на предприятиях ПСМ, проводимом в НИПИ-ОТстроме, 1981 г., на УП Всесоюзных Ленинских чтениях в Белгородском технологическом институте строительных материалов, 1982 г., а также на заседаниях кафедры строительных машин в 1979-1983 г.г. ХИСИ.

По результатам работы опубликовано 5 статей и получено 3 авторских свидетельства СССР на изобретение.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, предложений.

6. Результаты работы внедрены: на Себряковском цементном заводе в системе аспирации ТШМ № 3 2,6x13 м. Годовой экономический эффект от внедрения составил 9633 рубля в год на один помольный агрегат; Карачаево-Черкесском цементном заводе ТШМ № I 4,0x13,5 м с экономическим эффектом 46000 руб.; внедряются на Балаклейском цементно-шиферном комбинате.

7. Техническая документация на рукавные фильтры с комбинированным методом встряхивания передана на 22 завода; на наклонную межкамерную перегородку - на 15 заводов.

1. ПРШЗВВДЕШЯ ОСНОВОПОЛОЖНИКОВ МАРКШЗМА-ЛЕНИШЗЛА

2. I. К.Маркс. К критике политической экономии. В кн.К.Маркс и Ф.Энгельс Сочинения изд.второе. М., Государственное издание политической литературы, 1959, т.13, с.1-167.

3. ОФИЦИАЛЕН О-ДОКУМШТМЪНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

4. Андропов Ю.В. Речь Генерального секретаря ЦК КПСС на июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС. Молодой коммунист, 1983, гё 8, с.2-И.

5. Брежнев Л.И. Отчетный доклад Центрального Комитета КПСС ХХУ1 съезда Коммунистической партии Советского Союза и очередные задачи партии в области внутренней и внешней политики. 23 февраля 1981 г.-4L; Политиздат, 1981. III с.

6. Постановление ХХУ1 съезда КПСС по проекту ЦК КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года". 2 марта 1981 г.

7. В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М., Политиздат, 1981, с.130-205.

8. Конституция (Основной Закон) Союза Советских Социалистических Республик. М., Юрид.лит., 1983. - 48 с.

9. Закон СССР "Об охране атмосферного воздуха".

10. Материалы Пленума ЦК КПСС, 26-27 декабря 1983 г. М., Политиздат, 1984. - 31 с.

11. МАТЕРИМЫ СЪЕЗДОВ, КОНФЕРЕНЦИЙ, СИМПОЗИУМОВ

12. Пятое Всесоюзное научно-техническое Совещание по химиии и технологии цемента. Цемент, 1979, № I, с.8-10.

13. К итогам шестого Всесоюзного научно-технического Совещания по химии и технологии цемента. Цемент, 1983, № I, с.4-8.

14. Труды Европейского совещания по измельчению. М., Строй-издат, 1966. - 603 с.4. К Н И Г И

15. Шроцкий В.З. Состояние и направление развития техники измельчения и интенсификации помола цемента. Обзор ВНИИЭСМ.- М., 1973. 65 с.

16. Нейков О.Д., Логачев И.Н. Аспирация и обеспыливание воздуха при производстве порошков. М., Металлургия, 1981. -192 с.

17. Сидяков П.В., Адорова М.Н. Аспирация цементных мельниц. -М., Госстройиздат, 1958. 31 с.

18. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. М., Стройиздат, 1979. - 352 с.

19. Банит Ф.Т., Несвижский O.A. Механическое оборудование цементных заводов. Издание второе. - М., Машиностроение, 1975. - 318 с.

20. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.-2-е издание, переработ, и допол. М., Машиностроение,1975.- 560 с.

21. Дешко Ю.И., Креймер М.Б., Крыхтин Г.С. Измельчение материалов в цементной промышленности. 2-е изд. М., Стройиздат, 1966. - 271 с.

22. Несвижский O.A., Дешко Ю.И. Справочник механика цементного завода. М., Стройиздат, 1977. - 336 с.

23. Каминский А.Д., Хворостенков С.И. Повышение производительности цементных мельниц. М., Промстройиздат, 1953. - 27 с.

24. Петров Б.А., Сидяков П.В. Обеспыливание технических газов цементного производства. М., Стройиздат. 1965. - 89 с.12,13,14