ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

Раздел: Технологии и производство

Дробление - это процесс уменьшения размеров кусков материала разрушением их под действием внешних сил.

Дробление является одной из вспомогательных операций, применяемых при переработке отходов.

Целесообразность включения операций дробления в технологические схемы переработки ТБО определяется в основном требованиями к крупности материала соответствующих переделов переработки - обогатительного, термического, биотермического, других переделов, а также необходимостью освобождения отходов от упаковки перед сепарацией ТБО (например, если сбор и доставка ТБО на сортировку осуществляется в полиэтиленовых мешках).

Основной принцип реализации на практике дробления техногенного сырья может быть заимствован из опыта обогащения полезных ископаемых - «не дробить ничего лишнего». Это означает, что дроблению следует подвергать не все исходные ТБО, а лишь их фракцию, не удовлетворяющую по крупности требованиям последующего передела. В частности, исходя из условий сортировки, легкообогатимой является

фракция -250 мм (-300 мм), поэтому дробить следует лишь крупнокусковую фракцию, выход которой относительно небольшой.

Дробление производится в специальных машинах - дробилках - методами раздавливания, раскалывания, истирания, удара, разрывания или их сочетанием; кроме того, в некоторых дробилках на куски материала воздействуют изгибающие силы ().

Выбор способа дробления зависит от физических свойств дробимого материала и крупности исходного материала.

Для очень твердых материалов наиболее рационально дробление ударом или раздавливанием, для вязких - раздавливанием или ударом в соединении с истиранием. Хрупкие материалы дробят способом раскалывания, волокнистые материалы типа текстиля - разрыванием.

Что касается влияния размера исходных кусков, то для крупного дробления чаще всего применяют раздавливание и раскалывание, тонкое измельчение осуществляется главным образом ударом и истиранием.

Физическая сущность процессов дробления и измельчения одинакова, в результате дробления образуется преимущественно кусковой продукт, в результате измельчения - в основном порошкообразная масса.

Одним из показателей, характеризующих процесс дробления, является степень дробления (измельчения), под которой понимается отношение размеров максимальных кусков D до дробления к размеру максимальных кусков d после дробления.

Для отдельной стадии дробления i = D/d.

Общая степень дробления равна произведению степеней дробления каждой стадии:

Дробление можно представить как процесс образования новых поверхностей, что приводит к увеличению потенциальной энергии системы, - отсюда сам процесс дробления идет с поглощением энергии. Энергия, затраченная при дроблении, расходуется на нагревание - 99%

и полезную работу - 1%. Полезная работа при образовании новых поверхностей в процессе дробления расходуется на преодоление сил сцепления между частицами твердого тела.

Отходы подвергаются чаще всего крупному и среднему дроблению, которое сопровождается относительно малым приращением поверхностей, - отсюда в соответствии с гипотезой Кирпичева-Кика элементарная работа, затрачиваемая в процессе дробления куска твердого материала, пропорциональна уменьшению первоначального объема дробимого тела

Для дробления первичного сырья (руд и горных пород) в основном применяют дробилки двух типов - щековые и конусные; ограниченно применяются валковые и молотковые дробилки. Щековые дробилки применяются также для дробления бетонных и железобетонных отходов  (образующихся, например, при сносе старых зданий).

В щековой дробилке дробление производится путем раздавливания дробимых кусков между вертикальной и наклонной плоскостями (щеками). Материал загружается в приемное отверстие между щеками. По мере уменьшения размеров куски опускаются вниз к выходной щели.

щековая дробилка типа ЩДС со сложным движением щеки, на  5.4 - типа ЩДП с простым движением щеки. В дробилке ЩДС движение подвижной щеки осуществляется в результате вращения маховика с эксцентриковым валом (подвижная щека непосредственно подвешена на эксцентриковом валу и совершает сложное движение в виде замкнутых кривых). В дробилке ЩДП движение подвижной щеки осуществляется при движении вверх-вниз шатуна с эксцентриковой осью, шатун приводит в движение распорные плиты.

Весьма эффективны для дробления материалов повышенной прочности (в том числе техногенного сырья, включая отходы железобетона и другие строительные отходы, отходы футеровки термического оборудования, металлургические шлаки, отходы керамики и пр.) вибрационные щековые дробилки типа ВЩД, созданные в АО «Механобр-техника» (Санкт-Петербург). Крупность дробленого продукта в вибрационной щековой дробилке снижается в два раза по сравнению с обычной при одинаковой производительности (высокая частота ударов щек обеспечивает повышенную степень дробления - до 10-20 и выше, причем для разрушения материала вследствие ударно-вибрационного воздействия щек требуются меньшие усилия, чем в обычных щековых дробилках).

