Обґрунтування і розробка пошарового валкування фрезерного торфу

Размещено на http://www.allbest.ru/

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.331.06:65.011.54

Обґрунтування і розробка пошарового валкування фрезерного торфу

05.15.03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Стріха Володимир Андрійович

Кривий Ріг 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування, Міністерство освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться ”11” квітня 2008 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий ”7” березня 2008 р.

АНОТАЦІЯ

Стріха В.А. Обґрунтування і розробка пошарового валкування фрезерного торфу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин. - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2008.

Дисертація присвячена питанням удосконалення технологічного процесу розробки торфового родовища фрезерним способом з метою зменшення втрат і підвищення якості продукції. Визначені головні чинники, які найбільшою мірою впливають на кількісні та якісні показники перебігу технологічного процесу. Установлено, що найменш досконалою операцією технологічного циклу є валкування.

Запропонована методика пошарового формування валка з чіткою вологісною стратифікацією частинок торфу в ньому. Розроблено механізм, який реалізує запропонований принцип пошарового валкування і визначені його головні характеристики. Розроблені рекомендації щодо впровадження інновації у виробництво.

Отримані результати можуть бути використані для поліпшення кількісних і якісних показників технологічного процесу видобування фрезерного торфу.

Ключові слова: розробка торфового родовища, фрезерний торф, кількісні і якісні втрати, пошарове валкування, вологісна стратифікація.

фрезерний торф видобування

АННОТАЦИЯ

Стриха В.А. Обоснование и разработка послойного валкования фрезерного торфа. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 - открытая разработка месторождений полезных ископаемых. - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2008.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования технологического процесса разработки торфяного месторождения фрезерным способом с целью уменьшения потерь и повышения качества продукции. В результате уточнения и последующего анализа материального баланса технологического процесса производства фрезерного торфа определены главные факторы, которые в наибольшей степени влияют на количественные и качественные показатели хода технологического процесса. Установлено, что наименее совершенной операцией технологического цикла является валкование: именно при валковании имеют место наибольшие количественные потери торфа и происходит его увлажнение, что для топливной продукции является фактором ухудшения качества. Выполненный обзор отечественных и зарубежных технологических и технических решений относительно усовершенствования операции валкования показал, что на данное время эта проблема не решена.

На основе теоретических и экспериментальных исследований установлены возможные средства уменьшения потерь количества и качества продукции при валковании. Главная идея данной работы основана на известных данных о кинетике сушки влажных материалов, когда интенсивность испарения снижается по мере высыхания материала. Лабораторные исследования сушки торфа в камере искусственного климата, а также натурные исследования в условиях реального торфяного производства показали приемлемость принципа интенсификации убыли влаги из материала за счет размещения более влажных частиц в верхнем слое валка торфа. Предложена методика послойного формования валка с четкой влажностной стратификацией частиц торфа в нем, что позволяет ускорить достижение торфом кондиционной влажности и, одновременно, уменьшить количественные потери продукции. Снижение потерь достигается за счет более чистого подбора частиц торфа, когда их сгребание происходит как бы дважды: вначале первым, а затем вторым отвалом, причем рабочие кромки выполнены из эластичного материала, обеспечивающего плотный, но не травмирующий поверхность карты контакт с залежью. Разработан механизм, который одновременно реализует предложенные принципы: и “двойного” валкования, и формирования валка с влажностной стратификацией частиц по его сечению. Это валкователь оригинальной конструкции, главные характеристики которого (ширина захвата, углы установки отвалов, высота отвала, ширина горловин и др.) также определены в диссертационной работе. Разработаны рекомендации относительно внедрения инновации в производство. Рассмотрены два варианта организации процесса добычи торфа: первый - с уменьшением продолжительности технологического цикла при достижении одинакового (кондиционного) значения влажности продукции; второй - с сохранением обычной длительности цикла при получении продукции пониженной (на 5-7 %) влажности. Признано целесообразным не изменять продолжительность технологического цикла по сравнению с обычной, достигая при этом снижения влажности продукции и увеличения циклового сбора. Опытным путем определен также целесообразный временной интервал между операциями второго ворошения и валкованием, который, при средних условиях сушки, составляет 4-6 часов.

Полученные результаты могу быть использованы для улучшения количественных и качественных показателей технологического процесса добычи фрезерного торфа. Достигаемое при использовании послойного валкования увеличение сезонного сбора торфа позволяет вести добычу на меньшей площади, что снижает техногенную нагрузку на недра и, одновременно, уменьшает сумму оплаты за землепользование. Снижаются также расходы на устройство мостов-переездов, шлюзов, на меньшей площади сокращаются и объемы земляных работ по отрывке и содержанию осушительной сети.

