книги из ГПНТБ / Лазарев А.В. Технология производства торфа учеб. пособие

слоя ворошилками ВМФ-6А, валкования скреперными валкователями СВ и уборки готовой продукции при влажности 75—80% в штабели машиной ФПУ. Фрезерование может выполняться одно­ временно с валкованием торфа, подготовленного в предыдущем цикле, агрегатами БФ-СВ.

Продолжительность технологического цикла производства при­ нимается равной двум дням.

§ 9. Технологические схемы производства торфяного топлива повышенного качества

В настоящее время осуществляется значительное расширение использования торфа в теплоэнергетике и освоение в связи с этим новых крупных торфяных месторождений в основном верхового типа с резкими колебаниями по глубине залегания степени разло­ жения торфа. Производство фрезерного торфа требуемого качества на таких месторождениях затрудняется, а в ряде случаев исклю­ чается совсем. Поэтому внимание торфяных научно-исследователь­ ских организаций за последние годы сосредоточено на разработке эффективных путей дальнейшего усовершенствования фрезерного способа производства, обеспечивающих повышение качества готовой продукции и более эффективную сушку торфа, особенно на торфяных месторождениях верхового типа.

Для решения поставленной задачи ВНИИТП и его Калининский филиал работали над созданием технологии" получения топлива в виде цилиндров с начальным диаметром 15—25 мм, формуемых из предварительно переработанной торфяной крошки слабой степени разложения, не превышающей 20%. Такая продукция получила условное название г р а н у л и р о в а н н о г о т о р ф а .

Опыты, проведенные широко в полевых и лабораторных усло­ виях, показали, что сушка гранулированного торфа в одно- и полу­ тораслойном расстиле протекает в 1,8—2 раза быстрее фрезерного торфа одинаковой степени разложения. Это обеспечивает соответ­ ственное увеличение сбора торфа с единицы эксплуатационной пло­ щади. Плотность получаемого торфа также увеличена до 2 раз, а переработка значительно снижает его влагоемкость.

Для получения гранулированного торфа были сконструированы и испытаны несколько вариантов машин, которые одновременно выполняли послойное или щелевое фрезерование торфяной залежи, переработку торфяной крошки и формирование ее в гранулы. Однако эти машины обладали крупными конструктивными недостатками и поэтому не нашли промышленного применения. Кроме того, плотность гранулированного торфа, получаемого из сырья низкой степени разложения, не превышала 280—300 кг/м3, что находится на нижнем пределе пригодности торфа для сжигания на крупных электростан­ циях. Гранулированный торф при уборке на 25—40% засорялся мелкой крошкой и это значительно снижало плотность готовой продукции в штабелях.

30

По указанным причинам научные исследования по получению гранулированного торфа на месторождениях верхового типа с низкой степенью разложения были прекращены. Однако выполненные работы показали правильность взятого направления совершенство­ вания фрезерного способа путем введения в технологический процесс переработки и формования торфа в кусочки оптимальных с точки зрения сушки размеров и сушки в так называемом организованном расстиле, состоящем из 1—1,5 ряда гранул.

Работы по получению переработанного фрезерного торфа повышен­ ного качества были возобновлены во ВНИИТП на сырье степенью разложения, превышающей 20%. При этом имеется в виду, что встречающиеся в залежи слои слаборазложившегося торфа будут использоваться для получения подстилки, теплоизоляционных плит или при необходимости разрабатываться на топливо, они должны предварительно специально подготавливаться (обогащаться) с целью улучшения их качества.

В результате разработана технологическая схема производства, которая состоит из следующих операций: послойного фрезерования слоя торфяной залежи с одновременным перетиранием и формованием торфяной крошки в кусочки размером 10—20 мм и расстилом их на площади слоем в 1—1,5 ряда, ворошения слоя полученного торфа, валкования и уборки готовой продукции в штабели для хранения.

Для фрезерования, переработки, формования и расстила торфя­ ных кусочков создан фрезерный барабан ФПБ-0 (рис. 18), работа­ ющий в прицепе к трактору Т-4 мощностью 140 л. с. Ворошение может выполняться серийными ворошилками, применяемыми в про­ изводстве фрезерного торфа по другим схемам. Валкование высушен­

тельность технологического цикла принимается равной двум дням. Формование переработанной крошки машиной ФПБ обеспечивается при влажности фрезеруемого слоя торфяной залежи более 75%.

