ГП "УКРНИИУГЛЕОБОГАЩЕНИЕ"
Суббота, 17.11.2018, 20:17
Приветствую Вас Гость | RSS
 
Меню сайта
Категории раздела
Мои статьи [47]
Поиск
Статистика
Форма входа
Главная » Статьи » Мои статьи

ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ УГОЛЬНОЙ И АНТРАЦИТОВОЙ МЕЛОЧИ МЕТОДОМ ПЛАСТИФИКАЦИИ Первая часть

УДК 622.7

 

П.Т. СКЛЯР, канд. техн. наук,

Ю.Н. ФИЛИППЕНКО, канд. техн. наук,

О.В. МОИСЕЕНКО

(Украина, Луганск, ГП «Укрнииуглеобогащение»)

 

ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ УГОЛЬНОЙ И

АНТРАЦИТОВОЙ МЕЛОЧИ МЕТОДОМ ПЛАСТИФИКАЦИИ

 

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами.  Брикетирование углей марок Г, Ж и антрацитовой мелочи для получения топливных брикетов осуществляется в основном с использовании канцерогенных связующих веществ, по сложной, дорогостоящей и экологически вредной  технологии, требующей очень строгого соблюдения правил безопасности на производстве.

Анализ исследований и публикаций. Известно, что при нагреве углей марок Г и Ж, они размягчаются  до пластического состояния. В лабораторных условиях были проведены исследования по применению этих углей в качестве пластификатора,    из углей марок Г и Ж (при использовании их пластических свойств) в смеси с антрацитом получены брикеты без применения связующих веществ.  При этом антрацит остается неизменным, обволакивается пластифицированным углем и под давлением пресса формируется  в брикет.

 Постановка задачи. Целью разработки является создание новой технологии производства топливных брикетов из угольной мелочи без применения связующих веществ. Брикетирование угольной шихты основано на использовании термопластических свойств угля и не требует применения дорогостоящих и канцерогенных связующих веществ. Применение технологии позволит вовлечь в ресурсы сортового топлива для коммунально-бытовых нужд отходы от производства антрацитового фильтранта из угля донецкого марки А, а в дальнейшем - штыба антрацитового. 

Изложение материала и результаты. Объектом исследований являются угли, пригодные в качестве пластификатора при брикетировании без применения связующих веществ и экспериментальные топливные брикеты полученные, методом пластификации из угольной мелочи в лабораторных условиях.

         Программой исследований предусматривалось:

- подбор сырьевой базы углей пригодных для использования в качестве пластификатора;

- исследование качественных и технологических характеристик углей пригодных к использованию в качестве пластификатора;

- наработка экспериментальных образцов брикетов с различным содержанием компонентов в шихте для брикетирования и различными технологическими параметрами;

- определение оптимальной температуры нагрева шихты при прессовании;

- определение оптимального содержания пластификатора в шихте;

- определение оптимального давления прессования;

- определение оптимальной продолжительности прикладывания нагрузки к нагретой шихте во время прессования;

- исследование механических и термических свойств, качественных показателей экспериментальных брикетов изготовленных в лабораторных условиях;

- определение рабочего диапазона технологических параметров брикетирования угольных смесей различного марочного состава.

 

         При изыскании ресурсов углей, пригодных для использования в качестве пластификатора при изготовлении брикетов без связующего материала были исследованы качественные и технологические характеристики углей 31 шахт разных угольных регионов Украины отличающихся по марочной принадлежности и вещественному составу.

         Анализ выполненных исследований показал, что начальная температура образования пластического состояния угля находится в пределах 325 - 412 оС, а затвердевания 397 - 475 оС.

         Исходя из этого, определены следующие температурные режимы проведения экспериментов получения брикетов из смеси угля и антрацита - 350, 400, 450, 500 оС.

         Для проведения экспериментов были отобраны угли 18 шахт, разных угольных регионов, которые в полной мере отражают технологические свойства всех исследованных углей.

         Эксперименты получения топливных брикетов проводились на переоборудованном аппарате Сапожникова при следующем соотношении угля-пластификатора и антрацита, % 10:90; 20:80; 30:70; 40:60; 50:50.

         По каждому температурному режиму при указанных соотношениях в смеси угля-пластификатора и антрацита проведено по 2 эксперимента получения топливных брикетов.

         На основании результатов проведенных экспериментов установлено, что из 18 шахт угли 12 шахт в смеси с антрацитом дали положительные результаты брикетирования.

         В основном, это угли средней стадии метаморфизма (Г, Ж, К) и имеющие выход летучих веществ > 28 %, толщину пластического слоя Y  20 мм, и средний показатель отражения витринита Ro=0,85-1,60%.

         В зависимости от пластических свойств добавка угля в качестве пластификатора при брикетировании может составлять от 20 до 40 %, температура брикетирования 350 - 500 оС.

