молотковая дробилка для измельчения торфяных брикетов с одновременным восстановлением структуры торфа

изобретение относится к устройствам для измельчения блоков натурального торфа и брикетов прессованного торфа, сформированных в процессе его добычи, а также пакли, в насыпной тонковолокнистый полуфобрикат, который может быть использован в растениеводстве как один из компонентов при приготовлении комплексных субстратов.

молотковые дробилки широко используются для измельчения различных материалов неорганического и органического происхождения.

так, например, для измельчения материалов высокой твердости, в том числе керамики, стекла, щебня, доломита и шамота применяются высокоскоростные молотковые дробилки. в рабочем режиме исходный материал непрерывно подается через загрузочное устройство. дробление происходит при соударении материала с молотками и броневыми щитами. измельченный материал высыпается через отверстия колосниковых решеток. частота вращения ротора с молотковыми ударниками в процессе дробления находится в пределах 1500 - 2000 об/мин.

однако для высоскоростных молотковых дробилок такого типа существует ограничение по влажности обрабатываемого материала - она не должна быть выше 8%. в противном случае происходит намазывание материала на молотки, броневые щиты и колосниковые решетки, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности процесса дробления или к полной остановке процесса.

для измельчения материалов низкой твердости, в том числе щепы деревьев, отходов целлюлозного производства и др. также используются молотковые дробилки. так, например, для измельчения коры хвойных деревьев с одновременным разделением продуктов на луб и корку используется процесс (RU2257290), включающий измельчение коры древесины и ее последующее разделение на вышеуказанные компоненты. измельчение и собственно разделение ведут одновременно в молотковой дробилке при скорости вращения ротора 1400 - 2000 об/мин в течение 3-5 сек. измельчение коры осуществляется за счет ударного воздействия на нее элементов ротора, а разделение луба и корки, которые имеют различную плотность, происходит в воздушном потоке. для реализации данного

процесса молотковая дробилка (диспергатор) дополнительно комплектуется вентилятором высокого давления и циклоном для сбора мелких частиц.

конструкции молотковых дробилок и их компонентов весьма многообразны.

как правило, молотковые дробилки включают основной набор компонентов, а именно ротор различной конфигурации с шарнирно закрепленными на нем молотками, устройства загрузки и выгрузки измельчаемого материала, размольные плиты, обеспечивающие наряду с ударным измельчением материала его частичное истирание, а также набор дополнительных, в зависимости от предназначения, компонентов, включающий устройства для сепарации частиц измельчемого материала по размерам, удельному весу и даже структуре, устройства подачи сжатого воздуха, воды, химических реагентов и т.д.

набор основных и дополнительных компонентов молотковых дробилок определяется той задачей, которую должна решать та или иная установка.

к числу достаточно простых и не содержащих дополнительных компонентов можно отнести молотковую дробилку (US6527210), которая включает ротор с углублениями радиального профиля, позволяющими свободно вращаться молоткам ударного типа, закрепленным в каждом углублении на собственной оси. ротор дробилки закрепляется на оси пятигранного профиля.

ротор молотковой дробилки может быть установлен вертикально (US4819886), в этом случае молотки вращаются в горизонтальной плоскости. это, по утверждению авторов, обеспечивает оптимальный режим измельчения гравия и других строительных материалов.

возможно также реверсивное вращение ротора молотковой дробилки

(CA1312321), что обеспечивает, по мнению авторов, высокую производительность при измельчении материалов с низким удельным весом (материалы органического происхождения, продукты сельского хозяйства и садоводства) и позволяет избежать забивания устройства выгрузки измельченного материала.

с другой стороны, существуют патенты подробно описывающие молотковые дробилки весьма сложной конструкции, содержащие множество компонентов различного предназначения. так, например, патентуется молотковая дробилка (PCT

WO02/092229), содержащая два роторных узла с множеством закрепленных молотков, наборы измельчающих плит, размещенных в различных местах корпуса, причем

дробящие молотки имеют различную схему крепления (жестко закрепленные и качающиеся) и форму, а измельчающие плиты различную конфигурацию в зависимости от места их размещения. всего формула изобретения содержит 104 пункта. использование молотковых дробилок при измельчении торфа определяется спецификой процесса производства субстратов на его основе.

