Способы получения твердого топлива

Способ получения твердого топлива

Изобретение относится к области производства твердого топлива на основе осадков городских сточных вод (ОСВ) и целлюлозосодержащих материалов (ЦМ) растительного, древесного происхождения (или производственных отходов деревоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, содержащих аналогичные отходы). ЦМ вводят в осадок перед его механическим обезвоживанием в количестве менее 30% в расчете на сухую массу топлива и перетирают с ОСВ до получения гомогенной массы с образованием волокон целлюлозы двух видов: длинных — с размерами волокна 0,1 — 1,0 мм и коротких — с размерами волокна менее 0,05 мм. Гомогенная масса обрабатывается флокулянтами, далее поступает на механическое обезвоживание, сушку и прессование в виде топливных элементов (брикетов или гранулятов). Изобретение позволяет одновременно решить вопросы экологии, экономии природных ресурсов, утилизации отходов и получить топливные материалы, которые могут найти применение в быту, котельных коммунально-бытового назначения, на теплоэлектростанциях, в топках железнодорожных вагонов. 2 табл.

Изобретение относится к области производства топливных материалов в виде брикетов, гранулятов и т.д. на основе осадков городских сточных вод (ОСВ) и может быть использовано в качестве заменителя природного твердого топлива в быту, котельных коммунально-бытового назначения, на теплоэлектростанциях, в топках железнодорожных вагонов.

Известен ряд технических решений по использованию ОСВ в качестве горючего компонента топливных композиций, что обусловлено высоким содержанием органических веществ (до 80. 85%) в составе ОСВ. Перспективность выбранного направления утилизации осадков обусловлена также тем, что при сжигании ОСВ в образующейся золе металлы находятся в виде невыщелачиваемых форм [см. например. Комплексная оценка технологий утилизации осадков сточных вод гальванических производств / С.С. Тимофеева, А.Н. Баранова, А.Э. Балаян, Л.Д. Зубарева // Химия и технология воды — 1991, -т. 13, N 1, с. 68-71], что полностью отвечает экологическим требованиям. Рецептуры и способы переработки ОСВ в топливные материалы приведены, например, в патенте N 4111442 (Германия, МКИ C 10 L 5/40, 9/00) от 02.07.92 г. (Изобретения стран мира — 1993, N 10 — с. 3); в патенте N 2248848 (Великобритания, МКИ C 10 L 5/46) от 22.04.92 г. (Изобретения стран мира — 1993, N 9 — с. 19), в патенте N 5125931 (США, МКИ C 10 L 5/14, 5/46) от 30.06.92 г. (Изобретения стран мира — 1994, N 1 — с. 26).

Прототипом предлагаемого изобретения является патент N 5125931 (США) от 30.06.92 г. , согласно которому для получения топливного брикета смешивают уголь с твердыми осадками городских сточных вод в соотношении 0,5. 2 части угля на 1 часть твердого осадка сточных вод (в просчете на сухую массу) и полученную массу прессуют в брикеты при влажности 8. 13% под давлением 70.. .351,5 кг/см 2 .

Однако описанный способ имеет существенные недостатки и не нашел широкого применения, поскольку, во-первых, согласно патенту N 5125931 (США) при производстве топливных брикетов используется уголь, относящийся к невозобновляемым природным ресурсам. Во-вторых, использующийся уголь требует транспортировки и предварительной подготовки. В результате изготавливаемые топливные материалы становятся дорогостоящими и неконкурентоспособными.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: — повышение эффективности процессов механического обезвоживания и получения топливных материалов в целом; — создание эффективного твердого топлива с высокими энергетическими и потребительскими свойствами, не требующего для производства невозобновляемых природных ресурсов Поставленная цель достигается тем, что в осадки сточных вод вводят целлюлозосодержащие материалы в количестве менее 30% в пересчете на сухую массу топлива с последующим перетиранием полученной смеси до гомогенной массы с образованием волокон целлюлозы двух видов: длинных — с размерами волокна 0,1. . . 1,0 мм и коротких — с размерами волокна менее 0,05 мм, обработкой гомогенной массы флокулянтами, ее механическим обезвоживанием, сушкой и прессованием в виде топливных брикетов или гранулятов.

