ТОПЛИВНЫЙ БРИКЕТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к топливному брикету, который содержит коксовую и антрацитовую мелочь, мелассу в качестве связующего и дополнительное связующее - техническое растительное масло. При этом брикеты имеют цилиндрическую форму размером: диаметр × высота - 100×100 или 110×110 или 120×120 мм. Изобретение также относится к способу получения топливного брикета, включающий дозирование, смешивание коксовой и антрацитовой мелочи и связующего - мелассы, брикетирование смеси под давлением 35-50 МПа и сушку брикетов, отличающийся тем, что в мелассу перед дозированием вводят техническое растительное масло при соотношении мелассы: масло, мас.%: 9-12:0,5-2, при этом брикеты располагают на тележках и сушку осуществляют при непрерывном дискретном, через каждые 10 мин, продвижении тележек на расстояние длины одной тележки, причем температурно-временной режим сушки характеризуется тремя ступенями: первая ступень - 100-300°C в течение 40 минут, вторая ступень - 380-200°C в течение 100 минут, третья ступень - 200-100°C, при этом сушка брикетов на первой ступени осуществляется встречным, по отношению к движению тележек, потоком, а на второй и третьей ступенях сопутствующим потоком сушильного агента. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 3 пр.

1. Топливный брикет на основе коксовой и антрацитовой мелочи и связующего - мелассы, отличающийся тем, что он дополнительно в качестве связующего содержит растительное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что размеры брикета находятся в пределах: диаметр × высота - 100×100-120×120 мм.

3. Способ получения топливного брикета, включающий дозирование, смешивание коксовой и антрацитовой мелочи и связующего - мелассы, брикетирование смеси под давлением 35-50 МПа и сушку брикетов в тоннельной печи в потоке сушильного агента, отличающийся тем, что в мелассу перед дозированием, вводят техническое растительное масло при соотношении мелассы : масло, мас.%: 9-12:0,5-2, а коксовую и антрацитовую мелочь измельчают до гранулометрического состава 0-5 мм, при этом брикеты располагают на тележках и сушку осуществляют при непрерывном дискретном, через каждые 10 мин, продвижении тележек на расстояние длины одной тележки, причем температурно-временной режим сушки характеризуется тремя ступенями: первая ступень - 100-300°C в течение 40 мин, вторая ступень - 380-200°C в течение 100 мин, третья ступень - 200-100°C, при этом сушка брикетов на первой ступени осуществляется встречным, по отношению к движению тележек, потоком, а на второй и третьей ступенях сопутствующим потоком сушильного агента.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сушильный агент представляет собой смесь продуктов горения природного газа и рециркулирующего газа, отведенного в зону их смешивания из третьей ступени сушки при 200°C.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что смешивание мелассы и технического растительного масла проводят при температуре 35-45°C.

Изобретение относится к технологии получения твердотопливных брикетов, состоящих в основном из углеродосодержащих компонентов и предназначенных для использования в металлургии, производстве каменной ваты и различных отраслях промышленности.

Известен топливный брикет и способ его получения, содержащий измельченную коксовую мелочь и связующее - мелассу, которые дозируют, смешивают и брикетируют (патент РФ №2147029, МПК C10L 5/12, 5/14, 5/16, 5/40, опубл. 27.03.2000 г.).

Недостатком данного брикета является его слабая влаго- и термоустойчивость, низкая (менее 7000 ккал) теплотворная способность, что не допускает его использования в металлургии.

Известен влагоустойчивый топливный брикет и способ его получения (патент РФ №2149889, МПК C10L 5/16, опубл. 27.05.2000 г.). Брикет содержит мас.%: 4-10 - мелассы, 0,26-0,78 - кубовые остатки первичной и вторичной нефтепереработки и остальное - каменноугольную мелочь, являющуюся мелким классом каменного и антрацитового углей.

Способ получения данного брикета состоит в нагревании каждого компонента до 51-70°C, смешивании нагретых компонентов и прессовании при давлении 25-45 МПа.

Однако, обладая высокой механической прочностью на сбрасывание, низким влагопоглощением брикет обладает высоким выходом летучих веществ и недостаточной термостойкостью. Кроме этого процесс нагревания каждого компонента брикета перед смешиванием повышает энергозатраты и усложняет способ его получения.

Известен влагоустойчивый топливный брикет на основе коксовой и антрацитовой мелочи и связующего - мелассы. Дополнительным компонентом в данной смеси является термоантрацит при следующем соотношении компонентов, мас.%: антрацит - 20-25, термоантрацит - 25-30, меласса - 5-16, коксовая мелочь - остальное. Способ получения брикета включает дозирование, смешивание компонентов с последующим брикетированием путем двухстороннего сжатия под давлением 35-50 МПа в течение 5-8 с и сушку при температуре 380°C в течение 90 минут (патент РФ №2345124, МПК C10L 5/14, опубл. 27.01.2009 г. - прототип).

