Оценка нагрузок при измельчении торфяного сырья естественного влагосодержания роторной дробилкой

УДК 622.331

А.А. Коконков, Д.Д. Северикова, С.Л. Иванов

ОЦЕНКА НАГРУЗОК ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ

ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ РОТОРНОЙ ДРОБИЛКОЙ

Модернизация технологической базы торфяной промышленности и увеличение объемов добычи обуславливает повышение энергоэффективности и рентабельности использования торфяного топлива. Наиболее перспективным направлением использования торфа может стать получение энергоплотного окиркованного топлива. Организация производства торфяного топлива имеет важное социально-экономическое значение для многих регионов страны, поскольку позволяют создать дополнительные производственные мощности. Предложен альтернативный способ добычи торфяного сырья, который бы позволил ослабить отрицательное антропогенное воздействие на окружающую среду. Приведена структура оборудования для полевой добычи торфяного сырья. Представлен гранулометрический состав комплексного верхового торфа после обработки в трехротор-ной дробилке.

Ключевые слова: торфяное сырье, энергоэффективность, диверсификация, естественное влагосодержание, трехроторная дробилка.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-48-53

Структура топливно-энергетического комплекса РФ за последние 50 лет несколько раз претерпела коренные изменения: до 1970-х гг. основную долю добываемого топлива составлял уголь, в 1970-80-е гг. - нефть, с 1990-х гг. по сегодняшний день — природный газ. Слишком высокий процент использования природного газа является одной из основных проблем топливно-энергетического баланса России, возникает потребность в диверсификации энергетической системы, чтобы у потребителя подача энергоресурса оставалась бесперебойна при любом чрезвычайном происшествии [7]. Поэтому важным направлением энергетической стратегии страны является постепенное снижение уровня

использования традиционных видов топлива, переход к альтернативным возобновляемым видам энергетического сырья. Запасы торфа в России составляют 175,6 млрд т — до 40% всех мировых запасов [13]. Запасы торфа в нашей стране позволяют производить 450— 500 млрд кВт/ч энергии в год и соответствующее количество теплоты, что позволит создавать альтернативную энергетику в регионах.

Использование топливного из торфа, особенно в удаленных регионах, является реальной альтернативой существующим источникам энергии. Внедрение современного торфодобывающего комплекса [4], способного реализовать добычу и последующую переработку торфяно-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 48-53. © А.А. Коконков, Д.Д. Северикова, С.Л. Иванов. 2017.

го сырья в труднодоступных и удаленных регионах страны, является актуальным на сегодняшней день. Несомненно необходимо, чтобы такой торфодобывающий комплекс был энергетически самодостаточен, а используемое на нем оборудование было энергоэффективным.

Широко распространённая технология добычи топливного фрезерного торфа оказывает сильное антропогенное воздействие на природную среду. Осушая большие территории, что ухудшает экологическую обстановку, тем самым вызывая высокую запыленность, гибель лесов, обмеление рек и повышая тем самым риск возникновения пожаров [11]. Не говоря уже о законодательных затратах на подготовку месторождений и арендную плату за территорию месторождения.

На сегодняшний день, наиболее перспективными являются технологии до-

бычи топливного торфа без осушения территорий, к примеру экскаваторный [1, 7]. К преимуществам данного способа можно отнести:

• уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду;

• восстановление месторождений с возвращением территориям статуса водоемов;

• увеличение экономической эффективности производства.

На данный момент уже имеется ряд комплексов, способных работать на обводненных территориях, примером является патент (рис. 1) [14]. Данный комплекс по добыче и переработке растительно-торфяных сплавин включает в себя: I — модуль подготовки сырья; II — модуль прессования; III — модуль производства электроэнергии из твердого топлива; IV — модуль производства электроэнергии из жидкого топлива; V — модуль производ-

Рис. 1. Способ по добыче и переработке торфа и растительно-торфяных сплавин и устройство для его реализации

Гранулометрический состав комплексного верхового торфа после обработки в трехроторной дробилке

Влага,% Средневзвешенный диаметр частиц, мм Гранулометрический состав в % при размере, мм