процесс производства субстратов на основе верхового торфа включает в себя следующие стадии - снятие слоя верхового торфа фрезерным способом и сушку под открытым небом. в процессе сушки влажность торфа, которая первоначально была в пределах 90

- 80%, постепенно снижается и достигает, в зависимости от структуры торфа, величины порядка 50 - 30%.

верховой торф после его снятия фрезерным способом представляет собой набор кусков разной величины. после сушки мелкие куски торфа (фракция 10 - 50 мм) собираются с поля и подвергается прессованию (со степенью сжатия 1,5 - 2,2 раза) в блоки различной величины. крупные куски верхового торфа (фракция более 50 мм) прессованию не подвергаются из экономических соображений.

затем прессованные блоки и крупные куски торфа транспортируются к местам их обработки и там подвергаются измельчению с целью восстановления структуры торфа, максимально приближенной к естественной.

в процессе сушки торфа происходит охрупчивание его волокон. в этом случае количество пыли, полученной при измельчении высушенного торфяного куска или блока с остаточной влажностью 30 - 40% в обычной молотковой дробилке достигает до 40%. торфяная пыль, полученная при измельчении, обладает низким удельным весом и высокой дисперсностью, так что любые попытки ее сбора и утилизации является достаточно большой и неприятной проблемой.

для решения этой проблемы необходимо использование дополнительных устройств - для транспортировки торфяной пыли необходимо создание направленного тока воздуха, т.е. применение вентиляторов высокого давления, для сбора торфяной пыли необходимо применение специальных устройств, например, циклонов и т.д.

все это ведет к дополнительным затратам на оборудование, энергетику и в конечном счете делает применение молотковых дробилок для измельчения торфяных брикетов нерентабельным.

кроме того, применение торфяной пыли в качестве субстрата по меньшей мере бесполезно.

с точки зрения защиты окружающей среды торфяная пыль несомненно вредна и представляет значительную угрозу для органов дыхания человека.

таким образом, резкое снижение содержания или даже полное устранение торфяной пыли при измельчении высушенных торфяных брикетов позволяет повысить выход годного продукта и одновременно, решая экологическую проблему, избежать затрат на дополнительное оборудование.

целью данного изобретения являлась конструкция молотковой дробилки, которая в процессе измельчения торфяных брикетов и кускового торфа решала бы следующие задачи: - измельчение торфа до фрагментов размерами 10-40 мм

- восстановление природной структуры торфа

- устранение возникновения торфяной пыли при измельчении торфа

- введение необходимых для субстрата химических реагентов

в качестве прототипа была выбрана молотковая дробилка для одновременного измельчения и гашения комовой извести (RU2016655).

дробилка (фиг.l) включает корпус 1 с выпускными окнами 7, молотковый ротор, ловушку 15 с соплом подачи воды 18, броневые размольные плиты 13 и 14, загрузочную воронку 11 с трубопроводом 12 подачи воды в мельницу и выгрузочные патрубки 6. выпускные окна 7 дробилки снабжены решетками, установленными заподлицо с внутренней плоскостью боковых стенок корпуса. выпускные окна расположены в верхней части корпуса, а отверстия 21 решеток выполнены щелевидной формы и расположены по направлению вращения ротора. молотковая дробилка работает следующим образом.

внутрь корпуса 1 дробилки по трубопроводу 12 и через сопло 18, расположенное в ловушке 15, непрерывно и равномерно подается вода.

туда же непрерывно через загрузочную воронку 11 подается негашеная комовая известь.