Достигаемое снижение влажности фрезерного торфа сокращает объем перевозок, что также является весомым фактором экономии. Прямым результатом снижения влажности сырья при одновременном возрастании его количества является повышение производительности торфобрикетного завода. При более сухом сырье возрастает производительность сушилок по высушенному материалу, снижается расход торфа как топлива технологической топки. Это, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность производства торфяных топливных брикетов, а также имеет положительные последствия в плане влияний на природную и социальную среды. Полученные результаты весьма актуальны в условиях повышения роли местных топлив в энергетическом балансе страны. Их внедрение имеет место на дочернем предприятии “Смыгаторф” государственного предприятия “Ровноторф” Минуглепрома Украины и будет расширяться.

Ключевые слова: разработка торфяного месторождения, фрезерный торф, количественные и качественные потери, послойное валкование, влажностная стратификация.

ANNOTATION

Strikha V.A. Substantiation and development of milled peat layered ridging. - Manuscript.

Thesis for the competition of scientific degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 05.15.03 - open pit mining of mineral resources deposits. - Kryvyy Rih Technical University, Kryvyy Rih, 2008.

The thesis is devoted to the improvement of technological process of peat deposit development by milled peat method with the aim of losses reduction and products upgrading. There have been determined main factors which influence quantitative and qualitative indexes of this process. Ridging has been proved to be the least perfect technological cycle operation.

The method of layered ridge formation with clear humid peat particles stratification in it has been suggested. The mechanism implementing the offered principle of layered ridging has been developed and its main characteristics have been defined. There have been worked out recommendations for the innovation introduction into production.

The achieved results can be used for the improvement of quantitative and qualitative indexes of milled peat excavating process.

The keywords: peat layer development, milled peat, quantitative and qualitative losses, layered ridging, humid stratification.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна - найпівденніша країна Європи, у якій торфові ресурси ще мають промислове значення. Геологічні запаси торфу оцінюються в 2,171 млрд. т, балансові - близько 936,1 млн. т, що робить торф реальним резервом покращання паливно-енергетичного балансу України.

Домінуючим в Україні є фрезерний спосіб видобування торфу, продукт якого - фрезерний торф - являє собою сировину для брикетування. Зниження вологості сировини сприяє підвищенню ефективності торфобрикетного виробництва за рахунок зменшення витрат енергії на транспортування сировини, на процес штучного сушіння та ін. Технології видобування фрезерного торфу в Україні є усталеними протягом десятиріч і реалізуються відповідним видобувним обладнанням, значна частина якого фізично зношена й морально застаріла. І технологія, і техніка видобування фрезерного торфу потребують удосконалення. Валкування - найменш досконала операція технологічного циклу виробництва фрезерного торфу: через неефективну взаємодію робочих елементів - відвалів - з поверхнею покладу й розстилом значна кількість (в окремих випадках - до 50%) частинок торфу не потрапляють до валка та залишаються на поверхні карти. Більше того, у процесі валкування спостерігається зволоження торфу, що потрапив у валок, за рахунок частинок, відірваних від поверхні торфового покладу робочою поверхнею відвалу.

Таким чином, удосконалення технологічної операції валкування в напрямку зменшення втрат і вологості фрезерного торфу являє собою актуальне завдання, успішне розв'язання якого сприятиме покращенню показників фінансово-господарської діяльності торфопідприємств, ширшому розповсюдженню одного з найдешевших комунально-побутових палив вітчизняного виробництва - торфових брикетів.

Науковою задачею роботи є встановлення головних факторів, що визначають втрати торфу в технологічному процесі його видобування, призводять до зволоження продукції, а також визначення тих чинників, які дозволяють суттєво поліпшити технологію виробництва фрезерного торфу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до регіональної Програми розвитку торфової галузі на період до 2010 року “Торф Рівненщини” (розпорядження голови облдержадміністрації №213 від 30.03.2001 р.), метою якої є зміцнення енергетичної безпеки регіону, стабілізація й розвиток виробництва на ДП “Рівнеторф”, забезпечення зменшення відтоку грошових коштів, пов'язаних із закупівлею енергоносіїв для бюджетних установ, організацій, об'єктів соціальної сфери, за межі області, збільшення наповнення місцевого бюджету й прискорення обороту грошових коштів в області, налагодження виробництва органічних добрив та іншої продукції на основі торфу.

Дисертаційна робота безпосередньо зв'язана також із галузевою програмою технічного переозброєння торфової промисловості України (Мінвуглепром України 2005 р.)

Мета роботи - удосконалення технологічного процесу розробки торфового родовища фрезерним способом шляхом модернізації операції його валкування в напрямку зменшення втрат готової продукції та підвищення її якості.

Задачі дослідження:

установити найголовніші чинники, які визначають ефективність технологічного процесу видобування фрезерного торфу в цілому та перебіг технологічної операції валкування зокрема й зумовлюють втрати торфу та його зволоження;

теоретично й експериментально обґрунтувати можливість та найбільш доцільні напрямки удосконалення операції валкування;

розробити якісно нову технологію валкування фрезерного торфу, позбавлену головних недоліків існуючої;

розробити конструкцію механізму (валкувача) для реалізації запропонованої технології валкування фрезерного торфу;

перевірити ефективність запропонованих рішень у виробничих умовах, розробити рекомендації щодо використання удосконаленої системи валкування на торфових підприємствах, які видобувають фрезерний торф для брикетування.

