Угольный дробилка — это углеперерабатывающий завод, который дробит уголь на различные полезные фракции. Угольные дробилки также удаляют примеси из угля (обычно сланца ) и складывают их в отвалы . Угольный дробилка является предшественником современной углеобогатительной фабрики . [1]
Осыпи для угля обычно использовались на битуминозных угольных шахтах, где удаление примесей было важно, а сортировка по размеру была лишь второстепенной, незначительной проблемой. [2] [3] На антрацитовых шахтах всегда использовались угольные молоты (с опрокидывателем или без него) . [3] В то время как типплы использовались во всем мире, угольные дробилки использовались в основном в Соединенных Штатах , в штате Пенсильвания (где между 1800 и серединой 20-го века находились многие из известных в мире запасов антрацита). [4] [5] [6] По крайней мере один источник утверждает, что в 1873 году угольные установки были обнаружены только на антрацитовых рудниках в Пенсильвании. [7]
Первая функция дробилки угля — разбивать уголь на куски и сортировать эти куски по категориям почти одинакового размера. Этот процесс известен как дробление. [1] [2] Вторая функция дробилки угля — удаление примесей (таких как сланец или горная порода), а затем сортировка угля по проценту оставшихся примесей. [2] Сортировка по размеру особенно важна для антрацитового угля. Для эффективного горения воздух должен равномерно обтекать антрацит. Впоследствии большая часть антрацитового угля продается в одинаковых размерах. В 1910-х годах существовало шесть коммерческих размеров угля (самый маленький размер имел три подгруппы): [2] [3] [4] [8]
Кусочки угля размером менее 3 ⁄ 32 дюйма (2,4 мм) считались «штыбами» и не могли быть отделены от примесей (и, следовательно, бесполезны). [2] Содержание примесей в угле варьировалось от 5 процентов для энергетического или щебня до 15 процентов для угля размером с горошину и его разновидностей. [2]
Угольные дробилки располагались как можно ближе к входу в антрацитовую шахту, чтобы свести к минимуму расстояние, которое уголь должен был преодолеть перед переработкой. [2] [4] Перед входом в прерыватель уголь дробился и сортировался в угольных отвалах [2] [8] и, при необходимости и при наличии воды, промывался . [2] [8] Весь уголь сортировался в отвале по мере его выхода из шахты, чтобы куски размером с пар или меньшие куски могли немедленно попасть в моечную машину и/или дробилку угля. [2] [8] Куски угля, которые были слишком большими, затем измельчались (иногда несколько раз) в опрокидывателе до тех пор, пока они не проходили через сито (например, не имели приемлемого размера пара или меньше).
Необработанный уголь часто содержит примеси, такие как сланец, сера , зола (или «кость»), глина или почва, что требует его очистки перед отправкой на рынок. [2] [8] Шахтеры брали образцы угля, когда он выходил из шахты, чтобы определить, рекомендуется ли уровень примесей промывать (если промывка была доступна). [2] [8] Сланец, сера и зола имеют более высокую относительную плотность , чем уголь, и тонут в взволнованной воде. [2] [8] Однако пропускание угля через осадку было важным процессом предварительной обработки перед промывкой угля, поскольку для того, чтобы промывка угля работала, загрязненный уголь должен иметь куски одинакового размера. [2] [3] Если проводилась промывка угля, уголь может попасть в дробилку «мокрым». Это означало, что наклон различных лент и конвейеров необходимо было уменьшить, чтобы уголь не скользил по лентам и не перемещался слишком быстро по желобам. [2] [8] Там, где использовалась промывка угля, дробилка была расширена для одновременной обработки как «сухого», так и «мокрого» угля. [2] [8]
