ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ Российский патент 2006 года по МПК C10L5/12 C10L5/40 C10L5/44 

Изобретение относится к области углесодержащего топлива, в частности, к композиционному топливу, образованному из техногенных отходов:

- штыба - отходов, образующихся в процессе угледобычи и обогащения флотационным методом (смесь породы и мелкодисперсной угольной пыли);

- отсева - отходов, образующихся в процессе отделения товарной фракции угля;

- древесных опилок - являющихся отходами деревоперерабатывающих производств (вместо опилок могут быть использованы любые отходы дерева в измельченном виде).

Указанный вид топлива в виде брикета (или гранул) предназначен для бытовых топок, топок железнодорожных вагонов, котельных коммунально-бытового назначения, относящихся к малой и средней теплоэнергетике.

Композиционное топливо, как правило, представляет собой продукт в виде брикета правильной геометрической формы (прямоугольной) или в виде гранулы цилиндрической формы, полученных путем силового воздействия (формования, прессования) смеси исходных компонентов, прошедших предварительную подготовку.

К основным параметрам, характеризующим качество композиционного топлива, относятся:

- теплота сгорания,

- влажность,

- влагопоглощаемость,

- зольность,

- плотность,

- прочность на сжатие,

- крошимость,

- фракционный состав,

- содержание токсичных компонентов.

Отличительным свойством композиционного топлива от природного является гарантируемые физико-химические характеристики, однородный фракционный состав, что обеспечивает устойчивый, требуемый режим топочных агрегатов.

Технология производства композиционного топлива обеспечивает возможность регулирования требуемых характеристик путем изменения процентного соотношения используемых компонентов.

Существующие технологии предусматривают специальную подготовку используемых компонентов для обеспечения оптимальной гарантированной низкой влажности.

При производстве методом прессования повышенная влажность компонентов, а также слабое адгезированное воздействие используемых композиций приводит к снижению прочностных характеристик композиционного топлива в процессе хранения.

Известен топливный брикет, включающий измельченный уголь, измельченный торф и нитрат целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

уголь бурый27,5-32,5торф27,5-32,5нитрат целлюлозыостальное до 100% массы брикета

При указанном составе компонентов достигаются достаточно высокая теплота сгорания и прочность, малая зольность при большом времени сгорания, необходимом для достижения наибольшей эффективности использования брикетов при методе прямого сжигания (см. патент РФ №2091446 с приоритетом от 22.04.1994 г.).

Недостатками указанного брикета являются:

- использование в качестве связующего нитрата целлюлозы, являющегося покупным, привозным компонентом, содержащим сернистые соединения, т.е токсичные вещества;

- использование обогащенного товарного угля, который для приготовления композиционной смеси должен подвергаться измельчению;

- малое процентное содержание угля;

- использование торфа, месторождения которого не всегда имеются вблизи мест накопления отходов угледобычи (углеобогатительных предприятий).

Совокупность указанных недостатков приводит к значительному удорожанию топлива и к снижению качественных показателей.

Известен также топливный брикет, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%:

торф10-20древесные опилки5-10органическое связующее2-10каменный угольостальное

Особенностью указанного брикета является использование в качестве органического связующего отходов целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности (например, сульфитно-спиртовая барда, лигнин, волокнистые остатки целлюлозы, отходы мазута, битума и т.п.), а также наличие в брикете сквозных отверстий различного диаметра (см. патент РФ №2119532 с приоритетом от 20.07.1994 г.).

В составе указанного брикета содержание угля больше - от 55 до 80%, причем могут применяться угольные отходы (в том числе высокозольные в виде шлаков, штыбов, и некачественных углей с размерами измельчения до 3 мм).

Однако наличие дополнительных компонентов в виде торфа, требующего специальной подготовки, органического связующего, окислителя (соль азотной кислоты), а также, необходимость термической обработки брикета при температуре 300-350°С в течение 1,0-3,0 часов, усложняет технологический процесс, количество необходимого оборудования, что приводит к удорожанию конечной продукции, несопоставимой с достигаемыми качественными показателями.

Указанное техническое решение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое техническое решение являются:

1. Возможность создания композиционных видов топлива на основе техногенных отходов углеобогащения (штыбов, отсева) с использованием связующих свойств природных минералов, входящих в состав штыбов.

2. Возможность развития производства композиционных, экологически чистых, высококачественных видов топлив с требуемыми параметрами из различных видов техногенных отходов в промышленных масштабах, как альтернативных видов топлива.

3. Рациональная утилизация отходов обогатительных фабрик угледобывающей отрасли промышленности (штыбов, отсевов, пыли с циклонов и др.).

4. Повышение рентабельности работы угледобывающих предприятий в рамках повсеместной реструктуризации отрасли путем создания новых производств на основе наукоемких, экологически чистых технологий для обеспечения занятости населения шахтерских городов в связи с закрытием ряда шахт.

5. Решение региональных проблем в топливно-энергетическом комплексе путем развития производства композиционного топлива на основе местных техногенных отходов в контексте с решением экономических, социальных проблем и обеспечением экологической безопасности.

