misnikov_o_s_tehnologiya_i_kompleksnaya_mehanizaciya_otkryty (1)

61

Класс полей сушки связан с фильтрационной способностью торфа

иподстилающего его грунта:

к первому классу относятся залежи низинного типа глубиной менее 1 метра с подстилом из песка или супеси;

ко второму классу относятся низинные залежи глубиной более 1 м, или верховые залежи глубиной менее 1 м с подстилом из песка или супеси;

к третьему классу относятся верховые залежи глубиной более 1 м с любым подстилом или верховые – глубиной менее 1 м с плохо фильтрующим подстилом из глины или суглинка.

Территория Российской Федерации по своим климатическим характеристикам разделена на четыре района (до 1991 года территория

СССР была разделена на пять районов). Для каждого определено начало и конец сезона добычи кускового торфа (табл. 13).

Таблица 13. Календарные сроки сезона добычи кускового торфа экскаваторным способом

	Район расположения предприятия			Сезон		Число ка-
				Начало	Конец	лендарных
						дней
	I район (Белгородская, Брянская, Воро-
	нежская, Курская, Орловская,		Пензен-	25.IV	15.VIII	113
	ская, Саратовская, Тамбовская и Орен-
	бургская области)
	II район (Владимирская, Нижегород-
	ская, Ивановская, Калужская, Москов-
	ская, Рязанская, Смоленская, Тульская			3.V	15.VIII	105
	области, Башкортостан, Мари-Эл, Та-
	тарстан)
	III район (Тверская, Костромская, Ле-
	нинградская, Псковская, Новгородская,			3.V	5.VIII	95
	Ярославская области)
	IV район (Вологодская, Кировская, Но-
	восибирская,	Омская, Свердловская,		10.V	15.VIII	98
	Тюменская,	Челябинская	области,
	Пермский край, Удмуртия)

Общую продолжительность сезона (Т сез ) можно определить как сумму продолжительности добычи (Т д ) и сушки растила ( ):

Т сез = Т д + .

(3.14)

Начало сезона обусловлено полным сходом снежного покрова, а также астичным оттаиванием залежи на откосах карьеров и на полях

62

стилки. Оставшаяся мерзлота в зоне экскавации снимается и сбрасывается в карьер. Она включается в состав потерь в рабочем сечении карьера.

Вместо числа циклов в данной технологии принято употреблять термин «коэффициент оборота полей стилки», но допускается и употребление термина «количество циклов».

Коб	Тсез			,
	τ	ц	3		(3.15)

где ц – продолжительность цикла или сушки торфа, дней; 3 – число дней, выделенных на межцикловой ремонт (фрезерование и просушку) полей стилки.

Максимальный цикловой сбор можно вычислить, используя пара-

метры стилки:
q ц = (10 f м к К w К а )/b п .	(3.16)

Средний цикловой сбор вычисляется по средним параметрам карьера:

qц		10 bк hк Вк γз Кп Кw Ка	,	(3.17)
		Вр lл

где b к и h к – ширина и средняя глубина карьера, м; В к – ширина карты, м;з – плотность экскавируемой залежи, кг/м 3 ; К п , К w , К а – коэффициенты потерь в рабочем сечении карьера, пересчета массы торфа с эксплуатационной на условную влажность и потерь готовой продукции при сушке и уборке; В р – ширина рабочей застилаемой части карты, м (В р = В к – 6,5); l л – длина выстилаемых лент, м.

Сезонный сбор определяется стандартным расчетом.

При проектировании участка или предприятия по добыче кускового торфа экскаваторным способом выполняются следующие расчеты:

1.Определяются основные характеристики залежи с решением направлений использования торфяной продукции.

2.Находятся балансовые запасы.

3.Определяются объем и масса промышленных запасов.

4.Рассчитывается потребность региона в торфяной продукции, а также ее экспортный потенциал.

5.Определяется годовая программа добычи.

6.Рассчитывается срок работы предприятия.

Сушка и уборка экскаваторного кускового торфа осуществляется та-

ким же комплектом оборудования, как и фрезформовочного торфа. Предпочтение отдается валкователям и погрузчикам, прицепным к колесным тракторам. Причем современные трактора, выпускаемые Минским тракторным заводом (приложение 8), по своим техническим характеристикам не уступают аналогам из дальнего зарубежья, но имеют меньшую стоимость и не требуют больших затрат на эксплуатационные расходы.