комья извести измельчаются в водной среде молотками 5 ротора, частично гасятся в известковой суспензии, захватываются вращающимся в корпусе 1 жидкостным потоком и выносятся в верхнюю его часть к выпускным окнам 7.

измельченные частицы извести вместе с водой проходят через щелевидные отверстия 21 решетки 20, а крупные куски извести вновь поступают на дробление, вращаясь в циркулирующем жидкостном потоке.

для выяснения технологических возможностей решения сформулированных выше задач в процессе дробления торфа авторами были проведены эксперименты по исследованию влияния увлажнения на процесс измельчения торфа в молотковых дробилках.

эксперименты проводились на молотковой дробилке марки MпC-200 производства талнахского завода дробильного оборудования (г. талнах, россия).

основные параметры дробилки:

- производительность, кг/час: 3000 - диаметр ротора, мм: 460

- рабочая длина ротора, мм: 200

- частота вращения ротора, об/мин: 1500

для исследования влияния увлажнения молотковая дробилка MпC-200 была модернизирована (фиг.2). в различные зоны корпуса дробилки были установлены форсунки для подачи жидких реагентов. форсунки были установлены вблизи молоткового ротора в различных зонах, а именно, в зоне поступления материалов на дробление (фиг. 2, поз. а), в зоне дробления (фиг. 2, поз. в) и в зоне выхода материалов после дробления (фиг. 2, поз. с). жидкие реагенты подавались под давлением в диапазоне 0,5 - 3,0 атм. исследования проводились на торфяных брикетах и кусковом торфе из месторождения дегутине (литва) со следующими параметрами:

- степень разложения, в среднем 18%

- рн 3,8-4,0

- остаточная влажность 35% в качестве реагентов для увлажнения использовались:

- вода

- водный раствор NPK состава (12-16-12) и (12-12-18)

исследовались следующие варианты увлажнения:

1. предварительное увлажнение.

2. подача жидких реагентов в начальную зону дробления материала (фиг. 2 поз. а) непосрественно до молоткового ротора. 3. подача жидких реагентов в основную зону дробления мотериала (фиг. 2 поз. в) в районе молоткового ротора.

4. подача жидких реагентов в конечную зону дробления материала (фиг. 2 поз. с) после молоткового ротора.

в случае предварительного увлажнения (вариант 1) материалы погружались в емкость наполненную реагентами, выдерживались до прекращения выделения пузырьков воздуха и извлекались из емкости.

во всех остальных случаях подача реагентов осуществлялась через форсунки специальной конструкции, которые устанавливалась в различных зонах молотковой дробилки. конструкция форсунки обеспечивает получение мелкодисперсной капельной фазы при распылении жидких реагентов и воды.

контроль качества обработки брикетов и кускового торфа осуществлялся весовым методом (взвешивание до и после обработки) и визуально (контроль структуры с помощью оптического микроскопа).

результаты исследования влияния параметров увлажнения исходного материала (торфа) приведены в таблице 1.

таблица 1

из таблицы 1 видно, что наиболее эффективными вариантами измельчения торфа являются варианты 2 и 3, когда химические реагенты впрыскиваются непосредственно перед измельчением торфа в молотковой дробилке в зоне а й в зоне дробления в (фиг. 2).

следует отметить, что измельчение торфа по этим двум вариантам сопровождается изменением его структуры и значительным увеличением его объема. при детальном рассмотрении структуры торфа после измельчения описанными способами видно, что наряду с уменьшением длины его волокон до 10-15 мм происходит также их распушение и возврат к натуральной структуре торфа.

на фиг. 4 и 5 представлены образцы натурального кускового торфа до и после обработки в молотковой дробилке, причем в первом случае (фиг. 4) впрыск химических реагентов проводили на входе в зону дробления (режим N°2 таблицы 1), а во втором случае - в середину зоны дробления (режим N°3 таблицы 1). на фигурах слева представлен исходный материал, справа измельченный торф.

