Способ производства гранулированных торфяных смесей

 

Изобретение относится к способам производства гранулированных смесей в заводских условиях. Способ включает добычу и подачу сырья повышенной влажности на завод, раздельное бункерование по влажности, подготовку торфяных смесей, гранулирование, сушку до кондиционной влажности 10 - 18%. При этом добывают сырье влажностью 45 - 55% и 67 - 72% по двухпродуктовой технологической схеме и раздельно складируют, а перед подготовкой торфяных смесей отделяют посторонние включения путем пневмосепарации, одновременно нагревая смесь до 70 - 95°С и измельчая до крупности не более 5 мм. Подготавливают торфяную смесь путем дозирования различных торфов и добавок с последующим перемешиванием с помощью смесителя до однородной массы, которую высушивают до кондиционной влажности, а затем формуют путем прессования с получением брикетов или полубрикетов либо гранулируют массу экструзионным формованием при влажности, определяемой из соотношения, приведенного в тексте описания. Полученные гранулы после сушки до кондиционной влажности и охлаждения продувкой воздухом до температуры, близкой к окружающей среде, перемещают в зону упаковки либо длительного хранения. Кроме того, в торфяную смесь перед смешением вводят, при необходимости, минеральные удобрения либо известковые материалы, а гранулируют нагретую массу до размеров гранул в поперечнике 5 - 25 мм. При этом в смесь вводят древесные отходы производства, измельченные до крупности не более 5 мм в количестве не более 10% от сухой массы, а сушку гранул осуществляют низкопотенциальным теплоносителем от постороннего источника. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к получению гранулированных смесей на основе фрезерного торфа повышенной влажности в заводских условиях, используемых в качестве топлива, органических и органо-минеральных удобрений, мелиорантов, структурообразователей почвы и субстратов длительного действия, сырья для термической, химической и биотехнологической переработки, а также полуфабрикатов для производства активных углей и брикетирования.

Известен способ производства гранулированных торфяных смесей, при котором экскавируют торфяную массу из залежи, механически перерабатывают ее путем измельчения и обезвоживания, после чего гранулируют обезвоженную массу формованием, сушат гранулы на откосах и внутри складочных единиц, а затем отправляют потребителю. При этом при кислотности торфа-сырца менее 5 в торфяные смеси вводят известковые материалы, а в других вариантах формуют торфяную смесь вместе с минеральными удобрениями [1].

К недостаткам способа относятся трудности приготовления торфяных смесей в полевых условиях с заданными улучшенными свойствами из-за сложности отделения древесных включений, использования и дозирования различных торфов и компонентов, рациональной сушки и других технологических ограничений.

Известен заводской способ приготовления гранулированных торфяных смесей, включающий применение фрезерного торфа влажностью 45-60% и минеральных компонентов, доставку сырья на завод, бункерование, подготовку торфяных смесей, гранулирование, сушку гранул до оптимальной влажности 8-12%, упаковку и отправку комплексных гранулированных удобрений на основе торфа потребителю [2].

Недостатком способа является то, что недостаточно полно используются технологические возможности добычи сырья и получения гранул с заданными однородными потребительскими свойствами на технологических операциях сепарации, утилизации древесных отходов и тепла, контроля влажности приготовляемой смеси перед гранулированием и др., что снижает качество гранул и эффективность технологического процесса в целом.

Кроме того, при производстве гранулированных смесей не используется торф повышенной влажности 67-72%, что снижает технологические возможности добычи и более широкого использования торфяного сырья в других направлениях.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет расширения технологических возможностей получения гранул с заданными улучшенными потребительскими свойствами путем более равномерного распределения в гранулометрическом составе смеси частиц различной крупности, степени разложения и влажности.