До 1830 года битуминозный и антрацитовый уголь мало перерабатывался. Отдельный шахтер использовал кувалду, чтобы разбить большие куски угля, а затем использовал грабли с зубьями, расположенными на расстоянии двух дюймов друг от друга, чтобы собрать более крупные куски угля для транспортировки на поверхность. [9] Меньшие куски угля считались нетоварными и оставляли в шахте. [9] Примерно с 1830 года началась поверхностная обработка угля. Куски угля клали на пластины из перфорированного чугуна, и люди, известные как «дробилки», долбили уголь до тех пор, пока он не превратился в куски, достаточно маленькие, чтобы они могли проваливаться через отверстия. [9] Уголь падал на второе сито, где его встряхивали (вручную, с помощью животных, пара или воды) и сортировали более мелкие комки. [9] Этот «ломаный и просеянный» уголь стоил гораздо больше, чем кусковый уголь. [9]
Хотя битуминозный уголь широко использовался в качестве топлива с древних времен, антрацитовый уголь не получил широкого распространения до 1820-х годов. [10] Вскоре после начала 19-го века эксперименты в Соединенных Штатах показали, что если бы куски антрацитового угля были более однородными по размеру и воздух циркулировал бы более равномерно вокруг топлива, антрацит горел бы горячее, чище и в течение более длительного периода. времени, чем битуминозный уголь. [11] Джесси Фелл был первым, кто успешно сжег антрацитовый уголь на открытой решетке. Его метод и «открытие» в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания, в 1808 году привели к широкому использованию угля в качестве источника топлива, что помогло ускорить промышленную революцию в Америке. [12] Антрацитовый уголь начал широко использоваться в Уэльсе в 1813 году и во Франции к 1814 году, а также на востоке Соединенных Штатов к 1828 году. [11] [13] Вскоре были предприняты усилия по поиску способов обработки антрацитового угля для достижения желаемой однородности. .
Современная дробилка угля появилась в 1844 году. [4] Джозеф Баттин, руководитель завода по производству угольного газа в Филадельфии , штат Пенсильвания , изобрел первую дробилку угля — два чугунных ролика (один с зубцами, другой с отверстиями для приема зубья), через которые дробился уголь перед его скатыванием по желобу, а затем через наклонное цилиндрическое сито. [9] Экран имел сетку, которая была хорошей спереди и становилась все меньше к концу. [4] Более крупные куски угля, попадая внутрь цилиндра при его вращении, распадались и в конечном итоге проходили через сито. [4] [9] Примеси, которые были более тяжелыми, имели тенденцию выходить из прерывателя в конце экрана. [4] Отсортированный уголь затем собирался в бункеры под ситом и транспортировался на рынок. [9] Житель Пенсильвании, Гидеон Баст, лицензировал технологию у Баттина и построил первый коммерческий дробилку для угля в округе Шуйлкилл, штат Пенсильвания , 28 февраля 1844 года. [4] [9] Ряд машин по переработке угля, таких как валки, дробилки, шайбы и сита — были разработаны в Европе и позже использовались в США. [1] К 1866 году дробилка угля в Соединенных Штатах приняла наиболее известную сегодня форму: с несколькими этажами, многочисленными процессами сортировки и механическими сортировочными устройствами. [14] Первые встряхивающие грохоты с паровым приводом были использованы в США в 1890 году, а первые паровые моечные машины для угля установлены в 1892 году. [1]
Примерно до 1900 года почти все дробилки антрацитового угля были трудоемкими. Удаление загрязнений производилось вручную, обычно мальчиками в возрасте от 8 до 12 лет, известными как мальчики-разрушители . [15] [16] [17] [18] Использование мальчиков-отбойников началось в США примерно в 1866 году. [3] [19] Мальчики-отбойники сидели на деревянных сиденьях, над желобами и конвейерными лентами, собирая сланец и другие материалы. примеси из угля. [15] [16] [17] [19] [20] [21] Разбойники работали по 10 часов в день шесть дней в неделю. [22] Работа была опасной. Мальчиков-отбойщиков заставляли работать без перчаток, чтобы они могли лучше справляться с скользким углем. [16] [17] [20] Однако