CC BY
50
© В.И. Горячев, Б.Ф. Зюзин, И.Н. Казичев, В.С. Зайцев, 2010
УДК 62-662.5
В.И. Горячев, Б.Ф. Зюзин, И.Н. Казичев, В.С. Зайцев
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО ТОПЛИВА ИЗ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Предложена технология производства кускового торфа из фрезерного торфа повышенной влажности. Приведены результаты исследований обосновывающие данную технологию.
Ключевые слова: кусковой торф, торфомасса, фрезерный торф.
Глубокий анализ эффективности сжигания местных и привозных видов топлива для нужд малой теплоэнергетики убедительно свидетельствует о конкурентоспособности кускового торфа по отношению к привозным теплоносителям: каменный уголь, мазут, электрическая энергия [1, 2].
Традиционно кусковой торф как коммунально бытовое топливо получали либо экскаваторным способом, либо фрезерованием залежи. При экскаваторном способе готовая продукция вырабатывается в результате извлечения торфа-сырца на всю глубину залежи с последующими операциями отделения пней, переработки (диспергирования) торфяной массы, погрузки ее в стилочные машины и транспортирования на поле сушки, формования торфяных кусков и стилки их для сушки. После сушки от влажности 86-89% до влажности 35-40% качественное торфяное топливо в виде кусков заданной формы и размеров убирают в складочные единицы. Число законченных циклов в течении сезона ( коэффициент сбора полей сушки) при экскаваторном способе составляет всего 1,5-2,5 цикла. Производство сильно зависит от метеоусловий.
Совершенствование технологии производства кускового торфяного топлива шло по пути фрезерования торфяной залежи сначала поверхностно - послойным способом на глубину 130-150 мм, затем способом щелевого фрезерования. При этом способе экскавация торфа-сырца производиться путем фрезерования узких щелей на глубину до 1,0 м и шириной 0,145 м (винтовая фреза). Влажность экскавируемой массы приходится в пределах 81-84 %. Число циклов уборки кусков за сезон 4-5.
Все известные способы производства кускового торфа имеют свои достоинства и недостатки [3]. К основным недостаткам, кроме сезонности производства, можно отнести высокую влажность формуемой торфомассы (86-89% при экскаваторном способе и 81-84% при способе щелевого фрезерования), малый коэффициент оборота полей сушки, многоста-дийность и энергоемкость процессов подготовки торфомассы к формованию, необходимость в тщательном содержании и ремонте эксплуатационных полей сушки на торфяном массиве.
Влияние отмеченных недостатков на технологию производства кускового торфа, по нашему мнению, в значительной мере можно снизить, если процессы
добычи торфяного сырья разделить с процессами подготовки и формования торфомассы, стилки кусков и других последующих операций. В этом случае в качестве исходного сырья предлагается использовать фрезерный торф повышенной влажности, а стилку сформованных кусков осуществлять на дренированной технологической площадке, подготовленной вне границ торфяного месторождения, т.е. на суходоле. Последнее хорошо согласуется с перспективой развития торфяной отрасли на основе раздельного способа уборки фрезерного торфа с вывозкой и формированием больших штабелей на суходолах
[4].
Имея торфяное сырье на суходоле, производство торфяного топлива может быть организовано по различным схемам, одна из которых, например, следующая. Фрезерный торф повышенной влажности из штабеля грузят в транспортное средство, которым доставляют на технологическую площадку и выгружают в приемный бункер-питатель. Из бункера транспортером фрезторф подается на просеивающую поверхность грохота, где надрешетная часть >10 мм удаляется в отсев, а подрешетный продукт <10 мм самотеком направляется в смеситель. В смесителе осуществляется дозированная подготовка торфомассы перемешиванием до заданной влажности (при необходимости в смеситель добавляется вода). Подготовленная торфомасса периодически выдается из смесителя в бункер стилочной машины и доставляется на поля сушки. В дальнейшем технологические операции не отличаются по своей сути от принятых в известных способах [3].
К основным особенностям рассмотренной технологии можно отнести следующее. Операции добычи торфяного сырья и его переработка разделены. Формование и стилка кусков, их последующая
сушка, уборка и складиро-вание выполняются на суходольной дренированной площадке. Вместо операции диспергирования торфомассы в прессах или фрезами включена операция перемешивания в смесителе, как менее энергоемкий процесс. Кроме того, сравнивая рациональные значения степени переработки (условная удельная поверхность) на прочность формованного торфа и дисперсность залежи торфа всех типов степенью разложения 25-50%, можно отметить их приблизительно близкие значения в пределах 370570 м2/кг [3]. Это служит основанием для отказа от дополнительного диспергирования фрезерного торфа при его переработке в кусковой торф.
Выдвинутые положения переработки фрезторфа в кусок были апробированы нами в лабораторных условиях. В опытах использовался фрезерный торф переходного типа. Влажность торфа находилась в пределах 59-71%, степень разложения составляла 25-35%.
Подготовка торфа к формованию и обработка результатов опытов выполнялась по стандартным методикам. Прочность кусков влажностью =35% определялась на сжатие. Размер кусков после формования: диаметр - 60мм, высота цилиндра - 100 мм.
Исследовалось влияние на прочность фракционного состава смеси исходного фрезерного торфа, продолжительность подготовки (перемешивание) торфомас-сы в смесителе, влажности формуемой торфомассы и ее температуры.
Предварительными экспериментами была установлена графическая зависимость (рисунок) прочности кусков на
сжатие от средневзвешенного диаметра смеси частиц фрезерного торфа (і). Влажность подготовленной торфомассы к формованию составляла около 75%. Из графика наглядно видно, что торфомассу предпочтительно готовить из сырья, у которого средневзвешенный диаметр смеси частиц находится в пределах 3-6 мм. Эти значения хорошо согласуются с гранулометрическим составом фрезерного торфа.
Объяснить зависимость (рисунок) очевидно можно следующим. Кусок, сформованный из мелких или пылевидных фракций, не обладает мощным пространственным каркасом. При нагружении быстро разрушается. Кусок, сформованный из крупных фракций (¿>6,0 мм) не обладает достаточным количеством гумусовых (клеящих) частиц, тем самым имеет меньшую прочность. Таким образом, фрезерный торф может вполне удовлетворять без дополнительного диспергирования получению стандартной (по прочности) продукции в виде кускового топлива.
Существенным фактором на величину экономических показателей производства кускового торфа является влажность формуемой массы на полях сушки. Наши исследования по переработке торфа показали, что применение сырья влажностью 7075% позволяет получить прочный кусок правильной цилиндрической формы. Связь между прочностью куска и влажностью торфомассы в интервале 70-80%
подчиняется описанию эмпирической зависимостью
Осж = (0,00315ю2-0,2 13 ю+7,2) МПа.
Согласно расчетам, прочность на сжатие с увеличением влажности от 70 до 80% увеличивается с 7,7 до 10,4 МПа. Замечено, что при формовании торфомассы влажностью менее 70% и температурой 10-15 оС, частицы торфа становятся малоподвижными, сопротивление проталкиванию в формователе возрастает, а боковая поверхность сформованного куска покрыта трещинами. Очевидно, формование торфа в этом случае производится в области твердопластичной консистенции, разрушенные при деформации структурные связи не восстанавливаются, наблюдается “ерше-ние” и разрушение кусков.
В тоже время известно, что нормальное течение процесса формования возможно лишь тогда, когда материал находится в пластичном состоянии.
Наши попытки формования торфомас-сы влажностью менее 70% с сохранением качества готовой продукции шли по пути придания торфяной массе большей пластичности. Известно [5], что нагрев экска-вированной торфомассы до 80-90 оС положительно влияет на ее пластичность за счет уменьшения предельных напряжений сдвига. Очевидно, подобного эффекта следует ожидать и при нагреве торфомас-сы из фрезерного торфа.
Исследование влияния температуры (Т,оС) формуемой массы из фрезторфа в пределах 30-80 оС при влажности 70-80% на прочность готовой продукции позволило получить обобщенную эмпирическую зависимость
осж = (0,21ю+0,15Т-0,002юТ-8,2), МПа
Из уравнения имеем, при Т=30 оС с ростом влажности от 70-80% прочность растет от 6,8 до 8,3 МПа. При Т=80 оС с изменением влажности в том же интервале прочность изменяется от 7,3 до 7,8 МПа. Таким образом, влияние температу-
ры от 30 до 80 оС положительно сказывается при нагреве торфомассы влажностью 70%. При нагреве в том же интервале температур торфомассы влажностью 80% прочность снижается от 8,3 до 7,8 МПа. Наблюдается неоднозначное влияние на прочность кусков температуры формуемой торфомассы различной исходной влажности. Для торфомассы влажностью 70% нагрев увеличивает прочность кусков, а для торфомассы влажностью 80% имеет обратный эффект.
По нашему мнению, влияние нагрева торфомассы влажностью менее 70% требует более глубокого изучения. Особенно это важно при осуществлении заводской технологии производства кускового топлива из фрезерного торфа в зимнее время.
Сушка сформованных кусков из фрез-торфа до влажности 33-35% осуществлялась в лабораторных радиационноконвективных условиях при температуре воздуха 18-22 оС и относительной влажности 60-70%, без влагообмена с торфя-
1. Миронов В.А., Горячев В.И., Самсонов Л.Н. Местное коммунально-бытовое топливо эффективная альтернатива привозным энергоносителям //Торф и Бизнес.- Пилотный номер, 2005. - с.22-23.
2. Смирнов Г.В. Перспектива развития торфяного машиностроения // Торф и Бизнес. -№3(5), 2006. - с.17-22.
3. Антонов В.Я., Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. - М., Недра, 1983. - 287с.
ной влажностью. Установлено, что с повышением исходной влажности торфо-массы от 70 до 80% продолжительность сушки увеличивается от 8 до 11 суток.
В заключение можно отметить, кроме рассмотренных ранее, другие достоинства технологии раздельного производства кускового топлива из фрезерного торфа повышенной влажности. Это увеличение количества циклов уборки кускового торфа за сезон до 10-12; исходное сырье может быть добыто на той же эксплуатационной площади при метеорологических условиях неблагоприятных для получения основной продукции (фрезерного торфа влажностью до 50%); расширение сырьевой базы за счет шихтования исходного торфа с различными физико-химическими свойствами и другими горючими компонентами. Создается перспектива организации круглогодовой (заводской) переработки фрезерного торфа в кусковое топливо.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Афанасьев А.Е., Пухова О.В. Влияние степени переработки и влаги на прочность формованного торфа // Развитие механики торфа и научных основ создания машин и обо-удования торфяного производства / Матер. на-учн.-техн. конф. Тверь: ТГТУ, 2001. - с.58-62.
5. Афанасьев А.Е. Структурообразова-ние коллоидных и капиллярно-пористых тел при сушке: Монография / А.Е Афанасьев. Тверь: ТГТУ, 2003. - 190 с. шгЛ
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------
Горячев В.И.- доктор технических наук, профессор,
Зюзин Б.Ф.- доктор технических наук, профессор,
Зайцев В.С.- кандидат технических наук, доцент,
Казичев И.Н. - ст. преподаватель,
Тверской государственный технологический университет, [email protected]