63

4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО ТОРФА

4.1. Экскаваторный способ с сушкой на сетках

Технология разработана в Калининском политехническом институте (Тверской государственный технический университет) под руководством доктора технических наук профессора Амаряна Л.С. и предназначена для добычи кускового торфа на торфяных месторождениях низинного типа, сложенных торфом, формованная продукция из которых подвержена повышенной крошимости.

При экскавации залежь разрабатывается на всю глубину одноковшовым экскаватором общего назначения (типа МТП-71 А) с образованием карьера. Экскаватор двигается вдоль него и черпает торф с откоса. Извлеченный торф укладывается в навал вдоль карьера, в котором выдерживается в течение 4…6 дней. За это время происходит гравитационное обезвоживание торфа и он достигает влажности 85…86 %, при которой и осуществляется его формование. Для этого торф из навала перегружается в бункер стилочной машины, оборудованной сепаратором пней и смесителем (АСК-1). Машина выстилает сформованные куски внаброс или лентами на сушильные сетки, поднятые над поверхностью залежи на 0,5 м. Сетки состоят из отдельных стыкуемых элементов, которые группируются в блоки и устанавливаются перпендикулярно карьеру с промежутками для прохождения стилочных и уборочных машин.

Загрузка сеток зависит от типа стилки. При стилке лентами между рядами кусков необходимо оставлять зазоры не менее 10 мм для стока дождевой воды. При такой стилке загрузка сеток минимальная с критерием слоя К с = 0,7. При стилке внаброс количество сушимого торфа может быть существенно увеличено, так как стилку можно вести, придерживаясь оптимального значения критерия слоя. С точки зрения сушки стилка внаброс предпочтительнее. При ней полностью отсутствует явление застоя дождевой воды на расстиле, большая удельная поверхность испарения и малая – контакта кусков с сеткой. В итоге загрузка сеток может быть увеличена в 1,3 раза без увеличения продолжительности сушки.

На сетках торф сохнет до первого критического влагосодержания, т.е. до начала процесса трещинообразования. По экспериментальным данным продолжительность сушки кусков диаметром 0,1 м продолжается в среднем 7…8 дней. После этого сетки опрокидываются и торф ссыпается в валок вдоль ряда сеток. Из этого валка его убирают и транспортируют под навес, где торф складируется.

Складирование под навесом обеспечивает продолжение сушки кусков в мягком режиме в многослойном расстиле при надежной изоляции от солнечных лучей и осадков. Устройство навесов включает прочное решет-

64

чатое основание, боковые стенки высотой до 4…8 м и облегченную кровлю, опирающуюся на центральные опоры.

Торф под навесом сохнет до глубокой осени, и его влажность снижается примерно до 30 %. Полученные при таких технологических условиях куски соответствуют требованиям стандарта на кусковое топливо.

Эффективность новой технологии обусловлена рядом факторов. Вопервых, значительно увеличивается продолжительность сезона добычи (на 30…40 дней). Во-вторых, высушивая куски на сетках только до первого критического влагосодержания, можно число технологических циклов довести до 15. При среднем цикловом сборе 150 т/га это позволит получать сезонный сбор 2250 т/га (225 кг/м 2 ) в расчете на площадь поверхности сеток. Это почти на порядок больше, чем при обычной технологии. В-третьих, досушка в мягком режиме позволяет обеспечить высокое качество готовой продукции. Технология может быть базой для круглогодичного производства формованного твердого топлива. В этом случае «полуфабрикат», полученный в поле, доводится до кондиции в заводских условиях. Кроме того, технология удобна для производства кускового торфа в малых объемах с применением стационарных смесителей и формователей с ручной стилкой на сетки и уборкой.

Расчет себестоимости кускового торфа, полученного по новой технологии, показывает, что она примерно на 50 % выше, чем при обычной схеме производства. Причиной этого является необходимость больших капитальных вложений, обусловленных строительством сетчатых блоков и навесов. Но необходимо отметить, что, применяя дешевые материалы и приспосабливая имеющиеся производственные помещения, эти расходы можно существенно снижать.

4.2. Применение химического модифицирования структуры торфа

Научное и технологическое обоснование по изучению эффективности воздействия на структуру торфа химических модифицирующих соединений позволило провести оценку перспективности данного направления. Работы ученых Института торфа АН БССР и КПИ дают основание считать, что химическое модифицирование улучшает физико-механические характеристики кускового торфа и позволяет организовать добычу торфа на торфяных залежах практически любого типа. Модификатор, вводимый в торф, влияя на процесс структурообразования и массоперенос в торфяной системе, делает ее менее склонной к трещинообразованию.