Цель достигается тем, что в способе производства гранулированных торфяных смесей, включающем добычу и подачу 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^оС паровоздушным потоком регенерацией тепла, затем 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 чего массу гранулируют экструзионным формованием при влажности, определяемой из соотношения: 45 W_макс, где W₁, W₂,...,W_n - влажности различных торфов и добавок, поступающих в смеситель, % (W_макс = W₁); m₁, m₂, ...,m_n - массы различных торфов и добавок, поступающих в смеситель, кг, при этом получаемые гранулы после сушки до кондиционной влажности и охлаждения продувкой воздухом до температуры, близкой к окружающей среде, перемещают в зону упаковки или длительного хранения.

В торфяную смесь смешением вводят минеральные удобрения либо известковые материалы, а гранулируют нагретую массу до размеров гранул в поперечнике 5-25 мм.

В смесь вводят перед смешиванием измельченные до крупности не более 5 мм древесные отходы производства в количестве не более 10% от сухой массы.

Используют теплоту парогазового потока после охлаждения гранул на нагрев исходного сырья.

Сушку гранул осуществляют путем использования низкопотенциального теплоносителя от постороннего источника.

На производственном участке с предварительным осушением полей в установленные сроки добывают и раздельно складируют два вида торфяного сырья по влажности с использованием известной технологии и существующих технических средств [3]. При этом на всей производственной площади в начале и конце полевого сезона добывают фрезерный торф повышенной кондиции по влажности 67-72% , а в середине сезона (с 5 июня по 12 августа) - торф пониженной кондиционной влажности 45-55%.

Торфа различной влажности и степени разложения, древесные отходы производства и минеральные добавки доставляют на завод, где осуществляют их раздельное складирование и бункерование, с возможностью механизированной подготовки, дозирования и осуществления гранулированных торфяных смесей с заданными регулируемыми потребительскими свойствами и составом компонентов либо торфобрикетов улучшенного качества.

Перечень технологических операций, осуществляющих предложенный способ, включает: добычу фрезерного торфа повышенной влажности по двухпродуктовой технологической схеме и раздельное их складирование; доставку торфа влажностью 67-72% и 45-55%, древесных отходов производства и минеральных удобрений, включая известковые материалы, на завод; раздельное складирование и бункерование материалов, поставляемых на завод; отделение из фрезерного сырья древесных и посторонних включений путем пневмосепарации парогазовым потоком; дополнительное измельчение торфа в процессе пневмосепарации с помощью дробилки до крупности частиц не более 5 мм и нагревание их за счет конденсации вторичного пара до 70-95^оС; измельчение древесных отходов с полей добычи торфа и пеньков, выделенных из сырья пневмосепарацией, до крупности не более 5 мм; подачу в смеситель непрерывного действия конструкции ВНИИТП заданного количества торфа различной влажности, измельченных древесных включений и минеральных добавок путем дозирования;
смешивание с помощью смесителя необходимых дозируемых компонентов до получения однородной по гранулометрическому составу и влажности массы;
контроль влажности подготовленной смеси перед гранулированием с помощью дистанционного влагомера или путем отбора проб и определения их влажности, например, термостатическим методом;
сравнение полученных результатов с расчетной (прогнозируемой) величиной средней влажности дозируемых компонентов, определяемой по формуле;
гранулирование подготовленной смеси влажностью не менее 45% экструзионным формованием с помощью, например, шнекового гранулятора [2, c. 65] или пресса типа СМ-727 (ТУ 22-5430-83);
сушку гранул размером в поперечнике 5-25 мм, например, на конвейерной сушилке от начальной влажности 45-72% до конечной влажности 10-18% при температуре не более 200^оС путем продувки теплоносителем от постороннего источника;
сушку торфяной смеси (при использовании сушенки для брикетирования брикетов и полубрикетов) до конечной влажности 10-18%, например, в паровой трубчатой сушилке, применяемой в брикетном производстве [4], в мягком режиме при температуре не более 125^оС с теплоносителем от постороннего источника;
охлаждение гранул до температуры, близкой к температуре окружающей среды, путем продувки их холодным воздухом;
использование паровоздушной смеси после охлаждения гранул и вторичного пара (пар, образующийся при выпаривании влаги из торфа) на нагрев исходного сырья до 70-95^оС и в системе регенерации тепла у постороннего источника, что расширяет технологические возможности повышения эффективности производства гранулированных торфяных смесей в заводских условиях;
упаковку, при необходимости, охлажденных гранул с помощью оборудования ЭМТ-1 конструкции ВНИИТП в бумажные или полиэтиленовые мешки;
отправку продукции в зону складирования с последующей отправкой потребителю.

