автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Интенсификация процессов измельчения торфа в молотковых мельницах на перерабатывающих предприятиях

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ ФРЕЗЕРНОГО

ТОРФА К СЖИГАНИЮ

1.1. Основные свойства фрезерного топливного торфа . 9.

1.2. Особенности работы технологических топок для фрезерного торфа

1.3* Влияние технологических и конструктивных факторов на процесс размола дисперсных материалов в молотковой ыельвице . . . . . 18 Ч 1.4. Анализ методов расчета молотковых мельниц, моделирование их работы . « • . •

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТОРФА В ПОДСУШИВАЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ С МОЛОТКОВОЙ МЕЛЬНИЦЕЙ.

2.1. Кинетика процесса измельчения дисперсного материала в подсушивающем устройстве с молотковой мельницей

2*2» Влияние основных факторов на энергозатраты и конечный продукт процесса измельчения • • 42 2*3. Влияние размольной поверхности мельницы на эффективность процесса измельчения торфа

3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1» Цель и задачи экспериментальных исследований •

3.2. Описание экспериментальной установки и принцип ее работы • ••••••••.••

3.3. Методика проведения экспериментов и обработки опытных данных

4» РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ

ИСПЫТАНИЙ МОЛОТКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ

4.1 • Оценка влияния частоты вращения ротора и площади размольной поверхности на процеоо измельчения торфа в молотковой мельнице

4.2. Результаты промышленных испытаний молотковой мельницы с гребенчатой декой в системе подсушки топливного торфа

4.3. Методика инженерного расчета молотковой мельницы с гребенчатой декой

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Использование молотковой мельницы с гребенчатой декой в системе подготовки фрезерного торфа перед сжиганием *

5.2. Специфика подбора типоразмера молотковой мельницы с гребенчатой декой .».*

5.3. Применение молотковой мельницы с гребенчатой декой в народном хозяйстве

ВЫВОДЫ

Руководствуясь решениями исторического ШП съезда КПСС по выполнению задач дальнейшего улучшения благосостояния народа на основе развития научно-технического прогрессе в социалистическом производстве и "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-90 годы и на период до 2000 года", нашей стране предстоит перевести все отрасли промышленности на преимущественно интенсивный путь развития, последовательно усиливать режим экономии, превратить ресурсосбережение в решающий источник удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства* Решение поставленных задач во многом зависит от использования достижений науки и техники, способствующих "повышению в оптимальных пределах единичных мощностей машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости и энергопотребления.w /I, 2/»Усилия работников торфяной промышленности и ученых направлены на повышение эффективности технологии и комплексной механизации производственных процессов, реконструкцию и модернизацию действующего оборудования, улучшение качества готовой продукции, увеличение производительности труда и снижение зависимости отрасли от неблагоприятных погодно-климатических условий /3, 4, 5/.

За последние годы значительно изменилось качество сырья на торфоперерабатывающих предприятиях (ТИП)» Сократились запасы торфа высокой степени разложения в центральных регионах страны /6/* Наибольшее влияние на работу ТПП стали оказывать погодно-климатические условия. На переработку стал поступатьфрезерный торф с содержанием влаги от 52 до 60%, причем его насыпная плотность снизилась от 400-350 кг/м3 до 180-220 кг/м8, а средневзвешенный размер частиц стал от 3,04 до 6,8? мм /7, 8/,Важное место в торфяной отрасли занимают процессы эффективного сжигания торфа в топках, стабильного выделения тепла в котельных и обеспечения постоянного расхода высокотемпературных газов для сушки торфа на торфобрикетных заводах (ТБЗ).

Сложившееся положение с сырьем привело к ухудшению процесса горения торфа в топках и снижению производительности перерабатывающих агрегатов на 20-50% /9, 10/. Неустойчивость горения такого торфа усугублялась тем, что на сжигание подавался отсев крупнодисперсных фракций /II/. Поэтому актуальность работы заключается в обеспечении ресурсо- и энергосберегающей технологии для генерирования высокотемпературных топочных газов, научном обосновании подготовки фрезерного торфа в заводских условиях, выборе соответствующих конструкций технологического оборудования и оптимальных режимов работы.

