СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОКУСКОВАННОГО ТОПЛИВНОГО ТОРФА
METHOD OF PRODUCING FUEL PEAT PIECES

Изобретение относится к торфяной промышленности, теплоэнергетике, коммунально-бытовому хозяйству и может быть использовано при производстве кускового топливного торфа.
Известен способ, получения кускового биотоплива на основе торфа (RU №2255955, C10F 7/06, C10L 5/14, 16.02.2004), включающий введение в торф добавок - отходов древесины, угольной мелочи, мазута или сланца, сапропель естественной влажности, перемешивание массы, прессование и сушку. В качестве основного компонента биотоплива используется фрезерный торф влажностью 40-65% с размером фракций менее 10 мм. Древесные отходы имеют размер фракций 0,1-5,0 мм, а угольная мелочь -менее 1 мм.
Недостатками известного способа являются ограниченные технологические возможности по использованию в качестве сырья фрезерного топливного торфа с кондиционной влажностью 40-50% и некондиционной 51-65% влажностью, а также сложность и повышенная энергоемкость многооперационной технологии получения кускового биотоплива.
Известен также способ производства окускованого топливного торфа (SU №1705575, Е21С 49/00; C10F 7/04, 15.01.1992), включающий введение в торф средней или высокой степени разложения влажностью 75-85% упрочняющей добавки в виде отходов бумажного производства, перемешивание массы, ее прессование и сушку до требуемой влажности, причем в качестве отходов бумажного производства используют скоп влажностью 80-95% в количестве 5-35% на сухое вещество торфа.
Недостатком известного технического решения являются его ограниченные технологические возможности, а именно необходимость использования только экскавированного из залежи торфа повышенной влажности 75-85%, низкие показатели механической прочности высушенных кусков торфяного топлива и наличие ограниченной сырьевой базы - бумажного производства, а также дополнительные затраты на приготовление упрочняющей добавки - скопа.
Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей и снижения энергетических затрат производства окускованного топливного торфа.
Техническим результатом изобретения является создание условий, обеспечивающих использование в качестве сырья фрезерного складированного торфа некондиционной влажности с получением окускованного торфа с высокими прочностными характеристиками.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения окускованного топливного торфа, включающем перемешивание торфяной массы, формование и сушку, согласно изобретению фрезерный торф предварительно сепарируют от фракций крупнее 10 мм, затем доводят его до влажно-пластического состояния с влажностью 70-75% путем введения в торфяную массу воды, нагретой до 20-80°С, а сформованные куски сушат до кондиционной влажности. Для получения топливного окускованного торфа используют складированный фрезерный торф влажностью 60-69%. При этом отформованные куски целесообразно сушить в постоянных радиационно-конвективных условиях.
3
3
Фрезерный складированный торф влажностью 60-69%, подвергнутый сепарации с отделением древесных включений свыше 10 мм, обладает насыпной плотностью 180-350 кг/м. После формования он имеет плотность до 400-450 кг/м и весьма низкую механическую плотность (около половины кусков расслаивается и разрушается при сушке). Кусок, сформованный из чистого фрезерного торфа, обладает низкой механической прочностью и не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к коммунально-бытовому топливу. Предлагаемый способ предусматривает использование двухкомпонентной смеси и полученный при этом окускованный топливный торф отвечает всем требованиям, предъявляемым к техническим условиям готовой продукции.
Использование воды с температурой 20-80°С способствует повышению пластичности торфомассы, характеризуемой понижением величины Θ (предельное напряжение сдвига), вытеснению газовой фазы, снижению давления формования и соответственно энергозатрат на формование кускового топлива. При этом также обеспечивается бездефектное (без «ершения» и образования трещин) формование торфяных кусков, также улучшается сохранность кусков при сушке. При этом при уменьшении температуры меньше 20°С происходит увеличение энергозатрат на перемешивание и формование, появляется опасность трещинообразования сформованных кусков, а повышение температуры воды выше 80°С - нецелесообразно, т.к. существенно увеличиваются затраты на нагрев воды и близок порог парообразования.
Доведение торфяной массы до влажно-пластичного состояния с влажностью 70-75%, обеспечивает - бездефектное формование торфяного куска, если влажность будет ниже 70%, то при формовании наблюдается расслоение кусков на части и при сушке образуются трещины, если влажность будет больше 75%, в формователе наблюдается истечение части воды, не связанной с торфомассой, и увеличивается длительность сушки куска.