П р и м е р 1. До начала полевого сезона на производственном участке осуществляют разбивку на всей площади технологических площадок и размечают размещение на них штабелей для добычи двух кондиций по влажности одним и тем же оборудованием.

При устойчивом переходе среднесуточной температуры наружного воздуха через +5^оС (для т/пр. "Пельгорское", Ленинградской обл. - 22 апреля) и суточной эффективной испаряемости не менее 1 кг/м² в сутки начинают полевой сезон добычи фрезерного торфа повышенной кондиции по влажности, преимущественно 67-72% по известной технологии с помощью существующего оборудования, например, для раздельной уборки.

При улучшении в середине сезона условий сушки (для Ленинградской обл. сроки перехода 5 июня. В этот второй период сушки эффективная испаряемость не менее 4,2 кг/м²) на той же производственной площади осуществляют добычу фрезерного торфа с пониженной кондицией по влажности, преимущественно 45-55% по той же технологической схеме, но с раздельным складированием сырья в укороченные штабеля длиной до 45 м.

По ухудшении в конце сезона условий сушки (для Ленинградской обл. сроки перехода 12 августа. В этот период сушки - третий - эффективная испаряемость менее 4,2 кг/м²) вновь переходят на добычу фрезерного сырья повышенной влажности, преимущественно 67-72% и складируют в соответствующие штабеля.

Заканчивают полевой сезон производства торфяного сырья влажностью 67-72% при устойчивом переходе температуры наружного воздуха через граничное значение +5^оС (для т/пр. "Пельгорское" - 10 октября).

Осуществляют доставку на завод, по мере необходимости, торфяное сырье двух кондиций по влажности, низкой, средней и высокой степеней разложения, отходы полей добычи в виде пней и необходимые для приготовления гранулированных смесей минеральные добавки и материалы, которые раздельно складируют с возможностью механизированного перемещения их в зону дозирования.

Подают с помощью транспортеров торфяное сырье на пневмосепарационную установку для выделения из потока крупных древесных и посторонних включений, дополнительного измельчения торфа до крупности частиц не более 5 мм, нагревания материала вторичным теплоносителем до 70^оС (в зимний период) и отделения парогазового теплоносителя от нагретого торфа с помощью, например, циклона.

Далее заданное количество торфа различной степени разложения и влажности, например, 2000 кг/ч верхового торфа влажностью 45%, зольностью не более 1,5% и степенью разложения 20%, 3000 кг/ч верхового торфа влажностью 72% , степенью разложения 35% и зольностью не более 2%, а также 500 кг/ч измельченных древесных включений влажностью 30%, подают через дозирующее или весовое устройство в смеситель непрерывного действия конструкции ВНИИТП для получения однородной по гранулометрическому составу и влажности массы, которую затем направляют на гранулятор, например, формовочный пресс типа СМ-727, и гранулируют экструзионным способом путем продавливания торфяной массы через имеющуюся решетку с отверстиями с возможностью получения гранул диаметром 25 мм.

Среднюю влажность торфяной массы и возможность эффективного гранулирования определяют из соотношения:
45 W_макс Подставляя имеющиеся данные, получают
45 < = 58,4 < 72,, что не противоречит технологическим возможностям процесса гранулирования экструзионным формованием.

Полученные гранулы с поперечником 25 мм и длиной (2-4)d обезвоживают до конечной влажности 18% путем искусственной сушки с использованием, например, известной конвейерной сушилки при температуре не более 200^оС путем продувки теплоносителем (от постороннего источника) через сетку и гранулы.