Согласно теории горения и результатам производственных испытаний, определяющими факторами получения высокотемпературных газов является содержание влаги, рекомендуемое для фрезерного торфа 40-43%, и средневзвешенный размер частиц от 2,9 до 4,6 мм Д2, 13/. Следует отметить, что уменьшение размеров частиц менее 0,2 мм приводит к взрывоопасной ситуации /14/.

В настоящее время проблема подготовки топлива перед сжиганием частично решается с помощью подсушивающих систем на базе мелющего вентилятора и молотковой мельницы, работающихпо замкнутому и разомкнутому циклам /10/.

В котельные перерабатывающих предприятий торф, как правило, поступает без предварительной подготовки /8/. В котельных ТБ8 подготовка торфа обеспечивается размолом в молотковых мельницах и мелющих вентиляторах. Существенным недостатком последних является сплошной помол материала. Это приводит к дополнительным затратам энергии, увеличивает изноо лопаток мелющего вентилятора и способствует накоплению крупных древесных и растительных остатков на дожигательной решетке, нарушая процесс горения.

Избирательности измельчения при подготовке хрупких материалов достигают в молотковой мельнице, созданной по принципу влияния свободного удара на материал /15/. Однако, частицы фрезерного торфа средней степени разложения размером более 10 мм малоэффективно измельчаются при таком воздействии /16/. Это способствует снижению размольной производительности мельницы и увеличению удельных энергозатрат на измельчение такого торфа. Поэтому перед подачей торфа в молотковую мельницу на ТВЗ предварительно отсеивают крупную фракцию на вибрационных, валкогодисковых или барабанных грохотах /17-20/. Однако этим увеличивается неутилизируемый энергетически ценный отсев крупных частиц. Для сжигания такого торфа в фа-кельно-слоевых топках требуется его предварительное измельчение.

Наиболее перспективным направлением измельчения торфа, обеспечивающим высокое качество его подготовки, является использование динамического ударного сжатия, среза при ударе и других аналогичных способов, нашедших широкое применение в различных отраслях народного хозяйства при переработке волокнистых материалов с различным содержанием влаги /16, 21-23/. Достигается это изменением конфигурации и увеличением размольной поверхности камеры дробления за счет установки колосников или дек /16,24/* Наибольший интерес представляют деки, которые в настоящее время нашли широкое применение при измельчении кормов и волокнистых материалов. Однако, отсутствие данных по измельчению торфа с применением дек не позволяет рекомендовать их без соответствующих исследований для подготовки материала в подсушивающем устройстве на ТБЗ или котельной.

Целью настоящей работы являлось обоснование и разработка принципов интенсификации процесса измельчения фрезерного торфа средней степени разложения в молотковой мельнице при его сжигании на торфоперерабатыващих предприятиях.

Диссертация включает в себя пять разделов.

В работе дан анализ поступающего торфяного сырья на переработку, опособов его подготовки и сжигания. Определены пути интенсификации процесса измельчения, обоснована конструкция размольного устройства.

На основании теоретических исследований показана возможность увеличения размольной производительности молотковой мельницы за счет установления гребенчатой деки. Приведены конструкции экспериментальной установки, методика исследований и обработка опытных данных. Изучено влияние основных свойств фрезерного торфа, режимных и конструктивных параметров на размольную производительность молотковой мельницы. Получена экспериментально-статистическая модель процесса измельчения фрезерного торфа в данном агрегате и установлены его оптимальные параметры работы.

На 6ase молотковой мельницы с гребенчатой декой и ступенчатым ротором разработана замкнутая система подсушки фрезерного торфа перед сжиганием в факельно-слоевой топке, которая внедрена на Когуярском ТБЗ Минтоппрома Чувашской АССР* Фактический годовой экономический эффект при этом составил 43 тыс. рублей. В котельной Вышневолоцкого ТБЗ внедряется разомкнутая система подсуики торфа.

