При современных способах добычи и переработки угля образуется значительное количество мелочи. Основная масса угольной мелочи используется в топках с пылевидным сжиганием. Однако имеется большая потребность в кусковом топливе для промышленных и коммунально-бытовых топок со слоевым сжиганием. Брикетирование угольной мелочи является одним из способов её переработки в кусковое топливо, эффективно используемое в быту и для энергетических целей.
Брикетированием углей занимаются все развитые страны. На мировом рынке каменноугольные и буроугольные брикеты являются товарами широкого спроса.
В настоящее время современная техника располагает двумя достаточно разработанными и широко применяемыми способами брикетирования углей. Первый способ - брикетирование без применения связующих при повышенном давлении прессования на штемпельных прессах. По первому способу брикетируются молодые (мягкие) бурые угли и торф.
Второй способ - с применением связующих материалов. Этот способ является универсальным и применим ко всем каменным углям, антрацитам, старым (твердым) бурым углям, полукоксовой и коксовой мелочи. Брикетирование со связующими происходит на более производительном прессовом оборудовании и позволяет получать брикеты более высокой механической прочности.
Одним из главных направлений роста объема переработки углей и выпуска брикетов является брикетирование антрацитовых штыбов, отвалы которых накапливаются на плодородных землях, выдуваются ветром, что ухудшает экологию почвы и воздушного бассейна.
В настоящее время брикетирование все более широко начинает применяться в производстве бездымного топлива. Главной причиной, сдерживающей развитие производства бездымного топлива в России и за рубежом, является отсутствие безвредного недефицитного и дешевого связующего.
Цель работы - создание новой технологии производства бытового бездымного топлива с использованием малотоксичного комплексного связующего материала.
В качестве основы для разработки комплексного связующего использовали технические лигносульфонаты (ТЛС) - многотоннажные отходы, образующиеся на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК) при производстве сульфитной целлюлозы. Для повышения связующих свойств ТЛС в них вводили модификатор, представляющий собой сложную смесь кубовых остатков органического синтеза.
Вторым компонентом комплексного связующего является раствор гидрофобного продукта в скипидаре. Совмещение двух компонентов в комплексное связующее желательно проводить в момент приготовления шихты.
В исследованиях были использованы штыбы марки А сорта АШ класса 0-6 мм шахты ОАО «Обуховская» Ростовской области. В соответствии с требованиями технологии брикетирования исходные штыбы были подвергнуты сушке до влажности 2-3 %. Подготовку усредненной угольной пробы осуществляли следующим образом: сначала готовили три фракции 0-0,63 мм, 0,63-2,5 мм и 2,5-6,0 мм, затем их тщательно смешивали в следующем соотношении, %: 30:60:30. Такой фракционный состав сушонки был принят исходя из опыта работы зарубежных брикетных фабрик.
Перемешивание угольной сушонки (143 г) со связующим осуществлялось в лопастном горизонтальном смесителе. Такое количество сушонки определялось необходимостью изготовления стандартных брикетов цилиндрической формы размером 050x50 мм. Содержание связующего от массы угля составляло 8-12 %. Время перемешивания 5-6 мин.
Прессование подготовленной шихты осуществляли на универсальной испытательной машине ГРМ-1 при удельном давлении от 15,0 до 75,0 МПа.
Отформованные брикеты подвергались термообработке в сушильном лабораторном электрошкафу при 190, 220 и 250 оС. Температура измерялась ртутным термометром с точностью +10 оС. Время тепловой обработки брикетов: 60, 90 и 120 мин. После термообработки готовые брикеты охлаждали при комнатной температуре без принудительной вентиляции воздуха. Через 24 часа брикеты подвергали испытаниям.
В целях оптимизации температурного режима изучены свойства брикетов на основе комплексного связующего, состоящего из 60 % МЛС и 40 % раствора гидрофобного продукта плотностью 0,945 г/см3, обработанных в течение двух часов при температурах: 190, 220 и 250 оС. Указанной плотности отвечает 50 % раствор гидрофобного вещества в скипидаре.
Наибольшую прочность комплексное связующее сообщает угольным брикетам при 220 оС. Эта температура для отверждения брикетов является оптимальной: у брикетов достигнута наибольшая прочность 10,7 МПа. Брикеты после двухчасового пребывания в воде теряют прочность всего на 13 %. Это свидетельствует о высокой степени водостойкости разработанного комплексного связующего.
Отмечены интересные зависимости водопоглощения брикетов от температуры отверждения и времени их стояния в воде. Так способность поглощать воду у брикетов с двухчасовым стоянием в воде выше у тех образцов, которые отверждались при более высокой температуре. Видимо в поверхностном слое таких брикетов содержится меньше гидрофобного материала, и поэтому, водопоглощение их больше.