Об'єкт дослідження - торфовий поклад і розміщені на ньому розстил та валок фрезерного торфу.

Предмет дослідження - технологія видобування фрезерного торфу з використанням домінуючого в Україні скреперно-бункерного збирального комплексу, технологічна операція валкування фрезерного торфу та механізм (валкувач), який виконує цю операцію.

Методи досліджень. Для розв'язання поставлених задач використаний комплексний метод дослідження, який включає в себе системний аналіз, обробку літературних і патентних джерел, фізичне моделювання, лабораторні експериментальні дослідження та експерименти в умовах діючого виробництва, математичну статистику, техніко-економічний аналіз і прогнозування.

Наукові положення, які виносяться на захист.

Вологісна стратифікація поперечного перерізу валка фрезерного торфу при його формуванні зумовлює інтенсифікацію зневоднення торфу і забезпечує додаткове зниження вологості продукції на 5-7 %.

Збільшення коефіцієнту збору продукції при валкуванні до 0,9, а також кероване формування валка з вологорізницею між внутрішнім і поверхневим шарами торфу понад 10 % досягається застосуванням подвійних, ступінчасто розташованих відвалів валкувача.

Наукова новизна отриманих результатів:

уперше встановлено залежність інтенсифікації зневоднювання торфу від вологісної стратифікації поперечного перерізу валка при формуванні останнього;

уперше обґрунтовано можливість забезпечення технологічними чинниками вирівнювання вологості торфу в масивах, що формуються, по їх товщині;

уточнено структуру та параметри складових матеріального балансу технологічного циклу видобування фрезерного торфу;

удосконалено теоретичні засади визначення й обґрунтування параметрів двошарового валка при видобуванні фрезерного торфу;

розроблено методику визначення просторової зміни вологості торфу в поперечному перерізі валка;

обґрунтовано геометричні та конструктивні параметри робочих елементів валкуючого механізму, які забезпечують реалізацію запропонованого принципу формування валка, дозволяють збільшити коефіцієнт збору торфу до 0,9 і знизити його вологість на 5-6 %.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертації забезпечується використанням класичних засад теорії тепломасопереносу, визнаних положень теорії польового сушіння торфу, значним обсягом експериментальних досліджень у лабораторних і польових умовах, а також в умовах реальної технології промислового видобування фрезерного торфу, апробованих методів математичної статистики.

Про достовірність і реальність результатів роботи також свідчать патенти, у яких зазначено принципові технологічні й конструктивні рішення, покладені в основу дисертаційної роботи. Достовірність роботи підтверджується також експертними висновками Українського концерну торфової промисловості “Укрторф”, Національного університету водного господарства та природокористування, а також дочірнього підприємства “Смигаторф” Державного підприємства “Рівнеторф” Українського концерну торфової промисловості “Укрторф” Мінвуглепрому України.

Наукове значення роботи полягає в установленні домінуючих чинників впливу на втрати й зволоження торфу в технологічному процесі видобування фрезерного торфу, у розробці нового принципу формування валка, в опрацюванні методик лабораторних та польових досліджень процесу сушіння фрезерного торфу залежно від методів формування валка, в обґрунтуванні конструктивних параметрів валкувача й раціональних технологічних режимів його використання.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в наступному:

уперше запропоновано збирання фрезерного торфу з розстилу у валок з диференційованим впливом на частинки торфу залежно від їх розташування по товщині розстилу;

визначено головні параметри валкування, які суттєво ефективніші порівняно з існуючими технологіями та пристроями для валкування фрезерного торфу;

розроблено конструкцію двовідвального робочого органу валкувача, яка дозволяє реалізувати запропонований метод;

розроблено конструкцію, виготовлено, успішно випробувано й упроваджено валкувач, що формує валок, який дозволяє знизити вологість фрезерного торфу на 5-6 %, а його втрати - до 10%.

на відміну від відомих методів валкування фрезерного торфу з розстилу у валок, при реалізації яких має місце хаотичне перемішування частинок торфу в призмі волочіння та їх невпорядковане розташування по перерізу валка, уперше запропоновано метод, за якого формування валка здійснюється керовано: вологі частинки зосереджуються на його поверхні поверх сухіших, у протилежність розташуванню їх у розстилі, завдяки чому прискорюється досягнення ними кондиційної вологості та знижується середнє значення вологості фрезерного торфу;

розроблено, на підставі аналізу варіантів кінцевої мети “кількість-якість”, технологічні регламенти застосування валкувача запропонованої конструкції в технологічному процесі виробництва фрезерного торфу.