Работа выполнена в Калининском политехническом институте в рамках важнейших хоздоговорных НИР в период с 1984-1988г.г.

- 106 -выводы

1. Анализ способов и оборудования для подготовки фрезерного торфа средней степени разложения и отсева от грохотов к сжиганию в технологических топках на торфоперерабатывающих предприятиях показал необходимость совершенствования существующей молотковой мельницы для повышения интенсивности процесса измельчения и снижения удельных энергозатрат.

2. Теоретически и экспериментально установлена целесообразность вывода мелких частиц торфа в сепаратор, минуя молотковую мельницу и измельчения только крупной фракции, рецирку-лирующей в сепараторе, с использованием предложенной конструкции (а.с. № 121X558).

3. На основании проведенных исследований обосновано применение развитой размольной поверхности для молотковой мельницы за счет установки подпружиненной гребенчатой деки (а.с. № 1204257). Удельные энергозатраты, отнесенные к единице степени измельчения в сравнении с обычной молотковой мельницей, при частоте вращения ротора 16,2 с"*, снижены на 24%.

4. Исследовано влияние режимов работы усовершенствованной молотковой мельницы (частоты вращения ротора , количества загружаемого торфа ) при измельчении фрезерного верхового пушицево-сфагнового торфа степенью разложения 20-25% с содержанием влаги ху на удельные энергозатраты, отнесенные к единице степени измельчения. Получена эксперименталь-но-статистическая модель процесса измельчения торфа в предложенной усовершенствованной конструкции мельницы. у - /, U9 + 0,074 Ху + а £4$ Х^Хг-0, т& X, х3 + 0,5599х2 ~ - 0,077 х3 + 0,Ъ41 , кВт Ч/(т. ед. ст. шм.) в границах 40% < < 50%; 16,2 с""*1^ Хг < 28 с"1;

74 кг/ч < х5 < 110 кг/ч.

5. Установлена оптимальная частота вращения ротора в усовершенствованной мельнице при подготовке материала для топок: т факельно-слоевых и факельных - п = 16,7 с ; с псевдоожиженным слоем - п = 25

6. Разработана методика инженерного расчета мельницы с гребенчатой декой. Экспериментально-статистическим методом получены коэффициенты, учитывающие влияние степени разложения торфа и содержания влаги в нем на ее размольную производительность.

7. Усовершенствованная молотковая мельница использована при разработке замкнутой системы подсушки фрезерного торфа, которая внедрена на Когуярском торфобрикетном заводе, Фактический годовой экономический эффект составил 43 тыс, рублей.

1. Горфин О,С,, Зайцев В,С, Технология переработки торфа,- М,: Недра,- 1986,- 248с,

2. Унификация парогенераторов по топливу/Под ред. Н.А. Рассудова,- М.: Машиностроение.- 1982.- 184с,

3. Молочко М.В, Разработка и обоснование параметров валково-дискового грохота и сепаратора пней для подготовки торфа к брикетированию: Дис. . канд.техн.наук,- Минск: АН БССР,- 1986,- 137с.

4. Хзмалян Д,М., Каган Я,А, Теория горения и топочные устройства,- М,: Энергия.- 1976.- 488с,- 109

5. Любошиц И.А., Забродский С.С. Сжигание фрезерного торфа повышенной влажности на электростанциях и промышленных предприятиях БССР.- Минск: ГШ.- 1957.- 51с.

6. Технология производства торфяных брикетов/Под рад. Лазарева А.В.- М.: Недра.- 1984.- 263с.

7. Ромадин В.П. Пылеприготовление;- М., Л.: ГЭЙ#- 1953.-335с.

8. Гришаков Н.М. Исследование процесса дробления фрезерного торфа и создание высокоэффективного измельчителя для получения брикетов: Дис. . канд.техн.наук.- КПЙ, Калинин.-1980.- 169с.

