CC BY
9318
Труды Инсторфа 12 (65)
УДК 662.641.047
Цветков И.В.
Цветков Иван Викторович аспирант кафедры геотехнологии и торфяного производства Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) . Тверь, Академическая, 12. [email protected]
Вележева С.И.
Вележева Светлана Ивановна, к. т. н., доцент каф. технической механики ТвГТУ Тверь, ул. Маршала Конева, 12. [email protected]
ИЗМЕНЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ СЫРЬЯ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы изменения зольности торфа при сушке дымовыми газами. Рассмотрен технологический процесс и набор оборудования сушильного участка торфоперерабатывающего предприятия. Определено влияние конструктивных особенностей оборудования сушильного участка на снижение уровня зольности в готовом продукте. Рассмотрены основные конструкции золоуловителей, применяемых в технологическом процессе искусственной сушки в барабанных сушилках. Определены три составляющие зольности готового продукта: зольность сырья; зола, уносимая из топочного устройства; увеличение зольности за счет выхода летучих. Предложено замещение высокозольного торфяного топлива для топочных устройств, при производстве торфяных брикетов, на древесное, полученное параллельно с добычей торфа.
Ключевые слова: торф, сушка, зола, брикетирование, барабанная сушилка, дымовые газы, золоуловитель.
Tsvetkov I.V.
Tsvetkov Ivan V., Graduate Student, Chair of Geotechnology and Peat Production of the Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12
Velezheva S.I.
Velezheva Svetlana I., PhD., Associate Professor, Chair of Technical mechanics of the TvGTU. Tver, Marshala Koneva, 12.
CHANGE
OF THE ASH-CONTENT OF RAW MATERIALS FOR BRIQUETTING IN THE COURSE OF DRYING
Abstract. In the article the problem of change of an ash-content of peat when drying by combustion gases is considered. Technological process and a set of the equipment of a drying site of the peat treating enterprise are considered. Influence of design features of the equipment of the drying site on decrease of ash-content in final product is defined. The main designs of ash collectors used in technological process of artificial drying in drum dryers are considered. Three components of an ash-content of final product are defined: ash-content of raw peat; the ashes which is carried away from the furnace device; increase in an ash-content at emission of volatiles. Replacement of high-ash peat fuel for furnace devices is offered by production of peat briquettes on wood fuel, received in parallel with peat excavation.
Key words: peat, drying, ash, briquetting, rotary drum dryer, flue gases, ash collector.
Труды Инсторфа 12 (65)
19
Использование местного топлива вследствие удорожания нефти и газа становится все более выгодным. Рациональное использование местных энергетических ресурсов позволяет находить новые экологически чистые методы получения энергии. Для многих регионов России использование торфа в качестве основного источника топлива является оправданным и перспективным [1]. Россия обладает 37,5% мировых запасов торфа, что может послужить фактором для использования торфяного топлива не только на местном рынке, но и для экономически обоснованного экспорта, как между регионами Российской Федерации, так и в другие страны.
Торфяные брикеты являются одним из перспективных видов местного топлива, пользующимся большим спросом у населения из-за удобства применения и доставки [2]. Производство торфяных брикетов включает в себя ряд последовательных процессов: искусственную сушку, дробление и прессование. Процессом, непосредственно влияющим на увеличение теплотворной способности торфа, является сушка. Около 88% всей влаги, содержащейся в торфе, приходится на воду механического удерживания [3], энергия связи которой невелика, и составляет около 0,2 ккал/моль. Поэтому
для удаления влаги из торфяного сырья ряд производителей торфяных брикетов и гранул используют пневмобарабанные сушилки типа АВМ. На рис. 1 представлена технологическая схема сушильного комплекса на базе сушильного барабана АВМ-0,65.
В сушильном комплексе на базе барабана АВМ-0,65 сушильным агентом являются дымовые газы, выработанные при сгорании топлива в теплогенераторе. Одновременно с газами в барабан по наклонному скребковому транспортеру поступает влажное сырье. Выгрузка из сушильного барабана производится пневмотранспортом за счет разряжения, создаваемого дымососом. Высушенное сырье осаждается в циклонном сепараторе, после чего поступает на участок дробления. Этот сушильный комплекс за счет отсутствия громоздкого теплообменника и дополнительного тягодутьевого устройства позволяет сэкономить на оборудовании и электроэнергии.