Реалізація результатів роботи. Результати досліджень прийняті до впровадження концерном “Укрторф” на дочірньому підприємстві “Смигаторф” державного підприємства “Рівнеторф”. Теоретичні висновки досліджень реалізуються в навчальному процесі Національного університету водного господарства та природокористування.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульована мета й задачі досліджень, ідея роботи, наукові положення, висновки та рекомендації, розроблені методики дослідження, проведені теоретичні та експериментальні дослідження, узята участь у розробці конструкції валкувачів, виготовленні, випробуваннях, розробці технологічних регламентів виконання операції валкування. Зміст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертаційних досліджень. Основні результати досліджень, що включені до дисертації, оприлюднені на VІ Науково-технічній конференції з фізико-хімії торфу (м. Тверь, Росія, 1989 р.), на науково-технічній конференції “Підсумки впровадження нової техніки та технології та перспективи переробки торфу на підприємствах ВО “Калінінторф” (с. Радченко, Росія, 1989 р.), ХІ Всесоюзній науково-технічній конференції молодих спеціалістів (м. С.-Петербург, ВНДІТП, Росія, 1991 р.), на Всесоюзній науково-практичній конференції в м. Томськ (Росія, 1991 р.), на Міжнародному симпозіумі “Органічна речовина торфу” (м. Мінськ, Білорусь, 1995 р.), на Міжнародній конференції “Торф у вирішенні проблем енергетики, сільського господарства та екології” (м. Мінськ, Білорусь, 2006 р.), неодноразово - на науково-технічних конференціях Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне, Україна).

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 12 друкованих працях, з них 4 статті у фахових виданнях, затверджених ВАК України, 2 патенти на винаходи, а також у 3 статтях і 3 тезах доповідей за матеріалами наукових конференцій і симпозіумі.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і рекомендацій, списку використаних джерел та додатків. Дисертація містить 117 сторінок тексту, 45 ілюстрацій на 42 сторінках, 14 таблиць на 13 сторінках, список використаних джерел зі 104 найменувань на 10 сторінках, а також дев'яти додатків на 25 сторінках. Загальний об'єм дисертації - 159 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовані актуальність теми дисертації та необхідність проведення досліджень, сформульовані мета й задачі досліджень, визначені наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації та публікації наслідків досліджень.

У першому розділі виконано оцінку перспектив розробки торфових родовищ України та можливих напрямків удосконалення технологій видобування торфу. Показано, що торфові ресурси нашої країни достатні для організації промислового їх освоєння, особливо перспективним є Північно-Західний регіон України. Обґрунтовані можливі напрямки використання торфу й продукції на його основі, показано, що переважають торфи низинного типу, які можуть найбільш успішно використовуватись для виготовлення палив і для одержання гумінових речовин - основи для виробництва широкого спектру продукції різноманітного призначення. З урахуванням досвіду європейських країн, що видобувають торф, визначений екологічно допустимий щорічний масштаб видобування паливного торфу в п'яти областях Північного Заходу України, який склав близько 570 тис. т умовного палива.

Виконаний аналіз технологічного процесу розробки торфового родовища найпоширенішим у світі фрезерним способом із застосуванням домінуючого в Україні і в країнах Європи скреперно-бункерного видобувного комплексу. Поопераційний розгляд технологічного процесу й складеного матеріального балансу видобувного циклу показав, що джерелом найбільших кількісних і якісних втрат є операція валкування. Визначено, що технологічні та конструктивні заходи щодо поліпшення ефективності валкування, ужиті в зарубіжних країнах (Фінляндія, Ірландія, Росія), не дали очікуваного результату.

На підставі зазначеного в першому розділі сформульовані мета й задачі даного наукового дослідження.

На основі аналізу наукової літератури, фондових джерел і теоретичних узагальнень визначена мета та основна ідея дослідження, сформульовані задачі і розроблена загальна методика досліджень, обґрунтовані напрямки та методи дослідження всіх явищ і процесів, що мають місце при валкуванні торфу, з послідуючим удосконаленням технології валкування та досягнення суттєвого поліпшення її кількісних та якісних показників і видобувного процесу в цілому.

У другому розділі виконане обґрунтування напрямку, методології та методики досліджень. Йому передує детальний розгляд теоретичних засад зневоднювання торфу як процесу збагачення копалини шляхом видалення найвагомішого баластного компоненту - води. На підставі аналізу класичної формули Д. І. Менделєєва для визначення теплоти згорання палив, а також з урахуванням елементного складу робочої маси торфу, аналітично підтверджено, що зниження вологості є єдиним реальним засобом впливу виробника на теплоту згорання торфового палива. Розглянуті технологічні етапи зневоднювання корисної копалини, показано, що польове сушіння в перебігу видобувного процесу є найвагомішим етапом зневоднення торфу.