Положительный эффект предлагаемого способа получения твердого топлива на основе ОСВ достигается за счет использования измельченных до определенных размеров целлюлозосодержащих материалов (ЦМ) растительного, древесного происхождения или производственных отходов деревоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, содержащих аналогичные отходы. Образующиеся при совместном перетире ОСВ с ЦМ целлюлозные волокна длиной 0,1. . . 1,0 мм выступают как вспомогательный фильтрующий материал, который улучшает структурно-механические показатели ОСВ, в частности, повышает их пористость (т. е. соотношение объема пор и осадка) и увеличивает показатель сжимаемости осадка. В результате на обезвоживание поступает несжимаемый высокопористый осадок, который не заиливает поверхности фильтрующего материала.

Кроме того, образующиеся в процессе перетира ОСВ с ЦМ целлюлозные волокна длиной менее 0,05 мм за счет механодеструкции целлюлозы обладают специфическими поверхностными свойствами, объясняющимися физико-химической теорией размола полимерных волокнистых материалов [см. например, Барамбойм Н.К. Механодеструкция высокомолекулярных соединений. — М: Химия, 1978. — 84 с.]. На поверхности каждого волокна образуется поверхностный слой активных макрорадикалов, способных сорбировать на поверхности мелкодисперсных частиц ОСВ. Также вследствие механического воздействия на целлюлозосодержащий материал происходит частичное растворение целлюлозы в дисперсионной среде осадка и взаимодействие растворенных макромолекул с поверхностью дисперсной фазы, приводящее к образованию крупных и прочных агрегатов. В результате удельная поверхность ОСВ уменьшается и улучшаются фильтрационные характеристики гомогенной массы.

Существенно интенсифицировать процесс обезвоживания гомогенной массы, содержащей менее 30% целлюлозосодержащих материалов, позволяют гомеопатические добавки водорастворимых полимеров — флокулянтов.

В основе интенсификации процесса обезвоживания лежит явление флокуляции, характеризующееся изменением степени агрегации дисперсных частиц ОСВ под влиянием высокомолекулярного флокулянта. В зависимости от природы применяемого флокулянта его молекулярной массы и плотности зарядов механизм флокуляции предполагает протекание процесса мостикообразования между дисперсными частицами ОСВ, ЦМ через молекулы (ионы) адсорбированного высокомолекулярного соединения, в результате чего образуются крупные агрегаты — флокулы, обладающие значительной рыхлостью и хорошей фильтруемостью. Кроме того, при использовании в качестве флокулянтов катионно-модифицированных полимеров одновременно с процессом мостикообразования может протекать процесс нейтрализации заряда поверхности дисперсной фазы, т.к. известно [см. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод — М: Стройиздат, 1988. -256 с.], что средний электрокинетический потенциал грубодисперсных частиц ОСВ размером от 1 мкм до 1 мм составляет минус 15 мВ, а коллоидных частиц размером от 1 нм до 1 мкм составляет минус 35 мВ.

Обработка гомогенной массы флокулянтами осуществляется в виде 0,1%-ных растворов полимеров, в среднем для обработки 1 т гомогенной массы (по сухому веществу) требуется 3. 5 кг флокулянта, поэтому его остаточная концентрация в составе топливной композиции не превышает 0,5%.

