СЛОИСТЫЙ ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ
MULTILAYER FUEL BRIQUET

Изобретение относится к брикетированию горючих органических веществ и может быть использовано для производства бытовых топливных брикетов, предназначенных для каминов, различных бытовых печей, для приготовления пищи, обогрева жилых и хозяйственных помещений, для отопления железнодорожных вагонов, бытовок и т.п.
Известен «Влагоустойчивый топливный брикет и способ его получения» (патент №2345124, опубл. 27.01.2009) на основе коксовой, антрацитовой мелочи и связующего - мелассы содержит дополнительно термоантрацит при соотношении компонентов в мас.%: 20-25 антрацита, 25-30 термоантрацита, 5-16 мелассы, остальное - коксовая мелочь. Компоненты дозируют, смешивают, брикетируют и сушат.
Основные недостатки такого брикета в сложности формования брикета и невозможности получения брикетов, зажигающихся от низкоэнергетических источников тепла.
Известен «Слоистый топливный брикет» (патент №2009181, опубл. 15.03.94), который состоит из основного угольного слоя, промежуточного слоя, включающего, мас.%:
древесный уголь или торф 45-55, каменный уголь 55-45, и зажигательного слоя, включающего, мас.%: нитрат калия или натрия 5-25, нитрат бария или аммония 15-35, каменный уголь 10-30; торф или древесный уголь до 100%, что обеспечивает повышение надежности загорания брикета и снижение содержания углерода, выделяемого при горении брикета.
Основные недостатки брикета в сложности его формования, токсичности или гигроскопичности зажигательного слоя, ненадежном соединении слоев, неполным сгорании горючей массы и сравнительно высоких выбросах в атмосферу вредных веществ.
Известен «Легковоспламеняющийся топливный брикет» (патент №2208044, опубл. 10.07.2003). Основной слой этого брикета состоит из каменного угля, а зажигательный слой содержит гексаметилентетраамин в количестве 25-50%, нитрат калия 5-20%, каменный уголь до 100%; в качестве связующего используют термопластичный 3,4-полиизопрен или эпоксидную смолу, модифицированную введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук 1 моль на 0,08-0,1.
Основные недостатки брикета в сравнительно высокой стоимости из-за использования большого количества дорогостоящих компонентов, ненадежном соединении слоев, ненадежном воспламенении основного слоя, недостаточно полном сгорании горючей массы брикета и как следствие увеличение вредных выбросов в атмосферу.
Известен «Слоистый топливный брикет» (а.с. SU №1759857, опубл. 07.09.92, бюл. №33), принятый за прототип, имеющий основной слой, состоящий из каменного угля и торфа, и зажигательный слой, состоящий из каменного угля, торфа, нитрата калия и нитрата бария. Брикет имеет продольные отверстия равного диаметра.
Основные недостатки брикета в ненадежном соединении слоев, ненадежном воспламенении основного слоя, низкой его влагостойкости, сравнительно большой массы зажигательного слоя и, следовательно, увеличении стоимости брикета.
Техническим результатом изобретения является увеличение надежности сцепления основного и зажигательного слоев, более надежном воспламенении основного слоя, повышении влагостойкости, более полном сгорании горючей массы и как следствие снижение выбросов в атмосферу.
Технический результат достигается тем, что в слоистом топливном брикете, состоящем из основного слоя, зажигательного слоя, содержащего каменный уголь и нитрат имеет продольные отверстия по всему брикету, зажигательный слой содержит каменный уголь 10-15%, нитрат калия или дополнительно нитрат натрия 10-25%, дополнительно стеарин или парафин 5-15% и гексаметилентетрааминн 45-75%, при этом зажигательный слой выполнен в виде линзы соосно с отверстиями, которые выполнены с уменьшением диаметра от центра к боковой поверхности брикета.
Устройство брикета поясняется чертежом, на котором изображен вид брикета сверху и его разрез. Брикет имеет основной слой (1), зажигательный слой (2) и продольные отверстия (3). На данном чертеже изображен брикет, изготовленный в виде цилиндра и имеющий отверстия, выполненные с уменьшением их диаметра от центра к боковой поверхности брикета.