Детально проаналізовані види води в торфі та енергії її зв'язку з речовиною, з позицій тепломасопереносу розглянутий процес сушіння сфрезерованого торфу в розстилі й визначені шляхи інтенсифікації цього процесу. Особлива увага приділена такому засобу інтенсифікації видалення води з торфу, як так звана організація шару, що сохне. Розв'язання системи диференційних рівнянь при зазначених умовах дозволило одержати значення середнього вологовмісту верхнього та нижнього шарів торфу в процесі його сушіння не лише в плоскому шарі, а й у валку (рис. 1):

(1)

(2)

, (3)

(4)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Розрахункова схема двошарового валка

Як видно, головними чинниками, які визначають перебіг процесу, є ефективний середньоінтегральний коефіцієнт дифузії вологи ат, густина сухої маси торфу гс, товщина h верхнього і нижнього шарів. Параметр В розраховується за рівнянням

, (5)

де значення мn рекомендовано знаходити за спрощеною формулою

. (6)

На підставі виконаного теоретичного дослідження сформульовані принципи формування валка, що дозволяють підвищити ефективність технологічного процесу видобування фрезерного торфу: принцип повноти збирання й принцип оптимізації умов досягненні продукцією кондиційних показників по вологості.

Розроблена програма й методики лабораторних та польових експериментальних досліджень. Лабораторні дослідження мають на меті порівняльну оцінку кінетики сушіння сфрезерованого торфу в валках, сформованих за звичайною технологією (хаотично перемішані частинки) і при упорядкованому розміщенні вологих частинок на поверхні валка.

Польові експериментальні дослідження плануються з метою апробації запропонованого методу формування валка та засобу його реалізації (валкувача ПСВ) в умовах діючого виробництва, визначення ефективності новації порівняно з результатами роботи стандартного валкувача МТФ-31. Показана схема пошарового принципу виконання технологічної операції валкування (рис. 2).

Розділ завершується описанням конструкції та робочого циклу і схеми роботи валкувача.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Секція робочого апарату і схема формування валка в два прийоми: 1 - перший відвал; 2 - первинний валок; 3 - другий відвал; 4 - вторинний валок; 5 - шар вологої торфової крихти

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень. Висловлені попередньо умоглядні припущення про ефективність пошарового формування валка знайшли експериментальне підтвердження. На основі спостережень у камері штучного клімату були побудовані криві сушіння матеріалу, одна з яких наведена на рис. 3.



Рис. 3 Залежність вологовмісту торфу від тривалості сушіння: 1 - пошаровий валок; 2 - звичайний валок (температура повітря 28 оС, швидкість повітря 1,0 м/с; відносна вологість повітря 35%, випаровуваність 0,68 кг/м2·год.)

Це означає, що застосування пошарового валкування відкриває реальну перспективу зменшення тривалості технологічного циклу видобування торфу при збереженні необхідної якості продукції.

Якщо ж тривалість технологічного циклу залишити незмінною, то пошарове валкування дозволяє знизити вологовміст фрезерного торфу на величину ДW.

Процес досліджувався у двох діапазонах: від другого ворушіння (вологовміст торфу WB2) до валкування (вологовміст торфу WBл) і від валкування (вологовміст торфу WBл + ДWB) до завершення сушіння. Сушіння вважалось завершеним, коли матеріал у валку, сформованому звичайним способом, досягав вологовмісту Wу = 0,67 кг/кг, який відповідає умовній вологості продукту.

Пошарове двоопераційне валкування інтенсифікує досушування торфу в валку: лінія вв1 наочно це демонструє, досягаючи пунктирної лінії умовного вологовмісту Wу = 0,67 кг/кг приблизно на одну годину раніше, тобто через 5,5 год. після початку досліду.

У результаті лабораторних досліджень установлено, що пошарове формування валка активізує процес досягнення кондиційної вологи всіма зразками торфів у всьому дослідженому діапазоні зміни температури та вологості повітря.

При середніх умовах сушіння близьким до оптимального є інтервал між другим ворушінням і валкуванням тривалістю 4ч6 годин, при якому торф у валку досягає кондиційного вологовмісту за найкоротший час (рис. 4). Польові експериментальні дослідження проводились на діючій дільниці з видобування фрезерного торфу (торфове родовище Старники Дубенського району Рівненської обл.), призначеного для наступного брикетування на Смизькому торфобрикетному заводі. Вони підтвердили ефективність запропонованого принципу валкування з позицій селективного (за вологістю) формування валка, про що свідчить достатньо чітка вологісна стратифікація (рис. 5).

Рис. 4 Криві сушіння фрезерного торфу в валку з різним інтервалом між другим ворушінням та валкуванням: 1 - 0 год., валок не пошаровий; 2 - 2 год.; 3 - 6 год.; 4 - 4 год., валки пошарові

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Розподіл вологи по поперечному перерізу валка торфу

Високі показники були отримані також при дослідженні пошарового валкування на предмет зменшення втрат продукції в перебігу операції: втрати скоротились удвоє - з 16,7 до 7,9 %.

Польові дослідження показали наступне.