В настоящее время на территориях обогатительных фабрик угольной промышленности имеется огромное количество углесодержащих отходов в виде штыбов, шламов из отстойников после флотационного обогащения угля.

Указанные отходы занимают огромные территории, лежат без использования, вследствие ветровой эрозии загрязняют атмосферу и близлежащие покровы земли, а также водоемы, за что виновные предприятия платят штрафы.

По прогнозам Союза углепромышленников добыча угля в Российской Федерации должна резко возрасти. Так, в 2000 г. было добыто 260 млн. т угля, а к 2015 году ожидается повышение добычи до 450 млн.т (см. журнал «УГОЛЬ» №2 за 2001 г., стр.19).

Необходимость развития угледобычи обуславливается и складывающимися на мировом рынке балансом цен на нефть, нефтепродукты, газ с учетом запасов разведанных месторождений и политических соображений.

Сегодня продавать газ и нефть на внешнем рынке гораздо выгоднее, чем на внутреннем. По оценкам зарубежных и российских специалистов известных мировых запасов нефти и газа при нынешних темпах добычи хватит максимум на 50 лет, угля хватит на 500 лет.

Поэтому буквально через 10-15 лет, когда человечество вплотную столкнется с нехваткой нефти и газа (а следовательно, и с небывалым взлетом цен на них) самым дешевым видом топлива станет уголь.

Увеличение добычи угля приведет соответственно к увеличению отходов, поэтому утилизация углесодержащих отходов обогащения станет еще более актуальной.

Согласно предлагаемому в заявке изобретению поставленные задачи решаются новым составом композиционного топлива, разработанного на основе использования связующих свойств природных минералов, входящих в состав штыбов, являющихся техногенными отходами флотационного обогащения угля.

Состав предлагаемого композиционного топлива в виде брикета (гранулы) предполагает следующее соотношение используемых компонентов, мас.%:

штыб47,5-52,5отсев угля28,5-31,5древесные опилки (измельченные деревоотходы)19-21

Штыбы из отстойников, кроме угольной пыли, содержат глинистые породы, образовавшиеся в результате уплотнения, дегидрации и цементации глин в процессе образования угольных пластов.

Сопутствующая глинообразная порода по минералогическому и химическому составу очень сходна с глинами, но отличается большей твердостью и неспособностью размокать в воде. Сложена в основном глинистыми минералами с примесью частиц кварца, слюды, полевых шпатов. Сопутствующие залежам угля глинистые породы образуют с углем на границе угольных пластов механические соединения.

Последнее обстоятельство способствует тому, что сопутствующие глинистые образования извлекаются из недр вместе с углем и отделяются от него только при обогащении, т.е. являются техногенными отходами, но при этом из-за несовершенства технологии обогащения содержат мелкодисперсный уголь.

Предлагаемый состав компонентов топливного брикета, в связи с наличием глинистых образований, обладает высокой пластичностью массы при сравнительно малой влажности 22-24%, что создает условия его изготовления по наиболее простой технологии - методом формования с обеспечением высокой плотности продукции.

Кроме того, указанный фактор высокой пластичности массы (смеси компонентов) обеспечивает возможность организации производства брикетов на унифицированном оборудовании, например на оборудовании кирпичных заводов и по отработанной технологии.

Включение отсева угля обеспечивает повышенную теплоту сгорания топливного брикета (результаты испытаний промышленных образцов приведены ниже).

Включение древесных опилок способствует обеспечению требуемой кинетики горения брикета, исключает процесс шлакообразования и, кроме того, способствует регулированию требуемой влажности смеси компонентов при подготовке массы к формованию.

Изготовление топливного брикета производится следующим образом:

1. Подготовка исходных материалов.

1.1. Штыб, отсев угля, как правило имеют мелкодисперсную фракцию и, по сути, не требуют специальной подготовки. Но в процессе длительного хранения возможно попадание инородных включений, поэтому их подготовка заключается в просеивании через сито с ячейкой не более 3 мм и накоплении в бункерах для обеспечения непрерывного производственного цикла работы.

1.2. Древесные опилки требуют просеивания через сито с ячейкой 5 мм для отделения от крупнофракционных включений древесины.

В случае применения крупнофракционных деревоотходов,они должны подвергаться измельчению до размеров не более 5 мм на унифицированных измельчителях древесины.

1.3. Подготовка исходных материалов по влажности не требуется, т.к. процесс формования происходит при влажности смеси 20-24% и обеспечивается регулировкой количества используемых компонентов в пределах указываемых допустимых значений.

2. Подготовка смеси к формованию.

2.1. Измеряют влажность каждого компонента.

2.2. Дозируют компоненты исходя из требуемого соотношения по массе сухого вещества с учетом обеспечения общей влажности и подают в смеситель.

2.3. Смешивают компоненты в смесителе лопаточного типа в течение 10-15 минут, после чего подготовленную массу подают в формователь.

Процесс подготовки смеси может осуществляться как в циклическом, так и в непрерывном режиме в зависимости от типа используемого смесителя.