на фиг. 6 представлены исходный материал — торфяная пакля (слева) и измельченный торф (справа). обработка проаводилась при впрыске химических реагентов на входе в зону дробления (режим N°2 таблицы 1).

и, наконец, на фиг. 7 представлена структура измельченного торфа при достаточно большом увеличении. видна типичная для данного процесса структура, характеризующаяся высокой степенью распушения волокон торфа, что является типичным для природного верхового торфа.

таким образом, обработка в молотковых дробилках данной конструкции позволяет восстанавливать природную структуру торфа, что чрезвычайно важно для создания высокоэффективных натуральных субстратов.

очевидно, что это является результатом совместного воздействия ударного измельчения и мелкодисперсной капельной фазы в динамическом режиме (скорость вращения молоткового ротора составляет 2000 об/мин). именно этим и объясняется, по-видимому, значительное увеличение объема торфа при дроблении по описанным режимам (N°2 и N°3, таблица 1). также следует отметить полное отсутствие торфяной пыли при измельчении исходного материала в этом случае.

с другой стороны, в случае дробления по режиму 4 (при впрыске жидких реагентов в зону с - на выходе из зоны дробления) наблюдается резкое снижение выхода измельченного материала (с 170 до 40%), резкое увеличение количества торфяной пыли и изменение структуры измельченного материала. так, вместо измельченного и распушенного торфа, структура которого близка к природной, мы наблюдаем просто измельченный торф. все вышеизложенное свидетельствует о том, что измельчение в случае дробления по режиму 4 происходит без воздействия мелкодисперсной капельной фазы. это, в свою очередь, является следствием того, что форсунка была установлена в данном случае на выходе из зоны дробления и зона распыления химических реагентов не совпадала с ней.

производительность метода при впрыске химических реагентов в зону загрузки и измельчения существенным образом зависит от ориентации оси форсунок.

исследования проводились на форсунке, установленной на входе в зону дробления (фиг.2 поз. а) при изменении угла впрыска по отношению к траектории подаваемых материалов (фиг.з). результаты исследований приведены в таблице 2.

таблица 2

из таблицы 2 видно, что наиболее эффективным является вариант, когда впрыск жидких реагентов производится под углом в 0 градусов, т.е. практически параллельно траектории подачи измельчаемого материала. несколько менее эффективным является вариант, когда впрыск производится под углом +30 градусов прямо в зону измельчения (см. фиг.2).

кроме того, производительность метода существенно зависит от давления, под которым реагенты впрыскиваются. исследования влияния давления на производительность метода измельчения проводили в диапазоне 0,5-3,0 атм. результаты исследования приведены в таблице 3.

таблица 3

из таблицы 3 видно, что давление менее 1,7 атм при подаче жидких реагентов является неэффективным, так как, по-видимому, не обеспечивает создания мелкодисперсной капельной фазы, что подтверждается также наличием большого

количества торфяной пыли. повышение давления до 1,7 - 3,0 атм резко меняет картину - количество измельченного торфа увеличивается по меньшей мере в три раза, причем торфяная пыль в процессе дробления отсутствует.

таким образом, можно сформулировать основные положения, обеспечивающие высокоэффективное измельчение торфа в молотковой дробилке.

основой данного процесса является совмещение зоны высокоскоростного дробления с зоной образования мелкодисперсной капельной фазы, которая образуется при распылении жидких реагентов через специальные форсунки.

этот процесс реализуется при следующих условиях: - подача жидких реагентов осуществляется в начало и середину зоны измельчения исходного материала (торфа)

- подача жидких реагентов осуществляется под давлением в диапазоне 1,7 - 3,0 атм

- направление подачи жидких реагентов должно совпадать с траекторией подачи исходного материала (торфа)

соблюдение указанных рекомендаций позволит обеспечить совмещение зоны измельчения исходного материала (торфа) с зоной образования мелкодисперсной капельной фазы, что, в свою очередь, обеспечит высокую эффективность измельчения торфа с одновременным восстановлением его природной структуры.