ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ

Полезная модель относится к области переработки промышленных отходов и производству нетоксичных твердотопливных брикетов из отходов производств, преимущественно из органических и нефтесодержащих отходов.
Уровень техники в области производства твердотопливных брикетов, в том числе из отходов производства, характеризуются следующими техническими решениями.
Известен состав для брикетированного топлива (угля, кокса, сажи), включающий измельченный углеродистый материал и в качестве органического связующего отходы производства нефтяных масел с содержанием воды 7-10% при массовом соотношении углеродистого материала к отходам от 10:1 до 1:2 (патент США на изобретение №3592779 МПК С01В 31/08, 1971 г.). Известный состав не позволяет решать задачу утилизацию различных видов органических отходов.
Известен состав для брикетирования, включающий уголь и отходы нефтедобычи - асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) при следующем соотношении компонентов уголь 72-78%, АСПО 22-28% (патент РФ на изобретение №2237082, МПК С10L 5/16, опубл. 27.09.2004 г.). Недостатком брикетов является большая зольность и большое количество вредных выбросов в атмосферу в процессе их сжигания.
Необходимость использования строго определенного вида исходного сырья сужает возможности использования известных брикетов и не решает задачу утилизации производственных отходов органического происхождения.
Известен топливный брикет, содержащий торф, отходы переработки нефти, механические примеси (глина, песок), при следующем соотношении компонентов,
мас.: торф - 85-95%, механические примеси - не более 0,45%, отходы переработки нефти - остальное (патент РФ №2100419 на изобретение «Состав для брикетирования топлива», МПК 6 С10L 5/44, С10L 5 /48, С10F 7/06, опубл. 27.12.1997 г.)
Использование торфа в качестве сырья ограничивает возможности использования известного брикета, делает его производство дорогостоящим и не позволяет решить задачу утилизации производственных отходов органического происхождения. Кроме того, сжигание брикетов характеризуется большой зольностью и наличием вредных выбросов в атмосферу.
Известен топливный брикет, включающий органические отходы, в качестве которых использованы опилки чистой древесины, или отходы табачной пыли, или лузга зерновая, и нефтесодержащее отходы в качестве органического связующего, при следующем соотношении компонентов, мас%: опилки чистой древесины 25-30, отходы табачной пыли 10-15, лузга зерновая 10-15, нефтесодержащие отходы 40-55. Топливный брикет выполняется с различной формой сечения и длиной и имеет однородную плотность по всему объему (патент РФ №2330063 на изобретение «Способ получения твердотопливных брикетов и устройство для прессования брикетов из органического материала», МПК С10L 5/44, С10L 5/14, В30В 11/00, опубл. 27.07.2006). Недостатком известного брикета является ограниченные возможности по утилизации органических отходов. Использование другого вида органических отходов в качестве исходного сырья, кроме чистой древесины, или отходов табачной пыли, или лузги зерновой, не гарантирует безопасное сжигание брикетов без вредных и зольных выбросов в атмосферу.
Известен наиболее близкий к заявляемой полезной модели и выбранный в качестве прототипа топливный брикет, включающий нефтесодержащие отходы, представляющие собой углеводородный шлам, органосодержащие отходы в виде древесных отходов или торфа, смесь угольной пыли и крошки, инертные по отношению к горению добавки в виде извести и дисперсного алюминосиликата - глины кембрийской глины, содержание которых не превышает 25% (патент РФ №2132360 на
изобретение «Состав для брикетирования топлива» МПК 6 С10L 5/44, опубл. 27.06.1999 г.) Недостатком известного топливного брикета является высокая зольность и наличие вредных выбросов при использовании в качестве исходного сырья других видов промышленных органических и нефтесодержащих отходов, кроме дисперсных углеводородных отходов (торфяной и угольной крошки, сырья древесной муки, опилок), осадков нефти, мазута, масел.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создания брикетированного топлива, обеспечивающего безопасную утилизацию органических отходов.
Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемой полезной модели, заключается в снижении зольных и токсичных выбросов продуктов сгорания топливных брикетов, изготовленных из промышленных органических и нефтесодержащих отходов за счет стабилизации процесса горения и обеспечения полного дожига органических веществ внутри структуры брикета.
Заявленный технический результат достигается тем, что топливный брикет, включающий органосодержащие промышленные отходы, нефтесодержащие отходы и инертные по отношению к горению неорганические вещества, имеет волокнисто-капилярную структуру, при этом содержание инертных по отношению к горению неорганических веществ, мас.% составляет 26,0-40,0, а теплотворная способность брикета при влажности 12% составляет не менее 4000 Ккал/кг.
В различных случаях выполнения в качестве органосодержащих промышленных отходов могут быть использованы компостированные осадки коммунальных очистных сооружений, и/или отходы животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или опилки древесные, и/или отходы мукомольного производства, и/или отходы производства картона, и/или биокомпосты мусороперерабатывающих заводов, и/или другие органосодержащие отходы; в качестве нефтесодержащих отходов -отработанные моторные, и/или гидравлические, и/или трансмиссионные масла, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности, и/или другие нефтесодержащие отходы; а в качестве инертных по отношению к горению неорганических веществ - оксиды кремния и/или другие аналогичные им по химическим и физическим свойствам соединения - оксиды
кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или негорючие природные минералы.
Предпочтительно, чтобы топливный брикет имел прямоугольное или круглое поперечное сечение с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм, а длину 50-150 мм.
Предпочтительно также, чтобы плотность топливного брикета при влажности 12% составляла 0.7 -1,2 г/см3.
В различных случаях органе - и/или нефтесодержащие отходы могут относиться к третьему и/или четвертому классу опасности (в соответствии с Приказом МПР от 15.07.511).
Во всех случаях выполнения предлагаемый топливный брикет отличается от указанного выше известного решения, наиболее близкого к нему:
- волокнисто-капиллярной структурой;
- содержанием инертных по отношению к горению неорганические вещества в количестве, мас.% 26,0-40,0;
- величиной теплотворной способности брикета, составляющей при
влажности 12% не менее 4000 Ккал/кг. В отдельных случаях выполнения заявляемое устройство отличается от известного устройства
- использованием в качестве органосодержащих промышленных отходов компостированных осадков коммунальных очистных сооружений, и/или отходов животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или отходов мукомольного производства, и/или отходов производства картона, и/или биокомпостов мусороперерабатывающих заводов, и/или других органических отходов;
- использованием в качестве нефтесодержащих отходов отработанных моторных, и/или гидравлических, и/или трансмиссионных масел, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности; и/или других нефтесодержащих отходов;
- использованием в качестве инертных по отношению к горению неорганических веществ оксидов кремния, и/или других аналогичных им по химическим и физическим свойствам соединений - оксидов кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или негорючих природных минералов.
- выполнением брикета с прямоугольным или круглым поперечным сечением с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм, и длиной 50-150 мм.
- плотностью топливного брикета при влажности 12% составляющей 0.7-1,2 г/см3;
- использованием отходов, относящихся к третьему и/или четвертому классу опасности.
Капиллярно - волокнистая структура топливного брикета, наличие в его составе, кроме органо- и нефте- содержащих отходов, инертных по отношению к горению неорганических веществ в количестве мас.% 26,0 - 40,0, и теплотворная способность брикета, составляющая при влажности 12% не менее 4000 Ккал/кг, обеспечивают стабильность геометрической формы и внутренней структуры брикета на всем протяжении процесса горения, позволяя удерживать в структуре брикета летучие зольные компоненты и обеспечивая свободный выход газифицированной органической составляющей к поверхности брикета; стабилизирует температурный режим в огневой зоне и способствует полному дожигу органики внутри структуры брикета.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Исходное сырье для топливного брикета, на основании данных паспортов отходов смешивается в пропорциях, обеспечивающих теплотворную способность топливных брикетов при влажности 12% - не менее 4000 Ккал/кг, необходимой для достижения в процессе горения температур 1050-1150°С. Нижний предел температур 1050°С обеспечивает нейтрализацию токсичных компонентов, разложение сложных углеводородов и прочих соединений на простейшие неопасные соединения. Верхний предел температур 1150°С обеспечивает сохранение внутренней структуры топливного брикета без спекания неорганических составляющих. Органосодержащие и нефтесодержащие отходы соответствуют третьему и/или четвертому классу опасности, определяемому в соответствии с Приказом МПР №511 от 15.07.2001 г.
