Die Erfindung betrifft eine Walzenmühle und ein Verfahren zum Betreiben einer Walzenmühle mit zwei Mahlwalzen zur Zerkleinerung von Mahlgut, wobei wenigstens eine Mahlwalze angetrieben ist und die Mahlwalzen zwischen sich einen Mahlspalt zur Zerkleinerung des Mahlguts bilden und einem Aufgabeschacht, über den das Mahlgut dem Mahlspalt zugeführt wird.
Der Durchsatz derartiger Walzenmühlen, insbesondere von Gutbettwalzenmühlen, hängt bei gegebener Mühle und gegebenem Mahlgut nur noch von der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen ab. Die maximal mögliche Umfangsgeschwindigkeit wird aber durch die Eigenschaften des Materials im Einzug begrenzt.
Bei der Mahlung in einer Gutbettwalzenmühle werden Mahldrücke von 50 MPa und mehr eingesetzt. Das Mahlgut wird dabei eingezogen und im Gutbett zerkleinert, wobei sich so genannte Agglomerate oder Schülpen bilden, die ggf. in einem nachfolgenden Arbeitsschritt desagglomeriert werden. Bei der Mahlung muss der Luftvolumenstrom aus der Dichtedifferenz des Materials im Einzug und der Schülpe abgeführt werden. Der mit dem Aufgabematerial eingetragene Luftvolumenstrom errechnet sich aus dem Aufgabemassenstrom und der Differenz der Dichte im Einzug und der Reindichte.
Der Luftvolumenstrom wird ab der Kompressionszone ausgetrieben. Aufgrund der geringen Breite der Kompressionszone und des großen auszutreibenden Luftvolumenstromes entstehen entsprechend hohe Geschwindigkeiten im Aufgabeschacht. Dabei wird nicht nur das Mahlgut fluidisiert, sondern es kann durch Luftblasenbildung auch zu einer brodelnden oder gar stoßenden Wirbelschicht kommen. Durch die Luftblasenbildung kommt es zu Entmischungen im Mahlgut und zu schwankenden Durchsätzen mit daraus folgenden Vibrationen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Walzenmühle bzw. das Verfahren zum Betreiben der Walzenmühle dahingehend weiterzuentwickeln, dass einerseits ein möglichst hoher Durchsatz gewährleistet wird und andererseits die Luftblasenbildung mit den oben beschriebenen Nachteilen weitgehend vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Die erfindungsgemäße Walzenmühle besteht im Wesentlichen aus zwei gegensinnig angetriebenen Mahlwalzen, die zwischen sich einen Mahlspalt zur Zerkleinerung von Mahlgut bilden und einem Aufgabeschacht, über den das Mahlgut dem Mahlspalt zugeführt wird. Weiterhin ist im Aufgabeschacht ein Drucksensor zur Messung des statischen Gasdrucks angeordnet, der mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung steht, welche die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen in Abhängigkeit des gemessenen statischen Gasdrucks ändert.
Der Druck in strömenden Medien setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen, wobei erfindungsgemäß der statische Druck gemessen wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der obigen Walzenmühle, wird der statische Gasdruck im Aufgabeschacht gemessen und zur Steuerung oder Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen verwendet.
Beim Entlüften erzeugt die strömende Luft auf dem Weg von der Kompressionszone zur freien Oberfläche einen Druckabfall. Die Höhe des Drucks ist abhängig von der Porosität des Materials und vom Abstand zur freien Oberfläche. Bei gegebener Walzenmühle ist die Höhe des Druckes im nachfließenden Material also ein Maß für die Porosität des Materials und damit für die Einzugs- und Entlüftungsbedingungen.
Der maximale Durchsatz einer Walzenmühle wird somit durch die Porosität und damit dem Durchströmungswiderstand des Materials bestimmt. Die Porosität des Materials im Einzugsbereich ändert sich aber bei realen Mahlgütern laufend, zum einen durch unterschiedliche Korngrößenverteilungen des Aufgabegutes und zum anderen durch wechselnde Mahlbarkeiten. Änderungen der Porosität und damit des Durchströmungswiderstandes verursachen gleichzeitig eine Änderung des statischen Druckes im nachfließenden Material.