Технологическая схема по производству брикетов используется для получения готового продукта влажностью до 8-10% при начальной влажности 50-55%. Но при этом вместе с сушильным агентом в барабан попадает вылетевшая из теплогенератора летучая зола и несгоревшее топливо. Общее количес-
1,7 т/ч - 5%
на участок дробления
Рис.1. Технологическая схема сушильного комплекса на базе барабана АВМ-0,65
Fig.1. Technological scheme of the drying complex at the base of the drum AVM 0.65
20
Труды Инсторфа 12 (65)
тво твердых выбросов, попавших в барабан, можно определить по формуле [4]:
Мтв = 0,01В ^аунАг + qA (1 - щ),
где В - расход топлива, кг/ч; Аг - зольность топлива на рабочую массу, %; аун - доля золы топлива в уносе; q4 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; пз -доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе; 32,68 - теплота сгорания углерода, МДж/кг.
Доля золы в уносе аун обусловлена конструктивными особенностями топочного устройства. Так, для шахтных, шахтно-цепных топок и теплогенераторов скоростного горения этот показатель составляет 0,10 [5], а для слоевых топок бытовых теплогенераторов - около 0,25.
Зольность готового продукта определяется тремя составляющими:
А™.' = А"в + д, + д2,
где A£jj; - зольность по сухому веществу сырья, подаваемого в сушильный барабан; Д1 - увеличение зольности за счет приносимой золы из теплогенератора; Д2- увеличение зольности за счет выхода летучих в процессе сушки.
На рис. 2 схематично представлено изменение зольности в процессе сушки.
Процесс сушки торфяного сырья в сушильных барабанах происходит при температуре выше температуры начала выхода летучих (Тн = 370 К) [6], за счет чего концентрация золы в готовом продукте незначительно увеличивается [7]. Опытные данные по количеству выхода органического вещества при сушке
в барабанных сушилках отсутствуют. Увеличение зольности за счет приносимой золы из теплогенератора зависит как от конструктивного исполнения теплогенератора и золоулавливающего устройства перед барабаном, так и от зольности используемого топлива. Массу золы, улетевшей в сушилку, можно определить по формуле [4]:
М3 = 0,01В • а^А1 (1 - Пз).
Увеличение количества золы сказывается на качестве готовой продукции и может привести к получению продукции более низкого сорта или брака. Повышенная зольность оказывает негативное воздействие на рабочие поверхности прессов и грануляторов, что приводит к более быстрому истиранию матриц и фильер, и выходу из строя техники.
Решением данной проблемы может служить замена высокозольного торфяного топлива для теплогенераторов на древесное, полученное параллельно с добычей торфа. Система утилизации древесных остатков на торфодобывающих предприятиях практически отсутствует, что делает древесину, извлеченную из торфяной залежи при подготовке производственных площадей к эксплуатации, дешевым и доступным топливом [8]. Данное решение удобно применять на производствах, расположенных на торфодобывающих предприятиях или в непосредственной близости с ними. Зависимость унесенной золы от зольности топлива представлена на рис. 3. Использование древесного топлива в производстве торфяной продукции осложняется необходимостью использования дополнительного оборудования для измельчения и складирования древесины.
Воздух, необходимый для горения
Топливо
Зола в составе топлива, Аг, %
Z
>
о
Зола-----> Торф------► Газы----->
Рис. 2. Схема движения золы, торфа, дымовых газов на участке сушки
Fig. 2. The scheme of the movement of ashes, peat, combustion gases on a drying site
Труды Инсторфа 12 (65)
21
1
2
■3
■4
почную трубу (рис. 4). При этом более эффективным и менее взрыво- и пожароопасным является механизированная подача топлива в топку, при которой регулирование слоя топлива происходит автоматически.