Состав топливных брикетов рассчитывается с учетом обязательного присутствия неорганических нейтральных к горению компонентов в количестве не менее 26% В случае малого количества неорганических веществ в составе биомассы, неорганическая составляющая вносится в сырье в необходимом объеме до 40% от массы брикета. Сырье для топливных брикетов прессуется на шнековом прессе, обеспечивающем создание волокнисто - капиллярной структуры брикета. Геометрическая форма топливных брикетов способствует обеспечению удовлетворяющей скорости сушки и горения брикетов. Брикет имеет прямоугольное или круглое сечением с расстоянием от центральной оси до поверхности брикета 25-35 мм. Длина брикетов определяется удобством подачи в топку сжигающего устройства и, как правило, составляет 50-150 мм. Предпочтительная плотность
топливных брикетов при влажности 12% составляет 0.7-1,2 г/см3. Сушка топливных брикетов производится при температурах в пределах 95°С. Состав топливных брикетов рассчитывается с учетом обязательного присутствия неорганических, нейтральных к горению компонентов (далее - неорганическая составляющая), в количестве не менее 26% и не более 40% от массы брикета. Брикеты предназначены для сжигания в высокотемпературных автоматизированных печах при температурах 1050-1150°С, до влажности не выше 15%.
При производстве топливного брикета методом экструзии за счет вращения шнека создается волокнисто- капиллярная структура. При попадании брикета в высотемпературную огневую зону сжигающего устройства в теле брикета происходит газификация органических веществ под воздействием температуры. Образующиеся газы, не нарушая структуры брикета, по каналам капилляров движутся к поверхности -образуя тысячи стабильных мини факелов на поверхности брикета. Неорганическая составляющая топливных брикетов в раскаленном состоянии позволяет стабилизировать горение, поддерживает высокую температуру в зоне отрыва факела, сохраняет раскаленную капиллярную структуру до полного сгорания органики. Сохранение геометрической формы и структуры топливного брикета позволяет в высокой степени нейтрализовать токсичные элементы, свести к минимуму выброс в атмосферу пылевидных зольных составляющих. Заданный физико-химический состав брикетов позволяет автоматизировать процесс сжигания брикетов, поддерживать на заданном уровне температуру, баланс топливо-кислород, что в конечном итоге обеспечивает безопасное сжигание отходов.
Как показали опытные испытания, при массовом содержании неорганической составляющей менее 26%, не обеспечивается сохранение геометрической формы и внутренней структуры, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества взвешенных веществ в выбросах, снижению эффективности дожига низкокалорийной органической составляющей и резким скачкам температур в огневой зоне при подаче топлива в зону горения, а снижение температуры в огневой зоне негативно влияет на химический состав выбросов в атмосферу. Сравнительные данные об изменениях формы и структуры брикета с различными показателями неорганической составляющей приведены в табл.1. Сравнительные данные о выбросах в атмосферу при сжигании брикетов с различными показателями неорганической составляющей приведены в табл.2.
При массовом содержании неорганической составляющей более 40% не обеспечивается минимально необходимая теплотворная способность топливного брикета - не менее 4000 Ккал/кг при влажности 12%. Примеры выполнения топливных брикетов приведены в табл.3.