более 15 15-10 10-7 7-5 5-2 менее 2

91 11,3/9,6 62,0/54,0 3,7/3,8 6,4/9,9 8,9/7,2 6,7/6,0 12,5/15,1

92,5 12,0/10,5 66,9/54,2 5,9/5,7 5,7/8,6 7,0/10,5 6,6/12,7 8,0/8,3

94 12,3/11,0 67,3/56/1 6,3/7,8 6,1/9,3 10,5/7,0 5,0/13,1 4,8/6,8

95 12,1/11,5 68,8/58,7 5,0/8,2 3,7/6,3 7,1/7,8 8,7/14,4 6,7/5,8

ства электроэнергии из газа; VI — газогенератор; VII — модуль перегрузки готовой продукции; VIII — электроэнергетический модуль; IX — склад готовой продукции;

1 — экскаватор с грейферным захватом;

2 — плавучее основание; 3 — мобильный бункер; 4 — плавучее основание механизмов крепления к сплавине; 5 — анкер с тросом и барабаном лебедки; 6 — дробилка; 7 — сушилка; 8 — мельница; 9 — перегружатель; 10 — поворотный кран; 11 — склад твердого топлива; 12 — печь твердого топлива; 13 — паровая турбина; 14 — турбогенератор; 15 — электрощитовая; 16 — дизель-генератор; 17 — магистрали жидкого топлива; 18 — газо-, бензогенератор (жидкого топлива); 19 — газотурбинная установка; 20 — жилой отсек; 21 — пультовая (ЦУП — центр управления платформой); 22 — заслонки; 23 — транспортировочные пути; 24 — склад жидкого топлива; 25 — склад твердого топлива; 26 — склад готовой продукции; 27 — пресс-экструдер.

Достоинствами данного комплекса является его возможность осуществления экскавации растительно-торфяных сплавин непосредственно в акватории водохранилища, с технологическим оборудованием в виде модулей. Комплекс обеспечивает переработку растительно-торфяного сырья в твердые, жидкие и газообразные виды топлива с последующим преобразованием их в электроэнергию, обеспечивая тем самым пол-

ную автономность комплекса в целом. Данный комплекс, способен не только автономно работать, но и снабжать топливом ближайшие регионы [5].

Для эффективной работы комплекса необходимо на первом этапе сформировать поток торфяного сырья со стабильными физико-механическими характеристиками [9]. Модуль первичной переработки является одним из основополагающих в комплексе [8]. Необходимо учесть множество факторов, влияющих на его работу: влагоемкость, гранулометрический состав и наличие древесных включений [12].

В работах [2, 3], рассматривается вопрос о переработке торфяного сырья естественного влагосодержания 91—96% с древесными включениями трех роторной дробилке. При эксперименте был выбран зазор между ножами барабанов 14 и 4 мм. При высоком содержании влаги в сырье с древесными включениями работала без залипания и эффективно очищала очес. Данные гранулометрического состава представлены в таблице.

При зазоре между ножами подающего и фрезерующего роторов равном 14 мм, максимальная толщина стружки составляла 10—14 мм, длина 100— 80 мм. Содержание крупной стружки составляло 25—35% от массы древесного включения. Остальное 65—75% приходится на размеры менее указанных.

Б.м1104-6)

Рис. 2. Изменение энергии разрушения на«Маятниковом копре»древесных включений из торфяной залежи и образцов товарной древесины

При уменьшений зазора между ножами до 4 мм, максимальный размер стружки в толщине не превышает 4—6 мм, а длина 70 мм. При этом всем, высокая окружная скорость дробилки способствует переработке травянистых остатков и обеспечивает самоочищение режущих элементов.

При встрече ножей дробилки с древесными включениями возникает дополнительные динамические усилия [6].

Для оценки величины сопротивления был проведен эксперимент по разрушению образцов древесных включений на маятниковом копре, рис. 2. Для эксперимента было подготовлено три вида заготовок: свежая осина, свежая береза и древесные включения из торфяной залежи.