9. Наумович В.М. Искусственная сушка торфа.- М.: Недра.-1984.- 222с.

10. Технология производства топливных брикетов из торфа низкой насыпной плотности/ ЦБНТИ МТП РСФСР.- 1986.- С.2.

11. Глаголев П.П., Гришаков Н.М., Палеха М.М, и др. Реконструкция подготовительных отделений Асерховского и Петровского торфобрикетных заводов// Торфяная промышленность.-1984.- № I.- С. 28-29.

12. Кислов Н.В., Молочко М.В, Применение сепараторов пней и валково-дисковых грохотов для подготовки торфа к брикетированию/ ЦБНТИ МТП РСФСР.- 1986.- С. 28 .

13. Беленов А,А. Исследование работы универсальных кор-модробилок на дроблении фуражного зерна: Дис, . канд.техн. наук.- М,- 1951.- 157с.

14. Макарова Н.А. Исследование процесса дробления сельскохозяйственных материалов// Труды ЦНИИИМЭСХнечерноземноЙ зоны СССР.- Минск,- 1966,- Т. 4,- С. 19-22 .- по

15. Мельников С.В, Результаты сравнительных испытаний дробилок травяной муки// Тракторы и сельхозмашины,- 1971.-№2,- С, 21-23 .

16. Храпач В.Е, Экспериментально-теоретическое обоснование технологического процесса измельчения зерна и параметров молотковой дробилки открытого типа. Дис. . канд.техн.наук.-Киев, 1983.- 157с.

17. Гришаков Н.М., Петрович В.М., Палеха М.М. Исследование фракционного состава фрезерного торфа// Торфяная промышленность." 1978.- № 12.- С. 23-24 .

18. Попов В.М., Шабаров A.M., Базов И,А. Энергетическое использование фрезерного торфа.- М.: Энергия.- 1974.- 304с.

19. Онищенко Н.П. Эксплуатация котельных установок.-М.: ВО Агропромиздат,- 1987.- 351с.

20. Солопов С.Г., Горцакалян Л.О., Самсонов Л.Н. Торфяные машины и комплексы.- М.: Недра.- 1985.- 211с,

21. Лиштван И,И,, Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения.- Минск: Наука и техника.-1975.- 318с.

22. Лебедев А.Н. Подготовка и размол топлива на электростанциях,- М.: Энергия,- 1969,- 520с.

23. Опман Я.С., Любошиц А.И. Энергетическая эффективность тепловых установок торфобрикетного производства/Под ред. Пекелиса Г.Б.- Минск: Наука и техника.- 1973.- 91с.

24. Вебер Ф.Я. Сжигание крошки отсева фрезторфа на торфобрикетном заводе.- Минск: АН БССР.- 1952.- 127с.

25. ГрешноБ Л.С., Шабан/Ю.М., М ультан Ю.М. Технология сушки фрезерного торфа в высокотемпературном инертном кипящем слое// Торфяная промышленность.№ 1988.- № 7.- С. 13-16.

26. Мультан Ю.В. Разработка и испытание теплогенератора для искусственной сушки торфа// Совершенствование процессов добычи и переработки торфа.- Л.: 1986.- С. 152-155 (сб.научн. тр.ВНШТП, Выл. 57).

27. Смургович Б.М., Левсевич Н.В., Смольский М.Э. Совершенствование процесса измельчения сырья на торфобрикетных заводах/ Опыт работы по интенсификации процессов добычи торфа и переработки,- Минск: БелНШтоппроект.- 1980.- С. 22-29.

28. Оборудование вылеприготовления за рубежом: Справочная картотека,- М.: НЬШинформтяжмаш, 1975,- 44с.

29. Равин Д.М, Развитие топочной техники для сжигания торфа на электростанциями/ В кн.: Сжигание торфа на электростанциях.- М,, Л.: ГЭИ,- 1961.- 23с.

30. Осокин В.П. Молотковые мельницы.- М.: Энергия.- 1980.-176с.