Дробилка типа ВЩД отличается простотой конструкции (5.5)

Дробление материала осуществляется между двумя щеками 1, подвешенными к корпусу 2 на торсионах 3. Щеки совершают синхронные колебания (частота 800-1500 в минуту) под действием вибровозбудителей 4, которые одновременно вызывают вертикальные колебания дробилки на мягких пружинах 5. За счет направленного вибрационного воздействия щек на дробимый материал обеспечивается повышенная производительность машины - до 100 т/час при использовании наиболее крупной дробилки с размером отверстия 1200x1500 мм (при максимальной крупности исходного питания 1000 мм крупность готового продукта после дробления в этой дробилке материала средней прочности составляет 70 мм).

Дробилки ВЩД характеризуются низким энергопотреблением (мощность привода наиболее крупной дробилки составляет 2x55 кВт).

Масса самой крупной дробилки - 54 т, наиболее мелкой - 1,4 т (размеры приемного отверстия - 80x300 мм, наибольшая крупность питания - 65 мм, крупность готового продукта - 15 мм, мощность привода - 2x7,5 кВт). Габариты самой крупной дробилки 4000x3700x4000 мм, самой мелкой - 1500x1240x1400 мм.1

Дробилки типа ВЩД характеризуются автоматическим пропуском недробимых тел, размеры которых превышают размеры разгрузочной щели, т.е. эти дробилки, в отличие от стандартных, не требуют специальных предохранительных устройств. Другая особенность дробилок типа ВЩД - способность работать как при дозированной загрузке, так и под завалом (дробилка может запускаться под нагрузкой с полностью заполненной камерой дробления).

Сравнительная ситовая характеристика продуктов дробления в вибрационной щековой дробилке 440x800 мм (1) и в обычной щековой дробилке 400x900 мм (2) показана на 5.6.

Конусные дробилки различают для крупного дробления и для среднего и мелкого дробления.

В конусной дробилке крупного дробления ( 5.7) корпус подвижного дробящего конуса 5 насажен на вал 6, подвешенный к головке крестовины 3. Движение дробящему конусу передается от эксцентрикового стакана 10, в котором закреплена нижняя часть вала 6. Величина разгрузочной щели (нижний зазор между конусами) регулируется за счет поднятия вала с дробящим конусом путем нагнетания масла в гидроцилиндр 12.

В конусной дробилке для среднего и мелкого дробления ( 5.8) материал подается на дробление через приемное отверстие на распределительную плиту (тарелку). Тарелка 1, вращаясь по эксцентрику вместе с валом 2, сбрасывает материал в рабочее пространство между неподвижным 3 и подвижным 4 конусами. Регулирование разгрузочного отверстия - гидравлическое. При попадании в дробилку недробимых тел разгрузочное отверстие раскрывается сжатием пружин 5 и за счет сброса давления под опорой вала с помощью специальной гидравлической системы 7.

Для мелкого дробления нетвердых и хрупких материалов применяются валковые дробилки. Эти дробилки ( 5.9) состоят из двух валков с гладкой, рифленой или зубчатой поверхностью, вращающихся навстречу друг другу. Материал загружается в щель между ними и истирается.

Для дробления техногенного сырья - отходов - чаще всего применяются роторные дробилки: молотковые, ножевые и дисковые; значительно реже - растирающие дробилки (рашпили) и дробилки других типов.

Молотковые дробилки включают дробильную камеру с решетчатой нижней частью, через которую разгружается дробленый материал, и вращающийся вал с жестко закрепленными или шарнирно подвешенными на нем билами (ударными вращающимися инструментами, часто называемыми молотками).

Молотковые дробилки бывают двух типов - горизонтального и вертикального.

молотковая дробилка для дробления ТБО горизонтального типа. Материал поступает через загрузочное отверстие 1 в рабочую камеру дробилки. Дробящими элементами дробилки являются молотки 2, укрепленные на роторе 8, и режущие ножевые элементы 3, установленные на стенке 4 (стенка имеет некоторую подвижность, что устраняет заклинивание дробилки при попадании крупногабаритных предметов). Отходы измельчаются до 100-125 мм, проходят через решетку 6 и поступают на конвейер 7. Недоизмельченный материал скапливается над решеткой в пространстве 5 и измельчается при реверсивном движении ротора 8.