Высушенные гранулы охлаждают в каскадном охладителе конструкции ВНИИТП до 25^оС путем продувки холодным воздухом, а выделенную теплоту используют на нагрев исходного сырья. Затем охлажденные гранулы подают в зону упаковки либо складирования с возможностью механизированной погрузки и отправки потребителю для использования гранул в качестве, например, топлива либо полуфабриката, либо сырья для более глубокой переработки и использования органического вещества торфа.

П р и м е р 2. Добывают торф повышенной влажности по технологической схеме, рассмотренной в примере 1.

Аналогично подготавливают торфяную смесь и направляют через дозирующее устройство в смеситель в следующем количестве:
4600 кг/ч верхового торфа влажностью 45%, степенью разложения 20% и зольностью более 1,5%;
400 кг/ч верхового торфа влажностью 72%, степенью разложения 35% зольностью более 2%;
500 кг/ч измельченных древесных включений влажностью 20%.

Определяют влажность торфяной смеси на выходе из смесителя по приведенной формуле:
45 W_макс
Подставляя принятые значения, получают
45 < = 44,7 < 72.

Полученная средняя влажность торфяной смеси, равная 44,7%, ниже граничного значения влажности, равной 45%, ниже которой процесс гранулирования экструзионным формованием не эффективен из-за недостаточной пластичности торфяной массы, приводит к ухудшению качества гранул из-за повышенной крошимости при одинаковых технологических условиях, что недопустимо.

Поэтому торфяную смесь влажностью 44,7% вначале высушивают до влажности 18% с использованием, например, паровой трубчатой сушилки при температуре не более 125^оС теплоносителем от постороннего источника, а затем формуют путем прессования с помощью известных в брикетном производстве прессов [4].

Полученные брикеты и полубрикеты отправляют потребителю для использования их в качестве, например, бытового и коммунального топлива.

П р и м е р 3. Добывают на производственной площади фрезерный торф двух кондиций по влажности по технологической схеме, рассмотренной в примере 1.

Аналогично подготавливают в заводских условиях торфяную смесь и направляют через дозирующее устройство в смеситель в следующем количестве:
2500 кг/ч верхового торфа влажностью 72%, степенью разложения 20% и зольностью не более 2,0%;
3000 кг/ч верхового торфа влажностью 45%, степенью разложения 35% и зольностью не более 2,0%.

Определяют влажность торфяной смеси на выходе из смесителя по имеющейся формуле путем подстановки конкретных принятых значений:
45 < = 57,3 < 72.

Полученная средняя влажность торфяной смеси, равная 57,3%, выше минимальной влажности, равной 45%, и ниже максимальной влажности, соответствующей для данного способа 72%, что обеспечивает возможность эффективного гранулирования массы экструзионным формованием с помощью известного оборудования.

Полученные гранулы с поперечником 5 мм и длиной (2-4)d обезвоживают до конечной влажности 12%, охлаждают до 25^оС и при необходимости и упаковывают аналогично примеру 1.

При необходимости гранулированную торфяную смесь отправляют потребителю для использования в качестве полуфабриката при производстве активных углей или сырья для более глубокой переработки и использования органического вещества торфа.

П р и м е р 4. Добывают фрезерный торф двух кондиций по влажности по технологической схеме, рассмотренной в примере 1.

Аналогично подготавливают в заводских условиях торфяную композицию путем дозирования в смеситель, например, следующих компонентов:
3700 кг/ч переходного торфа влажностью 72%, степенью разложения 20% и зольностью до 5%;
425 кг/ч низинного торфа влажностью 55%, степенью разложения 35% и зольностью до 10%;
550 кг/ч измельченных древесных включений влажностью 30%;
825 кг/ч минеральных удобрений азотных, фосфорных и калийных (NPK) в соотношении 1:1:1 средней влажностью 3%.

