Способ и устройство для ультратонкого помола угля

Изобретение предназначено для ультратонкого помола угля. Способ ультратонкого помола угля включает предварительный помол угля в шахтной мельнице, разделение его на фракции и помол в центробежных мельницах с помольными телами, при этом мелкодисперсную фракцию для помола в центробежной мельнице забирают из шахтной мельницы путем отсоса, после прохождения которой полученную микровзвесь угля активируют, а затем инжектируют во вторую помольную камеру с помольными шарами центробежной мельницы, где осуществляют окончательный помол совместно с крупнодисперсной фракцией предварительного помола, при этом в процессе активации в микровзвесь угля вводят антипирогенные и антикоагуляционные вещества, преимущественно в виде газовой смеси. Устройство для ультратонкого помола угля включает шахтную мельницу и помольные камеры с помольными телами, между двумя помольными камерами установлен активатор, корпус которого выполнен в виде тонкостенной трубы с торцевыми фланцами, на внешней поверхности которой расположен кольцевой электромагнит, а внутри между ее торцевыми фланцами установлены подвижные элементы газораспределителя, выполненные в виде разрезного полого цилиндра с тангенциальными щелями, герметично и подвижно установленного между торцевыми фланцами при помощи упругих связей преимущественно в виде кольцевых пружин сжатия, при этом помольные камеры выполнены с эксцентриковым приводом. Изобретение позволяет получить более мелкую фракции при помоле при обеспечении необходимой химической активности при дальнейшем его сжигании. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к подготовке угля к сжиганию в топках тепловых электростанций, а более конкретно - к способу и устройству для ультратонкого помола угля, а также может быть использовано в других областях, в частности, в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива.

Известен способ для ультратонкого помола угля (патент США № US 6286771 В1, 2001 г., В 02 С 7/02), в котором для ультратонкого помола угля последний помещают между двух вращающихся дисков со специальным профилем. Однако применимость данного решения для поставленной ниже задачи оставляет желать лучшего. При данном способе помола не исключен проскок крупной фракции в исходный продукт. Аппаратура для его реализации сложна в изготовлении и ненадежна в эксплуатации ввиду больших вращающихся масс и их сложной конфигурации. Коагуляция угля в данной конструкции также неизбежна как внутри самой аппаратуры, так и при дальнейшей транспортировке помолотого угля к устройству для сжигания. К этому следует добавить, что эксплуатация такой аппаратуры в пылевзрывоопасных помещениях практически исключена, а ее доработка еще более усложнит конструкцию, увеличит металлоемкость и понизит ее надежность в процессе эксплуатации.

Наиболее близким способом и устройством того же назначения к заявляемому решению по совокупности признаков является способ и устройство для получения мелкодисперсного угольного порошка для вдува в форсированную топку, включающий смешивание кускового угля с мелкодисперсным порошком кокса и дальнейший его помол (патент Японии JPN № 10060508 А2, 1998 г., G 21 В 5/00).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе отсутствуют технологические приемы и режимные условия, обеспечивающие более тонкий помол угля с минимальными затратами и необходимым качеством. К тому же использование мелкодисперсного коксового порошка в технологической цепочке не только существенно повышает стоимость конечного продукта, но и переводит техпроцесс в разряд опасных, т.е. влияющих на экологию и человека. По этой причине многие иностранные государства прекратили производство кокса в своей стране и предпочитают закупать его в слаборазвитых странах, в том числе и в нашей стране.

Задачей заявляемой группы изобретений является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации нового способа и нового устройства для ультратонкого помола угля.

Технический результат заключается в получении более эффективного способа ультратонкого помола угля и нового устройства для ультратонкого помола угля с улучшенным качеством получаемого продукта, а также снижении всех затрат при реализации, включая эксплуатационные затраты.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ достигается известным способом ультратонкого помола угля, включающим предварительный помол угля в шахтной мельнице, разделение его на фракции и помол в центробежной мельнице с помольными телами. Особенность предлагаемого способа заключается в том, что мелкодисперсную фракцию для помола в центробежной мельнице забирают из шахтной мельницы путем отсоса, после прохождения которой полученную микровзвесь угля активируют, а затем инжектируют во вторую помольную камеру с помольными шарами центробежной мельницы, где осуществляют окончательный помол совместно с крупнодисперсной фракцией предварительного помола, при этом в процессе активации в микровзвесь угля вводят антипирогенные и антикоагуляционные вещества, преимущественно в виде газовой смеси.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа ультратонкого помола угля не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся способа ультратонкого помола угля за счет использования активации части предварительного микропомола и инжекции активируемой взвеси в основной помольный цикл, а также за счет дополнительного ввода в активируемую взвесь антипирогенных и антикоагуляционных добавок в виде газовой смеси.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству для ультратонкого помола угля достигается тем, что известное устройство для ультратонкого помола угля включает шахтную мельницу и помольные камеры с помольными телами. Особенностью данного устройства является то, что между двумя помольными камерами установлен активатор, корпус которого выполнен в виде тонкостенной трубы с торцевыми фланцами, на внешней поверхности которой расположен кольцевой электромагнит, а внутри между ее торцевыми фланцами установлены подвижные элементы газораспределителя, выполненные в виде разрезного полого цилиндра с тангенциальными щелями, герметично и подвижно установленного между торцевыми фланцами при помощи упругих связей преимущественно в виде кольцевых пружин сжатия, при этом помольные камеры выполнены с эксцентриковым приводом.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства для ультратонкого помола угля не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся установки между двух помольных камер активатора, содержащего электромагнит и газораспределитель. А также не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся конструкций как самого активатора, так и его газораспределителя, а также того, что подвижные элементы газораспределителя выполнены в виде толстостенного полого цилиндра с тангенциальными щелями, который скреплен с помощью гибких связей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой группы изобретений как для объекта-способа, так и для объекта-устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги для способа и устройства заявляемой группы, характеризующиеся признаками, тождественными (идентичными) всем существенными признакам как способа, так и устройства заявляемой группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов, как для способа, так и для устройства наиболее близких по совокупности признаков аналогов позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, каждый объект группы изобретений соответствует условию "новизна".

