СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ ИЗ БУРОГО УГЛЯ
METHOD OF PRODUCING BRICKS FROM BROWN COAL

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности, а именно к области производства топливных брикетов из бурого угля с целью получения окускованного твердого топлива. Полученные брикеты могут найти применение в качестве топлива для сжигания в быту, котельных коммунально-бытового назначения, на теплоэлектростанциях, в топках железнодорожных вагонов.
Известен способ изготовления топливных брикетов [А.с. 2157952 СССР, МКИ F23K 1/00. Способ изготовления топливных брикетов и устройство для его осуществления /Борзяк В.Е., Журавлев А.В., Компанеец В.Т., Марченко Н.И., Матвеев В.А., Титов Н.В., Феоктистов В.М., Шаповалов В.П.; заявитель и патентообладатель Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). - №98120546/06.], представляющий собой способ изготовления топливных брикетов и устройство для его осуществления, включающий смешивание компонентов при следующем соотношении, мас.%: угольной мелочи, в том числе антрацитового штыба - 80-70, древесных опилок, дробленной коры, соломы и других органических отходов - 2-2,5, воды и связующего, в качестве которого применяют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-Н) - 0,5-2,0 и глину - 5,5-10.
Недостатками полученных по такой технологии брикетов являются:
- низкая прочность на сжатие (0,3-1,1 МПа);
- наличие в брикетах глины (5,5-10%), что увеличивает зольность брикета и, следовательно, снижает теплоту сгорания брикетов;
- наличие связующей добавки, в качестве которой используется клей для обоев КМЦ-Н, являющийся продукцией одного из заводов в г.Каменск (Ростовская область), но отсутствующий в подавляющем большинстве регионов России, а следовательно, малоприменимый.
6
2
Аналогом изобретения является способ подготовки угля для формирования брикетов [Пат. 93032471 Российская Федерация, МПК C10L 5/14, 5/10. Способ подготовки угля для формирования брикетов / Ковалев В.П., Сенцов Ю.Н.; заявл. 1993.06.22; опубл. 1996.02.27. Бюл. №23] заключающийся в том, что после сушки угольную шихту (95-97 мас.%) и порошкообразный полипропилен (3-5 мас.%) смешивают и нагревают одновременно в двухшнековом смесителе при температуре 190°С. Прессование изделий производят под давлением 250-400 кг/см и температуре 170-220°С, далее охлаждение происходит на конвейере при температуре окружающей среды и атмосферном давлении.
Недостатком данного способа является высокая температура смешивания и прессования, при которых происходит разложение полипропилена с выделением токсичных веществ.
Аналогом, наиболее близким к изобретению (прототипом), является способ получения топливных брикетов из бурого угля [Патент 2296794 Российская Федерация, МПК C10L 5/14. Способ получения топливных брикетов из бурого угля / Моисеев Л.Б., Бычев М.И., Петрова Г.И., Михеев В.А.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН. - №2005124787/04; заявл. 3.08.05; опубл. 10.04.07. Бюл. №10. - 5 с.: илл.], в котором в качестве связующего применяются бытовые отходы полиэтилена, измельченного до размеров частиц менее 7 мм в количестве 6-7% на сухую массу угля; брикетируемая смесь нагревается до температуры 90-130°С, прессование брикетов производится при давлении 98-99 МПа, механическая прочность брикетов на сжатие составляет не менее 5,5 МПа.
Недостатком этого способа является низкая прочность получаемых брикетов на сжатие. Согласно действующим ГОСТ (например, ГОСТ 8584-76. Брикеты из бурых башкирских углей.) и требованиям потребителей механическая прочность при сжатии буроугольных брикетов должна быть не менее 7,8 МПа. Снижение механической прочности приводит к разрушению брикетов при транспортировке, повышению содержания мелких фракций, и, как следствие, к потерям топлива.
Сущность заявляемого способа получения брикетов заключается в смешивании бурого угля крупностью менее 6,0 мм с предварительно измельченным до частиц размером менее 2 мм полиэтиленом (бытовыми отходами) в количестве 4,4÷5,0% (на сухую массу угля), нагреве смеси до температуры 120÷140°С с изотермической выдержкой в течение 30 мин, получении брикетов при давлении брикетирования 78 МПа. Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов составляет не менее 7,8 МПа.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение топливных брикетов из бурого угля с достаточной механической прочностью, поскольку именно механическая прочность является для угольных брикетов определяющим показателем, т.к. обеспечивает транспортабельность брикетов без разрушения. Кроме того, решается задача утилизации бытовых отходов полиэтилена. Целью настоящего изобретения является расширение ассортимента связующих добавок для производства топливных брикетов.
Признаки, используемые для характеристики способа:
- измельченный полиэтилен (бытовые отходы) крупностью менее 2,0 мм;
- содержание полиэтилена в смеси 4,4÷5,0% на сухую массу угля;
- температура брикетирования 120÷140°С;
- изотермическая выдержка 30 мин;
- удельное давление брикетирования 78 МПа.
