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

Данные показывают, что с повышением уровня грунтовых вод интен­ сивность подпитывания сушимого слоя увеличивается. При уровне грунтовых вод до 20 см даже в хороших погодных условиях коли­ чество поступающей влаги превышает норму испарения и сушка торфа практически прекращается. В средних погодных условиях такое положение создается при уровне грунтовых вод до 30 см.

Подпитывание сушимого торфа капельно-жидкой влагой из неуплотненной торфяной залежи отсутствует в том случае, если грунтовые воды стоят ниже поверхности на 0,5 м. Однако эту вели­ чину нельзя принимать за норму осушения, так как в процессе

и грунтовая вода в ней также поднимается на 0,1—0,2 м выше, чем в залежи низинного типа.

Атмосферные осадки с поверхности карт частично попадают в картовые канавы, а частично поглощаются торфяной залежью, временно поднимая уровень грунтовых вод. Ориентировочно можно считать, что столбик воды в 10 мм размещается в слое торфяной залежи толщиной 5 см. Возможность недопустимого для сушки торфа подъема грунтовых вод от дождей исключается созданием в торфяной залежи дополнительной емкости путем соответствующего понижения уровня стояния грунтовых вод.

Таким образом, наилучшие условия сушки фрезерного торфа, когда на протяжении всего сезона исключается питание расстила фрезерной крошки по капиллярам, создаются при расположении уровня грунтовых вод ниже поверхности торфяной залежи низинного типа на 0,8—0,9 м и верхового типа на 1 м.

Нормальный горизонт грунтовых вод устанавливается примерно после двух лет эксплуатации площадей. В первые два года от стоит выше нормы, что и учитывается при проектировании технологических показателей производства.

Весной наблюдается самый высокий уровень грунтовых вод, затем он опускается и в первой декаде июня принимает нормальное положение. Производство торфа весной может начинаться, когда

40

грунтовые воды опускаются не менее чем на 0,3—0,4 м. В течение сезона грунтовые воды при выпадении атмосферных осадков под­ нимаются на сравнительно короткие отрезки времени.

Придонные слои торфяной залежи срабатываются в последний год эксплуатации поля при уровне грунтовых вод 0,3—0,5 м с тем, чтобы чрезмерно не заглублять осушительную сеть в минеральный грунт и избегать больших затрат на содержание полей, которые

воставшееся короткое время разработки могут не окупиться. Уровень грунтовых вод в торфяной залежи не только регулирует

капиллярное подпитывание фрезерного торфа в расстиле, но и оказы­ вает влияние на начальное влагосодержание фрезеруемого слоя залежи и подстила, являющееся одним из существенных факторов, определяющих показатели производства торфа фрезерным способом. Повышение начальной влажности способствует снижению темпера­ туры подстила, что, в свою очередь, приводит к некоторому охлажде­ нию слоя фрезерного торфа и снижению интенсивности испарения.

При повышенной начальной влажности фрезерного слоя тре­ буется больше испарять влаги и время сушки фрезерного торфа увели­ чивается. В таких случаях для обеспечения досушки торфа до требуе­ мого состояния к установленному сроку прибегают к уменьшению глубины фрезерования и циклового сбора. С понижением начальной влажности глубина фрезерования и цикловой сбор повышаются.

На более влажном подстиле увеличиваются потери фрезерной крошки от приминания гусеницами трактора и колесами ворошилок, подфрезеровывание сырой крошки рабочими органами ворошилок и валкователей, нарушается рельеф поверхности поля, на которой образуются местные понижения или выбоины. Это затрудняет фрезе­ рование на заданную глубину по всей площади карты. Сушка слоя с неравномерной по площади карты глубиной замедляется.

Начальная влажность фрезеруемого слоя залежи оказывает существенное влияние и на число технологических циклов за сезон. Чем суше залежь, тем меньше затрачивается времени на просушку площади после дождей й тем быстрее она входит в эксплуатацию.

Уровень грунтовых вод и начальное влагосодержание фрезе­ руемого слоя залежи поддаются регулированию в довольно широком диапазоне. Это достигается изменением расстояния между картовыми канавами и их глубины, а также надлежащим содержанием осушитель­ ной сети в процессе эксплуатации, без которого вообще нельзя полу­ чать фрезерный торф.