грифель был острым, и мальчики уходили с работы с порезанными и кровоточащими пальцами. [16] [17] [20] Многие мальчики-перебойщики потеряли пальцы из-за быстро движущихся конвейерных лент, в то время как другим, передвигающимся по заводу, ампутировали ступни, руки, руки и ноги, когда они перемещались среди машин, и они случайно поскользнулись под ними. ремни или в шестерни. [9] [15] [16] [21] Многие погибли, попав в механизмы машин, их тела извлекли только в конце рабочего дня. [9] [15] [16] [21] Другие были пойманы потоком угля и раздавлены насмерть или задушены. [9] [15] [16] [21] «Сухой» уголь поднял так много пыли, что мальчики-разбойники иногда носили на голове лампы, чтобы видеть, и астма и болезнь легких были обычным явлением. [9] [15] [16] [19] [20]
Общественное возмущение против использования мальчиков-дробилок было настолько широко распространено, что в 1885 году в Пенсильвании был принят закон, запрещающий нанимать на работу в угольно-дробилку лиц младше 12 лет. [19] [20] Но закон плохо соблюдался, и многие работодатели и семьи подделывали свидетельства о рождении или другие документы, чтобы дети могли работать. [19] [20] Оценки количества мальчиков-разбойников, работающих на угольных месторождениях антрацита в Пенсильвании, сильно различаются, и историки считают, что официальная статистика значительно занижает эти цифры. [19] По оценкам, в штате в 1880 году работали 20 000 мальчиков-разбойников, [19] 18 000 работали в 1900 году, [18] 13 133 работали в 1902 году, [19] и 24 000 работали в 1907 году. [23] Технологические инновации в 1890-х и 1900-х годах. такие как механические и водоотделители, предназначенные для удаления примесей из угля, значительно снизили потребность в дробилках, [23] [24], но внедрение новой технологии шло медленно. [19] К 1910-м годам использование мальчиков-разбойников окончательно сократилось из-за усовершенствований в технологиях, ужесточения законов о детском труде и законов об обязательном школьном образовании. [16] [25] Практика использования детей в угледробилках в значительной степени прекратилась к 1920 году благодаря усилиям Национального комитета по детскому труду , социолога и фотографа Льюиса Хайна и Национальной лиги потребителей , которые информировали общественность об этой практике и добились успеха. при принятии законов о детском труде . [15] [25] [26]
Регулирование угледобывающих предприятий в Соединенных Штатах происходило медленно. В Соединенном Королевстве в середине 19 века правительство приняло закон, требующий строить угольные дробилки вдали от входов в шахты. [27] Но в США ни федеральное правительство, ни штаты не приняли регулирование работы угледробилок до тех пор, пока не погибло много людей. Две катастрофы побудили принять соответствующий закон. Первый произошел 6 сентября 1869 года, когда небольшой взрыв на шахте Эйвондейл в Плимуте, штат Пенсильвания , вызвал пламя в шахте. [27] Деревянный молот, построенный над отверстием шахты, загорелся и рухнул, в результате чего в шахте внизу погибли 110 рабочих. [27] [28] [29] [30] [31] Никаких законодательных или нормативных мер в то время предпринято не было. Но в 1871 году пожар уничтожил деревянный молот, построенный над выработкой шахты в Вест-Питтстоне, штат Пенсильвания , в результате чего 24 горняка оказались в ловушке и погибли. [31] [32] Несмотря на отход от деревянной конструкции угольных дробилок и противодействие со стороны угольной промышленности, штат Пенсильвания принял в 1885 году закон, требующий, чтобы угольные дробилки располагались на расстоянии не менее 200 футов от открытия любой шахты. [4] [31]
Ряд изобретений конца 19 — начала 20 веков привели к использованию в угледробилках механических устройств для отделения примесей от угля. [19]
Для сухого угля использовались грохоты и сортировщики. Вот некоторые примеры начала 20 века:
Для транспортировки влажного угля использовались угольные отсадочные машины. Угольные отсадочные машины отделяют уголь от примесей под действием силы тяжести. Поскольку относительная плотность кусков угля, сланца, золы, грязи и серы одинакового размера различается, куски каждого элемента будут опускаться через воду с разной скоростью, что позволяет их разделить. [3] Некоторые примеры угольных отсадочных машин начала 20-го века включают:
С 1936 по 1964 год количество угля, перерабатываемого в мокрых отсадочных машинах в США, выросло с 27 миллионов тонн в год до 146 миллионов тонн в год. [1]
Технологии разделения, сортировки и приспособления продолжали развиваться и в 20 веке. Первый пневматический сортировщик мелкого угля (горошины и меньше) был установлен в США в 1916 году. [1] Основные инновации в пневматической очистке угля были сделаны в 1924, 1932 и 1941 годах. [1] В 1935 году появился первый был представлен сепаратор плотных сред. [1] В этих мокрых сепараторах очень плотная среда (например, магнетит ) вводится в перемешиваемую смесь угля и воды. [34] Плотная среда падает на дно резервуара, а вода и более легкий материал (например, уголь) направляются сверху для сбора и сушки. [34] Первый завод по переработке угля, широко использующий разделение плотной среды, был создан компанией Dutch State Mines в 1945 году, а к 1950 году эта технология широко использовалась в США [1]
Методы сушки угля с использованием сушилок с принудительной подачей воздуха, тепла и центрифуг были приняты американскими угольными компаниями на протяжении всего 20 века. [35] Поскольку многие угольные дробилки обрабатывали более тяжелые грузы угля, деревянные здания были заброшены в пользу конструкций, сделанных полностью из стали или железобетона . [1] В середине 20-го века «столы Дистера» — шлюзы размером с вибрирующий стол — получили широкое распространение в американской угольной промышленности, позволяя перерабатывать и улавливать даже более мелкие сорта угля. [35] Также использовались другие устройства обработки, такие как отстойные машины для пенной флотации и дисковые фильтры [36] . [35]
Однако изменение спроса на уголь после Второй мировой войны привело к закрытию и консолидации многих углеобогатительных заводов. [35] Типплы, углеобогатительные фабрики и угледробилки часто объединялись в один крупный завод для достижения эффекта масштаба. [35] Автоматизация привела к очень значительному сокращению количества людей, необходимых для управления заводами, при этом меньшие модульные объекты иногда требуют только одного оператора. [1] Эти обогатительные фабрики часто принимали уголь с нескольких шахт, и многие из них были построены вдали от действующих шахт. [35] К 1970-м годам многие угледобывающие предприятия по всему миру были закрыты в пользу новых, более крупных углеобогатительных предприятий. [1]
В идеале угольные дробилки располагались так, чтобы верхняя часть дробильной установки была равна устью шахты или немного ниже ее, чтобы уголь перемещался к дробильной установке под действием силы тяжести. [3] [4] Там, где это было невозможно, уголь поднимали наверх углеобогатительной фабрики. [3] [4] Рядом будут расположены котел и котельная , обеспечивающие питание подъемника, движущихся сит, приспособлений и дробилок (хотя в более современные времена это обеспечивается за счет электричества), [8] вместе с машинным отделением ( для размещения двигателя подъемника), насосов и насосной станции (для снабжения водой углемоечных машин) и копра (для подъемника). [3] [4] Типичная углеобогатительная фабрика часто имела высоту восьми или девяти этажей, [2] иногда поднимаясь на 150 футов и более. [3] [4]
На типичной угледробильной фабрике начала 20-го века уголь поступал на верхний этаж и соскальзывал вниз по слегка наклоненному «сборочному столу», где мальчики-дробилки удаляли очевидные примеси, такие как камни и большие куски сланца, и бросали их. по желобам в штабель. [2] [3] [8] Дровоколы также удаляли явно чистые куски угля и отправляли их в отдельный желоб «чистого угля» для дробления. [2] [3] [8] Комки, смешанные с примесями, отправлялись в третий желоб для дробления и дальнейшей очистки. [2] [3] [8]