Рис. 3. Зависимость количества золы, попавшей в барабан, от зольности топлив:
1 - для сушильного барабана АВМ-0,65, аун = 0,10;
2 - для сушильного барабана АВМ-0,65, аун = 0,25;
3 - для сушильного барабана АВМ-1,5, аун = 0,10;
4 - для сушильного барабана АВМ-1,5, аун = 0,25
Рис. 4. Сушильный барабан АВМ-0,65 в сборе с теплогенератором ТГ-1,2: 1 - теплогенератор; 2 - газоход соединительный; 3 - предтопок-искрогаситель; 4 - сушильный барабан;
5 - шибер; 6 - аварийно-растопочная труба
Fig. 3. The dependence of the amount of the ash trapped in the drum of fuel ash (1 - for the drying drum AVM 0.65 Aung = 0.10; 2 - for the drying drum AVM 0.65 Aung = 0.25; 3 - for drying drum AVM 1.5 Aung = 0.10;
4 - for the drying drum AVM 1.5, Aung = 0.25)
Не менее важной является необходимость производить процесс сушки только при устоявшемся режиме горения в теплогенераторе. При выводе его на режим тяга дымовых газов не должна осуществляться через барабанную сушилку, а должна идти через аварийно-расто-
Fig. 4. Stove AVM 0.65 assembled with heat generator TG-1.2 (1 - heat generator; 2 - flue connection;
3 - primary furnace, spark arrestor; 4 - drum dryer;
5 - gate; 6 - emergency lighting-tube)
Для очистки дымовых газов перед сушильными барабанами устанавливают предтопки-искрогасители (рис. 5), которые, закручивая поток газов, создают аэродинамическое сопротивление, не позволяющее проникнуть в сушильный агрегат тяжелым твердым частицам, а завихритель, установленный на входе
a
Подача
торфа
V
б
Подача
торфа
V
Рис. 5. Предтопки-искрогасители: а - для барабана АВМ-1,5; б - для барабана АВМ-0,65
Fig. 5. Pre-furnace-spark arrestors (a - Drum AVM 1.5; b - Drum AVM 0.65)
22
Труды Инсторфа 12 (65)
в аппарат, препятствует попаданию в барабан горящих частиц. Таким образом, предтопки работают в качестве золоуловителей. КПД золоулавливания данных аппаратов невысок, около 50-70%, но этого достаточно для производства качественной продукции.
Проведенные исследования по влиянию конструктивных особенностей оборудования в процессе сушки торфяного сырья позволили определить три составляющие зольности готового продукта: зольность сырья; зола, уносимая из топочного устройства; увеличение зольности за счет выхода летучих, что в итоге при использовании золоуловителей в технологическом процессе искусственной сушки в барабанных сушилках снизит уровень зольности в готовом продукте.
Таким образом, технология сушки сырья для брикетирования дымовыми газами для производства торфяных брикетов является эффективным и удобным способом получения готового продукта с повышенным качеством. Для этого в технологическом процессе необходимо высокозольное торфяное топливо для топочных устройств заменить древесиной, извлекаемой из торфяной залежи при подготовке производственных площадей к добыче торфяного сырья и являющейся отходом. Это позволит рационально использовать ресурсы торфяного месторождения.
Библиографический список
1. Гамаюнов, С.Н., Мисников, О.С., Пухова, О.В. Перспективные направления использования продукции на основе гранулированного торфа // Горный журнал, 1999. -№ 10. - С. 41-44.
2. Яблонев, А.Л., Пухова, О.В. Особенности транспорта торфа к конечному потребителю в г. Твери // Горный информационноаналитический бюллетень. - 2010. - Т. 1. -С. 34-35.
3. Базин, Е.Т., Лиштван, И.И., Попов, М.В. Курс физики торфа. Часть II. - Калинин: КГУ 1978. - 102 с.
4. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час. - Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды, 1999 http://snipov.net/c_4654_ snip_99619.html
5. О проведении расчетов выбросов вредных веществ в атмосферу по «Методике определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час». - Методическое письмо НИИ «Атмосфера» от 17.05.2000 г. № 335/33-07.
6. Соколов, Б.А. Котельные установки, работающие на твердом топливе: учеб. пособие. -М.: Академия, 2012. - 64 с.
7. Любов, В.К., Горюнов, В.В. Результаты исследования эффективности работы цеха по производству древесных гранул // ИВУЗ. Лесной журнал. - 2009. - № 5. - С. 135-145.
8. Мисников, О.С. Разработка научных принципов утилизации промышленных отходов с комплексным использованием ресурсов торфяных месторождений: Автореф. дис. ... д. т. н. - Тула: ТулГУ, 2007. - 40 с.