Для проверки каждого объекта заявляемой группы условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявляемой группы.

Результаты анализа показали, что каждый объект заявляемой группы изобретений не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники, поскольку не вытекает из него логически и мог быть получен только при глубоком и всестороннем изучении вопроса. Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг.1 изображен общий вид (в разрезе) устройства для ультратонкого помола угля (шахтная мельница и эксцентриковый привод показаны условно).

На фиг.2 изображено сечение устройства для ультратонкого помола угля (сечение А-А на фиг.1 в увеличенном масштабе).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявляемой группы изобретений с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.

Заявленный способ ультратонкого помола угля предусматривает, что подготовленный и высушенный уголь предварительно размалывают в шахтной мельнице. Из шахтной мельницы мелкодисперсную фракцию угля забирают с помощью отсоса одним из известных способов, а оставшуюся крупную фракцию предварительного помола направляют в раздаточный бункер. Мелкодисперсную фракцию предварительного помола после всасывания направляют в первую размольную камеру центробежной мельницы. Под воздействием помольных тел и их сложного кругового движения уголь размалывают в ней более тщательно. Полученную в результате помола в первой помольной камере центробежной мельницы микровзвесь затем направляют в активатор, где под воздействием магнитного поля и центробежного поля активируемого газа происходит ее дальнейшее структурное изменение, в результате которого она приобретает высокую химическую активность и летучесть. При этом процесс активации микровзвеси осуществляют одновременно с процессом ее турбулизации и подкрутки одним из известных способов. Например, путем тангенциального ввода активируемого газа через щелевые подвижные элементы, расположенные в плоскости, перпендикулярной направлению движения многофазного потока (патент РФ № 2174875, 2001 г., В 04 С 5/00; В 01 D 45/12). Во время процесса активации в микровзвесь дополнительно вводят антипирогенные и антикоагуляционные вещества, преимущественно в виде специальной газовой смеси. Полученный активированный многофазный поток затем инжектируют во вторую помольную камеру центробежной мельницы, где осуществляют окончательный помол обеих фракций предварительного помола угля одновременно. В результате ввода активированной микровзвеси в основной поток угля предварительного помола (т.е. при соединении с его крупнозернистой частью) окончательный помол во второй помольной камере центробежной мельницы происходит более интенсивно и в нужном направлении ввиду проявления в данном процессе эффекта Ребиндера, т.е. его многократного ускорения за счет активации. Здесь следует отметить, что можно активировать весь поток сразу при окончательном помоле, но тогда затраты на его активацию существенно возрастут, а скорость процесса существенно понизится. Это происходит в силу многих причин, в том числе и из-за того, что в предлагаемом способе предварительно активированная микровзвесь мгновенно заполняет все свободные объемы во второй помольной камере центробежной мельницы и тем самым способствует более эффективному и качественному помолу обеих фракций предварительного помола угля. При этом затраты на получение активированной микровзвеси будут минимальными из-за того, что в результате помола угля в шахтных мельницах всегда образуется мелкодисперсная фракция, которая, однако, не всегда эффективно используется, а иногда просто выбрасывается или теряется во время последующей транспортировки угля к месту сжигания. Ко всему сказанному следует добавить, что режим активации определяют и назначают в зависимости от состава выбрасываемых газов, за химическим и спектральным анализом которых следят с помощью газоанализатора, подключенного к компьютеру. Такой подход не только исключает какую-либо случайную ошибку со стороны обслуживающего персонала, но и делает весь процесс более эффективным с экономической точки зрения, т.к. недожог или пережог угольного топлива всегда связан с дополнительными затратами.