Для оценки фильтруемости гомогенной массы, содержащей ОСВ и ЦМ, применяется косвенный метод — измерение удельного сопротивления фильтрации R. Данный метод позволяет судить об интенсификации водоотдачи гомогенной массы в результате ее обработки флокулянтами. Удельное сопротивление фильтрации R является обобщающим параметром, характеризующим водоотдачу, и рассчитывается по формуле где P — давление (вакуум), при котором происходит фильтрование, Па; F — площадь фильтрующей поверхности, м 2 ; — вязкость фильтрата, Пас; C — масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата, кг/м 3 ; B — параметр, полученный опытным путем: B = t/V 2 (здесь t — время фильтрации, с; V — объем выделяемого фильтрата, м 3 ).

Определение удельного сопротивления фильтрации R производится на установке, имитирующей работу вакуум-фильтра, по методике, представленной в [Туровский И. С. Обработка осадков сточных вод — М: Стройиздат, 1988. — 256 с.)
Предварительная обработка флокулянтами гомогенной массы, поступающей на обезвоживание, снижает удельное сопротивление фильтрации R (см. табл. 1), улучшает водоотдачу и в несколько раз повышает эффективность процесса обезвоживания при содержании ЦМ менее 30%.

После обезвоживания полученная топливная смесь поступает на фазу сушки, а затем прессуется в виде топливных элементов (брикетов, гранулятов), либо сжигается в пылевидном виде.

Предлагаемый способ позволяет получать на основе осадков городских сточных вод твердые топлива, обладающие теплотехническими характеристиками (теплотой сгорания Q_н, зольностью A, жаропроизводительностью T), представленными в табл. 2. Из данной таблицы видно, что твердые топлива на основе ОСВ по своим теплотехническим характеристикам находятся на уровне бурых углей и превышают торф.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ получения твердого топлива на основе осадков городских сточных вод и целлюлозосодержащих материалов имеет практическую ценность, которая заключается в следующем:
совместной утилизации ОСВ и ЦМ в топливные материалы;
интенсификации процесса обезвоживания гомогенной массы при производстве топливных материалов;
снижении загрязнения окружающей среды осадками городских сточных вод и целлюлозосодержащими отходами производства и сокращении площадей, отводимых под полигоны их захоронения;
включении в топливно-энергетический баланс страны дополнительных ресурсов.

Таким образом, изобретение позволяет получить топливные материалы на основе ОСВ, обладающие гибким рецептурным составом, не зависящим от имеющихся запасов целлюлозосодержащих материалов, и одновременно решить вопросы экологии, экономии природных ресурсов и утилизации отходов.

Способ получения твердого топлива на основе осадков городских сточных вод, отличающийся тем, что в осадки сточных вод перед их обезвоживанием вводят целлюлозосодержащие материалы в количестве менее 30% в расчете на сухую массу топлива с последующим перетиранием полученной смеси до гомогенной массы с образованием волокон целлюлозы двух видов: длинных — с размерами волокна 0,1 — 1,0 мм и коротких — с размерами волокна менее 0,05 мм, обработкой гомогенной массы флокулянтами, ее механическим обезвоживанием, сушкой и прессованием в виде топливных брикетов или гранулятов.

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.01.2011

Источник

Твердое топливо — это. Виды, характеристики и производство твердого топлива

Все виды топлива вне зависимости от своего агрегатного состояния схожи в одном: главный элемент в их составе — углерод. Сложные органические соединения на его основе со временем превращаются в горючее вещество — топливо.

Дрова

Дрова — это твердое топливо, для добычи которого не требуются геологические разработки и изыскания. Дровяное отопление на территории страны наиболее распространено ввиду своей доступности и небольшой стоимости в сравнении с другими видами топлива. Современный рынок отопительных приборов к тому же предлагает широкий ассортимент котлов разной конструкции, рассчитанных на использование дров.

Характеристики дров

Вам будет интересно: Волго-Уральская нефтегазоносная провинция: характеристика, месторождения и стратегическое значение

Сухие дрова из твердых пород древесины, например, березы, обладают следующими характеристиками:

• Высокая теплотворная способность. Содержание углерода в этом твердом топливе — 50-58 %, удельная теплота горения — до 15 МДж/кг.
• После сгорания образуется минимальное количество золы.
• Отсутствие серы в составе.
• Сгорание древесины не оказывает негативного влияния на окружающую среду.

