научная статья по теме ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ АНТРАЦИТОВ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ АНТРАЦИТОВ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2014, № 4, с. 47-51

УДК 662.8:678.8

ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ МЕЛКИХ ФРАКЦИИ

АНТРАЦИТОВ © 2014 г. Н. И. Буравчук, О. В. Гурьянова

Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики имени И.И. Воровича Южного федерального университета, Ростов-на-Дону E-mail: burav@math.rsu.ru Поступила в редакцию 11.07.2013 г.

Представлены экспериментальные данные по разработке технологии производства топливных брикетов из антрацитовых штыбов, каменноугольной мелочи и угольных шламов, имеющихся в Ростовской области. Исследовано влияние влажности и гранулометрического состава угольных компонентов, влагосодержания шихты, состава связующего, давления прессования, режима твердения на технические свойства топливных брикетов. Показан способ получения водостойких брикетов.

DOI: 10.7868/S0023117714040033

Антрацитовые штыбы, коксовая, каменноугольная мелочь обладают определенной твердостью и их смеси являются жесткими, непластичными. Топливный брикет на основе таких угольных компонентов можно получить или со связующими, или при очень высоком давлении прессования.

Обеспечить высокую производительность брикетного производства при необходимости создавать высокое давление прессования на известных брикетных прессах практически очень сложно. Недорогих, недефицитных связующих, обеспечивающих экологическую безопасность топливных брикетов, технологичность процесса их производства и требуемые показатели качества брикетов, очень мало. Это основные причины, по которым производство брикетов из антрацитовых штыбов и каменноугольной мелочи в нашей стране не получило крупномасштабного развития. Между тем запасы угольных отходов огромны, но сжигание их в мелкозернистом виде затруднено, а чаще практически невозможно. В то же время потребность в твердом топливе возрастает с каждым днем, топливный рынок практически пуст, и брикетное топливо может хотя бы частично уменьшить возрастающий дефицит угля.

Известные технологии брикетирования антрацитовых штыбов отличаются сложностью и энергоемкостью. Как следует из анализа имеющегося отечественного и зарубежного опыта изготовления брикетов [1—4], наиболее распространенными связующими являются нефтебитумы и каменноугольные пеки. Известно применение лигносульфонатов или неорганических материалов (цемент, известь, гипс, жидкое стекло). Имеется немалый опыт по брикетированию бурых углей [5]. Брикетирова-

ние антрацитовых штыбов и каменноугольной мелочи менее распространено.

Цель данного исследования — разработка технологии брикетирования углесодержащих отходов минерального происхождения со связующими веществами. При этом в основу были положены следующие принципы построения технологических процессов получения угольных композиционных материалов:

— выбор адсорбента на основе учета комплекса свойств, отвечающих требованиям к готовой продукции;

— введение в состав угольных композиций дополнительных компонентов для придания всей композиции новых потребительских свойств;

— выполнение необходимых технологических операций для получения продукции с заданными качественными показателями.

В качестве объектов исследования использовали углесодержащее сырье углеобогатительных фабрик ОАО "Гуковская", ОФ "Замчаловская": шламы, мелочь каменных, коксующихся углей и антрацитов; связующие вещества, изготовленные из отходов сахарно-свекловичной промышленности Краснодарского края и отходов химических производств Ростовской области.

Антрацитовая мелочь (штыб) — отсевы антрацита и отходы углеобогатительных фабрик, фракция 0—6 мм. Характеристика антрацитового штыба: содержание углерода в органическом веществе — 93.0—95.0%; плотность — 1.4—1.8 г/см3; выход летучих веществ — 3.5—5.7%; низшая теплота сгорания — 20.6—24.2 МДж/кг; зольность — 15.0-30.0%; влажность рабочая - 9.0-12.0%.

48

БУРАВЧУК, ГУРЬЯНОВА

Каменноугольная мелочь — отсевы каменного угля и отходы углеобогатительных фабрик. Характеристика каменноугольной мелочи: содержание углерода — 76—90%; плотность — 1.2— 1.8 г/см3; выход летучих веществ — 7—55%; низшая теплота сгорания — 15.5—17.4 МДж/кг; зольность - 5.0-30.0%.

Угольный шлам — отходы углеобогатительных фабрик, мелкий класс каменного, антрацитового углей, размер частиц 0—1 мм, выход летучих — 5.0—8.0%; низшая теплота сгорания — 15.0— 17.0 МДж/кг; влажность 16.0—25.0%, зольность — 35.0—45.0%.

Меласса — отход свеклосахарного производства, густая сиропообразная вязкая жидкость от коричневого до темно-бурого цвета. Меласса содержит до 20% воды, 45—50% сахара, 20—25% органических веществ и 10% минеральных несахарных веществ. Меласса хорошо растворяется в любых соотношениях в холодной и горячей воде. Растворы характеризуются высокой вязкостью, плотность изменяется от 1.30 до 1.52 г/см3. Меласса используется в качестве основного компонента связующего.

Кубовые остатки термокрекинга парафинов — отходы Новочеркасского завода синтетических продуктов, температура плавления 35—38°С, температура застывания 46—48°С, зольность 0.016— 0.018%.