Для осуществления заявляемого способа ультратонкого помола угля предлагается устройство для ультратонкого помола угля. Данное устройство включает шахтную мельницу 1 (фиг.1) с газовым и шнековым забором помольного материала, помольную камеру 2 центробежной мельницы с помольными телами и эксцентриковым приводом, активатор 3, электромагнит 4, газораспределитель 5 с упругими связями 6 для крепления подвижных элементов газораспределителя, вторую помольную камеру 7 центробежной мельницы, камеру сгорания 8 котла тепловой электростанции, тонкостенную трубу 9 (фиг.2) активатора 3 и тангенциальные щелевые каналы 10 газораспределителя 5.

Заявленное устройство работает следующим образом. Предварительно размолотый уголь в шахтной мельнице за счет отсоса автоматически разделяется на мелкодисперсную и крупную фракцию. Мелкодисперсная фракция предварительного помола всасывается и направляется в первую помольную камеру 2 центробежной мельницы, где она под воздействием центробежного поля и соударения с помольными телами размалывается до микровзвеси, которая поступает затем в активатор 3. Под воздействием магнитного и центробежного полей микровзвесь приобретает повышенную химическую активность. При этом для исключения самовозгорания микровзвеси в процессе ее активации в нее вводят антипирогенные и антикоагуляционные вещества, преимущественно в виде смеси газов, которые направляют процесс активации в нужное русло. Из активатора 3 микровзвесь инжектируют во вторую помольную камеру 7, куда вводят также крупнозернистую фракцию предварительного помола из шахтной мельницы 1. Этот ввод можно осуществлять с помощью обычного шнека или любого другого известного устройства. Под воздействием химически активной микровзвеси основная часть крупнодисперсного помола быстро размалывается до микронных размеров и приобретает все необходимые качества для ее эффективного использования в камере сгорания 8 тепловых электростанций по новой технологии (заявка на патент РФ №20021199 13/06 (020740) от 22 июля 2002 г.).

Технический эффект от использования предложенной группы изобретений состоит в следующем.

Предложенный способ ультратонкого помола угля существенно повышает качество помола и не требует больших затрат при реализации. Его можно применить как для малых котлов с форсированным режимом розжига, так и для крупных, стационарно действующих городских станций.

Предложенное устройство для ультратонкого помола угля просто в изготовлении и надежно в эксплуатации. Для его реализации не требуется ни дорогостоящих материалов, ни наукоемких технологий. При этом сборка и установка механизмов устройства может производиться как на предприятии-изготовителе, так и непосредственно на объектах использователя без каких-либо затруднений. К тому же все процессы, осуществляемые с помощью данного устройства, легко поддаются автоматизации, а их надежность при эксплуатации при самых суровых условиях, включая районы с резко континентальным климатом и большим диапазоном изменения температуры, не вызывает никаких сомнений.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявляемой группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:

- средства, воплощающие заявляемую группу изобретений при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно при подготовке угля для сжигания в топках тепловых электростанций по новой технологии;

- для заявляемой группы изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретений, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средства, воплощающие заявляемую группу изобретений при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Преимущество заявляемой группы изобретений состоит в том, что использование способа и устройства для ультратонкого помола угля по упрощенной технологии существенно снижает все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокое качество и высокую эффективность в сочетании с высокой надежностью.

Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источники информации

1. Патент США №6286771 В1; МПК: В 02 С 7/02 от 11 сентября 2001 года.

2. Патент Японии №10060508 А₂; МПК: G 21 B 5/00 от 3 марта 1998 года.

3. Патент РФ №2043156; МПК: В 02 С 7/08 от 10 сентября 1995 года.

4. Заявка РФ №200211913/ОС; МПК: F 23 B 7/00, C 10 L 9/00, F 23 K 1/00 от 22 июля 2002 года с положительным решением.

5. Патент РФ №2174875; МПК: В 04 С 5/00, В 01 D 45/12 от 20 октября 2001 года.

1. Способ ультратонкого помола угля, включающий предварительный помол угля в шахтной мельнице, разделение его на фракции и помол в центробежных мельницах с помольными телами, отличающийся тем, что мелкодисперсную фракцию для помола в центробежной мельнице забирают из шахтной мельницы путем отсоса, после прохождения которой полученную микровзвесь угля активируют, а затем инжектируют во вторую помольную камеру с помольными шарами центробежной мельницы, где осуществляют окончательный помол совместно с крупнодисперсной фракцией предварительного помола, при этом в процессе активации в микровзвесь угля вводят антипирогенные и антикоагуляционные вещества, преимущественно в виде газовой смеси.

2. Устройство для ультратонкого помола угля, включающее шахтную мельницу и помольные камеры с помольными телами, отличающееся тем, что между двумя помольными камерами установлен активатор, корпус которого выполнен в виде тонкостенной трубы с торцевыми фланцами, на внешней поверхности которой расположен кольцевой электромагнит, а внутри между ее торцевыми фланцами установлены подвижные элементы газораспределителя, выполненные в виде разрезного полого цилиндра с тангенциальными щелями, герметично и подвижно установленного между торцевыми фланцами при помощи упругих связей, преимущественно, в виде кольцевых пружин сжатия, при этом помольные камеры выполнены с эксцентриковым приводом.