Вам будет интересно: Для чего служит трансформатор: особенности, принцип работы и применение

Из недостатков — большой объем топлива: запас дров на полный отопительный сезон занимает немало места. С учетом этого оптимальный уровень влажности достигается после двух лет выдержки древесины, ее запасают на несколько лет.

Нарекания вызывает необходимость предварительной обработки топлива: распил, раскол, сбор в поленницу. Колотые дрова стоят в несколько раз больше. Еще один нюанс — теплота сгорания топлива напрямую зависит от содержание влаги в нем. По этой причине место для хранения должно выбираться таким образом, чтобы к дровам не было доступа атмосферных осадков и влаги.

Топливные брикеты

Альтернатива привычным дровам — это твердое топливо, именуемое евродровами. Отходы пищевой промышленности, сельского хозяйства и деревообрабатывающего производства прессуются в формы кирпича или полена. При производстве твердого топлива такого вида не прибегают к клеящим составам: сырье распаривается, после чего прессуется при помощи лигнина — природного полимера.

Вам будет интересно: Сварка в защитном газе: режимы, технология, применение, ГОСТ

В продаже широко представлены несколько типов топливных брикетов:

• Пини-кей. Выполнены в форме четырех- либо шестигранных поленьев с продольными отверстиями. Производятся брикеты pini-kay на шнековых прессах под давлением порядка 1000 бар, что обеспечивает их высокую плотность — от 1,08 до 1,40 г/см3. Отверстия в поленьях увеличивают площадь горения твердого топлива и улучшают циркуляцию воздуха в топке, что повышает эффективность сжигания брикетов. Термообработка придает пини-кей темный цвет и повышает их влагоустойчивость, улучшая при этом показатели горения.
• Нестро, или нельсон. Один из видов твердого топлива, изготавливаемого на гидравлическом либо ударно-механическом прессе под давлением 400-600 бар, что сказывается на плотности готовой продукции — 0,9-1,2 г/см3. Брикеты выполнены в цилиндрической форме, могут иметь или не иметь отверстие.
• Руф. Под торговой маркой RUF выпускаются топливные брикеты в форме кирпича. Для производства прибегают к гидравлическим прессам под давлением 300-400 бар. Их плотность небольшая — 0,75-0,8 г/см3.

По эффективности топливные брикеты практически не уступают обычным дровам, поскольку изготавливаются из той же древесины. Минимальная влажность и большая плотность брикетов обеспечивают им высокую удельную теплоту сгорания.

Качество и тип исходного сырья также влияют на теплотворные характеристики евродров. Наиболее «теплыми» считаются брикеты, изготовленные их шелухи подсолнечника. Входящее в состав лузги масло обладает большей теплотой сгорания, чем у древесины, а в качестве дополнительного бонуса выступает минимальное количество образуемой в результате сгорания золы. Недостаток такого твердого топлива — это сильное загрязнение дымохода сажей из-за наличия масла в составе.

По уровню теплоотдачи второе место занимают брикеты из древесных опилок — они не уступают деревянным аналогам. Поленья, спрессованные из шелухи риса, обладают минимальной теплоотдачей.

Как выбрать евродрова

При выборе топливных брикетов берут во внимание теплотворную способность сырья, его зольность и процент балластных веществ. Твердое топливо из рисовой шелухи обладает не только минимальной удельной теплотой сгорания, но и высокой зольностью — порядка 20 %.

При покупке также стоит обратить внимание на размер брикетов. Твердое топливо высокого качества, произведенное на современном оборудовании, обладает длиной 250-350 мм и толщиной 60-80 мм. Дешевое сырье тоньше и короче, что обусловлено более рыхлой структурой: поленья больших габаритов будут разваливаться под собственным весом. Естественно, это сказывается на теплотворной способности топлива.