На втором уровне типичной дробилки уголь грубо сортируется. Топливо будет перемещаться по сортировочным решеткам, при этом уголь разных размеров будет спускаться по разным желобам. [2] [3] [4] [8] Каждый тип грубо отсортированного угля затем проходил через «сито для сбора сланца» (иногда называемое «грязевым ситом»), при этом круглый уголь падал через сито и плоскую поверхность. шифер проходит через экран и падает по желобу в кучу отстойников. [2] [3] [4] [8] Уголь, проходящий через сито-отборщик, затем сортируется на дополнительных ситах. Некоторые из этих вторых сит состояли из плоского железа с отверстиями большего размера сзади (куда входил уголь) и отверстиями меньшего размера спереди. Эти плоские сита иногда встряхивали вперед и назад (отсюда и название «трясущие сита»), что не только удаляло из угля грязь и серу, но и разбивало более крупные куски угля на более мелкие и сортировало его для дальнейшей очистки и переработки. [2] [3] [4] [8] Другие сита были цилиндрическими, совершали 10 оборотов в минуту и выполняли ту же функцию, что и виброгрохот. [2] [3] [4] [8] Плоские и цилиндрические сита могут быть с одинарной рубашкой (одинарное сито) или с двойной рубашкой (два сита, первое или внутреннее сито имеет большие отверстия, а второе сито - меньшие). . [2] [3] [4] [8]
Третий уровень сверху был уровнем сокрушения. На этом этапе большая часть угля все еще представляла собой кусковый уголь, и его нужно было измельчать, чтобы получить более мелкий и более товарный продукт. Здесь ряд взаимосвязанных зубчатых дробилок или валков дробил кусковый уголь на все более мелкие фракции. [3] [4] [8]
На четвёртом уровне ниже уголь подвергался дальнейшей очистке от примесей. [4] Первоначально это делалось в основном вручную, но после 1910 года ручной сбор постепенно был вытеснен улучшенными ситами и приспособлениями. [3] Хотя мальчики-разбойники работали на всех уровнях дробилки угля, большая часть удаления примесей вручную происходила на этом уровне. [4] (Некоторые сборы угля действительно происходили на уровне земли дробилки, где мальчики находили хорошие куски угля в штыбе и возвращали их в «чистый» угольный поток.) [4] Некоторое количество угля могло попасть на этот уровень. непосредственно со второго уровня, если он достаточно мал, поскольку на этом уровне грохоты и приспособления были способны обрабатывать только уголь яичного сорта и меньше. [2] На этом участке угольного дробилки работало большинство сухих грохотов и мокрых отсадочных машин. [2] На этом уровне использование конвейерных лент (с лопастями или ковшами или без них) было обязательно для перемещения более мелких сортов угля, при этом большинство лент двигались со скоростью около 33 футов в минуту для горохового угля и 50 футов в минуту. для более высоких классов. [2] В одном дробилке угля может существовать несколько уровней сортировки и комплектации, в зависимости от количества угля, подлежащего переработке.
Уголь и штыб были получены на уровне земли. Сухой штыб вывозился из угольного дробилки ленточным конвейером или железнодорожным вагоном и сбрасывался рядом. [3] [4] Очень мелкую сухую солому иногда отделяли от более тяжелой соломы с помощью принудительного воздуха и продували через трубы в отдельную кучу. [3] Влажный штыб удерживался в отстойниках или за плотиной водохранилища для угольной суспензии , чтобы частицы могли оседать из воды. [3] [8] «Чистый» уголь, выходящий из угольного дробилки, уже рассортированный по соответствующим размерам, собирался в основном железнодорожными вагонами, а затем доставлялся на рынок. [4]
СМИ, связанные с угольными дробилками, на Викискладе?