Сушка фрезерного торфа верхового типа, состоящего из более крупных частиц и обладающего повышенной пористостью по сравне­ нию с торфом низинного типа, протекает несколько интенсивнее. Однако такой торф обладает и увеличенной влагоемкостью. Поэтому указанное преимущество торфа верхового типа заметно только в периоды устойчивой погоды. В неустойчивую погоду, когда сравни­ тельно часто выпадают дожди, и при невысоком напряжении солнеч­ ной радиации, вследствие увеличенного намокания путем влагообмена и от дождей на полях с залежью верхового типа, по сравнению

41

с низинным, удается высушивать торфа несколько меньше. В на­ стоящее время условно считается, что сушка торфа верхового и низинного типов равной степени разложения протекает с одинаковой интенсивностью. Но так как торф верхового типа обладает увели­ ченным начальным влагосодержанием, то продолжительность его сушки выше, что отрицательно отражается на сборе торфа.

Что касается степени разложения, то ее влияние на процесс сушки сказывается только при верховом типе залежи. С понижением степени разложения слой такого торфа становится более рыхлым

и сушка его протекает в целом быстрее. Однако начальная влажность н влагоемкость при пониженной степени разложения, как правило, выше, в результате высушивать торф до установленной влажности удается только в периоды устойчивой погоды и за более длительное время. Существенной разницы в интенсивности сушки торфа низин­ ного типа при степени разложения 15% и более не замечается.

Отрицательное влияние низкой степени разложения на процесс сушки и производство фрезерного торфа в целом, как отмечалось выше, можно уменьшить осуществлением дополнительной перера­ ботки торфяной залежи как при подготовке торфяного месторождения

кэксплуатации, так и во время циклового фрезерования, а также формованием фрезерной крошки в куски оптимальных размеров.

Мерзлый слой торфяной залежи, который остается после зимы к началу сезона, обладая низкой температурой, охлаждает как оттаявший уже подстил, так и расположенный на нем фрезерный торф в расстиле. Вследствие этого интенсивность испарения из слоя торфа падает, особенно при расположении мерзлого слоя залежи на глубине до 30 см. Поэтому сезон производства фрезерного торфа может начинаться при условии оттаивания торфяной залежи на минимальную глубину 30 см.

§ 13. Влияние технологических факторов на процесс сушки

Группу технологических факторов сушки составляют толщина, структура строения и пористость сушимого слоя фрезерного торфа, размер отдельных частиц и фракционный состав фрезерной крошки, степень переработки торфяной залежи при фрезеровании, число ворошений и время их выполнения, а также величина конечной влажности готового торфа.

Если метеорологические факторы являются независимыми от человека, то все технологические факторы при соответствующей технике и организации производства можно регулировать и этим обеспечивать наиболее полное использование погодных возмож­ ностей. В этом состоит основное отличие технологических факторов от остальных.

Слой фрезерного торфа по толщине, строению и фракционному составу должен быть таким, при котором в сложившихся метеороло­ гических условиях достигается наибольшая интенсивность испарения и обеспечивается наиболее полное использование тепла солнечных

42

лучей и воздушных масс; он должен полностью закрывать подсти­ лающую поверхность, с тем чтобы не допускать нерационального расхода тепла на прогревание подстила.

Перечисленные требования могут быть выполнены, если слой фрезерного торфа будет состоять из одинаковых по величине и форме частиц оптимального размера и при расположении этих частиц в один-два ряда. В таком слое все частицы будут в одинаковой сте­ пени находиться под воздействием солнечных лучей и воздушных масс, что обеспечит максимальную интенсивность испарения и одновременное их высыхание к установленному сроку.

При одинаковой загрузке поля, исчисленной по сухому веществу, и при всех прочих равных условиях оптимальный размер частиц, при котором слой фрезерного торфа высыхает с наиболее высокой интенсивностью, находится в диапазоне 10—25 мм. Такой слой обладает достаточно высокой пористостью, увеличивающей обмен воздуха между частицами и уменьшающей контакт слоя с подсти­ лающим грунтом.