Химическое модифицирование можно применять как при экскаваторном, так и при фрезформовочном способах добычи кускового торфа. Особенно эффективно его применение при фрезформовочном способе, при котором вследствие недостатка влаги в торфе при формовании и специфичности процесса экскавации и переработки торфяные куски подвержены повышенному трещинообразованию.

65

Применяют два способа обработки торфа химическими добавками: объемный и поверхностный. В первом случае добавка вносится в исходную торфомассу в виде водного раствора различной концентрации и тщательно перемешивается в перерабатывающем устройстве фрезформовочной машины. Во втором случае водный раствор препарата впрыскивается под давлением в кольцевой вырез внутри формующего цилиндра (мундштука) и смачивает поверхность куска. В первом и втором способах фрезформовочная машина дооборудуется установкой емкостей для раствора и насоса для его подачи.

Объемная обработка позволяет усилить межмолекулярное и межагрегатное взаимодействие в торфе и сделать структуру кусков после высыхания более прочной. Поверхностная обработка способствует гидрофобизации готовой продукции и снижает интенсивность сушки. Уменьшение интенсивности сушки снижает градиенты влагосодержания по сечению куска и, следовательно, уменьшает усадочные напряжения. В конечном итоге значительно уменьшается количество трещин в готовой продукции. Снижение интенсивности сушки сопровождается увеличением продолжительности постоянного периода сушки кусков и, следовательно, увеличивает время цикла. Таким образом, улучшение качества готовой продукции происходит за счет снижения производительности технологического процесса.

В качестве препаратов используются катионоактивные и неионогенные поверхностно-активные вещества как органической, так и неорганической природы. Катионоактивные препараты применяются чаще всего при объемной обработке, а неионогенные – при поверхностной. Применение оптимально подобранных для конкретного торфа химических препаратов позволяет в 1,5…2 раза увеличить прочность кусков и на 35…45 % снизить их водопоглотительную способность.

Набор химических реагентов достаточно велик и постоянно пополняется. Над этими проблемами активно работают в ТГТУ и ИПИПРИЭ НАН Белоруссии. Общие требования к препаратам, применяемым для обработки торфа:

безопасность для человека и окружающей среды;

доступность и экономическая эффективность;

существенное улучшение качества готовой продукции.

4.3. Досушка торфа в штабелях

Эффективность и целесообразность досушки кускового торфа в штабелях показана в исследованиях М.А. Веллера, С.А. Сидякина, В.Я. Анто-

нова, Н.В. Чураева, В.М. Пенькова, А.В. Журавлева, Н.В. Гревцева и др.

66

Последняя серьезная аналитическая и экспериментальная проверка способов досушки кускового торфа в складочных единицах различного размера выполнена А.В. Журавлевым и Н.В. Гревцевым в 1975-1983 гг.

Ими были изучены механизм тепло- и влагообмена при естественной и принудительной вентиляции, аэродинамика вентилирования штабелей и предложены обоснованные технологии сушки кускового торфа, обеспечивающие более полное использование погодных условий и повышающие надежность и эффективность торфяного производства.

Наблюдение за изменением влажности торфа в штабелях показали, что она быстро уменьшается от 60…65 до 40…45 % в штабелях малого сечения (до 1,6 м 2 ) без проведения дополнительных технологических операций. Для больших штабелей необходимо устройство специальных воздуховодов в основании штабеля. При этом воздуховоды могут работать как с принудительной вентиляцией, так и без нее, за счет естественного воздухообмена между влажным воздухом в штабеле и более сухим в окружающем пространстве (рис. 20).

Рис.		20.	Снижение	влажности	в	штабеле		кускового		торфа:
1	–	с	активной	вентиляцией;		2	–	с	естественной
вентиляцией

Схема размещения и порядок отсыпки штабелей определяется применяемым оборудованием. При добыче кускового торфа фрезформовочным способом в начале сезона предусматривается закладка двух расположенных штабелей, которые в конце сезона можно объединить в один. В первый убирается торф, досушенный до кондиционной влажности, а во второй – недосушенный. Второй штабель оборудуется штабельным воздуховодом (рис. 21). Воздуховод представляет собой продольную траншею сечением примерно 0,7 0,7 м, изолированную от влажной торфяной залежи рубероидом или другим изоляционным материалом. Сверху траншея перекрывается набором из узких прочных досок со щелями 0,02…0,025 м.

