СПОСОБ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ САДОВОГО ИЛИ ТОПЛИВНОГО ТОРФА И ПРОДУКТ ИЗ ТОПЛИВНОГО ТОРФА
METHOD AND EQUIPMENT FOR EXCAVATION OF GARDEN OR FUEL PEAT AND PRODUCT OUT OF FUEL PEAT

Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для добычи садового или топливного торфа, при которых:
- извлекают торф из болота,
- перемещают извлеченный торф на расстояние от болота к полю сушки, на котором высушивают перемещенный торф, используя, в основном, непосредственную солнечную энергию, так чтобы высушивать торф под действием солнечной радиации и ветра,
- после сушки перемещают торф от места сушки для дальнейшего использования или хранения.
Кроме того, изобретение относится к продукту из топливного торфа, производимого с помощью этого способа. Изобретение относится также к сушке отходов от валки леса.
Добыча на возрастающем числе болот приводит к положению, при котором сокращается площадь их поверхности, а добыча становится все труднее из-за уменьшения толщины слоя торфа. С другой стороны, требования по охране окружающей среды становятся более строгими в отношении сбросов в реки, а также в отношении пылеобразования и шума. Кроме того, возможности по добыче являются ограниченными вблизи поселений. Становится все труднее получать лицензии на новые болота, так что приходится полнее разрабатывать существующие болота вместе с их берегами.
Известен, например, из патента Великобритании 166576 так называемый гидравлический способ добычи торфа, при котором используют водяную струю для извлечения торфа из болота и перекачивают его в виде очень разжиженной гидромассы на поле разлива, которой обычно является участок болота, выведенный из эксплуатации. Гидромассе, которую распределяют по полю разлива в виде тонкого слоя, дают возможность сохнуть в течение нескольких недель, после чего на сохнущем пастообразном слое делают, по меньшей мере, продольные прорези, предпочтительно в виде рисунка разделения на кирпичи, в результате чего после высыхания гидромассы образуются отдельные кирпичи. При использовании этого способа можно за лето сделать, вероятно, только одну уборку торфа, так что общая производительность остается умеренной.
В финском патенте FI-93855 описывается способ добычи торфа, при котором извлекают влажный торф из болота и собирают его в штабель в выбранном месте на территории торфодобычи, при этом с регулярными интервалами переворачивая с высохшей боковой стороны на другую сторону. В этом случае производительность также является умеренной.
При сушке торфа основной проблемой, по-видимому, является то, что сушка происходит на влажной поверхности, которая препятствует процессу сушки. В публикации финского патента 56863 описывается способ, при котором механически извлекают торф зимой и оставляют его в виде небольших кусков на пластмассовой пленке для сушки, давая возможность кускам торфа сохнуть даже до того, как сможет оттаять болото.
При добыче садового торфа целью также является сушка торфа до его последующей переработки.
Изобретение предназначено для создания способа и оборудования нового типа, с помощью которых можно полнее использовать болота вместе с их берегами без образования пыли, возникновения шума и вредного воздействия на реки. Изобретение характеризуется признаками, изложенными в отличительной части независимых пунктов формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к продукту, изготовленному из топливного торфа по новому способу. Если торф расстилать в виде высококонсистентной массы с содержанием твердого вещества обычно 20%, то потребуется испарять значительно меньше воды, чем при использовании, например, гидравлического способа добычи торфа.
Торф обычно перемещают в виде высококонсистентной массы, но возможен вариант, при котором торф перекачивают в виде разжиженного шлама, отжимают на краю месторождения для образования высококонсистентной торфомассы, возвращают воду в болото и расстилают отжатую высококонсистентную торфомассу на поле сушки.
Полем сушки предпочтительно является асфальтированное поле. Оно предпочтительно содержит систему циркуляции среды для подачи снизу части теплоты сушки. Специальное выровненное поле сушки обладает явным преимуществом перед полем на болоте. Нижняя поверхность высушиваемой торфомассы больше не соприкасается с влажным основанием, что совершенно изменяет условия сушки.
Торф предпочтительно перемещают перекачиванием по трубопроводу от места выемки в бункер-накопитель или непосредственно на поле сушки.
Изобретение может быть применено многими различными способами. Разные предпочтительные технологические цепочки согласно изобретению (извлечение из болота, транспортировка, сушка на поле сушки) могут быть представлены следующим образом:
1) добыча торфососом - отжим - перекачивание - сушка, например, торфомассы (обработана) (мягкие куски) с содержанием твердого вещества 20%,
2) извлечение экскаватором - измельчение и просеивание - перекачивание - сушка (обработка) (мягкие куски),
3) извлечение экскаватором - измельчение и просеивание - транспортировка на прицепах - сушка (куски торфа) - получение гранулированного торфа.
Сушка включает в себя расстил массы на поле сушки в виде сравнительно тонкого слоя. В связи с перекачиванием высококонсистентной торфомассы, особенно в связи с перекачиванием поршневыми насосами, наблюдалось неожиданное явление. В результате обработки, вызванной перекачиванием, куски торфа отлично высыхали. Можно предположить, что эта особенно интенсивная обработка, конечно, может быть легко достигнута также и другими способами, а не с помощью перекачивания высококонсистентной торфомассы. Однако степень необходимой обработки значительно больше, чем это происходит в известных машинах для добычи кускового торфа. При перекачивании высококонсистентной торфомассы от болота к полю сушки торфомасса получает сильную абразивную обработку в течение, по меньшей мере, 10 минут при среднем давлении 3-50 бар. Новый продукт из топливного торфа, который убирают в виде небольших кусков, намного плотнее, чем любой ранее известный торфяной продукт. Плотность кусков равна порядка единице и может быть даже больше. В одной опытной партии куски высушивали с использованием солнечной энергии до влагосодержания 25%, причем в этом случае теплотворная способность составляла 4,1 МВт·ч/т.
Выход гранулированного торфа, который также отличается от предшествующих видов торфа, с поля сушки даже несколько больше, чем выход мелкокускового торфа, но его плотность меньше.
Для садового торфа полезна высокая эффективность сушки.
Согласно изобретению торф извлекают подходящими машинами из болота, которое совершенно не подготовлено, или из болота с основным дренажом, и перекачивают по трубопроводу на поле сушки. Существует меньшая потребность в дорожной сети.
В случае транспортировки на прицепах торф можно также извлекать поздней зимой и транспортировать по зимним дорогам для укладки в штабели на поле сушки. Это предотвращает замерзание штабелей; строительство зимних дорог обходится недорого. Согласно изобретению сушку осуществляют на асфальтированном поле сушки или на каком-нибудь другом соответствующем основании в течение весны, лета и осени. Кроме того, согласно изобретению сушку ускоряют посредством солнечных панелей. Для того, чтобы использовать солнечную энергию, под асфальтом, как при отоплении нагревом пола домов, прокладывают сеть трубопроводов, посредством которых солнечная энергия подводится под асфальт и затем нагревает торф снизу для его сушки. Используемыми солнечными панелями могут быть простые черные радиаторы с гликолевым наполнителем. Кроме того, можно использовать другие способы регенерации солнечной энергии. Теплопередающую среду можно также нагревать другими способами, например, используя установку для сжигания топлива, потому что цена торфа рядом с полем сушки, конечно, является еще довольно низкой.
Используемое торфоуборочное оборудование - это простейшее возможное оборудование, как, например, колесный одноковшовый погрузчик, расстилочное устройство, ковшовый элеватор и, например, щеточный валкователь, с помощью которого сухой торф укладывают в штабель. Как подсчитано, при использовании изобретения может быть достигнута годовая производительность, по меньшей мере, 10000 МВт·ч/га (МВт·ч/га/год).
При использовании способа и оборудования согласно изобретению достигаются, например, следующие преимущества:
1) максимальное использование солнечной энергии,
2) максимальная эффективность сушки, потому что:
а) продлевается период добычи, так как не существует никаких проблем, связанных с вспучиванием на морозе или влажностью основания и холодом,
б) благодаря нагреву асфальта работы можно начинать ранней весной и продолжать до поздней осени, начинать вскоре после дождя и также эффективнее сушить торф ночью,
в) сушка - более эффективная, так как энергия для сушки поступает как от радиации сверху, так и от тепла снизу,
г) можно использовать короткие периоды сухой погоды, так как основание не поглощает влагу, и
д) можно с большей точностью использовать погодные условия, потому что торф можно быстро убирать с меньших площадей поверхности,
3) уменьшаются потери при уборке торфа,
4) обеспечивается охрана окружающей среды,
5) точное извлечение торфа со дна болота и с его краев посредством экскавации,
6) не требуется подготовка болота, а торф можно транспортировать с использованием зимних дорог,
7) возможность разработки небольших и разбросанных болотистых участков,
8) необходимая технология проста и надежна,
9) достигается длительный срок эксплуатации оборудования подрядчика (выемка сырьевого торфа, стадия сушки, хранение и доставка торфа),
10) получаемый продукт - это либо кусковой торф (мягкие куски) совершенно нового типа, либо гранулированный торф, который похож на существующий фрезерный торф,
11) уменьшение погодных рисков и требований к хранению,
12) быстро доступна площадь как углеродного поглотителя.
В частности, что касается охраны окружающей среды, то важное значение имеет разработка небольших участков в момент времени, когда ущерб для окружающей среды и другие вредные воздействия будут меньше. Кроме того, будут уменьшены водные проблемы, так как не обязательно могут потребоваться каналы на месте добычи, а извлекаемый торф будет подаваться на поле сушки при высокой консистенции. Соответственно при добыче не возникают проблемы образования пыли. Также облегчаются проблемы возникновения шума, так как добыча одновременно ведется на небольших участках. Перекачивание - почти бесшумное. Выемка и транспортировка - это события с короткой продолжительностью. Кроме того, уменьшаются выбросы от работы торфодобывающих машин, когда добыча ведется более эффективно. Уменьшается также риск возгорания при проведении работ на небольшом участке и на асфальтированном поле сушки, так как можно легко установить контрольное и противопожарное оборудование.
Могут быть проведены разные опыты по определению скорости сушки торфа на асфальте или на какой-нибудь другой поверхности при различных условиях. Хотя и повышаются расходы на оборудование и поле сушки, увеличенная и, в частности, более определенная добыча является конкурентно экономичной, особенно на завершающей стадии разработки торфяного болота.
В дальнейшем изобретение рассматривается со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны некоторые варианты осуществления изобретения.
Фиг.1 - вид сбоку в разрезе общей схемы расположения площадки по добыче торфа,
фиг.2 - вид сверху схемы расположения на фиг. 1,
фиг.3а - вид сбоку в частичном разрезе расстилочного устройства для высококонсистентной торфомассы,
фиг.3b - увеличенный вид устройства на фиг.3а во время работы,
фиг.4 - куски нового продукта из топливного торфа,
фиг.5а - вид сбоку в разрезе поля сушки,
фиг.5b - система нагревательных труб, соединенных с солнечными коллекторами,
фиг.6 - солнечный коллектор,
фиг.7 - изменения давления при перекачивании торфомассы в насосе и в трубопроводе,
фиг.8 - циклы уборки торфа из так называемых мягких кусков,
фиг.9 - циклы уборки нового гранулированного торфа.

В схеме расположения, показанной на фиг.1 и 2, торф извлекают из торфяного болота 20 и транспортируют по трубопроводу 28 к полю сушки 10. Большая часть торфяного болота 20 может быть в естественном состоянии, как в данном случае. Осушена (не показано) и очищена от леса только небольшая часть покрытого лесом болота, в то время как на остальной части болота лес сохраняют, пока, в свою очередь, не будет использован каждый небольшой участок. Торф извлекают в края 20.1 тела болотного торфа, используя экскаватор 22, и просеивают на погрузчике 24, который снабжен дробильным ковшом и который переносит извлеченную торфомассу к насосу 26. Дробильный ковш относится к типу, описанному в патенте США 5405092 (ALLU), и используется для отсеивания, например, древесного материала.
При опытах использовали двухпоршневой насос KOS 1050 фирмы Putzmeister, Германия, оснащенный подающим устройством THS 332 LIB. Кроме того, насос был снабжен водокольцевым питателем от изготовителя. Трубопровод 28 (диаметр 150 мм) был собран из секций, некоторые из которых были гибкими, позволяя, таким образом, перемещать насос. При желании насос можно было также установить на шасси гусеничного трактора. Трубопровод 28 оканчивается в сборнике-хранилище 30, в который торфомасса перекачивается для ее переноса в расстилочное устройство 34. Для его загрузки торфомассой используют ковшовый погрузчик 32.
3
Благодаря водяной смазке расход энергии на перекачивание составляет около 4 кВт·ч/т. Производительность опытного насоса была 10-11 т/ч (=м/ч) при расстоянии перекачивания в 300 м, но это расстояние может быть увеличено, по меньшей мере, до 1000 м, при этом будет немного отрицательно влиять на перекачивающую способность. Диаметр трубопровода был 150 мм. Для смазки при перекачивании использовали 360 л/ч воды, и такое небольшое количество воды оказывает небольшое влияние на сушку, даже если пришлось бы использовать несколько насосов.