На чертеже изображен график изменения предела прочности на сжатие для брикетов с разным содержанием связующего (полиэтилена).
Проведена серия экспериментов, целью которых было выявление оптимальных параметров брикетирования бурого угля и получение топливных брикетов с достаточной механической прочностью при минимальном количестве добавляемого полиэтилена.
Бурый уголь дробят на щековой дробилке до крупности менее 6 мм. Полиэтилен (бытовые отходы) измельчают и просеивают через сито с ячейкой 2 мм, что позволяет более равномерно распределить полиэтилен в смеси. Приготовление брикетируемых смесей осуществляют механическим перемешиванием компонентов в смесителе. После этого смесь загружают в матрицы с внутренним диаметром 40 мм и высотой 60 мм. Заполненные смесью матрицы помещают в предварительно разогретый сушильный шкаф. Контроль температуры ведется при помощи термопары, погруженной в середину одной из матриц с брикетируемой смесью. Нагрев производят до тех пор, пока температура смеси внутри матрицы не достигнет 120-140°С, после чего матрицы со смесью оставляют в сушильном шкафу на 30 минут без дальнейшего подъема температуры (т.е. осуществляют изотермическую выдержку).
После этого матрицы извлекают из сушильного шкафа и проводят брикетирование путем прессования непосредственно в матрицах на прессе, обеспечивающем удельное давление брикетирования, равное 78 МПа.
Испытания брикетов на сжатие проводят по ГОСТ 21289-75 через сутки после изготовления, когда процесс структурообразования и упрочнения завершился. Из семи параллельных определений находят среднее значение механической прочности на сжатие.
Условия и результаты испытаний приведены в таблице и на графике (см. чертеж): показано изменение предела прочности на сжатие для брикетов без добавки полиэтилена и с добавкой полиэтилена в количестве 4 и 6% на сухую массу угля при температурах нагрева смеси 120 и 140°С. Кроме этого в таблице приведены условия брикетирования и значения механической прочности при сжатии для прототипа.
Из таблицы и графика (см. чертеж) наглядно видно, что при нагреве смеси бурого угля и измельченного до класса менее 2 мм полиэтилена (бытовых отходов) до температуры 120-140°С с изотермической выдержкой 30 мин и прессовании брикетов при давлении брикетирования 78 МПа оптимальной, из условия получения брикетов с механической прочностью при сжатии более 7,8 МПа, является добавка полиэтилена в количестве 4,4÷5,0% на сухую массу угля (см. чертеж).
d
a
daf
r
Пример. Для приготовления брикетов использовался бурый уголь марки 2Б Кангаласского месторождения Ленского бассейна (Республика Саха (Якутия)), с содержанием золы A=12,2%, влаги W=8,2% и выходом летучих веществ V=50,3%, влаги рабочей W=10,4%.
Бурый уголь дробят на щековой дробилке и рассеивают на вибросите с диаметром ячейки 6 мм. Надрешетный продукт возвращают в дробилку и додрабливают до класса крупности менее 6 мм. Полиэтилен (бытовые отходы) измельчают и просеивают через сито с ячейкой 2 мм.
Приготовление брикетируемых смесей осуществляют механическим перемешиванием компонентов в смесителе. В смеситель загружают бурый уголь крупностью менее 6 мм, затем добавляют полиэтилен (бытовые отходы) класса крупности менее 2 мм в количестве, равном 4,4÷5,0% на сухую массу угля. После этого смесь загружают в матрицы с внутренним диаметром 40 мм и нагревают в сушильном шкафу до тех пор, пока температура смеси внутри матрицы не достигнет 120÷140°С, и оставляют на 30 минут без дальнейшего подъема температуры (т.е. осуществляют изотермическую выдержку). Брикеты прессуют сразу же после извлечения из сушильного шкафа, не допуская охлаждения смеси. Прессование проводят непосредственно в матрицах на прессе, обеспечивающем удельное давление брикетирования, равное 78 МПа.
Механическая прочность на сжатие получаемых брикетов составляет не менее 7,8 МПа.
Преимуществами предлагаемого способа получения брикетов из бурого угля являются:
- увеличенные и стабильные в процессе эксплуатации физико-механические характеристики топливных брикетов;
- относительная дешевизна брикетов за счет применения бытовых отходов полиэтилена;
- отсутствие отходов при производстве и транспортировании;
- экономия природных ресурсов.
Таблица.
Механическая прочность брикетов при сжатии
№ п/п
Содержание компонентов в брикете, % на сухую массу угля
Температура нагрева смеси, °С
Изотермическая выдержка, мин
Механическая прочность брикетов при сжатии, МПа
бурый уголь
полиэтилен
Прототип
1
100
0
90-130
-
0,9
2
96
4
4,5
3
94
6
5,5
Предлагаемый способ
1
100
0
120
30
0,90
2
96
4
7,21
3
94
6
9,65
4
100
0
140
30
0,83
5
96
4
6,20
6
94
6
9,59