Розшарування розстилу фрезерного торфу шляхом послідовного пошарового впливу на нього відвалів з еластичними стрічками різної жорсткості відбувається достатньо виразно; різниця між вологістю торфу, що сходить з першого й другого відвалів, становить в середньому 8%.

У валку, сформованому пошаровим способом, спостерігається чітка вологісна стратифікація: сухіші частинки з верхнього шару розстилу розташовуються всередині валка, а вологіші, з нижнього прошарку розстилу - на поверхні валка; різниця між вологістю торфу внутрішнього і зовнішнього шарів валка перевищує 11 %.

Реальне зниження вологості фрезерного торфу, досягнуте за рахунок інтенсифікації досушування торфової крихти в пошарово сформованому валку становить 4ч7%.

Пошарове валкування фрезерного торфу валкувачем запропонованої конструкції дозволяє більше ніж удвічі зменшити втрати продукції при виконанні даної операції.

Сформований запропонованим способом валок фрезерного торфу, порівняно зі звичайним, відзначається більшою компактністю, що зменшує вірогідність його зволоження від опадів і роси та покращує якість підбору скрепером торфозбиральної машини.

Четвертий розділ присвячений реалізації отриманих результатів на практиці. Наведена методика оцінки ефективності технологічної інновації за допомогою показника питомих витрат паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) на виробництво кінцевого продукту - торфобрикету:

, (7)

де W - витрати ПЕР за одиницю часу; Q - продуктивність технологічного устаткування на операції: 1 - фрезерування покладу, 2 - ворушіння розстилу торфової крихти, 3 - валкування, 4 - збирання, 5 - навантаження торфу в транспортні одиниці, 6 - транспортування торфу, 7 - штучного сушіння фрезерного торфу, 8 - пресування сушонки.

Аналіз цього виразу показав, що використання запропонованого принципу валкування дозволяє знизити питомі витрати енергії у чотирьох з п'яти наступних за валкуванням операцій і зменшити підсумковий показник в цілому.

Розроблена методика розрахунку головних параметрів валкувача, що реалізує запропонований принцип формування двошарового валка, а власне ширини захвату робочої секції, кута встановлення першого та другого відвалів, їх довжини та висоти, товщини та висоти робочої частини еластичних елементів відвалів (табл. 1).

Таблиця 1 Розрахункові формули для визначення розмірних параметрів валкувача

Розмірний параметр валкувача	Розрахункова формула	Значення елементів формули
Ширина захвату робочої секції		VБ - об'єм бункера збиральної машини; гб - насипна густина торфу в бункері; qц - цикловий збір торфу; L - робоча довжина карти; б - коефіцієнт збору.
Кут встановлення перших відвалів	б1 90о -	- кут тертя між торфом і поверхнею відвалу.
Ширина горловини між першими відвалами		в - кут природного укосу торфу в валку; г - насипна густина торфу в валку.
Ширина горловини між другими відвалами		hтв - висота тіла волочіння: де b - ширина захвату одного відвалу; ц - кут внутрішнього тертя торфу.
Кут встановлення других відвалів	б2 = б1 - г	, де - ширина тіла волочіння по основі, l1 - довжина першого відвалу.
Довжина першого відвалу	l1 = ,м
Довжина другого відвалу	l2 = ,м
Поточне значення висоти відвалу	,м

У цьому ж розділі опрацьовані рекомендації щодо організації технологічного процесу видобування фрезерного торфу з використанням двошарового принципу валкування. Показано, що технологічний процес виробництва фрезерного торфу може бути побудований за одним з двох варіантів залежно від категорії днів сушіння:

- зі сталою тривалістю технологічного циклу і змінними цикловими зборами;

- зі змінною тривалістю циклу і постійними цикловими зборами.

При першому варіанті традиційна дводобова тривалість технологічного циклу видобування фрезерного торфу залишається незмінною. Корисний ефект від використання двошарового валкування досягається за рахунок кращої чистоти підбирання частинок двовідвальним валкувачем (зростає коефіцієнт збору) і завдяки інтенсифікації досушування торфу в валку (знижується його вологість). Таким чином, покращуються два дуже важливі технологічні показники: через зменшення втрат (в середньому по семи технологічних циклах з 7.16 до 3,39 т/га) на 3,77 т/га зростає цикловий збір торфу і на 4ч7 % знижується його вологість.

Розглянуті перспективи впровадження запропонованої технології валкування за рубежем, показано, що принцип пошарового валкування прийнятний і для верхових торфів, в тому числі - при застосуванні видобувної технології “Хаку” та “Супер-Хаку” (Фінляндія).

