Определение показателей качества угольного брикета

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются способы повышения долговечности, горючести и потребительского комфорта угольных брикетов, исходя из требований к ним.

ABSTRACT

In the article, increasing of the basic requirements that are increasing durability, flammability and convenience for consumers in producing coal briquettes is given.

Ключевые слова: Требования потребителей, прочность, объем образца, угольные мелочи, плотность, брикет, пресс, влажность, содержание золы, теплосодержание, удельный вес.

Keywords: consumers’ requirement, strength, volume of sample, coal powder, density, briquette, press, wet, quantity of ash, specific weight, experimenting.

Основная цель экономических реформ и инноваций - обеспечение приоритета интересов человека. Это дало ожидаемые результаты, и условия жизни населения нашей страны улучшаются. Это отчетливо видно только по недавним изменениям в угольной отрасли. Сегодня, наряду с увеличением объемов добычи угля в отрасли, принимаются конкретные меры по обеспечению его бесперебойной подачи потребителям. В настоящее время начато строительство 84 хранилищ угля на всей территории страны, а также реализация проектов по их оснащению оборудованием для производства брикетов. Ожидается, что объем производства брикетов по данным проектам на 45,4 млрд. сумов превысит 800 тыс. тонн в год [1].

В настоящее время потребность в резервном топливе растет. Уголь, являющийся одним из этих резервных видов топлива, добывается на месторождениях Ангрен, Шаргун и Байсун в нашей стране. Угольное месторождение Ангрен является основным поставщиком угля в страну. Его доля в поставках угля в Узбекистан составляет 85%. Рациональное использование угля, добываемого на этой угольной шахте, - одна из актуальных проблем. Около 60% добываемого угля доходит до потребителей в виде порошка. Использование угольной пыли в качестве топлива в этом случае доставляет потребителям различные неудобства. Для устранения причиняемых неудобств угольная пыль доводится до брикетированного состояния. Брикетирование можно производить разными способами. Один из главных факторов, на который следует обратить внимание, - это его качество. Показатели качества включают простоту потребления, горючесть, долговечность и низкую зольность. С учетом этих показателей брикетная продукция пользуется большим спросом [2].

Основная цель получения брикетов - превратить рассыпанные зерна угля в цельный твердый продукт. Для этого требуется увлажнение зерен угля и прессование их под высоким давлением.

Брикетирование-это механический процесс превращения мелкодисперсных материалов в прессованные изделия, при котором химический состав не меняется, а меняются только детали и связанные с ними свойства материала. Брикетирование осуществляется двумя способами. Это препарат без вяжущих и с добавлением вяжущих веществ. Связующими веществами могут быть как неорганические, так и органические вещества. Неорганические вещества: известь, глина, гипс, цемент, магнезит, триполь, щелочные, натриевые и кальциевые фосфаты, гранулированные крупнозернистые печные шлаки, чугунная стружка и др. Эти вещества используются отдельно и в смеси. К органическим вяжущим относятся: коксующийся уголь, гудрон, вязкие материалы и различные отходы бумажной и пищевой промышленности, такие как патока и др.

При анализе с экономической точки зрения вяжущих веществ, названия которых приведены выше, использование органических вяжущих для нас более эффективно. Поэтому в процессе брикетирования рекомендуется использовать спиртовые бруски, которые поступают как отходы спиртовых заводов в виде брикетов.

Цель нашего исследования - определить, является ли это связующее эффективным и недорогим для процесса брикетирования, а также определить основные факторы и основные параметры связующих свойств. В нашей исследовательской работе для получения брикетов использовался шнековый пресс. (Рис. 1.). Основное назначение этих прессов состоит в том, чтобы получаемые из них брикеты обладали высокой степенью прочности.

Для определения плотности угольных брикетов, полученных с помощью шнекового пресса, из сопла шнекового пресса берут угольный брикет длиной 40-60 мм. Средняя длина брикета ± 50 мм, диаметр сопла 30 мм. Масса полученного образца измеряется с точностью до 0,01 кг. Размер выборки определяется по следующей формуле:

                                          (1)

где: L-длина образца, м;

F – поверхность поперечного сечения угольного брикета, м²;

F1-площадь внутреннего отверстия (F1 =πd²/4), м²;

d- Диаметр внутреннего отверстия, м.