Однако высокое содержание антрацита и термоантрацита, с одной стороны, повышает теплотворность брикета, а с другой стороны, как следствие, характеризуется высоким наличием летучих веществ и недостаточной влагостойкостью, термоустойчивостью и механической прочностью, что не позволяет использовать брикет в вагранках для литейного производства. Технической задачей, на которую направлено изобретение является повышение влаго- и термоустойчивости, механической прочности брикетов и снижении энергозатрат при условии достижения соответствия качественных показателей заявленного брикета аналогичным показателям литейного кокса, что позволяет использовать брикет в вагранках при, например, выплавке чугуна и каменной ваты.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту «композиции» достигается тем, что композиция на основе коксовой мелочи и связующего - мелассы дополнительно содержит в качестве связующего техническое растительное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом брикеты имеют цилиндрическую форму размером: диаметр × высота - 100×100, или 110×110, или 120×120 мм.

В качестве антрацитовой мелочи может быть использован антрацитовый штыб (АСШ) - отсевы антрацита и отходы углеобогатительных фабрик класса 0-6. Содержание углерода - 89-98%; плотность - 1,42-1,80 г/см³, выход летучих веществ - 1,5-9,0%. Структурная прочность - 84,5%. Высшая удельная теплота сгорания - 25980-27650 кДж/кг.

В качестве коксовой мелочи могут быть использованы отсевы каменноугольного кокса класса 0-10, полученного при сортировке валового кокса на коксохимических предприятиях, что составляет 3-5% от общего объема кокса. Содержание углерода - 97,4%; плотность действительная - 1,94 г/см³, структурная прочность - 88,5%; теплота сгорания - 25150-26400 кДж/кг.

Меласса или патока являются отходами сахарного производства и относятся к связующему класса полисахаридов - аморфных веществ не способных кристаллизоваться и содержащих до 45-50% свекловичного или тростникового сахара. Удельный вес - 1,32-1,52 г/см³, значительно вязкое вещество.

Технические растительные масла (подсолнечное, рапсовое, льняное, касторовое) по химическому составу представляют собой смеси различных триглицеридов высших жирных кислот. Динамическая вязкость масел при 20°C от 45 до 850 мПа·с, удельный вес - 927-970 кг/м³, летучая доля в % от массы от 0,2 до 0,5, содержание золы в % от массы - 0,1. Масла являются хорошими пластификаторами. Рапсовое масло, например, при 160-250°C обладает способностью образовывать каучукообразную массу и повышает термостойкость брикета, снижает зольность и содержание летучих. Растительные технические масла не являются горючими веществами в формулировке ЧСН 650201.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту «способ» достигается путем дозирования, смешивания коксовой и антрацитовой мелочи и связующего - мелассы, брикетирования смеси под давлением 35-50 МПа и сушку брикетов в тоннельной печи в потоке сушильного агента. В мелассу, перед дозированием, вводят техническое растительное масло при соотношении меласса:масло = 9-12:0,5-2, а коксовую и антрацитовую мелочь измельчают до гранулометрического состава 0-5 мм, при этом брикеты располагают на тележках и сушку осуществляют при непрерывном дискретном, через каждые 10 минут, продвижении тележек на расстояние длины одной тележки, причем температурно-временной режим сушки характеризуется тремя ступенями: первая ступень - 100-300°C в течение 40 минут, вторая ступень - 380-200°C в течение 100 минут, третья ступень - 200-100°C в течение 40 минут, при этом сушка брикетов на первой ступени осуществляется встречным, по отношению к движению тележек, потоком, а на второй и третьей ступенях сопутствующим потоком сушильного агента. Сушильный агент представляет собой смесь продуктов горения природного газа и рециркулирующего газа, отведенного в зону их смешивания из третьей ступени сушки при 200°C. Смешивание мелассы с техническим растительным маслом проводят при температуре 35-45°C.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что найдено оптимальное сочетание и гранулометрический состав компонентов, что обеспечивает более качественное смачивание частиц связующим компонентом и более тесное сближение частиц во время прессования, а трехступенчатая сушка брикетов со щадящим температурным режимом в начале процесса сушки, при использовании рециркуляционного потока, обеспечивает плавное, равномерное удаление влаги из брикета и полимеризацию связующего, что повышает качественные показатели брикета и снижает энергозатраты.

Критическая температура воды, выше которой пар нельзя превратить в жидкость, равна 374°C. Следовательно, при температуре выше 374°C сушильный агент, при наличии в нем влаги из рециркуляционного потока, функционирует как сухой газ. Использование рециркуляционного потока позволяет увеличить объем и теплосодержание сушильного агента. Теплопотери при использовании рециркуляции (возврата тепла в систему) значительно снижены и достигают не более 13% от тепловыделения теплогенератора.

