СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ТОПЛИВА
METHOD OF PRODUCING MOLDED FUEL

Изобретение относится к области получения формованного твердого топлива (брикетированного, экструдированного или гранулированного), которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в угольной промышленности.
Известен способ получения водонепроницаемого формованного топлива из смеси частиц биомассы из древесных материалов и частиц каменного, древесного угля или антрацита [RU 167871 U1, МПК C10L 5/44 (2006.01), опубл. 11.01.2002]. Для соединения частиц смеси между собой в смесь добавляют связующее на основе крахмала в массовой доле 1-3%. Массовая доля каменного, древесного угля или антрацита составляет 36-44%. Формованное топливо прессуют в форме цилиндра, параллелепипеда или другой фигуры. Снаружи топливо покрывают оболочкой из парафина, служащей водонепроницаемым слоем.
Однако добавка парафина увеличивает затраты на изготовление формованного топлива и снижает его механическую прочность на сбрасывание и истирание.
Известен способ получения формованного топлива [RU 2268914 С2, МПК (2006.01) C10L 5/12, C10L 5/40, C10L5/44, опубл. 27.01.2006], состоящего из отходов угледобычи в виде отсева угля, древесных опилок и связующего: 28,5-31,5% отсева угля; 47,5-52,5% штыба, и 19-21% древесных опилок. При изготовлении формованного топлива предварительно осуществляют просев исходных материалов. Производят дозировку компонентов, исходя из требуемого соотношения по массе сухого вещества с учетом обеспечения общей влажности и смешивают в течение 10-15 минут. Формовку топлива проводят на формователе любого типа с последующей сушкой при температуре 50-70°C в течение 3 часов и выдержкой при нормальной температуре 20-25°C с интенсивной циркуляцией воздуха.
Недостатками данного изобретения являются высокие затраты на сушку формованного топлива и низкие прочностные характеристики, обусловленные холодным типом прессования.
Известен способ получения формованного топлива [RU 2645218 С1, МПК (2006.01) C10L 5/04, C10L 5/08, C10L 5/44, C10L 5/00, опубл. 19.02.2018], выбранный в качестве прототипа, который включает измельчение угля до фракции 0-2,5 мм, древесины - до 1,25 мм. Уголь перемешивают с древесными отходами в количестве 5-10 мас. %, после чего полученную смесь влажностью 10-12% прессуют при температуре 80-100 С и давлении 170-200 МПа.
Полученное формованное топливо обладает низкими прочностными характеристиками.
Техническим результатом изобретения является получение формованного топлива, обладающего высокой механической прочностью на истирание и сбрасывание.
Предложенный способ получения формованного топлива, также как в прототипе, включает измельчение угля до размера частиц менее 2,5 мм смешивание с измельченной связующей добавкой, прессование при нагреве смеси и давлении 170-200 МПа.
Согласно изобретению в качестве связующей добавки используют отруби с размером частиц менее 1 мм в количестве 4-20 мас. %, а прессование полученной смеси осуществляют при температуре 110-160°C и давлении от 70-169 МПа и до 201-300 МПа.
Диапазон выбора температуры прессования обусловлен следующим: нижний предел температуры, равный 110°C - температура полного удаления влаги согласно ГОСТ Р 52911-2013 «Топливо твердое минеральное. Определение общей влаги»; а верхний предел, равный 160°C - температура начала термического разложения угля [Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - С. 18].
Увеличение доли отрубей свыше 20 мас. % нецелесообразно, так как в таком случае повышаются затраты на изготовление формовочного топлива, снижается его теплота сгорания.
Разрушение пеллет и брикетов при их транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах снижает эффективность их использования при сжигании, затрудняет автоматизацию процесса подачи топлива в установки для сжигания. В этой связи согласно ГОСТ Р 57016-2016 «Брикеты каменноугольные для энергетических и коммунально-бытовых нужд. Технические требования» механическая прочность после испытания сбрасыванием должна составлять не менее 85%» [ГОСТ 21289-75. Брикеты угольные. Методы определения механической прочности], а механическая прочность после испытания на истирание должна составлять не менее 80% (метод испытания для брикетов - ГОСТ 21289 «Брикеты угольные. Методы определения механической прочности», для гранул - ГОСТ 34090.1-2017 «Биотопливо твердое. Определение механической прочности пеллет и брикетов. Часть 1. Пеллеты»). Принцип, лежащий в основе методов определения механической прочности пеллет и брикетов, одинаков, но поскольку размеры пеллет и брикетов разные, для определения их прочности необходима разная аппаратура
Полученное предложенным способом формованное топливо в виде гранул обладает высокой механической прочностью после испытания сбрасыванием 99,8-100% и на истирание - 90-97%.
Этот способ позволяет использовать некондиционный уголь и угольную мелочь (шлам, штыб и т.п.), что частично решает проблему загрязнения окружающей среды отходами угледобычи и углеобогащения.
В таблице 1 представлены примеры получения формованного топлива при различных параметрах прессования и его механические характеристики.
Пример 1. В качестве исходного материала использован каменный уголь с Виноградовского разреза (Беловский район, Кузбасс). Уголь измельчили до фракции размером менее 2,5 мм, пшеничные отруби измельчили до размера частиц менее 1 мм. Затем уголь перемешали с 4 мас. % пшеничных отрубей. Полученную смесь спрессовали при температуре НОС и давлении прессования 169 МПа в виде гранул цилиндрической формы диаметром 20 мм и длиной 20 мм.
Изготовленные гранулы испытали на механическую прочность сбрасыванием и истиранием, в результате чего: механическая прочность после испытания сбрасыванием составила 99,8%, после испытания на истирание - 90%. Изготовленное формованное топливо соответствуют требованиям ГОСТ Р 57016-2016.
Другие примеры 2-11 получения формованного топлива при различных параметрах прессования и его механические характеристики представлены в таблице 1.