Слой фрезерного торфа из более крупных частиц сохнет медлен­ нее. Хотя он и обладает большей пористостью, но образуемая на поверхности во всех случаях в первый период сушки сухая корка создает у крупных частиц, по сравнению с мелкими, больше пре­ пятствий к продвижению влаги из внутренних слоев к испаряющей поверхности и сушка замедляется.

Суммарная поверхность испарения слоя с уменьшением размера частиц увеличивается. Но это явление связано с уменьшением по­ ристости слоя и увеличением его плотности, что, в свою очередь, уменьшает обмен воздуха между частицами и увеличивает контакт с подстилающим грунтом. В этих условиях сухая корка, образуемая на поверхности слоя в первые часы сушки, создает больше пре­ пятствий для перемещения влаги к испаряющей поверхности, чем в слое из более крупных частиц. В результате слой из частиц ме­ нее 10 мм, по сравнению со слоем из частиц оптимального размера, сохнет с меньшей интенсивностью.

Фрезерный торф оптимального фракционного состава создается машинами, которые одновременно производят фрезерование торфя­ ной залежи, переработку* и формирование фрезерной крошки на частицы установленных размеров.

С применением современных фрезерных барабанов получают разнообразный по фракционному составу фрезерный торф, в котором наряду с частицами оптимального размера содержится довольно большое количество мелкой крошки. Интенсивность испарения из такого слоя снижается. Сушка фрезерного торфа, разнородного по фракционному составу, протекает неравномерно. В то время как крупные частицы еще требуют сушки, мелкие достигли необходимого состояния, закрывают сырые частицы от прямого воздействия сол­ нечных лучей и задерживают из них испарение влаги.

На процесс сушки слоя фрезерного торфа из частиц разнообраз­ ных размеров существенное влияние оказывают начальная толщина

43

слоя, число ворошений и время проведения всех технологических

операций цикла.

Исследованиями, выполненными ВНИИТП в лабораторных усло­ виях, установлено, что интенсивность сушки фрезерного торфа на влагоизолированном подстиле при постоянном режиме облучения

уменьшается с повышением толщины слоя.

Однако при снижении толщины слоя уменьшаются сбор торфа и производительность технологического оборудования в тоннах

ивырастает стоимость выполнения операций. Для повышения про­ изводительности машин требуется увеличивать ширину их захвата

иэтим усложнять конструкцию и снижать надежность работы. Поэтому стремление к снижению глубины сушимого слоя торфа должно всегда сочетаться с требованием выполнения работ без уве­

личения их стоимости и трудоемкости.

При работе по выбранной технологической схеме производства с установленной продолжительностью цикла толщина слоя должна быть такой, чтобы фрезерный торф мог высохнуть до необходимого предела влажности к установленному сроку. При меньшей толщине слой высыхает раньше срока и лежит в ожидании уборки, а тепло солнечных лучей при этом расходуется нерационально; при завыше­ нии толщины слоя сушка затягивается, что влечет за собой увеличе­ ние продолжительности цикла и вызывает простои технологического

оборудования.

Когда слой фрезерного торфа разнороден по фракционному составу и состоит из нескольких рядов частиц, то верхняя его часть уже за несколько первых часов высыхает и образует тонкую сухую корку, которая замедляет процесс испарения из всего слоя, а в опре­ деленных условиях прекращает его совсем. В таких случаях испаре­ ние восстанавливается при ворошении слоя, при котором нижние сырые частицы поднимаются на поверхность, а сухие перемещаются вниз. При ворошении нарушается контакт слоя торфа с подстилом, что также способствует ускорению сушки.

Эффект ворошения увеличивается с ухудшением погодных усло­ вий и повышением числа ворошений. Установлено, что увеличение

удельной поверхности слоя торфа путем рифления, когда поверх­ ность расстила приобретает вид рифов, основания которых примы­ кают друг к другу. Рифленая поверхность создается ворошилками. Если в результате рифления между рифами обнажается подстил, то часть тепла будет расходоваться на нагревание последнего, и ин­ тенсивность испарения из слоя торфа понизится. Разрыв между основанием рифов мояют наблюдаться при незначительной толщине слоя и тогда выгоднее сушить торф в расстиле с гладкой поверх­

ностью.