Um diese instabilen Bedingungen auszugleichen, wird erfindungsgemäß die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen angepasst, wobei der statische Gasdruck als Steuer- und/oder Regelgröße dient, der durch Anpassung der Mahlwalzendrehzahl konstant gehalten wird. Durch diese Regelung können die Störeinflüsse aus Änderungen der Porosität gezielt ausgeregelt werden und die Walzenmühle kann somit immer am Durchsatzmaximum betrieben werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wenigstens einer Mahlwalze, vorzugsweise aber beiden Mahlwalzen, kann/können eine Antriebseinrichtung zugeordnet sein, die mit der Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung steht und vorzugsweise einen über einen Frequenzumrichter gesteuerten Motor aufweist. Die Anpassung der Mahlwalzendrehzahl kann dabei insbesondere über einen Frequenzumrichter mit feldorientierter Drehzahlreglung erfolgen.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung wird vorzugsweise durch eine modellgestützte Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet, wobei insbesondere eine modellbasierte prädiktive Steuer- oder Regeleinrichtung zur Anwendung kommen kann.
Im Betrieb wird ein vom Mahlgut und der zu erzielenden Feinheit abhängiger Soll-Gasdruck mit dem gemessenen, statischen Gasdruck verglichen, wobei die Mahlwalzendrehzahl verringert wird, wenn der gemessene statische Gasdruck größer als der Soll-Gasdruck ist und die Mahlwalzendrehzahl erhöht wird, wenn der gemessene statische Gasdruck kleiner als der Soll-Luftdruck ist. Die Walzenmühle kann beispielsweise mit einem Sollgasdruck in der Größenordnungen von 5 - 200 mbar, vorzugsweise von 20 - 200 mbar, Überdruck betrieben werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Walzenmühle.
Die erfindungsgemäße Walzenmühle weist zwei Mahlwalzen 1, 2 zur Zerkleinerung von Mahlgut 3 auf, das über einen Aufgabeschacht 7 einem zwischen den Mahlwalzen ausgebildeten Mahlspalt 6 zugeführt wird. Die beide Mahlwalzen 1, 2 werden über zugeordnete Antriebseinrichtungen 4, 5 gegensinnig angetrieben und wirken mit einem Kraftbeaufschlagungssystem zusammen, um die Mahlkraft einstellen zu können.
Weiterhin ist im Aufgabeschacht 7 ein Drucksensor 8 zur Messung des statischen Gasdrucks angeordnet, der mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 9 in Verbindung steht, welche die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen 1, 2 in Abhängigkeit des gemessenen Luftdrucks ändert. Hierfür sind die beiden Antriebseinrichtungen 4, 5 beispielsweise als Asynchronmotoren ausgebildet, die über zugehörige Frequenzumrichter 10, 11 angesteuert werden. Die Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen 1, 2 über die Frequenzumrichter 10, 11 kann dabei mit feldorientierter Drehzahlreglung erfolgen.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung 9 wird vorzugsweise durch eine modellgestützte Steuer- oder Regeleinrichtung gebildet, wobei insbesondere eine modellbasierte prädiktive Steuer- oder Regeleinrichtung zur Anwendung kommen kann.
Bei einer modellbasierten prädiktiven Regelung wird mit Hilfe eines dynamischen Modells des zu regelnden Prozesses eine Prädiktion der Zustandsentwicklung in Abhängigkeit von Systemparametern 12, und/oder Zustands- oder Messdaten 13 und/oder externen Vorgaben 14 berechnet und bewertet, mit deren Hilfe die Frequenzumrichter 10, 11 gesteuert werden. Bei den Systemparametern 12 handelt es sich beispielsweise um feste Größen, wie die Leistung der Antriebseinrichtungen oder den Mahlwalzendurchmesser. Als Zustands- oder Messdaten 13 gehen insbesondere Durchsatzwerte oder die Mahlwalzendrehzahl ein. Die externen Vorgaben 14 werden beispielsweise durch das zu zerkleinernde Material, die gewünschte Feinheit oder die von den Mahlwalzen 1, 2 erzeugte Mahlkraft gebildet.
Aus allen Eingabewerten wird mit Hilfe des Modells ein Sollwert für den Gasdruck im Aufgabeschacht ermittelt, der mit dem über den Drucksensor 8 gemessenen statischen Gasdruck verglichen wird, wobei die Mahlwalzendrehzahl verringert wird, wenn der gemessene statische Gasdruck größer als der Sollwert ist und die Mahlwalzendrehzahl erhöht wird, wenn der gemessene statische Gasdruck kleiner als der Sollwert ist.
Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen hat sich ein Sollwert für den Gasdruck in der Größenordnungen von 5 - 200 mbar, vorzugsweise von 20 - 200 mbar, Überdruck als besonders geeignet erwiesen, um einerseits einen möglichst hohen Durchsatz zu erzielen und andererseits die Luftblasenbildung im Aufgabeschacht und damit einhergehende Entmischungen des Mahlguts und schwankende Durchsätze mit daraus folgenden Vibrationen zu vermeiden.
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