Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,440

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ БРИКЕТОВ ИЗ АНТРАЦИТОВЫХ ШТЫБОВ И НОВОГО КОМПЛЕКСНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

Евстифеев Е.Н. 1 Попов Е.М. 1
1 Донской государственный технический университет
1. Крохин В.Н. Брикетирование углей. – М.: Недра, 1984. – 224 с.
2. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых. – М.: Недра, 1989. – 300 с.
3. Евстифеев Е.Н., Кужаров А.С, Попов Е.М. Разработка нового связующего для производства бездымных брикетов из антрацитовых штыбов // Уголь. – 2014. – № 4. – С. 68–70.
4. ГОСТ 21289-75. Брикеты угольные. Методы определения механической прочности. – Введ. 1975-28-11. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 6 с.
5. ГОСТ 21290-75. Брикеты угольные. Метод определения водопоглощения. v Введ. 1975-28-11. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 6–7 с.
6. ГОСТ 9817-82. Аппараты бытовые, работающие на твердом топливе. Общие техни-ческие условия. – Введ. 1995-10-12. – М.: Изд-во стандартов, 1999. – 19 с.

Наибольшее применение для брикетирования антрацитовых штыбов на сегодняшний день нашли нефтяные битумы [1], основными потребителями которых традиционно являются газовая промышленность и автодорожное хозяйство. Этот дорогой продукт нефтепереработки с каждым годом становится все дефицитней. В настоящее время в угольной промышленности, в связи с дефицитом связующих на нефтяной основе, проводится поиск и разработка составов связующих для брикетирования антрацитовых штыбов с использованием продуктов и отходов различных производств. Имеются сведения о применении в качестве связующих для получения топливных брикетов технических лигносульфонатов (ТЛС) [2], являющихся многотоннажными отходами целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК). Недостатками ТЛС являются их низкие связующие свойства и водостойкость.

В настоящей работе для технологии холодного брикетирования антрацитовых штыбов использовано малотоксичное гидрофобное комплексное связующее на основе модифицированных технических лигносульфонатов (МЛС) и таллового пека (ТП) [3], являющегося также побочным продуктом ЦБК.

Цель работы – исследование потребительских свойств термообработанных брикетов из антрацитовых штыбов на основе нового комплексного связующего из отходов ЦБК.

Оценка потребительских свойств угольных брикетов включала в себя:

– определение химического состава;

– оценку показателей механической прочности и атмосферо-водоустойчивости в соответствии с действующими требованиями на бытовое топливо;

– исследование теплотехнических параметров брикетов при сжигании в типовой отопительно-варочной печи.

Для изготовления брикетов были использованы рядовые штыбы марки А сорта АШ класса 0 – 6 мм шахты «Обуховская» Ростовской области. Исходные штыбы были подвергнуты сушке до влажности 2 – 3 %. Содержание комплексного связующего, состоящего из 60 % МЛС и 40 % раствора ТП в скипидаре, от массы угля составляло 10 %.

Прессование подготовленной угольной шихты осуществляли на универсальной испытательной машине ГРМ-1 при удельном давлении 60 МПа.

Отформованные брикеты подвергались термообработке в сушильном лабораторном электрошкафу СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3-М-2 при 220 оС. Температура измерялась ртутным термометром с точностью ± 10 оС. Время тепловой обработки брикетов 120 мин.

После термообработки готовые брикеты охлаждали при комнатной температуре без принудительной вентиляции воздуха. Через 24 ч исследовали потребительские свойства брикетов.

Результаты анализа полученных брикетов, проведенного в соответствии с действующими стандартами на определение химического состава угольного топлива, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав и качественные характеристики брикетов из антрацитового штыба на основе комплексного связующего МЛС – ТП

Качественные характеристики

Элементный состав, %

Общая влага в рабочем состоянии,

%

Зола в сухом состоянии, %

Общая

сера,

%

Выход

летучих,

%

Теплота

сгорания на

горючую массу,

ккал/кг

Теплота

сгорания

рабочего

топлива,

ккал/кг

C

H

N

O

1,9

14,5

1,0

7,6

7000

6400

91,7

3,33

0,9

2,9

Как видно из табл. 1 исследуемые брикеты относятся к сравнительно малосернистому и среднеминерализованному, малодымному угольному топливу. Брикеты характеризуются высокой теплотворной способностью в исходном состоянии, имеют низкий выход летучих веществ и незначительное содержание кислорода. Последние два обстоятельства характерны для брикетов из антрацитового штыба и практически не зависят от природы связующего. По причине низкого содержания кислорода в антрацитовых брикетах для их эффективного горения требуется высокая температура в объёме топочного пространства при подаче избыточного воздуха.

Определение показателей механической прочности, атмосферо-водоустойчивости брикетов осуществляли в соответствии с действующими в России нормативными методическими документами на брикетное топливо из бурых, каменных углей и антрацитов.

В соответствии с ГОСТ 21289-75 [4] проводили определение механической прочности брикетов при истирании в барабане, при испытании сбрасыванием и на сжатие. Водостойкость брикетов определяли по ГОСТ 21290-75 [5].