Преимущества и недостатки

Твердое топливо — это один из наиболее экологичных видов горючего. Топливные брикеты производятся из отходов промышленности — рисовой шелухи, опилок, лузги гречихи и подсолнечника, стеблей кукурузы, сена и прочего сырья.

В отличие от привычных деревянных поленьев, брикеты более технологичны и компактны: благодаря цилиндрообразной форме их можно уложить в плотные стопки. Несмотря на явные преимущества, у евродров есть свои недостатки:

• Высокая стоимость. Бытует мнение, что топливные брикеты более выгодны с экономической точки зрения. Утверждается, что при большей стоимости тонны сжигание твердого топлива выделяет большее количество киловатт в сравнении с горением обыкновенных дров. Но на практике цифры несколько меньше: евродрова выделяют больше тепла, но приблизительно на треть, при этом происходит переплата.
• Необходимость правильного хранения. Брикеты из опилок производятся по технологии, исключающей высокую влажность воздуха в помещении. Если они будут храниться так же, как и обычные дрова, то скоро превратятся в исходное сырье — опилки.

Топливные гранулы — пеллеты

Идентичное сырье используется для производства топливных гранул — пеллет. Их выпуск был налажен в странах Европы в середине прошлого века, а сегодня пеллетные котлы считаются одним из наиболее распространенных отопительных приборов.

Перемолотое дробилками в муку сырье поступает в пресс-гранулятор, формирующий гранулы длиной около 50 мм и диаметром 6-8 мм. Стандарты габаритов гранул меняются в зависимости от страны производства. По аналогии с топливными брикетами пеллеты обладают низкой влажностью и высокой плотностью.

Удельная теплота сгорания гранул идентична дровам — 3,5 кВт/час. В продаже можно встретить и светлые, и темные пеллеты; последние обработаны термически и часто именуются био-углем. Торрецифирование повышает теплотворную способность пеллет, приравнивая их к другому виду твердого топлива — углю.

Виды пеллет

Топливные гранулы подразделяются на три категории:

• Стандарт. Пеллеты темного цвета, производимые из лузги подсолнечника и шелухи гречихи. Процент зольности «стандарта» не должен превышать 3 %. Доступная стоимость при высоких показателях эффективности делает этот вид пеллет наиболее популярным.
• Премиум. Светло-серые или белые гранулы. Для них характерен минимальный уровень зольности — 0,4 % — и высокий показатель удельной теплоты сгорания.
• Индустриальный. Используется в промышленности. Стоимость грязно-серых пеллет самая низкая; производятся из древесных отходов.

Топливные гранулы сжигаются в котлах специальной конструкции, оснащенных топливной камерой и бункером, разработанными для такого типа топлива.

Высокотехнологичная горелка повышает эффективность пеллетного котла в сравнении с другими твердотопливными котлами и газовым отопительным оборудованием.

Щепа и опилки

Опилки и щепа — не просто сырье, но и один из видов твердого топлива длительного горения. Отходы деревообрабатывающей промышленности решают актуальную для многих отопительных приборов проблемы длительного горения.

Поддержание постоянного давления в жидкотопливных и газовых котлах решает проблему непрерывной подачи горючего. Эксплуатация твердотопливных моделей требует от владельца постоянной подачи топлива ввиду фиксированного размера топки. После сгорания одной порции горючего требуется закладка новой. Бункер котлов, питаемых опилками, обеспечивает непрерывную работу в течение 10-12 часов.

Пеллетные и угольные котлы обладают аналогично конструкцией, при этом проблема длительного горения в них решается использованием отходов деревообрабатывающей промышленности с максимальной экономической выгодой: щепа и опилки закупаются на лесопилках за бесценок.

Заключение

Неископаемое твердое топливо на основе древесины и отходов промышленности — доступное и эффективное горючее. Оно пользуется популярностью и широко распространено в странах Европы.

Источник