67

Один конец траншеи оборудуется патрубком для присоединения вентилятора, а второй является тупиковым. Он должен заканчиваться примерно там же, где кончается конек штабеля. Вместо траншеи под штабель можно закладывать перфорированную металлическую трубу диаметром 0,5…0,7 м с заглушкой на конце.

Рис. 21. Схема вентиляционной системы штабеля: 1 – вентиляционная установка; 2 – траншея; 3 – деревянный настил; 4 – штабель

Активное вентилирование штабеля выполняется при ухудшении погодных условий. Для этого используются передвижные вентиляционные установки (рис. 22), оборудованные вентиляторами с рабочим колесом диаметром примерно 0,7 м.

68

Рис. 22. Общий вид вентиляционной установки, навесной на тракторе: 1 – рама с домкратом; 2 – цилиндрический редуктор; 3 – карданный вал; 4 – вал отбора мощности; 5 – трактор; 6 – вентилятор; 7 – противовес

Режим вентиляции следующий: сначала дутье в течение 10…15 минут, а затем 45…50-минутная пауза. При таком режиме одна вентиляционная установка может обслужить несколько штабелей. Обычно вентилирование проводят в августе – начале сентября ежедневно в течение 20…25 дней, используя сухие бездождевые периоды. Общая продолжительность вентилирования составляет 3…4 часа в день.

Эффективность этой технологии в значительной мере зависит от управления технологическим процессом сушки торфа на полях. Для этого необходимо иметь текущую информацию о влажности торфа в расстиле или валках и целесообразности уборки торфа в тот или иной штабель в соответствии с прогнозом погоды. Применение операций досушки формованного кускового торфа с помощью естественной и принудительной вентиляции штабелей повышает сезонные сборы в среднем в 1,5 раза. Энергозатраты на досушку составляют примерно 2 кВт ч/м 3 . За счет увеличения сезонных сборов и связанных с этим сокращением производственных площадей может быть получен экономический эффект за счет снижения себестоимости готовой продукции.

4.4. Сушка кускового торфа в наращиваемых комплексах

Изменение режима сушки кусков – один из наиболее простых методов управления структурообразованием в торфе. Повышенная крошимость торфа и большие потери продукции или полная невозможность применения обычных технологий добычи на некоторых торфяных месторождениях низинного типа вызывают необходимость модернизации технологии. Научное обоснование структурообразовательных процессов, происходящих в формованных торфяных кусках, показало, что в периоде постоянной интенсивности сушки, когда темп усадки совпадает с темпом обезвоживания, заметного трещинообразования не возникает. Переход зоны испарения во внутренние слои куска вызывает начало образования трещин на его поверхности. Этот момент, характеризующийся критическим влагосодержанием, является определяющим для изменения режима сушки.

Особенность сушки в наращиваемых комплексах или расстилах состоит в том, что в первом периоде куски сохнут в жестком радиационноконвективном режиме, а во втором – в мягком, потому что этот слой покрывается следующим, образованным из свежесформованных кусков. При этом происходит некоторое перераспределение влаги между слоями, затенение нижнего слоя и резкое замедление его сушки. Таким образом, удается стабилизировать процесс структурообразования в торфе. В результате многократного наслоения к концу сезона может быть сформирован ком-

69

плекс, состоящий из 8…10 слоев кусков, уложенных с помощью специальных откладчиков (или вручную).

Наращиваемый комплекс представляет собой поленицу, шириной не более 1 м. Длина его зависит от технологических требований. Комплексы можно формировать рядами с промежутками между ними 0,5…1 м. Поверхность залежи, на которую укладываются куски первого слоя, должна иметь изолирующее покрытие, предохраняющее куски от влагообмена с подстилающим слоем. Кроме того, под наращиваемым комплексом не должна накапливаться вода после выпадения осадков.