Необходимо указать, что трещинообразование в брикете связано с процессом усадки брикетов, так как скорость усадки отдельных слоев брикета различна. Градиент скорости усадки тем больше, чем выше скорость нагрева. Трещины образуются в случае превышения значения градиента усадки выше определенной величины. Большие внутренние напряжения, возникающие при резком повышении температуры в зоне сырого брикета, обеспечивающей высокую скорость усадки, предопределяют образование трещин.

Кроме этого наличие влаги в сушильном агенте (при использовании рециркуляционного потока) оказывает более мягкое, щадящее воздействие сушильного теплоагента на брикет, предотвращая его обугливание и снижая уровень пожаровзрывоопасности при сушке брикетов. Предложенная и испытанная равноразмерная цилиндрическая форма брикета характеризуется отсутствием краеугольных сторон, которые способствуют образованию осыпи и обеспечивают более оптимальную обтекаемость брикета сушильным агентом и более высокую газопроницаемость шихты в вагранке при использовании брикетов.

Ввод технического растительного масла в связующий компонент, как показали исследования, улучшает гидрофобизацию смеси, образуя в сочетании с мелассой гомогенный полимерный состав.

С целью выявления оптимального соотношения компонентов в брикете и их оптимального фракционного (гранулометрического) состава было проведено ряд опытов.

Опыт 1. Определение термостойкости, механической прочности и прочности на сбрасывание при содержании в брикете, мас.%: антрацитовой мелочи от 7 до 17, мелассы от 8 до 14, при 0,3-3% рапсового масла, коксовая мелочь - остальное. Как показали исследования, оптимальные качественные показатели брикета (термостойкость 83,2-91,1%, механическая прочность в малом барабане по М40 - 85,0-87,5%, по M10 - 9,4-9,6%, прочность на сбрасывание 98,4-99,3%) наблюдались при содержании в брикете антрацитовой мелочи от 8 до 15%, мелассы от 9 до 12% и 0,5-2% рапсового масла при 71-82,5% коксовой мелочи. Более низкое содержание масла не дает положительного эффекта влаго- и термоустойчивости, а более высокое - экономически нецелесообразно и отрицательно влияет на свойства брикета. Высшая теплота сгорания при этом составила 7890-7990 ккал/кг. Опыт проводился при гранулометрическом составе всех компонентов от 0 до 5 мм. Аналогичные результаты (с отклонением в несколько процентов) были получены в опытах при использовании технического подсолнечного, льняного масла и касторового масла.

Опыт 2. Определение оптимального гранулометрического состава компонентов в брикете. Опыт проводился при оптимальном соотношении компонентов, мас.%: антрацитовая мелочь - 9, меласса - 10, рапсовое масло - 1, коксовая мелочь - 80, при гранулометрическом составе от 0 до 6 мм. Исследования показали, что при данном гранулометрическом составе, несмотря на оптимальное соотношение компонентов, наблюдалось снижение качественных показателей брикета на 8-12% по сравнению с использованием фракции от 0 до 5 мм.

Для доказательства преимущества трехступенчатой сушки по заявленному способу и сушки брикетов по прототипу (380°C в течение 90 минут) были проведены сравнительные испытания. Первоначальная влажность брикетов, полученных по заявленному изобретению, в обеих случаях составляла 12%.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, трехступенчатая сушка брикетов по заявленному способу оказалась более эффективной. Снижение качественных показателей брикетов при использовании технологии сушки по прототипу было на уровне 12,7-15,6%.