31. Система подсушки фрезерного торфа для топки С.В.Татищева Эй, серия I/ Торфяная промышленность.- 1979.- вып.12.-С 14-15.

32. Алешин А,П., Наумович В.М., Соколов Н.Н. Процесс измельчения торфа в шахтной мельнице: Сб.тр. Торф и его переработка КПИ.- М.: Недра.- 1976.- Вып. 15.- С. 12-22.

33. Андреев С.Е.,Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых.- М.: Недра.1980.- 354с.

34. Линч А.Д. Циклы дробления и измельчения.- М.: Недра.1981.- 342с.- из

35. Мельников С.В. Влияние влажности зерна на показатели работы молотковых дробилок. Сб.тр. по земледельческой механике.- М., 1961.- Т. У1.- С. 372-380.

36. Гришаков Н.М., Зайцев B.C., Тараторин Л.В. Состояниеи пути совершенствования торфобрикетного производства; Обзор.-М.: изд. ЦБНТИ МТП РСФСР, 1982.- 59с.

37. Испирян Р.И;, Наумович В.М., Самогин С.К. Оценка кинетики пневмогазовой сушилки фрезерного торфа// Торфяная промышленность, 1984.- № II.- С. 19-21*

38. Алешин А.П., Наумович В.М. Роль подсушивающего устройства и сепарационной шахты в пневмогазовой шахтно-мельнич-ной сушилке// Торфяная промышленность,- 1978.- № 2.- С. 13-16.

39. Алешин А,П, Исследование совмещенного размола и сушки торфа в шахтно-мельничной сушилке при производстве брикетов: Дис, ,., канд.техн.наук,- КПИ, Калинин.- 1967.- 157с.

40. Дорофеев Н.С. Исследование процесса двухстадийного измельчения зерна: Дис. ., канд.техн.наук,- Воронеж,- 167с,

41. Алешин А.П. Совмещение размола и сушки фрезерного торфа в шахтной мельнице// Торфяная промышленность.- 1963.-№ 8.- С. 17-21 .

42. Доброхотов В.И,, Левит Г.Т. Опыт эксплуатации и испытаний молотковых мельниц,- М., Л,: ГШ,- 1963,- 144с,

43. Мельников С.В, Экспериментальные основы теории процесса измельчения кормов на фермах молотковыми дробилками: Авто-реф. дис, . докт.техн.наук,- Л.: 1969.- 60с.

44. Сыроватка В,И, Основные закономерности процесса измельчения зерна в молотковой дробилке// Электрификация сельского хозяйства/ ВИЭСХ,- М., 1964,- Вып. 14.- С. 89.- 114

45. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.- М.: наука.- 1985.- 5Пс.

46. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки.- М,-Недра.- 1973.- 142с.

47. Гришаков Н.М. Исследование процесса дробления фрезерного торфа в молотковом измельчителе// Торфяная промышленность, 1980.- № 7.- С. 22-25.

48. Попельник Б.Н. Исследование работы молотковой дробилки// Кокс и химия, 1968.- С. 15-31.

49. А.с. № 121X558 СССР. Пневмосушилка для сыпучих полидисперсных материалов/ С.К.Самогин, В.С.Зайцев, В.М.Наумович, Т.И.Мазунова// Опубл. в Б.И.- 1986.- 6.- С. 178.

50. Ревенко И.И. О влиянии скорости молотков на эффективность процесса измельчения кормовых материалов// Тракторы и сельхозмашины, 1971.- № 3,- С. 31-32.

51. Сундеев А,А. Исследование технологического процесса измельчения зерновыхькормов: Автореф. дис. . канд.техн. наук.- Воронеж, 1968.- 24с.

52. Сиденко П.М. Измельчители в химической промышленности.- М.: Химия, 1984.- 382с.

53. Фабрикант М.Б. Подготовка кормов// Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин.- М .-Л.: Се-льхозиздат, 1936.- Т. 1У.- 115 75, Лузин П,М, Размол Назаровского угля в молотковой мельнице// Электрические станции.- 1966,- № 3.- С. 35-39.

