Разделение фракций при дроблении, основанное на разной скорости осаждения в зависимости от размера частиц, обычно используется в так называемых классификаторах, которые используются как отдельные агрегаты, так и встраиваются в дробилки и мельницы для тонкого помола. Работу классификатора можно представить как борьбу двух пылевых вентиляторов с разными диаметрами рабочих колес. Вентилятор с большим диаметром создает большее разряжение и принудительно протягивает воздух навстречу меньшему вентилятору. Меньшее колесо, разгоняя вместе с воздухом смесь из крупных и мелких частиц, обеспечивает центробежное отбрасывание крупной фракции, а пыль таки прорывается через него вместе с воздухом. Таким образом, крупные частицы либо остаются в камере дробления, либо возвращаются в нее по специальным патрубкам. Для большей гибкости в настройке классификатора крыльчатки приводятся разными двигателями, управляемыми преобразователями частоты, что дает возможность регулировать как общий поток воздуха, так и «силу отделения» частиц, то есть двигать настройки по предельным размерам частиц, выносимых из тороидального облака.
Использование такого принципа классификации позволяет конструировать дробилки и мельницы без использования решета. Установка лопаток классификатора и лопаток основного «продуктового» вентилятора прямо на вал ротора дробилки заметно упрощает конструкцию. Для регулировки фракции меняют длину лопаток путем перестановки их на заранее предусмотренные места крепления. Ответную часть классификатора для более эффективного разделения делают конической формы, отливая из износостойкого чугуна. При этом простая перегородка между вентилятором и классификатором в виде шайбы работает ничуть не хуже и гораздо дешевле.
На фотографии заметно, что камера дробления футерована ребристыми чугунными вкладками. Это довольно надежное и высокоресурсное решение, но с тем же успехом работает восьми- или шестиугольный корпус, футерованный 5-10мм закалёнными пластинами из стали 65Г. Доказано, что больший вклад в процесс дробления идет от завихрения и взаимного истирания частицами, а не от непосредственно от удара молотком. Поэтому для футеровки основная задача - останавливать сырье между встречами с молотками. Второй задачей является защита корпуса от износа, что обеспечивается их регламентной заменой. Пластинчатая защита легка в изготовлении ручным инструментом, что может быть важно для предприятий, находящихся вдали от крупных городов и при сложной транспортной доступности.
Примером безрешетной мельницы с восьмигранным корпусом и установленными на едином валу ротором с молотками, лопатками классификатора и вентилятора служит дробилка ДМБК-75. Отсутствие решета позволяет подавать щепу основной фракцией до 50мм, а попадание отдельных палок длиной до 200мм не вызывает никаких повреждений. Регулировка классификатора даёт на выходе максимальную фракцию 3-5мм с производительностью 1-2 тонны в час, а при настройке на минимальную фракцию получается древесная мука 100-200 микрон за один проход из довольно крупной щепы с производительностью от 100кг/час.
Если посмотреть на весовое распределение продукта по обнаруженным размерам частиц, то фракции М120 в общей массе 97%. Настройка на фракцию 200-400 микрон с отделением на рассеве марки М200 выводит мельницу на производительность 200-250кг в час при затратах 60-70кВт*ч, что является хорошим результатом даже для агрегатов под известными мировыми брендами. Измельчение увеличивает суммарную площадь частиц сырья, причем с уменьшением размера поверхность частиц все более неровная. С учетом этого зависимость между фракцией и производительностью квадратичная. То есть, уменьшая фракцию в два раза, требуется примерно в четыре раза большая мощность привода для сохранения производительности.
При кажущейся простоте процесса измельчения молотковыми дробилками и мельницами есть весомые факторы, влияющие как на работоспособность оборудования, так и на безопасность:
- Необходимо обязательно проверить поток воздуха через мельницу и посчитать суммарно теплоемкость прокачиваемого воздуха и сырья. Даже в незамкнутых системах при достаточно тонком измельчении температура воздуха поднимается до 70…80°С за счет интенсивного воздействия на небольшое количество материала. В случае забивания фильтров или неаккуратного регулирования потока заслонками она может резко превысить порог в 200°С и привести к возгоранию со взрывом. Для безопасности перед фильтрами обязателен датчик температуры с автоматической остановкой оборудования при перегреве
- Крайне желательны датчики температуры на подшипниках мельницы, так как их выход из строя бывает внезапным, а раскаленный докрасна корпус подшипника может поджечь мелкодисперсную пыль
- Для фильтров желательно отгородить отдельное помещение с негорючими стенами и отдельной вентиляцией. В случае возгорания будет возможность залить именно этот небольшой участок. Участок подготовки сырья и склада готовой продукции также должны быть отгорожены пожаростойкими стенами.
Применительно к пеллетной теме для подачи измельченного сырья на большую высоту, или для весомого увеличения производительности при настройке на самую крупную фракцию может быть полезен дополнительный пылевой вентилятор в конце пневмотранспорта, но это не главное. Основное преимущество безрешетной дробилки в том, что она не выпускает из себя частицы до полного измельчения, что полезно для получения относительно однородной по фракциям массы, и при этом не имеет в конструкции быстро изнашиваемого решета. Выброс крупных частиц возможен при слишком большой подаче сырья, когда поток мельчайших частиц увлекает за собой и более крупную опилку. В связи с этим при производстве высококачественной муки желательно встраивать в систему пневмотранспорта проточный просеиватель, в котором за счет установки мельчайших сит под малым углом к потоку удается отлавливать крупные частицы и возвращать на вход молотковой мельницы с десятой частью прокачиваемого воздуха.
В полной мере это свойство проявилось на одном из производств, куда стали свозить стружку из-под высокоскоростных деревообрабатывающих станков. Стружка была очень тонкая, почти прозрачная, и имела влажность 13-14%. Обычная дробилка с решетом 5мм могла разбить такое сырье только на волокна, превращая массу в подобие ваты. Волокна, находя любые неровности, крепления и выступы, собирались в комки. Они плохо осаждались в циклонах, забивали шлюзы, комья собирались на лопатках прессующего узла гранулятора и, что самое печальное, не продавливались через матрицу. Вальцы гранулятора накатывали на матрице подобие текстолита, что приводило к аварийным остановкам. Установка решета 4мм не сильно влияла на картину происходящего, но снижала производительность дробилки уже в 3 раза, в том числе и из-за повышенной влажности. После замены дробилки на безрешетную с настройкой фракции 1-2мм все симптомы на линии гранулирования вылечились сами. Влажные волокна гораздо тяжелее, и витали в камере дробления, пока не подсыхали до 8-9% влажности. Такой эффект используется в некоторых типах сушилок, о которых подробнее будет в соответствующем разделе.
Способность выравнивать не только фракцию, но и влажность помогает перерабатывать смесь сухой и мокрой щепы, хотя технологически это не лучшее решение и может негативно отражаться на качестве гранулы.
Цена такой дробилки является одновременно преимуществом и недостатком. С одной стороны, она в 2-3 раза дороже обычной решетовой дробилки для зерна при той же мощности. С другой стороны, она в 2-3 раза дешевле дезинтегратора и подобных ему мельниц тонкого помола с аналогичной мощностью и производительностью. Учитывая устойчивость к повреждениям от крупных кусков, отсутствие решета и ремней как расходника, подобная дробилка вполне оправдывает свое применение в линиях гранулирования древесины и других относительно не предсказуемых видов сырья биотопливного назначения при низкой маржинальности бизнеса, хотя ее удельное потребление электроэнергии значительно выше в сравнении с решетовой дробилкой.