На величину продолжительности сушки оказывает влияние конечная влажность готового торфа. С уменьшением конечной

44

влажности увеличивается общее количество влаги, подлежащей испарению и уменьшается средняя интенсивность испарения за цикл, так как сушка слоя фрезерного торфа протекает с убывающей скоростью. В результате продолжительность сушки увеличивается. Поэтому в производственных условиях при необходимости досуши­ вать торф до более низкого предела влажности (менее 40%) прибегают к снижению толщины слоя или к увеличению продолжительности цикла. Но оба способа приводят к снижению сбора торфа за сезон с единицы производственной площади. При выборе способа сушки торфа до низких пределов влажности следует учитывать, что увели­ чение продолжительности цикла снижает сезонное число циклов в степени более единицы и поэтому по сравнению со снижением глубины фрезерования является менее рациональным.

§ 14. Расчет продолжительности сушки фрезерного торфа

в многослойном расстиле

Влияние на сушку торфа всего многообразия погодных, почвенных и технологических факторов широко изучалось лабораторией сушки ВНИИТП (И. Д. Соколов) в лабораторных и полевых усло­ виях. Эти исследования позволили выявить влияние на процесс испарения каждого фактора в отдельности и завершились в конце пятидесятых годов разработкой метода расчета продолжительности сушки, по которому

М— величина, характеризующая зависимость сушки от началь­ ного и конечного влагосодержания и толщины слоя фре­

зерного торфа.

В этом методе погодные условия характеризуются напряжением солнечной радиации, психрометрической разностью и скоростью

движения воздуха.

Впоследствии метод расчета продолжительности сушки фрезер­ ного торфа в многослойном расстиле был уточнен лабораторией технологии добычи и сушки торфа Калининского филиала ВНИИТП

где рс — удельное количество абсолютно сухого вещества фре­ зерного торфа в расстиле (удельная загрузка поля),

кгс/м2; ги — интенсивность испарения с водонасыщенной поверх­

ности песка, мм/день;

45

Yh.c — плотность фрезерной крошки в расстиле по абсолютно сухому веществу, кг/м3;

с^ср — среднедействующий начальный диаметр частиц фрезер­ ного торфа, м;

М — величина, зависящая от начального и конечного влагосодершания фрезерного торфа, количества ворошений и сроков их проведения и от степени увлажнения слоя фрезерного торфа в процессе каждого ворошения;

Кн — коэффициент удлинения сушки вследствие неравномер­ ной толщины расстила фрезерной крошки по поверхности поля.

Интенсивность испарения с влагонасыщенной поверхности песка представляет собой комплексный показатель погодных условий и измеряется по почвенному компенсационному испарителю системы Н. М. Тополышцкого (рис. 25), который состоит их сосуда 1 пло­ щадью 500 см2, заполненного песком темного цвета на глубину 50 мм?

. ^ 5

Рис. 2. Почешиый компенсационный испаритель системы Н. M. Тополышцкого

цилиндра 2, заполненного водой и соединенного с сосудом труб­ кой 3, компенсационного сосуда 4 с водой, оборудованного мерной трубкой 5 и двумя открытыми с двух сторон трубками 6 и 7. Трубка 6 нижним концом опущена ниже уровня воды в цилиндре и служит для заполнения цилиндра водой. Трубка 7 нижним концом точно касается поверхности воды в цилиндре. Сосуд испарителя устанавливается так, чтобы поверхность испарения находилась на одном уровне с поверхностью почвы и верхней кромкой сосуда.

46

Перед началом работы уровни воды в сосуде и цилиндре уста­ навливаются так, чтобы уровень воды в компенсационном сосуде находился на нулевой отметке.

По мере испарения воды с поверхности песка происходит сниже­ ние уровня воды в цилиндре. В результате нижний конец трубки 7 обнажается и через него начинают поступать пузырьки воздуха в компенсационный сосуд, вытесняя воду через трубку 6 в цилиндр. Когда уровень воды в цилиндре коснется нижнего отверстия трубки 7, поступление воздуха в компенсационный сосуд и вытеснение воды прекращаются и т. д. Количество поступающей воды в цилиндр через трубку 6, измеряемое мерной трубкой 5, соответствует коли­ честву воды, испарившейся с поверхности песка в сосуде 1.