Наличие в зажигательном слое каменного угля, гексаметилентетраамин и нитратов калия или натрия позволяют ему легко воспламеняется от низкоэнергетических источников тепла, таких как спичка и т.п. При содержании каменного угля в зажигательном слое менее 10% зажигательный слой сгорает слишком быстро, что снижает надежность воспламенения основного слоя, при содержании каменного угля более 15% зажигательный слой плохо воспламеняется.
Содержание нитратов калия или натрия менее 10% ухудшает воспламенения зажигательного слоя, содержание более 25% ведет к слишком быстрому сгоранию зажигательного слоя, при этом основной слой не успевает воспламениться.
Количество гексаметилентетраамина менее 45% ухудшает воспламеняемость зажигательного слоя, т.к. его недостаток приходится компенсировать увеличением количества другого (или других) компонентов, а к чему это ведет сказано выше. Количество гексаметилентетраамина более 75% также ухудшает воспламеняемость брикета.
Наличие в зажигательном слое 5-15% стеарина или парафина повышает влагостойкость зажигательного слоя. Кроме того, при сушке эти вещества плавятся и выступают как связующее вещество. Содержание стеарина или парафина меньше 5% не позволяет повысить влагостойкость, содержание более 15% увеличивает количество дыма при горении.
Выполнение зажигательного слоя в виде линзы соосно с отверстиями позволяет снизить расход сравнительно дорогостоящих компонентов зажигательного слоя за счет уменьшения удельной доли зажигательного слоя в топливном брикете. Существенно повышается надежность сцепления зажигательного и основного слоев, т.к. зажигательный слой нигде не выступает из тела топливного брикета. Надежность воспламенения основного слоя увеличивается потому, что центральная зона зажигательного слоя в виде линзы на торцевой поверхности брикета глубже погружена в тело брикета поэтому пламя после начального зажигания достаточно глубоко проникает в тело брикета, и большая, чем по прототипу масса основного слоя успевает нагревается до температуры, необходимой для его горения.
Соосные отверстия брикета увеличивает надежность горения основного слоя брикета и позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. Уменьшение диаметра отверстий от центра к периферии обеспечивает оптимальную подачу кислорода к различным участкам брикета. В центральной части брикета кислорода для горения, поступающего через отверстия нужно больше, а чем ближе к периферии - тем меньше. Соответственно в заявляемом изобретении горение оптимизируется.
Брикет рассчитан на горение «сверху - вниз». Т.е. пламя от первоначально подожженного зажигательного слоя, расположенного в верхней торцевой части топливного брикета постепенно распространяется вниз. Это также снижает выбросы в атмосферу, т.к. возгоняющиеся из расположенных ниже зоны горения слоев брикета летучие вещества проходят сквозь высокотемпературную зону и полнее сгорают.
Пример. Слоистый топливный брикет изготавливался на основе длиннопламенного угля Печорского угольного бассейна. Основной слой формовался только из угля, измельченного до 2 мм и связующего. После перемешивания угля со связующим шихта поступает в пресс-форму, где при помощи штемпеля со специальным линзовидным выступом материал предварительно уплотняется и в шихте формируется линзовидное углубление. Компоненты шихты зажигательного слоя измельчаются до 0,1 мм, перемешиваются и загружаются в это углубление. После этого прессуется брикет штемпелем, имеющим выдвигающиеся стержни. Затем брикет сушится при температуре 115-130°С в течение 2 часов. Размеры брикета могут варьироваться. В частности, изготавливались брикеты в виде цилиндра, диаметром 90 мм, высотой от 80 до 100 мм. Брикет имел 19 отверстий различных диаметров: одно отверстие диаметром 18 мм в центре брикета, 6 - диаметром 11 мм в средней зоне брикета, и 12 - диаметром 7 мм по периферии.
Брикет надежно воспламенялся, устойчиво и бездымно горел. После длительного хранения зажигательный слой не отваливался от основного. Основной слой брикета по прототипу иногда гас (при горении по схеме «сверху - вниз». При горении по схеме «снизу - вверх» наблюдались выбросы в атмосферу, быстрое и недостаточно полное сгорание горючей массы. Кроме того, после длительного хранения зажигательный слой некоторых брикетов отваливался от основного.