Анализируя полученные данные в процессе экспериментов, возможно оценить влияние какого-либо конструктивного или режимного параметра.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов С.Л., Бондарев Ю.Ю. Создание оборудования горно-энергетического комплекса для производства топлива из торфяного сырья. — СПб.: НМСУ «Горный», 2014.

2. Селеннов В. Г. Научные исследования по торфяному производству // Основные результаты научно-исследовательских работ ВНИИТП в области добычи и переработки торфа: Сборник научных трудов ВНИИТП. — 1992. — Вып. 69. — С. 77—84.

3. Селеннов В.Г. Физико-технические основы подготовки торфа при производстве продукции сельскохозяйственного назначения / Физикохимия процессов торфяного производства. — Тверь, 1993. — С. 39—49.

4. Михайлов А. В., Иванов С.Л., Габов В. В. Формирование и эффективное использование машинного парка торфодобывающих // Вестник ПНИПУ. — 2015. — № 14. — С. 82—91.

5. Бондарев Ю. Ю., Звонарев Е. И., Иванов С.Л., Шишлянников Д. И. Валково-дисковый сепаратор автономного модульного комплекса добычи и переработки торфяного сырья на топливо // Вестник ПНИПУ. — 2015. — № 14. — С. 72—80.

6. Фомин К. В. Анализ динамической нагруженности в элементах привода машин по добыче кускового торфа / Материалы юбилейной конференции ученых и преподавателей ТГТУ. — Тверь, 1998. — С. 20—21.

7. Роджерс М. Переворот в энергетике // Вестник McKinsey. — 2013. — № 27. — С. 27—37.

8. Бондарев Ю. Ю., Иванов С.Л. Технологический модуль для производства окускованного топлива из торфяного сырья / Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: Сборник научных трудов 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. — Воркута, 2013. — С. 59—61.

9. Korpi J. et al. A new peat production concept — results of the development work during 2004—2007/ Proceedings of the 13th International Peat Congress Tullamore, Ireland, 8—13 June 2008. — Vol. 1. — P. 120—122.

10. Mikhailov A., Nagornov D. Peat excavation and drying for factory-made local fuel production — Peatlands in Balance / Book of Abstracts of the 14th International Peat Congress Stockholm, Sweden, June 3—8. — Stockholm, 2012.

11. Cherepovitsyn A. E., Tsvetkov P.S. Methodical approach to evaluation of the Russian peat deposits exploitation attractiveness based on geology-technological criteria // International Journal of Applied Engineering Research. Vol. 11. 2016. pp. 5072—5078.

12. Mikhailov A. Peat surface mining methods and equipment selection / Mine Planning and Equipment Selection. Proceedings of the 22nd MPES Conference, Dresden, Germany, 14— 19 October 2013. — Dreden, 2014. — No XXVII. — Vol. 2. — Pp. 1243—1249.

13. НП «РОСТОРФ» Потенциал и возможности использования торфа. URL: http://rostorf.ru/ files/prezentaciya_universal.pdf

14. Иванов С.Л., Михайлов А. В., Звонарев И. Е., Бондарев Ю. Ю., Таранов А. Г. Патент РФ № 2015108533/03, 11.03.2015. Способ по добыче и переработке торфа и растительно-торфяных сплавин и устройство для реализации этого способа. Бюл. № 28. ti^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Коконков Александр Александрович1 — аспирант, e-mail: Kokonkov.aa@yandex.ru, Северикова Дарья Дмитриевна1 — аспирант,

Иванов Сергей Леонидович1 — доктор технических наук, профессор, 1 Санкт-Петербургский горный университет.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 48-53.

UDC 622.331

A.A. Kokonkov, D.D. Severikova, S.L. Ivanov

ESTIMATION OF LOADS IN ROTARY CRUSHING OF PEAT WITH NATURAL MOISTURE CONTENT

Modernization of technological base of the peat industry and increasing in volumes of production causes increase in energy efficiency and profitability of use of peat fuel. Receiving power dense okirkovanny fuel can become the most perspective direction of use of peat. The organization of production of peat fuel has important social and economic value for many regions of the country as allow to create additional production capacities. The alternative way of extraction of peat raw mate-

rials which would allow to weaken negative anthropogenous impact on the environment is offered. The structure of the equipment for field extraction of peat raw materials is given. The particle size distribution of complex riding peat after processing in a three-rotor crusher is presented.