Из формулы Л. М. Малкова видно, что продолжительность сушки слоя фрезерного торфа увеличивается с повышением удельного количества материала в расстиле, величины М и коэффициента неравномерности толщины расстила, и уменьшается с увеличением интенсивности испарения.

По формулам И. Д. Соколова и Л. М. Малкова можно решить три задачи:

1. По заданной продолжительности цикла и ожидаемым погод­ ным условиям в цикле определить удельное количество абсолютно сухого вещества фрезерного торфа в расстиле и количество торфа, которое можно высушить за цикл на единице площади.

2. По полученному в процессе фрезерования количеству торфа в расстиле и ожидаемым погодным условиям определить продолжи­ тельность цикла.

3. По сложившимся погодным условиям за прошедший сезон определить количество торфа, которое можно было высушить, и сравнить его для оценки работы с фактически полученным количе­ ством торфа.

Для определения величины С и М, входящих в формулы рас­ чета т, выведены эмпирические зависимости, которые оказались достаточно сложными, затрудняющими процесс расчета. Это пока снижает практическую ценность разработанного метода определения продолжительности сушки фрезерного торфа. Однако с внедре­ нием ЭВЦМ он найдет широкое применение.

Глава IV

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФРЕЗЕРНОГО СПОСОБА И ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

§ 15. Технологические показатели

Основными технологическими показателями фрезерного способа, оказывающими главное влияние на весь комплекс показателей, в том числе на программу, трудоемкость и себестоимость производ­ ства готовой продукции, являются продолжительность технологи­

47

ческого цикла и число циклов за сезон, а также цикловои и сезонный сборы фрезерного торфа.

Продолжительность технологического цикла устанавливается так, чтобы обеспечить наиболее полное использование в сезоне погодных возможностей для сушки торфа и создать условия для получения в каждом цикле готовой продукции заданной влажности без снижения производительности технологического оборудования.

Сточки зрения использования погодных возможностей продол­ жительность цикла выгодно уменьшать, так как при этом удается производить торф даже в самые короткие бездождевые промежутки. Однако сокращение продолжительности цикла ведет за собой сниже­ ние глубины фрезерования, уменьшение производительности техно­ логического оборудования, увеличение трудоемкости и стоимости готовой продукции и повышение числа циклов за сезон.

Сприменением современной техники наиболее эффективной оказывается продолжительность цикла при производстве фрезерного торфа на топливо и брикетирование путем валкования скреперными валкователями и уборки машинами УМПФ и ФПУ — два дня и пневматическими валкователями, а также при уборке пневматиче­ скими машинами — один день; на заготовке торфяной подстилки пневмоуборочными машинами — два дня и машинами УМПФ — три дня; на производстве фрезерного торфа для приготовления торфоми- нерально-аммиачных удобрений и на кислотный гидролиз — два дня.

Втечение сезона в связи с происходящими изменениями погодных

С == 1/тц.

Коэффициент цикличности показывает, на какой части эксплуата­ ционной площади в течение дня производится уборка торфа. Напри­

П= Т’р/Тц.

Число рабочих дней за сезон устанавливается по специальной методике. В среднем при производстве торфа на топливо и брикети­ рование число двухдневных циклов по торфодобывающим районам колеблется от 17 до 29 и однодневных — от 34 до 58, торфяной подстилки — 12-^15 и торфа на удобрение — 20-^33.

Цикловой сбор представляет собой количество фрезерного торфа в тоннах условной влажности, собираемое за технологический цикл с 1 га производственной площади нетто. Различают цикловой сбор т е о р е т и ч е с к и й и п р а к т и ч е с к и й .

48

рт — теоретический выход готового торфа при условной влаж­ ности, т/м3.

Теоретический выход представляет собой количество воздушно­ сухого торфа, которое можно получить из 1 м3 торфа-сырца при сушке до условной влажности

что слой фрезерного торфа должен содержать такое количество влаги Ръ, подлежащей удалению при сушке, которое может испа­ риться из него в сложившихся метеорологических условиях за цикл QB, или

Все расчеты относятся к 1 м2 площади расстила торфа. Количество влаги, которое может испариться за цикл, зависит

Количество влаги, подлежащей удалению из слоя торфа за цикл, определяется по разности массы торфа до и после окончания сушки: