Способ производства топливных гранул из мороженного торфа
PRODUCTION METHOD OF FUEL GRANULES FROM FROZEN PEAT

Область техники
Изобретение относится к способу получения гранул на основе торфа. Изобретение предназначено для торфяной промышленности и может быть использовано при производстве топливных гранул (пеллет) из мороженного торфа.
Уровень техники
Известен способ получения гранулированного торфа [1], в котором фрезерный торф измельчают, высушивают до содержания влаги в нем 20 - 40% (по массе) и гранулируют в грануляторах.
Недостатком способа является отсутствие процесса охлаждения гранул после сушки, до процесса гранулирования, в процессе которого температура гранул еще более повышается, что усложняет процесс укладки, упаковки для хранения.
2
Известен способ производства гранулированного торфа [2], включающий экскавацию торфа, обезвоживание сфрезерованного торфа до влажности 68 – 75% путем его естественной сушки в расстиле, гранулирование торфа, уборку в складочные единицы и последующую сушку гранул на откосах складочных единиц под превентором с прозрачным покрытием. При этом гранулированный торф выстилают на откосы в 1,5 – 2,0 слоя при среднесуточной температуре не менее +5°С и эффективной испаряемости не менее 1 кг/(м·сут). Превентор размещают на суходоле или неразрабатываемой технологической площадке со степенью осушенности не менее 7 Дж/кг.
Недостатком способа является большая продолжительность технологического процесса.
Известен способ [3] получения гранулированного торфа для коммунально-бытовых нужд, включающий предварительное осушение торфяной залежи, экскавацию торфяной массы из залежи с одновременным ее измельчением до размера частиц от 1 до 10 мм, гранулирование, сушку гранул в полевых условиях и уборку гранул в складочные единицы. Предварительное осушение торфяной залежи осуществляют до влажности 80 – 82% с помощью открытой осушительной сети со стандартными размерами водоотводящих каналов для верховой залежи. Экскавируют торф фрезерованием торфяной залежи на глубину 300 - 500 мм с последующим гранулированием торфа до размера гранул 25 – 40 мм. Сушат гранулы до уборочной влажности 33 – 40%.
Недостатком способа являются использование залежей только верхового торфа, необходимость создания открытой осушительной сети водоотводящих каналов для предварительного осушения торфяной залежи, сушку гранул в полевых условиях на поверхности торфяной залежи, высокая уборочная влажность торфяных гранул.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ производства гранулированных торфяных смесей [4] (прототип), включающий добычу и транспортировку сырья повышенной влажности на завод, раздельное бункерование, подготовку торфяных смесей, гранулирование, сушку гранул до кондиционной влажности 10 – 18%, упаковку и отправку готовой продукции потребителю. Сырье добывают влажностью 67 – 72% и 45 – 55% фрезерным способом с раздельной уборкой и складированием по двухпродуктовой технологической схеме, перед подготовкой торфяных смесей отделяют из фрезерного сырья посторонние включения, в том числе пеньки, путем пневмосепарации, причем торф дополнительно измельчают до крупности не более 5 мм, одновременно подогревая во взвешенном состоянии до 70 – 95°С паровоздушным потоком с регенерацией тепла. Далее подготавливают торфяную смесь с заданными потребительскими свойствами на основе различных торфов и добавок путем дозирования с помощью смесителя до однородной массы, которую затем высушивают до кондиционной влажности. После этого массу гранулируют экструзионным формованием, при этом получаемые гранулы, диаметром 5 – 25 мм после сушки до кондиционной влажности и охлаждения продувкой воздухом до температуры, близкой к окружающей среде, перемещают в зону упаковки или длительного хранения. Для нагрева исходного сырья используют теплоту парогазового потока после охлаждения гранул. Сушку гранул осуществляют путем использования низкопотенциального теплоносителя от постороннего источника.
Недостатками способа являются: неиспользование теплового потенциала теплоносителя от постороннего источника, используемого для сушки гранул, сложность технологического процесса, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.
Раскрытие изобретения.
Задача изобретения – повышение эффективности процесса производства торфяных топливных гранул за счет использования мороженного сырца кускового торфа для переработки с влажностью 50% и менее.
Влажность торфа в летний, весенний и осенний периоды года составляет 87 – 90%, однако в зимний период, при отборе торфа с глубины не менее 2,5 м, его влажность находится в пределах 56 – 60%. При складывании торфа на волокуши или санные транспортные средства, с образованием фигур сушки высотой не менее 2 м, которые вывозят за пределы производственной площади, где подвергают интенсивному низкотемпературному выветриванию и сублимационной сушке, влажность торфа падает до 50% и менее, что установлено фактическими исследованиями на Митогинском месторождении торфа (Усть–Большерецкий муниципальный район Камчатского края) в 2016 г. Это делает добычу торфа в зимний период наиболее рациональной. Кроме того, в зимний период года существует возможность добычи торфа сырца в труднодоступных или даже в недоступных для освоения в летний период месторождений.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение эксплуатационных, капитальных затрат и себестоимости выпускаемых торфяных топливных гранул.
Это достигается тем, что торф влажностью 50% и менее, добытый в зимний период года, доставляется к месту его  переработки (производственный цех), где его измельчают в замороженном состоянии, подвергают конвекционной сушке воздухом до влажности 20% в течение 9 – 23 мин и дополнительному измельчению до диаметра частиц 3 – 5 мм в сушильном барабане. Для сушки используется горячий сухой воздух с температурой 200 – 250°С. После сушки частицы торфа с температурой 110°С поступают на воздушное охлаждение до температуры 30 – 32°С, а далее перемещаются в гранулятор (пеллетайзер), где в процессе прессования и продавливания через перфорированную кольцевую матрицу получаются торфяные топливные гранулы (пеллеты), диаметром 8 мм. Гранулы (пеллеты) укладывают в открытые сетчатые поддоны и хранятся при нормированных параметрах внутреннего воздуха производственного цеха. В процессе хранения влажность торфяных топливных гранул снижается до 10 – 12%. Воздух выходящий из сушильного барабана с температурой 120 – 130°С, а также воздух из зоны охлаждения гранул, проходя вместе через теплообменник, используемый для обогрева производственного цеха, сбрасываются в атмосферу.
В сравнении с прототипом изобретения, где применяются дополнительные операции, такие как пневмосепарация и нагревание торфяного сырья в процессе измельчения, в  заявляемом изобретении  за счет небольшой влажности доставляемого к месту переработки торфа, он лучше поддается измельчению, не требует нагрева, как в прототипе. Ввиду этого существенно сокращается продолжительность термической операции, как наиболее энергоемкой и влияющей на себестоимость продукта.  Кроме этого в заявляемом изобретении применена досушка в производственном цехе, что также снизит энергозатраты на производство 1 кг готового продукта. Сушка торфяных гранул в сушильном барабане до влажности 20% обусловлена заклиниванием «козлением» торфа в перфорированной кольцевой матрице при пеллейтировании торфа влажностью до 15% [5].
Описание чертежей.
На фиг. 1 представлена схема получения торфяных  гранул из мороженного торфа.
Осуществление изобретения.
Изобретение содержит перечень технологических операций: транспортировка мороженого торфа, измельчение торфа в замороженном состоянии, конвекционная сушка и измельчение, охлаждение частиц торфа воздухом, получение гранул (пеллет), хранение гранул в производственном цехе, упаковка.
Изобретение работает следующим образом.
Пример 1.
Мороженный торф влажностью 50% и менее транспортируется по зимнему снеговому проезду к месту его переработки (производственный цех). В цеху торф измельчается в замороженном состоянии, в роторно-дисковом измельчителе до размеров (длина, ширина, высота) – 10Ч10Ч10 мм. Далее измельченный торф подвергают конвекционной сушке горячим воздухом до влажности 20% и дополнительному измельчению (диаметр частиц 3 – 5 мм) в сушильном барабане. Температура входящего сухого воздуха в барабан 250°С, а выходящего 120 – 130°С. Продолжительность процесса сушки составляет  9 – 12 мин. Из сушильного барабана частицы торфа с температурой 110°С поступают в камеру, где продувкой воздухом из производственного цеха с температурой 23°С, охлаждаются до температуры 30 – 32°С. Температура воздуха на выходе из камеры охлаждения торфяных гранул 72 – 75°С. Далее охлажденные частицы торфа перемещаются в гранулятор (пеллетайзер), где в процессе прессования и продавливания через перфорированную кольцевую матрицу получаются торфяные топливные гранулы (пеллеты) диаметром 8 мм. В процессе прессования и получения гранул температура торфа возрастает и достигает 38 – 43°С. Затем пеллеты укладывают  в открытые сетчатые поддоны и ставятся на хранение при нормированных параметрах внутреннего воздуха производственного цеха 23°С и относительной влажности 50% (температура окружающей среды). В процессе хранения влажность торфяных топливных гранул снижается до 10 – 12%. После пеллеты упаковываются. Воздух, выходящий из сушильного барабана с температурой 120 – 130°С, а также воздух из зоны охлаждения гранул с температурой 72 – 75°С вместе поступают в теплообменник, используемый для обогрева производственного цеха, и затем сбрасываются в атмосферу.
Пример 2.
Мороженный торф влажностью 50% и менее транспортируется к месту переработки, измельчается, подвергается конвекционной сушке и дополнительному измельчению, охлаждается, прессуется по примеру 1, однако температура входящего сухого воздуха в сушильный барабан равна 200°С, а выходящего 120°С, продолжительность процесса сушки возрастает и составляет 19 – 23 мин.
Пример 3.
Мороженный торф влажностью 50% и менее транспортируется к месту переработки, измельчается, подвергается конвекционной сушке и дополнительному измельчению, охлаждается, прессуется по примерам 1 и 2, однако температура входящего сухого воздуха в барабан равна 180°С, а выходящего 110°С, продолжительность процесса сушки возрастает и составляет 28 – 30 мин. Температура гранул торфа после сушки в барабане составляет 100°С. При такой высокой продолжительности сушки нарушается непрерывность технологических операций. Возрастает влажность частиц торфа до 30% на выходе из сушильного барабана, что увеличит продолжительность сушки в открытых сетчатых поддонах воздухом производственного цеха.
Пример 4.
Мороженный торф влажностью 50% и менее транспортируется к месту переработки, измельчается, подвергается конвекционной сушке и дополнительному измельчению, охлаждается, прессуется по примеру 3, однако температура выходящих из сушильного барабана частиц торфа составляет 85°С, а продолжительность процесса сушки составляет 21 мин. При таком способе производства влажность частиц торфа после сушки составляет 32 – 36%, что увеличит продолжительность сушки в открытых сетчатых поддонах воздухом производственного цеха.
Изобретение простое при осуществлении и может быть применено на стандартном оборудовании. Эксперименты, проведенные с целью получения торфяных топливных гранул, в отдельных частях технологического процесса заявляемого изобретения доказывают его промышленную применимость.
Источники информации
1. SU 664988, опубл. 30.05.1979. Бюл. №20.
2. SU 1745947, А1, опубл. 07.07.1992. Бюл. №25.
3. RU 2103511, С1, опубл. 27.01.1998 (Дата прекращения действия патента: 11.07.1998).
4. RU 2018672, С1, опубл. 30.08.1994 (Дата прекращения действия патента: 12.01.2004).
5. SU 1747466, A1, опубл. 15.07.1992. Бюл. №26.