ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЙСЯ ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов из угольных и бумажных отходов, предназначенных для каминов, различных бытовых печей, для приготовления пищи, обогрева жилых и хозяйственных помещений, для отопления железнодорожных вагонов, бытовок и т.п.
Известен «Тепловыделяющий элемент» (патент №2375415, опубл. 10.12.2009) для получения тепловой энергии методом сжигания опилок, характеризующемуся тем, что измельченная древесная масса наносится ровным слоем на основу - бумажную ленту, а полученный «сэндвич» сворачивается в многослойный рулон с центральным каналом вдоль осевой линии.
Основные недостатки этого изобретения в необходимости использовать новую упаковочную бумагу, необходимости увлажнять опилки, а значит, потом, тратить тепловую энергию на испарение этой влаги.
Известен «Топливный брикет» (патент №2268914). Брикет содержит 47,5-52,5% штыба, 28,5-31,5% отсева угля и 19-21% древесных опилок.
Основные недостатки такого брикета в невозможности его воспламенения от низкоэнергетических источников тепла, невысокой полноте сгорания.
Известен «Влагоустойчивый топливный брикет и способ его получения» (патент №2345124, опубл. 27.01.2009). Брикет 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.
Основные недостатки такого брикета в сложности его формования, невозможности воспламенения от низкоэнергетических источников тепла, недостаточно высокой полноте сгорания и как следствие в увеличении выбросов в атмосферу вредных веществ.
Известен «Легковоспламеняющийся топливный брикет» (Патент №2208044, опубл. 10.07.2003), принятый за прототип. 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 сравнительно дорогостоящих компонентов, трудности формования двухслойной конструкции.
Техническим результатом изобретения является упрощение изготовления и состава топливного брикета при сохранении возможности воспламенения от низкоэнергетических источников тепла и снижении вредных выбросов в атмосферу.
Технический результат достигается тем, что в легковоспламеняющемся топливном брикете, состоящем из основного слоя, содержащего углесодержащий компонент и связующее, и зажигательного слоя, содержащего гексаметилентетраамин, в качестве углесодержащего компонента используют угольные шламы в количестве 30-60%, в качестве связующего используют бумажные отходы в количестве 40-70%, зажигательный слой содержит гексаметилентетраамина 75-90 масс % и нитрата калия или дополнительно нитрата натрия 10-25%, при этом брикет выполнен с отверстием, площадь поперечного сечения которого составляет от 25 до 40% от площади поперечного сечения брикета.
Сущность технического решения поясняется чертежом (фиг.1) на котором изображен внешний вид брикета. (1) - основной слой брикета, (2) - зажигательный слой, (3) - продольное отверстие.
Использование в качестве углесодержащего компонента угольных шламов в количестве 30-60%, и использование в качестве связующего бумажных отходов в количестве 40-70% дает возможность получить простой в изготовлении и по составу топливный брикет и одновременно утилизировать угольные и бумажные отходы. Угольные шламы обеспечивают теплотворную способность топливного брикета. Бумажные отходы одновременно являются и связующим, и горючим компонентом.
Наличие в основном слое бумажных отходов позволяет ему легко воспламеняться от зажигательного слоя, надежно и устойчиво гореть. При содержании угольных шламов выше 60% и при содержании бумажных отходов в основном слое менее 40% снижается прочность брикета. При содержании угольных шламов ниже 30% и бумажных отходов более 70% в основном слое существенно понижается теплотворная способность топливного брикета.
Наличие в зажигательном слое брикета гексаметилентетраамина и нитрата калия или дополнительно нитрата натрия позволяет этому слою легко воспламенятся от низкоэнергетических источников тепла (например, спички).
При содержании в зажигательном слое гексаметилентетраамина менее 75% и при содержании нитрата калия или дополнительно нитрата натрия более 25% происходит слишком интенсивное горение зажигательного слоя, при этом зажигательный слой не успевает воспламенить основной слой. При содержании гексаметилентетраамина выше 90% и при содержании нитрата калия или натрия менее 10% зажигательный слой плохо воспламеняется от низкоэнергетических источников тепла.
Наличие центрального отверстия увеличивает полноту сгорания топливного брикета и снижает выбросы вредных веществ в атмосферу. Кроме того, такой топливный брикет изготовлен на экструдере, что также упрощает и удешевляет процесс изготовления брикета. Наличие центрального отверстия обусловлено технологией изготовления топливного брикета - получение нескольких отверстий или не центральное расположение отверстия на экструдере крайне затруднено.
Наличие отверстия площадью поперечного сечения менее 25% площади поперечного сечения брикета уменьшает полноту сгорания брикета из-за недостаточного притока воздуха. Наличие отверстия площадью поперечного сечения более 40% не увеличивает полноту сгорания, чрезмерно увеличивает объем брикета (без увеличения калорийности), понижает прочность брикета.
Пример. Изготовлены брикеты из шламов (-0,5 мм) длиннопламенного угля с зольностью 12,4%, влажность - 45,2%, влажность бумаги 4,4%. При изготовление брикета происходит перемешивание влажных угольных шламов с сухими бумажными отходами при этом шламы частично обезвоживаются, а бумага наоборот увлажняется. Необходимая влажность бумажно-угольной шихты регулируется изменением содержания в ней шламов, также при необходимости шламы обезвоживаются предварительно.
Брикет сформирован в виде цилиндра диаметром 40 мм, диаметр внутреннего отверстия 12 мм, длина брикетов от 180 до 220 мм. Брикет сформирован экструдером, имеющим зоны перемешивания и прессования. В конце зоны перемешивания во внешнюю поверхность брикета «вдавливался» зажигательный слой за счет дополнительного шнека подпресовщика. В зоне прессования брикет упрочняется и выходит из экструдера, имеющим прочность, достаточную для его транспортировки на сушку. Брикеты после сушки легко воспламенялись, устойчиво горели и фактически не выделяли дым.