3. Формование и сушка.

3.1. Формование практически может производиться на формователе любого типа в зависимости от поставленных задач по объему производства и плотности брикета.

3.2. Геометрические размеры брикетов (гранул) определяются конфигурацией установленной фильеры и режимом работы обрезного устройства.

3.3. Сформованные брикеты поступают в сушилку, где подвергаются сушке при температуре +50÷70°С в течение 3 часов.

3.4. После сушки брикеты подвергаются режиму стабилизации параметров, т.е. выдержке при нормальной температуре (20÷25°C) с интенсивной циркуляцией воздуха.

Выдержка в нормальных условиях обеспечивает снятие градиентов внутренних напряжений, стабилизацию геометрических размеров и механических параметров.

Время выдержки определяется геометрическими размерами брикетов (гранул), интенсивностью обдува и устанавливается экспериментально.

4. Контроль, фасовка, отгрузка.

4.1. Контролю брикеты подвергаются по влажности (допустимое значение не должно превышать 7-10%).

4.2. Требования по фасовке (упаковке) определяются требованием потребителя в зависимости от назначения использования топлива.

4.3. Поставка топлива в расфасованном и упакованном виде предусмотрена по следующим причинам:

- необходимостью обеспечения гарантированной влажности в течение длительного времени хранения, транспортирования продукции при различных атмосферных условиях;

- необходимостью снижения механических воздействий в процессе погрузок, разгрузок, транспортирования;

- необходимостью обеспечения современного сервиса для потребителя при использовании продукции, в том числе и при хранении.

4.4. Складирование продукции производится на поддонах для обеспечения возможности механизированной погрузки в железнодорожные вагоны и автотранспорт.

Полученный таким образом топливный брикет предложенного состава имеет следующие преимущества:

1. Дешевизна изготовления, т.к. все компоненты являются техногенными отходами, находятся практически на одной административной территории, для их доставки на место производства брикета требуются минимальные транспортные затраты и для организации производства используется унифицированное технологическое оборудование.

2. Выбранный состав и соотношения компонентов обеспечивают высокую пластичность смеси при минимальной влажности и как следствие возможность производства брикетов (гранул) методом формования, т.е. по наиболее дешевой и энергосберегающей технологии.

3. Теплота сгорания топливного брикета по предложенному изобретению находится на уровне показателей для обогащенного угля того же месторождения, из которого взяты отходы.

4. По кинетике сгорания брикет обладает повышенным показателем - время сгорания достигает 10 часов.

5. При сжигании брикета не происходит шлакообразования, т.е. обеспечивается полное сгорание, поэтому полученная зола может использоваться в качестве минерального удобрения в сельском хозяйстве без дополнительной переработки, а также для производства органоминерального удобрения на основе торфа.

Изложенные преимущества брикета по предлагаемому изобретению подтверждены результатами опытного производства в ООО «Сибтехмет М» (г.Новокузнецк Кемеровской обл.) на основе унифицированного технологического оборудования кирпичного завода и результатами испытаний промышленных образцов продукции в Сибирском научно-исследовательском институте обогащения «СИБНИИУГЛЕОБОГАЩЕНИЕ» (сертификат качества исх. №38-435 от 11.09.2001 г.).

Образцы брикетов, изготовленные на основе штыбов Абашинской Центральной обогатительной фабрики, производящей обогащение угля марки ДР Байбаевского месторождения ОАО «Кузбасуголь», отсева угля марки ДР и хвойных опилок в указанном выше соотношении имеют следующие показатели:

высшая теплота сгорания МДж/кг33,7ккал/кг8061влага общая, %4,2максимальная влагопоглощаемость, %3,8влага аналитическая, %2,4зольность, %24,8общая сера, %0,29время сгорания, час8-10

Для сравнения:

- высшая теплота сгорания угля марки ДР ОАО «Кузбасуголь» не превышает 8490 ккал/кг.

- высшая теплота сгорания угля марки СС ОАО «Кузбасуголь» не превышает 5700 ккал/кг.

Изобретение относится к области производства углесодержащего топлива и может быть использовано при изготовлении брикетов (гранул) для топочных агрегатов малой и средней теплоэнергетики. Топливо (брикет, гранула) содержит 47,5 - 52,5% штыба, 28,5 - 31,5% отсева угля и 19 - 21 % древесных опилок. Полученное топливо дешевле за счет использования только отходов угледобычи и отходов деревоперерабатывающих производств без применения специальных связующих материалов, экономично при изготовлении, обладает высокой теплотой сгорания угля, при сгорании не происходит шлакообразования, полученная мелкодисперсная зола пригодна для использования в качестве минерального удобрения.

Топливный брикет, содержащий отходы угледобычи в виде отсева угля, древесные опилки и связующее, отличающийся тем, что в в качестве связующего содержит штыб, являющийся отходом углеобогащения, содержащий природные минералы со связующими свойствами, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Штыб47,5 - 52,5Отсев угля28,5 - 31,5Древесные опилки19 - 21