Определяют среднюю влажность торфяной смеси с удобрениями (торфа 75%, удобрений 15%) на выходе из смесителя по приведенной в примере 1 формуле с учетом влажности и массы конкретных компонентов:
45 < = 56,1% < 72.

Полученная средняя влажность композиции, равная 56,1%, соответствует граничным значениям по влажности, что обеспечивает возможность эффективного гранулирования массы экструзионным формованием с помощью известного оборудования.

Полученные гранулы с поперечником до 7 мм и длиной (2-4)d обезвоживают до конечной влажности 12% путем искусственной сушки теплоносителем от постороннего источника, охлаждают до 25^оС продувкой воздухом, а затем отправляют в зону упаковки или складирования.

Гранулированные торфяные удобрения используют в сельском хозяйстве в качестве одного из основных источников длительного обогащения почв гумусом.

Гранулированные торфяные удобрения длительного действия с заданным составом компонентов хорошо высеваются известными туковысевающими аппаратами, более устойчивы по сравнению с торфяными удобрениями и компостами к выщелачиванию минеральных питательных веществ осадками, способствуют повышению в 1,5-2 раза полноты использования вносимых удобрений непосредственно сельскохозяйственными культурами, что улучшает экологическую обстановку и повышает эффективность получения и использования гранул в целом.

Технико-экономические преимущества предложенного изобретения заключается в том, что способ:
позволяет добывать и использовать торф повышенной влажности до 72% в неустойчивый период сушки на одних и тех же производственных площадях с помощью соответствующего технологического оборудования, что расширяет технологические возможности добычи торфа;
позволяет использовать отходы производства в виде древесных включений в качестве одного из компонентов гранулированных торфяных смесей, что повышает эффективность использования органического вещества торфа с единицы производственной площади;
улучшает качество гранулированных торфяных смесей за счет возможности дозирования и контроля заданных компонентов с регулируемыми потребительскими свойствами смеси в зависимости от целей и назначения использования готовой продукции у потребителя;
обеспечивает возможность использования низкопотенциального теплоносителя от постороннего источника, систем регенерации тепла и сепарации посторонних включений в заводских условиях, что снижает удельный расход энергии и трудозатрат при производстве гранул, улучшает качество приготовляемых композиций, что расширяет технологические возможности производства готовой продукции с заданными регулируемыми свойствами, необходимыми для потребителей.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ ТОРФЯНЫХ СМЕСЕЙ, включающий добычу и подачу сырья повышенной влажности на завод, раздельное бункерование, подготовку торфяных смесей, гранулирование, сушку гранул до кондиционной влажности 10 - 18%, упаковку и отправку готовой продукции потребителю, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем расширения технологических возможностей получения гранул с заданными улучшенными потребительскими свойствами за счет более равномерного распределения в гранулометрическом составе смеси частиц различной крупности, степени разложения и влажности, 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^oС с паровоздушным потоком с регенерацией тепла, затем 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 чего массу гранулируют экструзионным формованием при влажности, определяемой из соотношения
45 w_max ,
где w₁, w₂, ..., w_n - влажность различных торфов и добавок, поступающих в смеситель, % (W_max = w₁);
m₁, m₂, . . . , m_n - масса различных торфов и добавок, поступающих в смеситель, кг,
при этом получаемые гранулы после сушки до кондиционной влажности и охлаждения продувкой воздухом до температуры, близкой к температуре окружающей среды, перемещают в зону упаковки или длительного хранения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в торфяную смесь перед смешением вводят минеральные удобрения либо известковые материалы, а гранулируют нагретую массу до размеров гранул в поперечнике 5 - 25 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь вводят перед смешиванием измельченные до крупности не более 5 мм древесные отходы производства в количестве не более 10% от сухой массы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют теплоту парогазового потока после охлаждения гранул на нагрев исходного сырья.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку гранул осуществляют путем использования низкопотенциального теплоносителя от постороннего источника.