Табл.1
Сравнительные данные об изменениях формы и структуры брикета с различными показателями неорганической составляющей
Содержание неорганической составляющей, мас.%
Влияние процесса горения не структуру брикета
0-10%
С самого начала процесса горения - наблюдается обугливание и осыпание поверхностной части брикета. Первоначальная форма не сохраняется; происходит постепенное истончение брикета.
10-15%
Разрушение поверхности брикета наблюдается на третьей-седьмой минутах горения, в течении 10-15 минут, брикет в значительной мере истончается.
15-20%
Значительное истончение брикета, осыпание поверхности наблюдается после 20 минут горения
20-25%
Нарушение структуры брикета, незначительные осыпания поверхности, наблюдаются к 20-25 минутам горения.
25-30%
Незначительное нарушение поверхности брикетов наблюдается после 30 минут горения.
30-40%
Незначительные нарушения поверхности брикетов наблюдаются после 30-40 минут горения, к этому времени органическая составляющая брикетов практически выгорела, выгоревшие брикеты начинают разрушаться под весом новых партий брикетов подаваемых в огневую зону и постепенно удаляются из топочной камеры- через колосниковую решетку
Табл.2.
Сравнительные данные о выбросах в атмосферу при сжигании брикетов с различными показателями неорганической составляющей
Измеряемый показатель, грамм/секунду
Брикет (20-25% неорганики)
Брикет (26-28% неорганики)
взвешенные вещества (пыль)
0.13
0.06
оксид углерода
3.2
3.12
диоксид серы
0.7
0.64
диоксид азота
0.26
0.26
цинк
0.0002
0.00014
свинец
0.000007
0.000006
бензол
0.015
0.011
толуол
0.002
0.0017
Табл.3
Примеры выполнения топливного брикета
Пример №1
Компонентный состав, масс.%
Неорганическая составляющая, мас.%
Калорийность в ккал/кг
мазут 25%
0.3×25%=0.08%
9800×0.25=2450 Ккал
(в т.ч. неорганическая составляющая - 0.3%)
- компост 70%
(в том числе: органика 47% неорганика 23%)
00.0023%
3500×0.47=1645 Ккал00.00
- дополнительно вносимая неорганическая составляющая (CaO,SiO2 или аналоги) 5%
5%
00.00
Итого 100%
28, 08%
4095 ккал/кг
Пример №2
Компонентный состав, масс.%
Неорганическая составляющая, мас.%
Калорийность в ккал/кг
- масло моторное 23%
00.00
9800×0.23=2254
- куриный помет 60%
(том числе: органика 41% неорганика 16%)
00.0016%
3500×0.41=1435 ккал/кг 00.00
- опилки древесные 10%
0.1%
00.00
- дополнительно вносимая неорганическая составляющая (CaO, SiO2 или аналоги) 10%
0.1%
3500×0.10=350 ккал/кг
Итого: 100%
26.1%
4039 Ккал/кг
Пример №3
Компонентный состав, масс.%
Неорганическая составляющая, мас.%
Калорийность в ккал/кг
- мазут собранный в результате разлива на земле 30%
0.09%
9800×0.3=2940 ккал/кг
- грунт 60%,
(в том числе: органика 21% неорганика 39%)
00.0039%
3500×0.21=735 ккал/кг 00.00
- опилки древесные 10%
0,1%
3500×0.10=350 ккал/кг
Итого 100%
39,19
4025 ккал/кг
Пример №4
Компонентный состав, масс.%
Неорганическая составляющая, мас.%
Калорийность в ккал/кг
- мазут 28%
0.08%
9800×0.28=2744 ккал/кг
- грунт 62%
(в том числе: органика 21% неорганика 41%)
00.00%41%
3500×0.21=735 ккал/кг 00.00
- опилки древесные 10%
-0.1%
3500×0.1=350 ккал/кг
Итого: 100%
41.18%
3829 ккал/кг (НЕ удовлетворяет требованиям)