Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,578

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЫТОВОГО БЕЗДЫМНОГО ТОПЛИВА

Евстифеев Е.Н.

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: 30.03.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685