БРИКЕТИРОВАННОЕ ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО
BRIQUETTED SOLID FUEL

Изобретение относится к области разработки эффективного брикетированного твердого топлива для бытовых отопительных печей, каминов, подогревательных устройств теплового водоснабжения, автономных электрогазогенераторов и др.
Известны рецептуры брикетированного твердого топлива на основе веществ неминерального происхождения - продуктов переработки древесного угля пат. RU 2187542 С1; на основе каменного угля и связующего пат. RU 2208044 С1; пат. RU 2043392 С1, пат. RU 2373261 С1; пат. США №3592779, на основе осадков сточных вод (ОСВ) пат. RU 2161641 С1, а также рецептура торфяного брикета по ГОСТ 9963-84. Среди них одним из наиболее распространенных является рецептура торфяного брикета по ГОСТ 9963-84, принятая авторами за прототип.
Общим недостатком известных рецептур брикетированного твердого топлива является их пониженная воспламеняемость и недостаточная механическая прочность брикетов, что приводит к разрушению их при эксплуатации и транспортировке, неравномерному горению с учетом изменений геометрической формы брикетов.
Кроме того, аналогам и прототипу присуща зольность порядка 15-25%. При этом зола, образующаяся при горении, сама по себе зачастую требует своей утилизации или захоронения. Известные рецептуры обладают также неудовлетворительными характеристиками по температуре воспламенения и теплоте сгорания.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание экологически чистой рецептуры брикетированного твердого топлива, обеспечивающего, наряду с высокой теплотворной способностью, повышенную воспламеняемость в сочетании с пониженной зольностью и удовлетворительными механическими характеристиками брикетов твердого топлива при эксплуатации.
Поставленная задача решается путем создания рецептуры брикетированного твердого топлива, включающего отсевы активного древесного угля, измельченные баллиститные пороха и связующее.
Отсевы активного древесного угля, используемые в качестве исходного сырья, - отходы производства (по фракционному составу) активного древесного дробленого угля (ГОСТ 6217-74). Отсевы активного древесного угля обладают высокой температурой воспламенения (~700°С). Следствием этого является сложность их использования в качестве топливного компонента в (чистом) виде.
В качестве баллиститного пороха используют подлежащие утилизации или уничтожению баллиститные пороха, не содержащие в своем составе солей тяжелых металлов и других экологически опасных компонентов.
Технический результат изобретения достигается за счет использования в составе брикетированного твердого топлива отсевов активного древесного угля и артиллерийского баллиститного пороха, измельченного до дисперстности 0,5-1,0 мм, а в качестве связующего - полиакриламида в виде водного раствора марки Н-600 по ТУ 6-02-0029912-61-67, либо в виде флокулянта марки «Праестол-2510» ТУ 2216-001-40910172-98 при следующем соотношении компонентов, мас.%: отсевы активного древесного угля 75-86, баллиститный порох 10-20, связующее (ПАА) 4-5.
Сущность изобретения представлена в таблице, где приведены примеры опытных рецептур брикетированного твердого топлива, и заключается в том, что при введении в состав брикетированного твердого топлива измельченных в виде крошки с габаритным размером частиц 0,5…1,0 мм баллиститных порохов существенно улучшается воспламеняемость брикетов. При этом нижний предел габаритного размера пороховой баллиститной топливной крошки 0,5 мм ограничен технологическими возможностями измельчения, а верхний предел 1,0 мм обусловлен необходимостью обеспечения равномерного процесса горения брикетов. Введение баллиститной топливной крошки в состав брикетов также улучшает механические характеристики брикетированного твердого топлива.
Как известно, горение баллиститного пороха происходит с выделением значительного количества тепла за малое время, с обеспечением высокого газообразования. Расчетные данные показывают, что запас энергии баллиститных порохов, как правило, составляющий 3,8-6,0 МДж/кг, при их взаимодействии с кислородом воздуха увеличивается примерно в 2 раза.
На образце №1 (таблица) получен отказ по воспламенению, что связано с отсутствием баллиститного пороха в составе и, соответственно, газообразных продуктов его сгорания, активно способствующих воспламенению брикетов. При введении в состав 10% (образец №2) измельченного баллиститного пороха улучшается воспламеняемость, а также обеспечивается необходимая температура воспламенения брикета - 200-250°С, его эффективность, в том числе теплотворная способность, которая выше, чем у торфяного брикета - прототипа. При введении в состав 30% и более баллиститного пороха чувствительность брикетированного твердого топлива к механическим воздействиям, а именно чувствительность к удару, становится недопустимой. Определение чувствительности к механическим воздействиям было проведено по действующим методикам оценки данных характеристик для взрывчатых компонентов.
Введение в состав брикетированного твердого топлива 10...20% измельченного баллиститного пороха позволяет получить оптимальный комплекс характеристик (образцы №№2, 3, 4, 5).
Нижний предел по содержанию отсевов активного древесного угля 75% обеспечивает достаточно высокую энергетическую эффективность брикета, как теплотворного элемента, а верхний предел 86% ограничен необходимостью содержания в брикетированном топливе дополнительных компонентов, а именно баллиститного пороха до 20% и связующего - ПАА 4-5%. При этом нижний предел содержания связующего позволяет обеспечить эффективное скрепление массы брикета в целом, а верхний предел ограничен энергетической инертностью, снижающей энергетику брикетированного твердого топлива.
В настоящее время основные исходные компоненты патентуемого брикетированного твердого топлива: отсевы активного древесного угля, баллиститные пороха с истекшим гарантийным сроком хранения не находят практического применения и уничтожаются прямым сжиганием или захоронением, что неблагоприятно сказывается на экологической обстановке.
При использовании указанных компонентов в составе предлагаемого брикетированного твердого топлива решается данная проблема, за счет фактической комбинированной утилизации и получения положительного эффекта - улучшение воспламеняемости, снижение зольности, высокой теплотворной способности при удовлетворительных эксплуатационных характеристиках брикетированного твердого топлива. Изготовленное в лабораторных условиях брикетированное твердое топливо легко воспламеняется и горит с красным свечением без образования открытого пламени, копоти и запаха. Эксперименты с топливными брикетами проведены в опытных условиях Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт полимерных материалов».