Пример. Топливный брикет готовят следующим образом. Брали антрацитовую мелочь (антрацитовый штыб класса 0-6 мм) в количестве 120 кг, коксовой мелочи (отсевы каменноугольного кокса класса 0-10 мм) - 780 кг, 90 кг мелассы предварительно смешанной при температуре 45°C с 10 кг рапсового масла, при этом связующий компонент постоянно находился в перемешиваемом состоянии в расходной емкости. Углеродосодержащий компонент предварительно по ленточному транспортеру направлялся на грохот типа ГИЛ для ситового рассева на фракции 0-5 мм. Просеянный материал нужной фракции направлялся в накопительные силоса, из которых осуществлялась подача ленточным транспортером в бункер смесителя, а более крупная фракция подавалась на дробильное устройство и далее на грохот и в накопительные силоса. Из накопительных силосов коксовая и антрацитовая мелочь подавалась в дозирующий агрегат с весовыми тензодатчиками, где в необходимом количестве происходило смешивание. Смесь коксовой и антрацитовой мелочи подавалась в смеситель, имеющий дозировочные устройства и весовую емкость для связующего на тензодатчиках. Перемешанный материал по транспортеру подавался в приемный бункер пресса типа коленчато-рычажного типа, с помощью которого под давлением 45 МПа производилось прессование брикетов нужной цилиндрической формы и размеров (110×110 мм). С технологической точки зрения форма брикета выбрана, как наиболее оптимальная - цилиндрическая равноразмерная при размерах: диаметр 100-120 мм, высота цилиндра 100-120 при сочетании размеров диаметра и высоты от 100×100 до 120×120 мм. Цилиндрическая форма брикета не имеет краеугольных сторон, способствующих образованию осыпи (обкалыванию) при погрузке - разгрузке и транспортировке брикетов. Кроме этого данная форма брикета обеспечивает более полную обтекаемость брикета сушильным агентом при сушке, а при использовании брикетов - хорошую газопроницаемость шихты в вагранке и соответственно стабильную температуру плавки. Отпрессованные брикеты, автоматоукладчиком укладывались на решетки сушильных тележек и подавались в сушильную камеру туннельного типа с газообразным теплоносителем - сушильным агентом, приготовляемом в теплогенераторе, состоящем из теплоизолированной камеры сгорания, на которой установлена газовая горелка. Камера сгорания имеет цилиндрическую форму с двумя стенками с пережимом на выходе, в промежуток между которыми подаются рециркулирующие газы, отведенные от третьей ступени сушилки при 200°C.

Укладка брикетов осуществлялась в тележки с просветом 10-15 мм на сетчатые рамки, расположенные одна над другой на расстоянии 50 мм, расстояние между массой брикетов и стенами так же составляет 50 мм, что обеспечивает равномерное движение сушильного агента и соответственно более эффективную сушку брикетов. Движение тележек в сушильной камере осуществлялось потактово с интервалом 10 минут. Общее время нахождения брикетов в печи 180 минут (в первой ступени 40 минут, во второй - 100, в третьей - 40 минут).

При поступлении тележки в сушильную камеру одновременно открываются приемные и выходные ворота. С помощью толкателя тележка закатывается по рельсам в камеру и, соприкасаясь с впереди находящейся тележкой, выталкивает очередную крайнюю тележку с сухими брикетами из камеры. Тем самым все находящиеся в сушильной камере тележки с брикетами одновременно передвигаются каждые 10 минут на одну позицию (тележку) и проходят весь цикл сушки. В конце сушильной камеры (третья ступень) имеется ввод газохода для отвода сушильного агента из печи. На воздуховоде отбора сушильного агента установлен дроссельный механизм, совмещенный с вентилятором, привод которого получает управляющий импульс от датчика дифференцированного давления с импульсной трубкой в сушильной камере, что позволяет поддерживать разрежение в камере. В сушильной камере в каждой зоне установлены термодатчики, показания которых выведены на монитор оператора на пульте управления. Газовая горелка в автоматическом режиме поддерживает температуру в сушильной камере. Для обеспечения активного движения сушильного агента в сушильной камере применяются дутьевые вентиляторы типа ВДН (с напором от 2,2 кПа и более), что обеспечивает эффективное удаление влаги из брикета и полимеризацию связующего.

Таким образом, в первой ступени (по ходу тележек с брикетами) поток сушильного агента, будучи направленный навстречу движению тележек с брикетами, на границе первой и второй ступени воздействует на уже прогретые брикеты и, проходя далее и остывая по ходу до 100°C, воздействует на только что поступившие в печь сырые брикеты. При переходе границы между первой и второй ступенью брикеты, нагретые в первой ступени от 100 до 300°C, попадают во вторую ступень с сопутствующим (а не встречным) потоком сушильного агента с температурой в начале второй ступени 380°C и являющейся ступенью активной теплообработки. По мере остывания сушильного агента (в конце второй ступени) до 200°C брикеты поступали на дальнейшее охлаждение в третью ступень с температурой 200-100°C. Как видно из описанного процесса, сушка брикетов, по заявленному способу получения топливных брикетов, обеспечивает плавное нарастание и снижение величины температурного воздействия на брикет при сушке, что обеспечивало наряду с другими технологическими приемами высокие качественные показатели брикета.

Сравнительные физико-химические показатели заявленных брикетов и литейного кокса отражены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, заявленные брикеты обладают высокой влаго- и термоустойчивостью, при этом механическая прочность при М40 превышает литейный кокс на 13,4% при равнозначной с литейным коксом теплоте сгорания. При этом следует отметить, что наличие технического растительного масла в составе брикета обеспечивает более низкое влагопоглощение.

Принципиальная технологическая схема тепловой сушки брикетов с рециркуляцией газового потока приведена на фиг.1, где 1 - газовая горелка, 2 - камера сгорания, 3 - камера смешения, 4 - дымосос, 5 - труба выброса, 6 - туннельная печь, 7 - тележки с брикетами, 8, 9, 10 - воздуховоды.