Результати цього розділу такі:

- виграш від застосування двовідвального валкувача за рахунок економії ПЕР по кінцевому продукту - торфобрикету істотно перевищує незначне зростання енергоємності власне пошарового валкування;

- ефективна реалізація ідеї пошарового валкування можлива при правильному визначенні головних параметрів валкувача за методиками, наведеними в даному розділі;

- найбільш доцільним є такий варіант впровадження нової системи валкування, за яким технологічні операції виконуються у звичайному, звичному для персоналу ритмі, а кінцевий результат роботи (збільшення кількості видобутого торфу і зниження його вологості) покращується за рахунок зростання сезонного збору і скорішого досихання торфу в валку;

- найбільш реальною є перспектива використання запропонованого принципу валкування в країнах, де використовується скреперно-бункерний видобувний комплекс. Реалізація принципу пошарового валкування в технологіях “Хаку” і “Супер-Хаку” (Фінляндія) потребує інших конструкторських рішень щодо модернізації відвалів валкувачів.

У п'ятому розділі виконано еколого-економічне обґрунтування застосування пошарового валкування в технологічному процесі видобування фрезерного торфу із застосуванням традиційного в Україні скреперно-бункерного збирального комплексу. Розрахунками доведено, що завдяки цій інновації знижується техногенне навантаження на геологічне середовище: через зростання збору торфу з одиниці площі розмір ділянки родовища, що розробляється , зменшується на 22%.

Відповідно (розрахунково з 8202 до 6375 кг за рік) зменшуються викиди шкідливих речовин з вихлопними газами двигунів тракторів і технологічних машин. Оскільки йдеться про такі викиди, як окис вуглецю СО, вуглеводні СН, окис азоту NO, сажу С і діоксид сірки SO2, зменшення їх потрапляння в атмосферу поліпшує стан повітряного середовища.

При аналізі економічної ефективності запропонованої технології валкування увага зосереджена на двох наслідках зниження вологості фрезерного торфу.

Першим з них є зменшення маси баластної води, що перевозиться разом з видобутим торфом із сировинної бази на завод. На прикладі промислового транспорту сировини на Смизькому торфобрикетному заводі показано, що очікуване зменшення обсягу перевезень через пониження вологості торфу становить близько 13 тис. т, а економія дизельного пального складає близько 6,5 тис. л.

Другим позитивним наслідком зниження вологості торфу є зростання продуктивності сушарки по висушеному матеріалу, що дозволяє помітно підняти продуктивність торфобрикетного заводу продуктивністю 60 тис. т майже на 15 тис. т. За розрахунками працівників дочірнього підприємства “Смигаторф” при вдосконаленні процесу видобування торфу фрезерним способом із застосуванням наявного скреперно-бункерного видобувного комплексу при впровадженні пошарового валкування очікуваний економічний ефект становитиме 230,7 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій на основі виконаних досліджень технологічного процесу видобування торфу фрезерним способом із застосуванням скреперно-бункерного збирального комплексу отримано нове рішення актуальної науково-практичної задачі, яке полягає у розробці нового методу виконання технологічної операції валкування торфу з метою зменшення втрат і підвищення якості готової продукції.

Основні наукові та практичні результати, висновки й рекомендації роботи полягають у наступному.

На підставі детального аналізу процесу видобування фрезерного торфу складений уточнений матеріальний баланс технологічного циклу і встановлено, що операція валкування є джерелом найбільш вагомих втрат кількості та якості продукції.

Визначені два напрями удосконалення технології валкування фрезерного торфу: зменшення втрат торфу через непотрапляння частинок з розстилу у валок і зниження вологості продукції; виконане теоретичне обґрунтування можливості інтенсифікації досушування торфу у валку шляхом розміщення вологіших частинок торфу поверх сухіших.

Запропоновані метод пошарового валкування розстилу фрезерного торфу і механізм його реалізації, завдяки яким при формуванні валка здійснюється вологісна стратифікація торфу: частинки сухішого торфу з верхнього шару розстилу першочергово згрібаються першими відвалами, формуючи валок, поверх якого другі відвали нагортають більш вологі частинки з нижнього шару розстилу. Експериментально встановлено, що розстил достатньо чітко розділяється на два шари при послідовній його обробці двома відвалами з еластичними валкуючими кромками різної жорсткості: різниця між вологістю торфу, що сходить з першого й другого відвалів, становить 8%; різниця вологості торфу внутрішнього й зовнішнього шарів валка перевищує 11%.

Експериментально встановлено, що величина часового інтервалу між другим ворушінням і валкуванням справляє помітний вплив на інтенсивність і тривалість видалення вологи з валка торфу; при середніх умовах сушіння близьким до оптимального є інтервал між другим ворушінням і валкуванням тривалістю 4ч6 годин, при якому торф у валку досягає кондиційного вологовмісту за найкоротший час.

Польові експериментальні дослідження в умовах діючого виробництва показали, що реальне зниження вологості фрезерного торфу, досягнуте за рахунок інтенсифікації досушування торфової крихти у пошарово сформованому валку становить 4ч7%. Пошарове валкування фрезерного торфу валкувачем запропонованої конструкції дозволяє більше ніж удвічі зменшити втрати продукції при виконанні даної операції та забезпечує величину коефіцієнту недобору до 0,1.

