способ получения топливных брикетов

Формула изобретения

Способ получения топливных брикетов, включающий подготовку шихты путем смешивания угольного шлама и угольной мелочи со связующим материалом из цемента с известью, брикетирование шихты и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное перемешивание шихты при одновременном избирательном измельчении ее частиц до образования вторичных ассоциатов крупностью: 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, <0,1 мм - 0,7-1,1%, а термическую обработку проводят при температуре 120-150С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке тонкодисперсных высоковлажных (содержание массовой доли влаги 20-25%) продуктов обогащения каменных углей и нетоварной угольной мелочи в бытовое топливо методом брикетирования с применением неорганических связующих материалов.

Известен способ получения отопительных брикетов путем совместного смешивания подсушенной угольной мелочи, цемента с добавлением воды и извести, вводимой в брикетную шихту в количестве 2-20% от ее массы [Елишевич А.Т. Новые научные разработки в области брикетирования каменных углей и антрацитов. ХТТ, №4, 1985, с.129-132].

Этот способ получения топливных брикетов характеризуется низкой производительностью в связи с необходимостью проведения мероприятий по ускорению твердения связующего, которое может идти по трем основным направлениям. Естественное твердение идет при температуре окружающего воздуха в воздушно-влажной среде и завершается через несколько недель. Ускоренное упрочение связующего осуществляется при температуре 60-100С в той же воздушно-влажной среде в течение нескольких часов. Эту обработку можно осуществить паром, увлажненным воздухом, или другими способами нагрева. Общее упрочение брикетов после завершения тепловой обработки не превышает 2 часов.

Автоклавное упрочение предполагает гидратацию цемент-известкового связующего при температуре 175-200С и избыточном давлении (0,8-1,4 МПа) в течение 5-8 часов.

Длительность упрочения брикетов и необходимость расхода тепловой энергии на обработку брикетов снижают производительность при высоком уровне материальных затрат, что является основным недостатком известного способа получения топливных брикетов.

Известное решение в брикетировании углей - добавка к цементу извести с целью упрочения брикета и снижения содержания выбросов серы - не устраняет необходимость сушки угля, его охлаждение перед и после прессования. Операция охлаждения шихты и брикета является дорогостоящей, но обязательной: без нее не может быть осуществлен сам процесс брикетирования. Процесс получения брикетов дорог и трудоемок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения топливных брикетов, включающий совместное перемешивание угольной мелочи влажностью 15-20%, цемента и извести с последующим прессованием, перемешивание брикетной смеси совмещают с воздействием на смесь переменного магнитного поля напряженностью от 100 до 150 кА/м [Лезгин Л.А., Нифонтов Ю.А., Блинов В.А. Способ получения топливных брикетов // патент РФ №2006500, МПК G 10 L 5/00, публ. 1994 г.].

Однако и этот способ получения топливных брикетов обладает рядом существенных недостатков. Использование каменноугольной мелочи, влажностью 15-20% без дополнительной подсушки, ограничивает применение данного метода с использованием штемпельных прессов, так как известно, что формование каменноугольной мелочи на гидравлических и вальцевых прессах возможно при максимальном содержании массовой доли влаги в шихте до 14-15% (оптимум 10,5%).

Влажность шихты 15% и более не обеспечивает свободного истечения ее из загрузочных ящиков в приемный зев пресса за счет интенсивного сводообразования. Формование каменноугольной мелочи на штемпельных прессах не обеспечивает всестороннего обжатия шихты, это ведет к непропрессовке торцевой поверхности брикета и, как следствие, к понижению его прочности и влагоустойчивости.

Использование переменного электромагнитного поля для обработки шихты или готового брикета не дает на практике значительных результатов, но требует применения дополнительных мер безопасности для сохранения здоровья оператора установки. В этом способе не предусматривается подготовка шихты по гранулометрическому составу с целью обеспечения максимального уплотнения частиц (принцип смеси Фуллера) и по качеству смешения.

Известный способ не обеспечивает быстрого удаления влаги из брикета (остаточное содержание массовой доли влаги 8-10%), что не обеспечивает достаточной прочности брикетов для складирования и влечет за собой их слипание.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является более эффективное снижение влажности брикета на стадии послеформовочной термической обработки, придание ему необходимой прочности и влагоустойчивости, что делает возможным складирование, транспортирование брикетов без упаковки и длительное их хранение.