Отформованные куски сушат в постоянных радиационно-конвективных условиях до кондиционной влажности.
Способ получения окускованного топливного торфа осуществляли с использованием фрезерного торфа. После добычи фрезерный торф хранится в складочных единицах или крупных валках и при неблагоприятных погодных условиях приобретает среднюю влажность более 60%. При перемешивании торфа с горячей водой t=20-80°C, полученную торфяную массу доводят до вязкопластичного состояния со средней влажностью 70÷75%. Далее в шнековом формователе формуют торфяные куски и сушат их при постоянных условиях до нормативной влажности 35-40%..
Опытным путем было установлено оптимальное соотношение заявленных компонентов.
Пример 1.
1
2
3
сж
10 кг фрезерного торфа с влажность ω=69,2% перемешивали с водой, нагретой до температуры 20°С, до достижения средней влажности ω=75%. Затем формовали куски торфа и сушили их до влажности ω=35%. Качество торфяного окускованного топлива определялось по прочности образцов при одноосном сжатии G, МПа и сохранности S% при конечной влажности кусков - 35%.
ф
Дополнительно энергоемкость процесса формования оценивалась по величине давления формования кусков торфа Р, кПа.
ф
сж
Для указания исходных данных были получены следующие величины: Р=43,5 кПа; G=8,7 МПа; S=97%.
Пример 2.
1
2
3
ф
сж
10 кг фрезерного торфа с влажностью ω=60,3% перемешивали с водой, нагретой до температуры 50°С, до достижения средней влажности ω=70%, затем формовали куски торфа и сушили их до влажности ω=35%. Данные по энергозатратам процесса формования и качеству высушенного кускового топлива были получены следующие: Р=39,3 кПа; G=7,7 МПа; S=93%.
Пример 3.
1
2
3
ф
сж
10 кг фрезерного торфа, имеющего влажность ω=60,3%, перемешивали с водой, нагретой до температуры 20°С, до достижения средней влажности ω=70%, затем формовали куски торфа и сушили их до влажности ω=35%. Средние данные по результатам опытов Р=56,2 кПа; G=10,7 МПа; S=90%.
Пример 4.
1
2
3
ф
10 кг фрезерного торфа, имеющего влажность ω=69,2%, перемешивали с водой, нагретой до температуры 80°С, до достижения средней влажности ω=75%, затем формовали куски торфа и сушили их до влажности ω=35%. Для оценки достигнутой пластичности торфомассы после ее перемешивания определяли предельное напряжение Θ, кПа, а энергозатраты на формование кускового топлива по показателю Р, кПа.
Средние данные по результатам опытов:
ф
Θ=4,1кПа; Р=21,4 кПа.
д
В таблицах 1 и 2 приведены результаты опытов по формованию и сушке кускового торфа с добавкой - водой с температурой 10-20°С или нагретой до 30-80°С. Сравнение (контроль) осуществлялся с образцами, изготовленными из «чистого» торфа без добавки воды К=0%.
ф
Эффективность прелагаемого способа получения окускованного топлива установилась по повышению механической прочности и улучшению сохранности кускового торфа по сравнению с «контрольными» образцами. При проведении опытов (в табл.2) с введением воды, нагретой до 30-80°С, сравнивались показатели предельного напряжения сдвига Θ торфомассы перед формованием и удельные энергозатраты на процесс формования, оцениваемые по величине давления формования Р.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа производства окускованного торфа, когда в качестве основного компонента смеси принимается фрезерный торф средней и высокой степени разложения, некондиционной влажности 60-69%, с доведением торфомассы до вязкопластичного состояния 70-75%, путем введения нагретой до температуры 20-80°С воды увеличивается прочность торфяных кусков на 74-132% и обеспечивается сохранность высушенных кусков в пределах нормативных требований.
Таблица 2.
Результаты опытов по формованию кускового торфа
№ опытов
Температура воды t<sub>B</sub>, °C
Влажность, %
Предельное напряжение сдвига Θ, кПа
Повышение пластичности, %
ω<sub>1</sub>
ω<sub>2</sub>
1
2
3
4
5
6
7
80
60,3
70
6,67
37%
50
60,3
70
7,7
28%
8
20
60,3
70
10,7
-
9
80
64,8
72
6,02
36%
50
64,8
72
6,96
26%
10
20
64,8
72
9,5
-
11
80
69,2
75
4,1
52%
50
69,2
75
4,62
46%
12
20
69,2
75
8,7
-