         Наиболее оптимальным вариантом соотношения угля-пластификатора и антрацита является 30:70 и 40:60 %, при температурном режиме 400-450 оС.

         Исходя из проведенных исследований из углей шахт, давших положительные результаты брикетирования, были подготовлены смеси в тех соотношениях, при которых выявлены возможности получения брикетов.

         Из подготовленных смесей в лабораторных условиях при температурах, давших положительный эффект изготовлены экспериментальные образцы топливных брикетов.

           

         Определение рабочего диапазона режимных параметров брикетирования проводилось для следующих марок углей, используемых либо непосредственно в качестве материала для брикетирования, либо в качестве пластификатора в смеси с другими углями: Г; Г : Т; Ж : А; Ж : Т; К : А; К : Т.

         Проведенные исследования получения топливных брикетов на лабораторном аппарате Сапожникова показали хорошие результаты при брикетировании смесей с добавкой пластификатора от 20 до 40 % при температуре нагрева 350-500°С и постоянно действующим в процессе нагрева давлении 1 кг/см2.

         Однако, аппарат Сапожникова работает в режиме набора температуры за определенный заданный в соответствии с ГОСТ 1186-87 промежуток времени, что существенно увеличивает время процесса брикетирования.

         Устройство аппарата Сапожникова также не позволяет проверить процессы брикетирования при разном давлении.

         Для снижения времени брикетирования и проверке влияния давления на процессы брикетирования при разных температурных режимах была собрана установка, состоящая из пресса МС-100 (максимальное развиваемое давление 10000 кг), трубчатой печи с температурой нагрева до 700°С и регулятором температуры нагревания.

         Пресс МС-100 является стандартным, а трубчатая печь и регулятор температуры изготовлены институтом "Укрнииуглеобогащение".

         Испытания проводились следующим образом. Пресс-форма с материалом, придавленным сверху пунсоном, помещалась во внутрь печи и разогревалась до температуры соответственно для каждого опыта 300, 350, 375, 400, 425 и 450 °С. Измерение температуры смеси производилось термопарой, а необходимая температура нагрева устанавливалась при помощи регулятора.

         При достижении заданной температуры смеси производилось прессование при постоянном для каждого температурного режима. Затем процесс брикетирования производился при постоянной температуре и разном давлении. Результаты проведенных исследований приведены в таблице 1.

         Полученные брикеты подвергались испытанию механической прочности на сжатие, истирание и сбрасывание, термостойкости, водопоглащения и водоустойчивости. Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 2. В таблице 3 приведено сравнение качественных и технологических характеристик исходного материала и полученных брикетов.

         В результате проведенных исследований установлено, что для смесей различных марок оптимальная температура брикетирования составляет 425 °С. Повышение давления от 177 кг/см2 до 248 кг/см2 значительного эффекта не дает. Наиболее положительные результаты брикетирования получаются при прессовании угля марки Г (100%) с У=13-15 мм, смеси марок Г:ОС (30:60%), Ж:А (20:80 и 30:70 %), Ж:Т (20:80 %).

         Для смесей марок К:А и К:Т необходима более высокая температура брикетирования, что экономически нецелесообразно.

         Анализ результатов исследования механической прочности показывает, что механическая прочность на сжатие находится в пределах 55 - 90 кг/см2, что несколько выше чем механическая прочность на сжатие у каменноугольных брикетов со связующим (40 - 50 кг/см2).

         Механическая прочность на истирание составляет 70 - 80 % и на сбрасывание 81 - 88 %, что на уровне механической прочности на истирание, сбрасывание каменноугольных брикетов, изготовленных с применением битумного связующего.

Анализ результатов исследований термической стойкости показывает, что экспериментальные брикеты сгорают равномерно сохраняя свою форму и практически не дают больших трещин, что присуще термостойким брикетам.

         Показатель прочности испытуемых брикетов находится в пределах 13 - 18 кг, что в значительной степени превышает показатель прочности 0,65 кг, выше которого брикеты считаются термостойкими.

Исходя из результатов проведенных испытаний, водопоглощение не превышает 1 %, а водоустойчивость составляет более 47 % от начальной прочности, что указывает на их водоустойчивость.

         При исследовании качественных и технологических характеристик угольных смесей и полученных из них брикетов установлено, что в процессе брикетирования происходит незначительное увеличение зольности брикета от 0,5 до 1,0 % и незначительная потеря веса (3-5 %),  связанная в основном с уменьшением выхода летучих веществ в брикете и потерей влаги (0,18-0,21 %).