Технический результат достигается тем, что в способе получения топливных брикетов, включающем подготовку шихты путем смешивания угольного шлама и угольной мелочи со связующим материалом из цемента с известью, брикетирование шихты и последующую термическую обработку, согласно изобретению осуществляют дополнительное перемешивание шихты при одновременном избирательном измельчении ее частиц до образования вторичных ассоциатов (гранул) крупностью 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%, а термическая обработка проводится при температуре 120-150С.

Шихтовка шламов фракции 0-0,5 мм, имеющей влажность 20-25%, с продуктом обогащения углей фракции 0-6 мм (угольной мелочи) влажностью 6-7% и сухим цементом с известью производится в соотношении 66:30:4. Это позволяет получить брикетную шихту с содержанием массовой доли влаги 12-15% и использовать для брикетирования кроме штемпельного - экструдерный, гидравлический и вальцевый прессы. При этом обеспечивается истечение шихты из бункеров и загрузочных ящиков пресса без образования свода.

Избирательное измельчение частиц шихты, в основном крупной фракции, характеризуется тем, что в стержневом смесителе происходит измельчение только крупных частиц, а мелкие агломерируются в гранулы, что позволяет получить максимальное уплотнение частиц смеси при брикетировании, высокую степень смешения частиц смеси за счет увеличения количества контактов между ними и уже на этапе подготовки шихты обеспечить первичное сближение частиц за счет образования первичных и вторичных ассоциатов (гранул) с получением смеси гранулометрического состава с содержанием фракций: 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%.

Брикетирование в гидравлическом и вальцевом прессах обеспечивает всестороннее обжатие шихты, в процессе чего в толще формуемой шихты образуются сложные флюидные системы, состоящие из внутренней влаги, растворенного в нем связующего материала, минеральных составляющих и вовлеченных в перемещение тонкодисперсных (менее 0,002 мм) минеральных и органических частиц шихты. Сложные флюидные системы, перемещаясь под действием давления к центру брикета, увеличивают свою концентрацию, равномерно заполняя поровое пространство брикета, что позволяет сохранять форму брикета при транспортировке к конвейеру сушильного агрегата.

Термообработка во влажной среде при температуре 120-150С в конвейерном сушильном агрегате в течение 1,5 ч позволяет снизить влажность до 0,5-1,0% и ускоренно упрочнить брикет. На стадии термической обработки сложные флюидные системы перемещаются от центра брикета к периферии, цементируя его скелет за счет адсорбирования вовлеченных в перемещение и растворенных ранее частиц шихты на стенках пор, обезвоживания и кристаллизации. Общее упрочнение брикета наступает в течение двух часов после термообработки. Это позволяет получать брикеты с ровной поверхностью и сопротивлением одноосному сжатию до 20 МПа (20 кг/см²).

Способ поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема получения топливных брикетов.

Способ осуществляется следующим образом.

Угольный шлам фракции 0-0,5 мм влажностью 20-25% грейферным краном или ленточным питателем подают в лопастной смеситель 1, туда же подается угольная мелочь фракции 0-6 мм влажностью 6-7% и дозированно сухой цемент с известью в процентном соотношении масс: шлам - 66, отсев - 30, цемент с известью - 4. После предварительного смешения смесь подается для обработки в стержневой растиратель-гомогенизатор 2, где происходит избирательное измельчение частиц шихты, дополнительное перешивание шихты и образование первичных и вторичных ассоциатов (гранул). При избирательном измельчении частиц шихты добиваются получения смеси гранулометрического состава с содержанием фракций: 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%. Величина гранул регулируется углом наклона барабана сушилки, а состав устанавливается опытным путем. Далее шихта ленточным питателем подается в приемный бункер гидравлического или вальцевого пресса 3. Брикеты, выходящие из пресса, поступают на конвейер ленточной сушилки 4, где при термообработке в парах выделяемой ими влаги при Т=120-150С в течение 1,5 ч упрочняются. После упрочнения в последних двух секциях сушилки брикеты охлаждаются воздухом при температуре от 150 до 70С и подаются конвейером-сборщиком продукции на склад.

Этим обеспечивается оптимизация способа брикетирования влажных каменноугольных шламов, повышение производительности труда и снижение содержания в летучих веществах при сжигании брикетов сернистого ангидрида за счет более эффективного связывания серы цементом и перевода в зольный остаток.

Определение свойств брикетов, произведенных по данной технологии и по технологии-прототипу, проводилось через два часа после термообработки по ГОСТ 31289-75. Результаты определения помещены в таблицу.