Была проведена еще одна серия экспериментов по исследованию влияния на свойства брикетов исходного удельного давления прессования угольной шихты. Для технологии холодного прессования важно, чтобы отформованные брикеты имели в сыром состоянии прочность достаточную, чтобы выдержать различные технологические манипуляции. Показано, что удельное давление прессования может быть не менее 20 МПа и не более 45 МПа.
Исследованиями показано также, что при удельном давлении прессования 45 МПа оптимальным количеством связующего в шихте является 9-10 %.
Экспертная оценка потребительских свойств угольных брикетов, изготовленных на основе нового комплексного связующего материала, была проведена в лаборатории института обогащения твердого топлива (ИОТТ).
По данным химического анализа, исследуемые брикеты относятся к сравнительно малосернистому (общая сера 1,0 %) и средне-минерализованному угольному топливу. Брикеты характеризуются высокой теплотворной способностью (7000 ккал/кг), имеют низкий выход летучих веществ и незначительное содержание кислорода. Последние два обстоятельства характерны для брикетов из антрацитового штыба и практически не зависят от связующего.
Определение показателей механической прочности и водоустойчивости брикетов осуществляли в соответствии с действующими нормативными методическими документами на брикетное топливо. Брикеты испытывали на истирание, на сбрасывание и на сжатие.
За критерий оценки механической прочности и атмосферо-водоустойчивости брикетов принимали значения, соответствующие отечественному и зарубежному уровням.
Исследованные в ИОТТ брикеты из антрацитового штыба с новым комплексным связующим материалом имели следующие показатели:
- прочность на истирание, не менее, % 99,0;
- прочность на сбрасывание, не менее, % 99,0;
- прочность на сжатие, не менее, МПа 10,0;
- водопоглощение, не более, % 1,3.
Из приведенных выше результатов следует, что термообработанные брикеты с новым связующим по показателям механической прочности и атмосферо-водоустойчивости значительно превышают требования потребительских стандартов на бытовое брикетное топливо, предъявляемые на отечественном и зарубежном рынках.
Исследования в ИОТТ предусматривали также анализ газов при термообработке и сжигании брикетов. Было показано, что концентрации токсичных веществ, выделяющихся при термообработке и сжигании брикетов, находятся на уровне значительно более низком, чем их ПДК в рабочей зоне.
Принципиальная технологическая схема брикетирования состоит в следующем. Антрацитовый штыб со склада направляется в приемные аккумулирующие бункера, из которых штыб системой ленточных конвейеров подаётся в корпус сушки. Сушка антрацитового штыба до влажности 3 % осуществляется в барабанных сушилках дымовыми газами.
Высушенный штыб направляется в отделение контрольной классификации и додрабливания, где подготавливается до крупности класса 0-6 мм. Подготовленный по крупности сухой уголь ленточными конвейерами передается в аккумулирующие бункера прессового отделения. Из бункеров уголь дозаторами направляется в горизонтальные двухвальные смесители. В эти же смесители через форсунки в определенном соотношении дозируется связующее из расходной емкости. Транспорт комплексного связующего из расходных емкостей осуществляется насосами. Подготовленная шихта из смесителя дозируется в пресса для формования в брикеты.
Из прессов сырые брикеты направляются в ленточные сушилки для термообработки. Термообработка брикетов осуществляется нагретыми до температуры 230 оС дымовыми газами или воздухом.
Брикеты после термообработки перегружаются на охладительные конвейеры и колосниковые грохоты для отсева крошки. Крошка возвращается в отделение контрольной классификации и додрабливания, затем вместе с углем направляется на брикетирование.
В отличие от существующей технологии брикетирования антрацитовой и угольной мелочи с нефтебитумными связующими, которая предусматривает перед перемешиванием нагрев массы угля до 60-65 оС и нефтебитумного связующего до 170-180 оС, разработанная технология брикетирования имеет следующие преимущества:
- связующее недефицитное, дешевое и малотоксичное;
- не требуется предварительная тепловая обработка связующего и антрацитового штыба;
- исключается технологическая операция пропаривания и нагрева шихты;
- брикетирование шихты осуществляется без подогрева.
Осуществление на одном из ЦБК серийного выпуска разработанного малотоксичного и дешевого комплексного связующего материала позволит организовать в России современное углебрикетное производство.
Библиографическая ссылка
Евстифеев Е.Н. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЫТОВОГО БЕЗДЫМНОГО ТОПЛИВА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2011. – № 6. – С. 51-53;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=1393 (дата обращения: 26.04.2024).