При отработке технологии брикетирования в лабораторных условиях изучались влияние на технологичность процесса и качество брикетов таких факторов, как влажность и зерновой состав антрацитового штыба, состав и температура затворяющей смеси, соотношение компонентов шихты, давление прессования, режим твердения брикетов. Нет строгих критериев оценки брике-тируемости углей и углесодержащих материалов. В исследованиях был принят наиболее простой способ определения брикетируемости шихты по установлению минимального количества связующего, которое требуется ввести в шихту для получения прочного брикета-сырца при минимальном давлении прессования. Подбор связующего вели с учетом следующих критериев: связующее должно быть доступным, нетоксичным, обеспечивать технологичность процесса и необходимую механическую прочность брикетов при их изготовлении, хранении и использовании.

В лабораторных условиях для изготовления опытных образцов брикетов был выбран способ полусухого прессования. Топливные брикеты изготавливали цилиндрической формы диаметром и высотой 50 мм, массой 60—70 г. Оценку качества брикетов проводили с использованием стандартных методик [6] и нормативных документов на методы испытаний топливных брикетов. Разрабатываемые композиции брикетов предназначе-

ны для изготовления топливных брикетов на вальцевых и штемпельных прессах.

От исходной влажности углесодержащих отходов зависит прочность брикета-сырца. Избыток влаги на поверхности угольных частиц приводит к сокращению адсорбционных контактов в системе "углеродсодержащий компонент — связующее". Оптимальное содержание влаги в брикетируемой шихте определенного гранулометрического состава обусловливает максимальное проявление сил связи, ответственных за формирование структуры композиции. Антрацитовый штыб, получаемый при обогащении угля, имеет влажность 12—16%, а угольные шламы из шламоотстойников — до 20%. Брикетирование таких переувлажненных отходов без предварительной сушки невозможно. Экспериментально установлено, что необходимая прочность брикетов достигается при влажности угольных отходов в пределах 3.5—4.5%.

Для подготовки антрацитового штыба по зерновому составу необходимо в технологии предусмотреть дробление и классификацию. При подготовке антрацитового штыба надо стремиться к тому, чтобы выход частиц мелких классов (0— 1 мм) не превышал оптимальное количество — 40%. Экспериментальным путем было установлено, что при включении в состав брикета антрацитовых штыбов крупностью 0—6 мм, их гранулометрический состав должен включать (%) частиц класса >6 мм — 5—7, 3—6 мм — 25—30, 1—3 мм — 30—33, 0—1 мм — 35—45. На практике не всегда можно выдержать такой зерновой состав. Для повышения пластичности, технологичности и улучшения зернового состава шихты для брикетирования вводили углесодержащий компонент — угольный шлам. В зерновом составе угольного шлама крупностью 0—3 мм содержание фракций 1—3 и 0—1 мм — по 40—45%, частиц свыше 3 мм — не более 10%. Максимальная прочность брикетов достигается, когда распределение классов крупности приближается к гранулометрическому составу, отвечающему наибольшей плотности упаковки угольных зерен. В результате выполненных исследований определен оптимальный гранулометрический состав шихты для брикетирования: содержание (%) класса более 6 мм — 2—3, 3—6 мм — 24—28, 1—3 мм — 27—35, 0-1 мм — 38—45.

Влагосодержание шихты оказывает влияние на прочностные свойства брикета-сырца. На рис. 1 показана зависимость прочности брикета—сырца от влажности шихты при различных расходах мелассы, откуда следует, что увеличение содержания мелассы с 4 до 10% сопровождается ростом влажности шихты и прочности брикета-сырца. Для конкретного расхода мелассы имеется оптимальная влажность шихты, при которой достигается максимальная прочность брикета—сырца. Установлено, что при расходе мелассы от 6 до 7% отформованные брикеты имеют прочность, до-

Влажность шихты, %

Рис. 1. Изменение прочности брикета-сырца от вла-госодержания шихты. Расход мелассы (%): 1 - 4.0; 2 -6.0; 3 - 8.0; 4 - 10.0.

статочную для того, чтобы брикет не разрушился при транспортировке к месту упрочнения и складирования.

Меласса как связующее обладает высокими клеящими свойствами. Однако брикеты на этом связующем неводостойки. Для придания брикетам водостойкости вводится гидрофобизатор (кубовые остатки органического синтеза). Опытным путем было установлено, что гидрофобизатор целесообразнее смешивать с мелассой при температуре 45-50°С. Кубовые остатки хорошо сочетаются с мелассой, образуя гомогенный раствор, выполняя не только роль гидрофобизирующей, но и пластифицирующей добавки, представляя собой комплексное связующее.

Результаты исследования водопоглощения брикетов в зависимости от содержания кубовых остатков при различных расходах мелассы, представленные на рис. 2, позволяют определить наиболее оптимальный диапазон расхода мелассы (6-8%) и гидрофобизатора (0.6-0.8%) для получения брикетов, имеющих водопоглощение не более 2.0%.

Введение гидрофобизатора в составе комплексного связующего обеспечивает объемную гидрофоб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химическая технология. Химическая промышленность»