Сформований запропонованим способом валок фрезерного торфу, порівняно зі звичайним, відзначається більшою компактністю, що зменшує вірогідність його зволоження від атмосферного повітря та опадів і покращує якість підбору скрепером торфозбиральної машини.

Розроблена методика розрахунку найважливіших параметрів валкувача для пошарового валкування фрезерного торфу, запропоновані конструктивні рішення, які сприяють розробці ефективного валкувача, придатного для промислового використання.

Запропонований варіант впровадження нової системи валкування, за яким технологічні операції виконуються у звичайному, звичному для персоналу ритмі, а кінцевий результат роботи (збільшення кількості видобутого торфу та зниження його вологості) покращується за рахунок зростання сезонного збору й скорішого досихання торфу у валку.

Застосування пошарового валкування сприяє зниженню техногенного навантаження на геологічне середовище та зменшує забруднення повітря викидами шкідливих речовин двигунами тракторів і технологічних машин.

Упровадження пошарового валкування на сировинній базі торфобрикетного заводу потужністю 60 тис. т брикету на рік дозволяє, лише за рахунок зниження вологості фрезерного торфу на 5 % і зростання при цьому продуктивності сушарки, одержати річний економічний ефект 230,7 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гнеушев В. А., Стриха В. А. Энергосбережение как фактор оценки прогрессивности методов и средств добычи торфа // Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии - Peat in solution of energy, agriculture and ecology problems: Материалы междунар. конф., 29 мая - 2 июня 2006 г., Минск, Республика Беларусь / Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т проблем использования природных ресурсов и экологии. Междунар. торфяное о-во и др. под ред. Н.Н. Бамбалова. - Минск: Тонпик, 2006. - С. 27-28.

2. Стриха В. А., Гнеушев В. А. Удельные энергозатраты как критерий прогрессивности технических решений // Уголь Украины. - 2007. - № 2. - С. 21-23.

3. Стриха В. А., Бавтуто А. К., Гнеушев В. А. Совершенствование процесса валкования фрезерного торфа // Исследование свойств и технологии добычи торфа. Сб. науч. тр. Всесоюз. НИИ торф. пром. - Вып. 65. - Л., 1990, - С. 70-73.

4. Способ валкования фрезерного торфа и устройство для его осуществления. А. с. 1687788. МКИ Е21С49/00 / Гнеушев В. А., Бавтуто А. К., Стриха В. А. - № 4719928; Заявл. 18.07.89; Опубл. 30.10.91, Бюл. №40. - 3 с.: ил.

5. Рабочий аппарат валкователя фрезерного торфа. А. с. 1384782. МКИ Е21С49/00 / Гнеушев В. А., Стриха В. А. - № 4111383; Заявл. 18.08.86; Опубл. 30.03.88. - Бюл. № 12. - 2 с.: ил.

6. Гнєушев В. О., Стріха В. А., Рибак І. І. Роль кафедри розробки родовищ корисних копалин в розвитку торфовидобувних технологій і техніки // Вісник НУВГП: Зб. наук. праць. - Вип. № 2 (34). - Рівне, 2006. - С. 3-12.

7. Стриха В. А., Гнеушев В. А., Бавтуто А. К. Физические основы улучшения операции валкования // Торфяная промышленность. - 1992. - № 2. - С. 21-23.

8. Стріха В. А., Калько А. Д. Аналіз біохімічних процесів утворення та районування торфових родовищ // Вісник НУВГП: Зб. наук. праць. - Вип. № 3 (31). - Рівне, 2005. - С. 414-419.

9. Стріха В. А. Розрахунок параметрів валкувача пошарового валкування фрезерного торфу // Вісник НУВГП: Зб. наук. праць. - Вип. № 4 (40). - Ч. 3. - Рівне, 2007. - С. 178-185.

10. Стриха В. А., Гнеушев В. А., Бавтуто А. К. Физико-технологические факторы интенсификации досушки торфяной крошки в валке // VI Научно-техническая конференция по физико-химии торфа (Результаты исследований по физике и химии торфа и их использование). Тезисы докладов. - Калинин, 1989. - С. 46.

11. Стриха В. А., Гнеушев В. А., Бавтуто А. К. Улучшение технологических показателей процесса валкования фрезерного торфа // ХІ Научно-техническая конференция молодых специалистов “Торфяная промышленность - народному хозяйству”. - Л., 1991. - С. 43.

12. Стріха В. А., Гнєушев В. А., Глинський О. І. Підвищення ефективності роботи валкувача // Ювілейна науково-технічна конференція професорсько-викладацького складу: Тези доповідей. - Рівне, 1995. - С. 65.

13. Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: полягає у наступному: [1, 2, 3, 4, 5, 6] - ідея, постановка задачі, виконання теоретичних досліджень, аналіз результатів; [7, 8, 10, 11, 12] - постановка задачі, чисельне рішення та обробка результатів.

Размещено на Allbest.ru

...