Таблица 1 – Исследование получения брикетов при различных температурах и различных давлениях

 

 

Соот-

Механическая прочность брикетов на сжатие, кг/см2

Мар-

ноше-

Давление прессования 177 кг/см2

Давление прессования 212 кг/см2

Давление прессования 248 кг/см2

Давление прессования 283 кг/см2

ка

ние,

Температура прессования, оС

Температура прессования, оС

Температура прессования, оС

Температура прессования, оС

угля

%

300

350

375

400

425

450

300

350

375

400

425

450

300

350

375

400

425

450

300

350

375

400

425

450

 

Г

 

100

 

-

 

6,7

 

14,4

 

46,1

 

93,9

 

вспуч.

 

-

 

9,6

 

20,0

 

50,9

 

96,5

 

вспуч.

 

-

 

12,0

 

25,0

 

57,6

 

101,4

 

вспуч.

 

-

 

15,2

 

30,6

 

67,9

 

112,8

 

вспуч.

 

Г:Т

 

30:70

 

-

 

-

 

2,6

 

4,8

 

28,9

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,7

 

5,8

 

30,1

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,7

 

8,0

 

33,2

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,8

 

9,9

 

34,7

 

вспуч.

 

 

 

40:60

 

-

 

-

 

2,1

 

2,8

 

20,3

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,1

 

2,8

 

21,4

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,0

 

2,9

 

23,5

 

вспуч.

 

-

 

-

 

2,1

 

2,9

 

25,7

 

вспуч.

 

Г:ОС

 

30:70

 

-

 

15,2

 

22,4

 

54,1

 

99,8

 

вспуч.

 

-

 

16,9

 

27,1

 

59,1

 

108,7

 

вспуч.

 

-

 

18,5

 

31,0

 

66,2

 

116,7

 

вспуч.

 

-

 

20,0

 

34,0

 

71,8

 

122,9

 

вспуч.

 

 

 

40:60

 

-

 

3,6

 

5,6

 

9,5

 

25,6

 

вспуч.

 

-

 

3,7

 

5,6

 

9,9

 

27,1

 

вспуч.

 

-

 

3,9

 

5,8

 

10,5

 

28,4

 

вспуч.

 

-

 

4,0

 

6,0

 

11,0

 

30,1

 

вспуч.

 

 

 

20:80

 

-

 

2,7

 

30,2

 

66,8

 

91,3

 

вспуч.

 

-

 

2,9

 

31,0

 

68,2

 

92,0

 

вспуч.

 

-

 

3,1

 

32,1

 

71,2

 

93,8

 

вспуч.

 

-

 

3,5

 

35,4

 

74,3

 

99,8

 

вспуч.

 

Ж:А

 

30:70

 

-

 

7,7

 

34,2

 

99,1

 

вспуч.

 

 

 

-

 

7,8

 

35,5

 

104,2

 

вспуч.

 

 

 

-

 

8,0

 

38,2

 

115,6

 

вспуч.

 

 

 

-

 

8,5

 

42,5

 

129,9

 

вспуч.

 

 

 

 

40:60

 

-

 

9,0

 

15,3

 

вспуч.

 

 

 

-

 

9,4

 

16,5

 

вспуч.

 

 

 

 

 

-

 

10,1

 

18,0

 

вспуч.

 

 

 

 

 

-

 

11,3

 

21,2

 

вспуч.

 

 

 

 

 

20:80

 

-

 

1,2

 

23,5

 

53,5

 

80,9

 

вспуч.

 

-

 

1,5

 

24,1

 

54,1

 

82,5

 

вспуч.

 

-

 

1,9

 

24,9

 

56,4

 

84,3

 

вспуч.

 

-

 

2,0

 

25,9

 

59,7

 

85,5

 

вспуч.

 

Ж:Т

 

30:70

 

-

 

1,2

 

19,2

 

56,2

 

вспуч.

 

 

 

-

 

1,4

 

20,3

 

57,1

 

вспуч.

 

 

 

-

 

1,6

 

22,2

 

58,8

 

вспуч.

 

 

-

 

1,9

 

24,0

 

61,6

 

вспуч.

 

 

 

 

40:60

 

-

 

0,9

 

19,1

 

вспуч.

 

 

 

 

 

-

 

1,1

 

23,4

 

вспуч.

 

 

 

-

 

1,0

 

26,2

 

вспуч.

 

 

 

 

 

-

 

1,1

 

30,9

 

вспуч.

 

 

 

 

 

 

20:80

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

Фор-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

Фор-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

Фор-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

Фор-

 

К:А

 

30:70

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ми- ру-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ми- ру-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ми- ру-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ми- ру-

 

 

40:60

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ет-

ся

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ет-

ся

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ет-

ся

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

ет- ся

 

 

20:80

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

бри-

кет

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

бри-

кет

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

бри-

кет

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

бри-

кет

 

К:Т

 

30:70

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

 

40:60

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

Категория: Мои статьи | Добавил: Орихалк (13.06.2012)
Просмотров: 2597 | Рейтинг: 5.0/1
Arcanforge © 2018