С площади болота в 3 га, которую осушали по мере добычи торфа (1 м/год), можно получить соответствующий объем добычи при площади сушки в 1 га. В таком случае объем добычи (10000 МВт·ч/га) одинаков с объемом добычи теперешнего фрезерного торфа с площади в 20 га.
Предпочтительным покрытием для специального поля сушки 10 является асфальтовое покрытие, под которым или внутри которого расположена сеть нагревательных труб, как это будет описано ниже. Способ согласно изобретению будет действовать и без нагрева, но с помощью нагрева может быть продлен рабочий период и увеличен объем добычи. Высушенный кусковой или гранулированный торф собирают в штабель 14 в ожидании транспортировки в другое место. В случае выпадения дождя слой высушиваемого гранулированного торфа может быть временно собран в штабель, из которого его затем снова расстилают. Поле сушки 10 выполнено выпуклым и имеет трубы дождевой канализации для быстрого удаления дождевой воды с поля.
Торф можно расстилать в виде равномерного слоя, используя либо специальное расстилочное устройство, либо разбрасыватель, применяемый таким же самым образом, как и навозоразбрасыватель. Однако при расстилке разбрасывателем было бы полезно расстилать торф уже в виде гранул и не разбивать торуфомассу при ее расстилке, как это, например, случается при использовании дискового разбрасывателя.
На фиг.3а с частичным разрезом показано расстилочное устройство 36, установленное на прицепе. Расположенный внизу ленточный конвейер доставляет торфомассу к бункеру 362, из которого торфомасса подается к расстилочному концу, который подробнее показан на фиг.3b. На расстилочном конце имеются расстилочный барабан 364 (диаметр 250 мм и ширина 2,5 м) и сопряженная с ним верхняя крышка 365, которой управляют, используя управляющее устройство 368. Между ними образовано сопло 369, которое можно регулировать для изменения толщины выходящей спрессованной ленты торфомассы W. Непосредственно под выпускным отверстием, а также напротив расстилочного барабана 364 расположено колесо-секач 366, которое в торфяной ленте W выдавливает рисунок разделения на куски. Скребок 367 обеспечивает отделение торфяной ленты от расстилочного барабана 364. Во время сушки торфяной ленты W она разделяется на определенные части и образует куски торфа. Кускам торфа дают возможность полностью высыхать без движения, или они могут быть слегка передвинуты в сторону на горячую часть открытого асфальта.
3
На фиг.4 в масштабе показаны куски торфа, полученные в результате одного эксперимента. Высота этих кусков торфа (под прямыми углами к плоскости фигуры) при небольшом разбросе составляет около 15 мм, когда первоначальная толщина расстила была около 20 мм. Плотность кусков торфа при влагосодержании 50% равна почти единице или даже больше. Куски - плотные, прочные и твердые, так что они будут выдерживать механическое обращение с ними без вредного образования пыли. Куски торфа можно легко высушивать до содержания твердого вещества 70-75%. В таком случае их теплотворная способность составляет 3,8-4,1 МВт·ч/т. Плотность образованного продукта в разрыхленном состоянии равна 490-510 кг/м.
На фиг.5а показан вид сбоку в разрезе одного поля сушки 10. В любом случае имеется изоляционный слой 12 под асфальтовым покрытием. Возможный греющий слой либо расположен внутри асфальта, либо соприкасается с его нижней поверхностью наверху изоляционного слоя. На поле может быть использован узкий навес (не показан), под которым можно собрать выстланный слой в штабель в случае угрозы дождя, и после дождя торф может быть выстлан вновь после того, как дождевая вода стечет в канализационные трубы, а поверхность асфальта станет сухой.
Как показано на фиг.5b, сеть нагревательных труб 40 предпочтительно содержит трубы 40.1, 40.2, которые имеют зигзагообразное расположение и питаются от солнечных коллекторов 42 на противоположных концах с использованием насосов 44. Таким образом, достигается равномерный нагрев по всей площади поля. В этом случае размер блока равен 5 м×40 м, а трубы расположены друг от друга с интервалами в 200 мм. Они помещены на глубину 80-100 мм. Используются пластмассовые трубы диаметром 20 мм (UPONOR Wirsbo 20×2,0 PN6 Q&E pePEX).