Технологический процесс добычи состоит из фрезерования залежи дисковыми фрезами с одновременной переработкой торфа и формованием кусков. При этом добывающая машина должна транспортировать куски на некоторое расстояние и укладывать в наращиваемые комплексы. Сформированный комплекс представляет собой многослойную фигуру сушки, располагающуюся вдоль карт и имеющую длину, равную длине рабочей части карты. Производственные площади состоят из карт добычи, на которых производится фрезерование, и карт сушки с ежегодной сменой их назначения. Для Центрального района РФ сезонный сбор с одного гектара составляет 900…1000 т/га нетто, или 450…500 т/га брутто. В качестве площадей для сушки возможно использование суходолов.

Экспериментально установлено, что производство кускового торфа с применением наращиваемых комплексов позволяет получать из низинного древесно-осокового торфа, характеризующегося повышенной крошимостью кусков, коммунально-бытовое топливо удовлетворительного качества. При этом прочность кусков на сжатие увеличивается в 1,5…1,7 раза, а крошимость уменьшается в 3…3,5 раза.

Разработка торфяной залежи пониженной влажности (верхний слой) и сушка в многослойных комплексах дают возможность рационального использования метеорологических условий сезона. Это происходит потому, что суммарная интенсивность испарения за сезон с единицы площади поля сушки при производстве торфа в наращиваемых комплексах примерно в три раза больше по сравнению с однослойным расстилом. Сравнительные экономические расчеты показывают, что себестоимость кускового торфа в сравнении с типовой технологией его добычи может быть снижена примерно на 35 %. Это обусловлено повышением сезонных сборов и уменьшением количества оборудования и производственного персонала.

Многослойные наращиваемые расстилы выполняются при добыче экскаваторного торфа и стилке кусков специальным выстилающим конвейером (например, аблегером) по ходу движения добывающего агрегата. От комплексов они отличаются отсутствием промежутков между рядами, так как стилка выполняется сплошным слоем на всю ширину захвата аблегера. Новый слой выстилается на предыдущий после его высушивания до

70

критического влагосодержания. Каждая стилка соответствует новому технологическому циклу добычи кускового торфа.

Исследования, проведенные в Калининском политехническом институте, а позднее в Свердловском горном институте (в настоящее время – Уральский государственный горно-геологический университет), показали принципиальную возможность применения такой технологии при стилке до четырех слоев. Таким образом, количество циклов добычи кускового торфа экскаваторным способом увеличивается практически в два раза. Соответственно увеличиваются и сезонные сборы. Основным требованием при применении такой технологии является хорошее осушение подстилающей залежи. Норма осушения должна быть не менее 1,2 м. Если стилку сосредоточить на прикарьерной полосе шириной 30 м, то вследствие лучшей ее осушенности норма осушения на ней может поддерживаться в 3…4 раза большая, чем на обычных полях стилки экскаваторного торфа. При неблагоприятных условиях прикарьерную полосу рекомендуется дренировать со сбросом воды из дрен в карьер. С целью получения сезонных сборов сушка в расстиле может заканчиваться раньше намеченного срока с учетом окончательной досушки в штабеле.

4.5.Применение термообработки торфа

Вработах ряда исследователей (Л.С. Апт, П.И. Белькевич, Р.Я. Виль-

сон, Б.С. Крылов, П.С. Куц, И.И. Лиштван, А.Е. Афанасьев, К.И. Малышев, С.Г. Маслов, В.Е. Раковский, С.И. Смольянинов и др.) показано, что терми-

ческая обработка воздействует как на грубодисперсную, так и на коллоидную фракцию торфа. При этом снижается их гидрофильность вследствие химической деструкции слагающих компонентов. Кроме того, уменьшается содержание внутриклеточной, иммобилизованной, осмотической и фи- зико-химически связанной воды.

В1976-1983 гг. в Свердловском горном институте (А.В. Журавлев, И.А. Тяботов и др.) была выполнена работа по изучению режимов термообработки торфа применительно к технологическому процессу производства кускового топлива с целью усовершенствования существующих технологий и повышения качества готовой продукции. Экспериментально установлено, что при нагревании торфа снижается предельное сопротивление сдвига. Это происходит потому, что термическое воздействие ослабляет различные виды связей в формуемой торфомассе. Например, нагрев до

50…70 С позволяет уменьшить предельное сопротивление сдвига в торфе с влажностью 78 %, с 37,2 до 9,8 КПа. Поэтому термическая обработка способствует снижению затрат энергии на диспергирование и формование. Изменяется и сам характер формования. Вследствие больших сдвиговых деформаций по сечению формуемого куска процесс приобретает характер течения вязкой жидкости. Этому способствует уменьшение сил внутренне-