Получаемый по данной технологии торф отличается от обычного фрезерного торфа пониженной влагоемкостыо и увеличенной плот­ ностью на 30—40% при средней и высокой степени разложения и на 70—80% при степени разложения ниже 30%. Абсолютная величина плотности нового торфа не ниже 330 кг/м3, что делает его вполне пригодным для сжигания на крупных электростанциях.

Опыт показал, что переработка и формование ускоряют сушку фрезерного торфа. Это обеспечивает повышение сбора готовой про­ дукции с единицы эксплуатационной площади в 1,3—1,6 раза. Уменьшенная влагоемкость торфа позволяет высушивать его при менее благоприятных погодных условиях. Такой торф в меньшей степени подвергается намоканию атмосферными осадками. Техно­ логический процесс производства фрезерного торфа с применением переработки и формования частиц проходит промышленную про­ верку.

31

Кафедра разработки торфяных месторождений Калининского политехнического института (автор В. Я. Антонов) разрабатывает технологию производства фрезерного торфа па торфяных месторожде­ ниях верхового типа путем послойного фрезерования специальной фрезой, обеспечивающей переработку фрезеруемого слоя и уплотне­ ние переработанной крошки при прохождении через вальцы с ручь­ ями на поверхности. В процессе сушки в организованном расстиле (в 1—1,5 ряда) кусочки торфа частично разрушаются и готовая продукция получается в виде смеси из сформованных частиц и мелкой крошки. При этом, по данным Калининского политехни­ ческого института, продолжительность сушки сокращается, а сбор увеличивается на 20—30%. Повышение плотности готовой продук­ ции не предусматривается. В настоящее время ведется разработка конструкции машины для фрезерования, уплотнения и расстила торфа, а также уточняются технологические показатели производства по данной схеме.

Калининский филиал ВНИИТП разрабатывает технологию про­ изводства топлива в виде цилиндров начальным диаметром 60 мм из торфяного сырья верхового типа низкой степени разложения.

для сушки. Готовая продукция получается в виде мелких кусков диаметром 35—40 мм. Плотность торфа в свеженасЫпаийых валах достигает 260—280 кг/м3. Как отмечалось выше, такая плотность

В процессе сушки слой мелкокускового торфа подвергался воро­ шению специальной машиной. По достижении кондиционной влаж­ ности (40—45%) производится валкование и уборка в штабели уборочной перевалочной машиной ФПУ. Цикл сушки продол­

технология производства фрезерного торфа на залежи верхового типа, в которой имеются прослойки слаборазложившегося торфа. Техно­ логия включает щелевое фрезерование залежи с экскавацией и рас­ стилом получаемой массы ровным слоем по поверхности поля и раз­ работку этого слоя после подсушки фрезерным способом. После разработки одного слоя производится новое фрезерование и т. д.

Для щелевого фрезерования разработана машина МЩФ: глубина фрезерования до 2 м, ширина щели 250 мм. При щелевом фрезерова­ нии вместе со слаборазложившимся торфом захватывается Торф из нормально разложившихся слоев, происходит обогащение и качество готовой продукции повышается, что улучшает показатели производства и делает топливо пригодным для сжигания на крупных электростанциях.

Глава III

СУШКА ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА

§ 10. Сущность процесса сушки. Факторы, влияющие на сушку торфа

Сушка фрезерного торфа в полевых условиях протекает в резуль­ тате испарения влаги в окружающую среду под влиянием солнечной радиации и тепла воздушных масс. Процесс сушки характеризуется интенсивностью и продолжительностью. В общем виде интенсивность сушки материала представляет собой количество влаги, удаленное с единицы испаряющей поверхности материала за единицу времени,

Интенсивность сушки слоя фрезерного торфа, состоящего из мелких частиц разнообразных форм и размеров, у которого практи­ чески нельзя определить поверхность испарения, измеряется коли­

поверхностный слой торфяных частиц становится суше внутренних, влага из последних начинает перемещаться к поверхности и испа­ ряется. Таким образом, в процессе сушки происходит непрерыв­

ной сушки называется ж е с т к и м , а конвективной — м я г к и м . Интенсивность процесса испарения при конвективной сушке определяется разностью АР между давлением паров воды на испаря­ ющей поверхности материала Рм и парциальным давлением паров

34

Показателем потенциала испарения также служит психрометри­ ческая разность At° С. Чем она выше, тем, в прочих равных условиях, интенсивность испарения больше. С понижением как средней влаж­ ности торфяных частиц или кусков, так и влажности верхних слоев происходит снижение давления паров у испаряющей поверхности. Поэтому интенсивность испарения с изменением влажности материала также изменяется (рис. 20). По характеру этого изменения процесс сушки торфа в практических диапазонах влажности с нижним пределом 35—40% разбивается на два периода: постоянной скорости

процесс сушки торфа вступает в период убывающей скорости, когда интенсивность испарения снижается по мере уменьшения влажности торфа.

При достижении торфом определенной влажности давление паров воды у испаряющей поверхности становится равным парциальному давлению паров влаги в окружающем воздухе и потенциал испарения становится равным нулю. В этих условиях в процессе испарения наступает равновесие, при котором в равном количестве наблюдается переход молекул воды с испаряющей поверхности торфяных частиц в окружающий воздух и, наоборот, из последнего в торфяные частицы или куски, и процесс сушки прекращается.

Таким образом, полевая сушка торфа возможна до определенного

строения торфа, а также температуры и относительной влажности воздуха. С повышением последней значение Wp возрастает. По данным ВНИИТП, при средних значениях относительной влажности

воздуха 60—90% в дневные часы сезона сушки равновесное влагосодержание торфа колеблется от 0,2 до 0,4 кг/кг, или от 17 до 28%.

При сушке верхняя зона слоя фрезерного торфа быстро высыхает и препятствует перемещению влаги из внутренних слоев к испаря­ ющей поверхности. Кроме того, начальная влажность фрезерного торфа относительно низкая. По этим причинам период постоянной скорости сушки у слоя фрезерного' торфа бывает очень коротким; в основном сушка его протекает с убывающей скоростью.

По графику сушки, приведенному на рис. 21, можно определить

ственно в начале и конце рассматриваемого периода, кг/кг сухого вещества торфа;

Рс — содержание сухого вещества в сушимом слое фре­

и зависит от большого числа факторов, объединяемых в три группы: метеорологические, почвенные и технологические.

§ И . Зависимость процесса сушки от метеорологических факторов

Г р у п п у м е т е о р о л о г и ч е с к и х ф а к т о р о в соста­ вляют солнечная радиация и тепло воздушных масс, температура и относительная влажность воздуха, скорость ветра и атмосферные осадки.

Солнечная радиация и воздушные массы являются источниками тепла, под влиянием которых и происходит испарение влаги из торфа. Между напряжением солнечной радиации и интенсивностью испарения влаги из торфа существует прямая связь. Если напряже­ ние солнечной радиации, начиная с утра, постепенно увеличивается, достигает максимума к 13—14 ч, а затем вновь постепенно умень­ шается и с заходом солнца становится равным нулю (рис. 22), то

иинтенсивность испарения (рис. 23) с утра постепенно увеличивается,

впериод с 11 до 14 ч принимает наибольшее значение, а затем умень­ шается и практически прекращается до 6 ч утра.

Впервые 2 ч утром испарение соответствует ночному увлажне­ нию слоя фрезерного торфа от росы. Поэтому абсолютная убыль влаги или сушка фрезерного торфа до августа начинается с 8 ч утра

ипродолжается до 18—19 ч вечера, или по 10—11 ч за сутки. В от­ дельные длинные летние дни она увеличивается до 13—14 ч за день.

Вавгусте в связи с уменьшением продолжительности дня и увеличением намокания торфа в ночное время, продолжительность

сушкд сокращается до 9 чв первой идо 8 ч во второй и третьей дека­ дах. Как правило, производство фрезерного торфа по погодным

36

станции Калининского филиала ВНИИТП:

I _напряжение солнечной радиации; 2 — испарение по испарителю Н. М. Топольницкого, 3 — температура воздуха

условиям заканчивается в третьей декаде августа. В отдельные годы при устойчивой погоде можно высушивать торф и в сентябре, особенно в первой его декаде.

Рис. 23. Изменение интенсивности испарения влаги из слоя фрезерного торфа в течение суток:

1 — июнь; 2 — июль; з — август; 4 — сентябрь

Так как испаряемая из торфа влага поглощается окружающим воздухом, относительная влажность последнего, не являясь перво­ причиной испарения, влияет на интенсивность сушки. Она способ­ ствует усилению или ослаблению испарения. Чем ниже относитель­ ная влажность воздуха, тем больше требуется влаги для полного

37

его влагоиасыщения при данном атмосферном давлении и температуре и тем выше интенсивность испарения.

При рассмотрении влияния на сушку торфа относительной влажности воздуха следует учитывать существование связей между этим показателем погоды, а также напряжением солнечной радиации и температурой воздуха. Чем выше напряжение солнечной радиации, тем выше температура воздуха и психрометрическая разность. Относительная влажность воздуха при этом понижается, а интен­ сивность испарения увеличивается. Поэтому относительная влаж­

Ветер, в зависимости от режима сушки, играет разную роль в процессе испарения. При радиационном режиме и достаточно высоком напряжении солнечной радиации ветер не оказывает поло­ жительного влияния на процесс испарения. В некоторых случаях он способствует охлаждению воздуха над сушимым слоем торфа и тогда происходит некоторое замедление испарения.

При конвективной сушке, отличающейся от радиационной мень­ шей интенсивностью, при отсутствии ветра воздух в результате поглощения паров влаги от торфа быстро приходит в состояние полного влагоиасыщения и процесс испарения прекращается. В этих условиях ветер способствует смене влагонасыщенного воздуха более сухим и теплым и таким путем поддерживает процесс испарения на определенном уровне. Следовательно, при конвективной сушке ветер играет положительную роль. Такое же влияние ветра на сушку наблюдается и при низком напряжении солнечной радиации.

Атмосферные осадки оказывают на процесс сушки фрезерного торфа только отрицательное влияние. В дни с осадками до 2 мм при средних и до 3 мм при хороших погодных условиях интенсив­ ность испарения превышает эту величину осадков и из торфа имеет место некоторая убыль влаги. Таким образом, осадки до 3 мм замед­ ляют процесс сушки. Осадки большей величины полностью прерывают производственный процесс. Поэтому производство фрезерного торфа ориентируется на дни без атмосферных осадков.

§12. Влияние почвенных факторов на процесс сушки

Вгруппу почвенных факторов, оказывающих влияние на процесс полевой сушки фрезерного торфа, входит положение уровня грунто­ вых вод в торфяной залежи, влажность фрезеруемого слоя залежи, тип и степень разложения торфа и наличие мерзлого слоя в разра­ батываемой залежи.

Впроцессе сушки в слой фрезерного торфа можт поступать влага из подстилающего грунта. Данное явление, называемое влагообменом, удлиняет сушку, так как при этом надо удалять не только

38

лишнюю влагу, содержащуюся в торфе, по и ту, которая поступает

внего из подстилающего грунта.

Сучетом влагообмена общая убыль влаги из слоя фрезерного торфа при сушке в бездождевые промежутки времени

Q 1=3( ? И С П ” ” ( ? И Л )

где ()Исп — количество испарившейся влаги;

Qvn — количество влаги, поступившей в сушимый слой из подстилающего грунта.

Поступающая из подстилающего грунта влага может быть в виде паров и в капельно-жидком состоянии.

В дневные часы с повышением температуры упругость водяных паров в слое фрезерного торфа становится выше, чем в подстилающем грунте и пары влаги переходят в подстилающий грунт. В среднем за день удаляется 0,1 мм влаги. Однако ночью слой торфа охлаж­ дается и наблюдается обратное явление. Температура и упругость водяных паров в подстилающем грунте оказываются более высокими, чем в слое фрезерного торфа, и пары влаги переходят в последний. Вследствие ночного охлаждения сушимый слой торфа дополнительно увлажняется росой. В общем, за счет влагообмена с подстилающим грунтом и росы, по данным М. Р. Степанова, полученным по наблю­ дениям на хорошо разложившейся залежи низинного типа, фрезер­ ный торф увлажняется за сутки на 0,3—0,4 мм. Торф верхового типа увлажняется больше.

С повышением влажности вследствие увеличения теплопровод­ ности степень охлаждения торфа увеличивается. Поэтому более влажный торф в ночное время намокает больше, чем менее влажный.

Абсолютное количество влаги, поступающей в слой торфа, в кон­ кретных условиях не зависит от количества в нем сухого вещества. Поэтому с увеличением толщины сушимого слоя степень увлажнения уменьшается. Торф в валках также увлажняется меньше, чем в рас­ стиле, так как поверхность намокания резко сокращается.

Увлажнение слоя торфа парами воды начинается в 19—20 ч и заканчивается около 5—6 ч утра.

Влага в капельно-жидком состоянии может поступать в слой фрезерного торфа из торфяной залежи по капиллярам. Количество этой воды зависит от диаметра капилляров, ботанического состава, степени разложения, пористости и степени осушенности торфяной залежи, определяемой положением уровня грунтовых вод (рис. 24). Ниже приведены данные М. Р. Степанова о поступлении в слой торфа грунтовой воды из хорошо разложившейся неуплотненной залежи низинного типа.

39