Исследованные брикеты из антрацитового штыба с новым комплексным связующим имели следующие показатели:

– прочность на истирание, не менее, % – 99,0

– прочность на сбрасывание, не менее, % – 99,0

– прочность на сжатие, не менее, МПа – 10,0

– водопоглощение, не более, % – 1,3

– остаточная прочность после 2-х часового пребывания под водой, не менее, МПа – 9,0

Из приведенных выше данных следует, что термообработанные брикеты с новым связующим материалом из отходов ЦБК по показателям механической прочности и атмосферо-водоустойчивости значительно превышают требования потребительских стандартов на угольное топливо коммунально-бытового назначения, действующих в СНГ и за рубежом.

Исследование теплотехнических параметров брикетов осуществляли путём их сжигания при 800 оС на стенде стандартной бытовой отопительно-варочной печи. Топочное устройство этой печи оснащено неподвижной колосниковой решёткой с размером щели 13 мм и предназначено для слоевого сжигания твердого топлива.

Время работы печи определялось от момента воспламенения растопочного материала до момента, характеризуемого содержанием СО2 в продуктах сгорания ~ 3 % об.

В течение всего рабочего цикла через каждые 30 мин производились измерения температуры продуктов сгорания в дымоходе и содержания в них СО и СО2 волюмометрическим методом Орса (газоанализатор ГХ-1).

Расчет теплотехнических параметров угольного топлива при его сжигании проводили в соответствии с ГОСТ 9817-82 [6]. Некоторые теплотехнические параметры сжигания брикетов из антрацитового штыба приведены в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2 при розжиге брикетов из антрацитового штыба требуется значительное количество растопочного материала. Эффективность сжигания брикетов в существующих бытовых печах, оцениваемая по коэффициенту полезного действия печи, является значительно более низкой по сравнению с сортовыми углями и брикетами с высоким выходом летучих веществ.

В результате исследований установлено:

– брикеты из антрацитового штыба являются труднорозжигаемым видом бытового угольного топлива;

– горение антрацитовых брикетов характеризуется высокими потерями органической массы топлива из-за механического недожега;

– коэффициент полезного действия типовой отопительно-варочной печи при сжигании брикетов из антрацитового штыба является значительно более низким, чем аналогичный показатель при сжигании сортовых углей и брикетного топлива из каменных и бурых углей.

Для эффективного использования на отечественном рынке термообработанных брикетов из антрацитового штыба с комплексным связующим МЛС – ТП необходимы новые типы бытовых печей, дающих возможность развития процесса горения при более высокой температуре порядка 1000 оС.

Таблица 2

Некоторые теплотехнические параметры сжигания брикетов из антрацитового штыба на основе комплексного связующего МЛС – ТП

Наименование показателей сжигания брикетов

Показатели

теплотехнических

параметров брикетов

Масса топлива, загружаемого в камеру сгорания печи, кг

6,5

Масса растопочного материала, кг

3,0

Время работы печи, ч

5,0

Средняя температура продуктов сгорания на выходе из печи за рабочий цикл, оК

433,0

Средняя температура воздуха в помещении за рабочий цикл, оК

299,0

Жаропроизводительность топлива, оК

2468,0

Максимально возможная объемная доля сухих трёхатомных газов

при теоретическом расходе воздуха, RO2max, %

19,4

Объёмная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания, RO2ў

13,9

Объёмная доля окиси углерода в продуктах сгорания, СО, %

Объёмная доля метана в продуктах сгорания, СН4ў

Потери тепла с уходящими газами, %

6,7

Потери тепла от химического недожога, %

0

Потери тепла от механического недожога, %

27,7

Потери тепла, связанные с физическим теплом очагового остатка, %

17,5

Рабочая зольность исходного топлива, %

14,2

Масса годного для сжигания топлива в очаговом остатке, извлеченном

с колосниковой решетки за рабочий цикл, кг

0,75

Зольность годного для сжигания топлива, %

40,2

Масса очагового остатка, извлеченного из зольника и камеры сгорания, кг

1,975

Приведенная масса непригодного для сжигания топлива в очаговом остатке, кг

0,83

Зольность непригодного для сжигания топлива в очаговом остатке, %

51,0

Низшая теплота сгорания растопочного материала, кДж/кг

9660

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг

27804

Часовой расход топлива, кг/ч

0,6

Средняя температура очагового остатка, оК

873

Номинальная тепловая мощность, кВт

4,6

Коэффициент полезного действия, %

48,1

Из потенциальных зарубежных партнеров, которые могут быть заинтересованы в таком виде брикетного топлива, являются в первую очередь Франция, Великобритания и Германия, которые используют в бытовом секторе потребления бездымное топливо в виде брикетов и полукокса. По основным требованиям – зольности и содержанию общей серы, полученные брикеты удовлетворяют требованиям внешнего рынка.


Библиографическая ссылка

Евстифеев Е.Н., Попов Е.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ БРИКЕТОВ ИЗ АНТРАЦИТОВЫХ ШТЫБОВ И НОВОГО КОМПЛЕКСНОГО СВЯЗУЮЩЕГО // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 8-3. – С. 116-118;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=5979 (дата обращения: 09.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074