54. Лузин П,М, Экспериментальные исследования процесса размола в молотковой мельнице: Дис. . канд.техн.наук.- Л.: 1964.- 204с.

55. Дубовский Й,Е, Расчет и выбор бильных мельниц с инерционным и центробежным сепаратором// Теплоэнергетика, 1963.-№ II.- С. 12-18.

56. Ревенко И.И. Исследование влияния основных параметров дробилки на процесс измельчения стебельчатых материалов: Автореф, дис. . канд.техн.наук.- Киев, 1968,- 19с.

57. Елисеев В,А., Тарасенко А,М, Влияние числа пакетовна работу молотковой дробилки/В кн,: Записки Воронежского сельскохозяйственного института Механизация сельскохозяйственных процессов,- Воронеж: ВСХИ, 1972,- Вып, 3, т, 48,- С. 6-9.

58. Панова В.С, Экспериментально-теоретическое исследование динамики молотковой дробилки: Дис. . канд.техн.наук,-Л.: Пушкин,- 1974.- 236с.

59. Ребиндер П,А, Физико-химические исследования процессов деформации твердых тел (сб.научных трудов к ХХХ-летию Октябрьской революции).- М.: АН СССР,- 1947,- С. 35 .

60. Джигурда Ю,П, Расчет молотковых мельниц// Электрические станции, 1970,- № 5,- С. 17-21 .

61. Кисельгоф М.Л., Челищев Н.В., Лифшиц Э.В, Исследование размолоспособности топлив при измельчении их в молотковой мельнице// Теплоэнергетика, 1965.- № 7.- С. 35-41.

62. Левит Г.Т, Методика расчета молотковых мельниц при тонком измельчении углей// Теплоэнергетика, 1969,- № 2,- С. 76-79,- 116

63. Гришаков Н.М., Палеха М.М. Использование моделирования при проектировании измельчителя торфа: йнформлисток №162-80.- Калинин; ЦНТИ, 1980.- Зс.

64. Силин В,А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах// Машиностроение, 1972.- С. 90-128.

65. Силин В.А, Моделирование червячных машин. В сб. Оборудование для переработки полимеров.- Киев: Техника, 1964.- С, 9-78.

66. Модернизированные мельницы и сепараторы. М.: НИЙин-формтяжмаш, 1970.- 39с.

67. Муштаев В.И., Ульянов В.М., Тимохина А,С. Сушка в условиях пневмотранспорта.- М.: Химия, 1984,- 229с.

68. Адлер Ю,П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента и поиск оптимальных условий,- М.: Наука, 1976.- 280с.

69. Гришаков Н.М. Измельчитель молотковый для торфа// Торфяная промышленность, 1979.- № 9.- С. 15-16.

70. Горбунов М.С. Статистическая обработка осциллограмм на приборах// Вестник сельскохозяйственной науки, 1969,- №9,-С, 94-100.

71. Булынко М.Г., Петровский Е#е. Технология торфобрикетного производства.- М.: Недра, 1968.- 312с.

72. Семенский Е.П. Технический анализ торфа.- М.: Недра.-1981.- 231с.

73. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов/ К.Хартман, Э.Лецкий, В. Шефер и др.- М.: Мир.- 1977.- С. 96.

74. Цветков В.Н. Математическая теория эксперимента (пассивный эксперимент).- Днепропетровск, Д1У,- 1979,- 110с.- 117

75. Винарский М.С,, Лурье М.В, Планирование эксперимента в технологических исследованиях.- Киев: Техника.- 1975.- С. 91-Х07.

76. Мельников С,В,, Алешин В,Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов,-Л.: Колос.- 1972.- 199с.

77. Mayer F. Aiigemeine Gxundlog^n det Т. Кичъ-еп- //Лиffate i tun tech nik, 4967, a/S , д. 7-45.

78. Методическое положение по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в торфяной промышленности.- JI,: ЦБНТИ МТП РСФСР, 1983.- 196с.- 119