Key words: peat raw materials, energy efficiency, diversification, natural moisture content, three-rotor crusher.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-48-53

AUTHORS

KokonkovA.A.1, Graduate Student,

e-mail: Kokonkov.aa@yandex.ru,

Severikova D.D1, Graduate Student,

IvanovS.L1, Doctor of Technical Sciences, Professor,

1 Saint Petersburg Mining University,

199106, Saint-Petersburg, Russia.

REFERENCES

1. Ivanov S. L., Bondarev Yu. Yu. Sozdanie oborudovaniya gorno-energeticheskogo kompleksa dlya proizvodstva topliva iz torfyanogo syr'ya (Formation of a mining and power system for fuel production from peat raw material), Saint-Petersburg, NMSU «Gornyy», 2014.

2. Selennov V. G. Osnovnye rezul'taty nauchno-issledovatel'skikh rabot VNIITP v oblasti dobychi i pererabotki torfa: Sbornik nauchnykh trudov VNIITP (Basic Research Findings of VNIITP Peat Industry Institute in the Area of Peat Extraction and Processing: VNIITP Transactions), 1992, issue 69, pp. 77— 84.

3. Selennov V. G. Fizikokhimiya protsessov torfyanogo proizvodstva (Physicochemistry of peat production), Tver, 1993, pp. 39—49.

4. Mikhailov A. V., Ivanov S. L., Gabov V. V. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. 2015, no 14, pp. 82—91.

5. Bondarev Yu. Yu., Zvonarev E. I., Ivanov S. L., Shishlyannikov D. I. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. 2015, no 14, pp. 72—80.

6. Fomin K. V. Materialy yubileynoy konferentsii uchenykh i prepodavateley TGTU (Proceedings of the Jubilee Conference of Researchers and Lecturers of the Tambov State Technical University), Tver, 1998, pp. 20—21.

7. Rodzhers M. Vestnik McKinsey. 2013, no 27, pp. 27—37.

8. Bondarev Yu. Yu., Ivanov S. L. Sotsial'no-ekonomicheskie i ekologicheskie problemy gornoy pro-myshlennosti, stroitel'stva i energetiki: Sbornik nauchnykh trudov 9-J Mezhdunarodnoy konferentsii po problemam gornoy promyshlennosti, stroitel'stva i energetiki (Socioeconomic and Environmental Problems in Mining, Construction and Power Engineering: Proceedings of IX International Conference on Mining, Construction and Power Engineering Problems), Vorkuta, 2013, pp. 59—61.

9. Korpi J. et al. A new peat production concept results of the development work during 2004— 2007. Proceedings of the 13th International Peat Congress Tullamore, Ireland, 8—13 June 2008. Vol. 1. Pp. 120—122.

10. Mikhailov A., Nagornov D. Peat excavation and drying for factory-made local fuel production Peatlands in Balance. Book of Abstracts of the 14th International Peat Congress Stockholm, Sweden, June 3—8. Stockholm, 2012.

11. Cherepovitsyn A. E., Tsvetkov P. S. Methodical approach to evaluation of the Russian peat deposits exploitation attractiveness based on geology-technological criteria. International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. pp. 5072—5078.

12. Mikhailov A. Peat surface mining methods and equipment selection. Mine Planning and Equipment Selection. Proceedings of the 22nd MPES Conference, Dresden, Germany, 14—19 October 2013. Dreden, 2014. No XXVII. Vol. 2. Pp. 1243—1249.

13. NP «ROSTORF» Potentsial i vozmozhnosti ispol'zovaniya torfa, available at: http://rostorf.ru/ files/prezentaciya_universal.pdf

14. Ivanov S. L., Mikhailov A. V., Zvonarev I. E., Bondarev Yu. Yu., Taranov A. G. Patent RU2015108533/03, 11.03.2015.