молотковая дробилка для дробления ТБО вертикального типа. Материал поступает через загрузочный люк 1 в крышке 9 в рабочую зону дробилки, где разбрасывается воздушным потоком, созданным вращающимся вертикальным валом (ротором) 2 с установленными на нем молотками 4 (частота вращения вала 800 мин ); вал имеет реверсивное вращение. В конусной части дробилки отходы подвергаются предварительному дроблению с помощью небольшого числа молотков. Далее отходы дробятся до 15-25 мм в цилиндрическом корпусе 5 дробилки и разгружаются через перепускные каналы 6 в циклон 7 и затем - на конвейер.

Разгрузочное отверстие дробилки не закрыто решеткой, что исключает образование пробок. Дробилка снабжена блокирующим устройством, автоматически отключающим ее при попадании недробимых отходов. В этой дробилке одновременно происходит баллистическая сепарация (мягкие отходы отражаются молотками 4 и направляются в специальное окно в крышке 9).

Роторно-ножевые дробилки бывают двух типов - двухроторные и трехроторные. В обоих случаях роторы выполнены в виде винтов, режущие кромки которых обеспечивают дробление материала ( 5.12). Дробилки этого типа часто используются в зарубежной практике перед сепарацией ТБО для вскрытия мешков и пакетов с отходами.

Два верхних винтовых ротора, вращающихся с небольшой скоростью навстречу друг другу, обеспечивают предварительное дробление материала, нижний ротор - его доизмельчение.

Нижний ротор образует режущую поверхность как с двумя верхними роторами, так и с неподвижными ножами, закрепленными на корпусе (за счет дополнительных многозаходных витков). Степень дробления регулируется с помощью изменения зазора между нижним ротором и стационарными ножами.

Скорость вращения каждого ротора можно плавно и индивидуально регулировать.

Материал в роторные дробилки может подаваться с помощью ленточного конвейера или погрузчика; при попадании недробимых предметов автоматически обеспечивается реверсивное вращение ротора. При использовании роторных дробилок характерно низкое пылеобразование.

Наиболее крупная дробилка серии Trimalin с диаметром роторов 500 мм имеет следующую характеристику: производительность по ТБО - 20-30 т/час, загрузочное отверстие - 2500x1700 мм, масса - 14 т, установочная мощность - 250 кВт, частота вращения ротора (мин ) - верхнего 0-32, нижнего 0-98.

Роторно-дисковые дробилки включают один или два вращающихся вала, на которых закреплены предварительно напряженные режущие диски (как правило, зубчатые). Режущие кованые зубчатые диски изготавливаются из высокопрочных и износостойких материалов. Насаженные между режущими дисками распорные кольца защищают валы роторов от повреждений в процессе дробления.

роторно-дисковая дробилка для дробления крупногабаритных отходов (изношенные автопокрышки, громоздкая упаковка, мебель). В этой дробилке два параллельных вала 4 и 5 вращаются навстречу друг другу с различной частотой (40 и 80 мин '). Каждый вал приводится от отдельного двигателя. На валах в шахматном порядке установлены режущие диски 8 с заостренными элементами (зубьями) 3, обеспечивающие захват, измельчение и удаление отходов, которые перемещаются в промежутки, образованные между соседними дисками валов. На раме 7 смонтировано приемное и направляющее устройство 1 в виде бункера прямоугольного сечения, по боковым стенкам которого установлены ролики 2, образующие как бы наклонные рольганги, продвигающие материал к режущим зубьям. При попадании в дробилку слишком твердых или больших кусков материала оба или один из валов на короткое время приостанавливаются, а затем начинают вращаться в обратном направлении, выталкивая материал, который не может пройти сквозь дробящие элементы, после чего работа аппарата стабилизируется.

вариант роторно-дисковой дробилки, запатентованной в США

Как видно из рисунка, на каждом из роторов, вращающихся навстречу друг другу, установлены диски с пятью резцами (резцы выполнены заодно с дисками), обеспечивающими дробление материала. Диски насаживаются на втулки, имеющие шестигранное центральное отверстие. Крупность дробленого продукта определяется отверстиями решетки, установленной в нижней части дробилки.