В трубах циркулирует теплопередающая среда (смесь воды и гликоля), которую нагревают, используя указанные солнечные коллекторы 42.
Теплоемкость теплопередающей среды такова, что нагрев и, таким образом, также и сушка продолжаются даже после захода солнца. Летом поверхность асфальта может легко нагреваться до 50°С, а среда в солнечных коллекторах - до более 70°С. Благодаря наличию основания и нагреву сушка происходит настолько быстро, что необходимая площадь поверхности сушки составляет одну двадцатую часть той площади, которая требуется при обычном способе добычи. Таким образом, необходимая площадь поверхности основания составляет от нескольких тысяч квадратных метров до нескольких гектаров. Толщина предназначенного для сушки торфяного слоя в цикле составляет около 50 мм. Нижний подогрев имеется предпочтительно на 2-30% этой площади, наиболее предпочтительно - на 5-15%. При определенных условиях даже небольшой подогрев будет оказывать значительное влияние на влажность.
Можно использовать солнечный коллектор 42 любого известного типа. Как показано на фиг.6, один коллектор содержит несколько модулей 42.1, собранных в группу вместе с поддерживающей их рамой 42.2. Обычно рамы установлены под постоянным углом, но для максимальной выработки энергии может быть также использовано поворотное приспособление.
При перекачивании торфомассы с консистенцией 20% происходит интенсивная обработка торфомассы. На фиг.7 показаны результаты опыта по перекачиванию в трубопроводе длиной 100 м (диаметр 5,5 дюйма), в котором в течение 7 минут транспортировали торфомассу на расстояние 100 м. Смазку водой выполняли при 5,5 л/мин. Как показано на этом чертеже, при перемещении торфомассы в трубопроводе можно обнаружить цикл изменения давления в приблизительно 10 минут как в насосе (Р), так и на расстоянии (S=50 м). В этом случае интервал ходов поршня составляет только несколько секунд, т.е. значительно короче, чем этот интервал. Вследствие транспортировки торфомассы, например, на расстояние 300 м, продолжающейся в течение около 20 минут, происходит абразивная обработка довольно длительной продолжительности, которая неожиданно улучшает способность торфа к высыханию, делая ее значительно лучше, чем ранее. Клеточная структура торфа разрушается таким образом, что сушка может происходить легче, чем в торфе в естественном состоянии.
На фиг.8 показаны циклы уборки нового продукта из топливного торфа, который называют мягким кусковым торфом, при довольно плохих условиях (без нагрева снизу). Испарение обычно было меньше, чем 5 м, в то время как наилучший показатель равен 6-7 мм. Количества дождевых осадков показаны в виде вертикальных столбцов, и они, конечно, удлиняли время сушки. При хороших условиях может быть достигнут цикл уборки в один день.
Данные о пяти опытных уборках (мягкий кусковой торф):
- начальное влагосодержание торфа 82-86%;
3
- расстил 180-200 м/га;
3
- выход 95-105 м/га;
- время сушки 70-120 часов;
- 180-200 МВт·ч/га/уборка.
На фиг.9 показаны соответствующие циклы уборки для гранулированного торфа без нагрева снизу. В лучшем случае можно достигнуть (в Финляндии) до трех циклов уборки в сутки.
Данные о 13 опытных уборках (гранулированный торф):
- начальное влагосодержание торфа 74-77%;
3
- расстил 100-120 м/га;
3
- выход 55-70 м/га;
- время сушки 10-100 часов;
- 60-76 МВт·ч/га/уборка.
Согласно изобретению асфальтированное поле может быть также использовано для утилизации отходов от валки леса.
В этом случае:
- собирают из леса отходы от валки леса и транспортируют их на расстояние к месту сушки,
- рубят на щепу отходы от валки леса,
- по существу высушивают щепу на месте сушки, используя непосредственную солнечную энергию, так что щепа высыхает под действием солнечной радиации и ветра,
- после сушки транспортируют щепу от места сушки для дальнейшего использования или хранения.
Упомянутым здесь местом сушки является асфальтированное поле сушки, на котором щепу расстилают в виде тонкого слоя толщиной 1-10 см, предпочтительно 1-5 см. Сушку осуществляют в соответствии с той же самой изобретательской идеей с помощью солнечной энергии и, возможно, при содействии нагрева снизу.