Плотность угольного брикета (ρ) определяется по формуле:

                                                       (2)

где: m – масса образца, кг.

V-объем образца, м³.

Измерение физических параметров брикетов проводят несколько раз, результаты усредненного определения плотности округляют до 0,01кг/м³. [3].

Рисунок 1. Внешний вид пресса для получения угольных брикетов с использованием связующих веществ

Шнековый пресс выпускается в зависимости от объекта применения, его физико-химического состава, реологических свойств и др. Поэтому в каждом конкретном случае приходится проектировать и изготавливать шнековый пресс необходимой производительности. На рис. 1 представлен основной элемент пресса – шнековый вал, который имеет определенные конструктивные размеры. [4].

Чтобы определить влажность угольного брикета, измеряют вес брикета, выходящего из шнекового пресса. Затем полученный угольный брикет сушат 5-6 часов при температуре 100±3 °С и определяют его массу. Влажность брикета определяется по разнице между массой до сушки и после сушки. Эти значения измерений проводят с точностью до 0,01 г.

Количество влаги в угольных брикетах в процентах по массе определяют по формуле, приведенной ниже:

                                        (3)

Здесь: m₁ - это масса, масса брикета из шнекового пресса, г;

m – Масса высушенного брикета, г.

Количество золы, образующейся при сжигании угольных брикетов, определяется по следующей формуле.

                                                (4)

где: m₁ - масса золы, г;

m - масса угольных брикетов, г.

При горении угля неорганическая часть выделяется в виде золы. Средняя зольность угля составляет 8-14% [4].

Зола содержит кальций, натрий, калий, магний, незначительные количества фосфора и серы и некоторые другие химические элементы. Поэтому зола также используется в качестве удобрения. Зная удельную теплоту сгорания материала, можно определить количество тепла, выделяющееся при полном сгорании топлива при любой массе (m).

                                         (5)

где, Q_уд - удельная теплота сгорания, ккал/кг;

m - масса материала, кг.

Максимальная температура горения угля может достигать 2020 °C, но из-за потерь в топках рабочая температура составляет 1600-1700 °C.

Методы испытаний при производстве угольных брикетов. В первую очередь определяются следующие основные параметры:

- описание массы угольного порошка (тип угля, влажность);

- температура на входе и выходе в барабан;

- температура матрицы пресса;

- диаметр шнека (диаметр, шаг, количество оборотов) (Рис. 2.).

Рисунок 2. Схема определения производительности шнека:

а) конструктивные показатели; б) длина разворота (шнека) за один шаг винтовой линии

Затем устанавливается количество оборотов шнека (по шкале вариатора). Скорость определяется числом оборотов тяги конвейера. Измеряют геометрические размеры брикетов (в контрольной партии отмеряют не менее 5 образцов) – сечение, длина, диаметр внутреннего отверстия. Затем проверяется внешний вид и поверхность брикетов. В режиме работы пресса фиксируется масса брикета, изготовленного за определенную единицу времени. Рассчитывается технически достижимая производительность труда:

- Эксплуатационная производительность (общая) в единицу времени в час:

                                         (6)

- Техническая производительность в единицу времени в час:

                                            (7)

где: m - масса партии угольных брикетов, кг;

Т_об , Т - общее и чистое время работы соответственно, час.

Затем определяется производительность одной смены.

Производительность смены (эксплуатационная и техническая производительность) определяется путем измерения массы брикетов, произведенных прессом за данный период эксплуатации. Производительность эксплуатации рассчитывается по продолжительности смены, а техническая - по фактическому времени работы пресса. При определении массы брикетов учитывается весь полученный объем (независимо от длины брикета) [5].

После этого определяется производительность производства продукции. Исходя из значения производительности линии брикетирования в смену, определяется техническая и эксплуатационная производительность в час. После этих мероприятий определяется удельный вес брикетов по формуле (8).

                                           (8)

где m - средняя масса образца брикета, кг;

V - объем образца, м³.

В Узбекистане функционируют более 100 пивзаводов, где в качестве отхода утилизируют пивную барду, состоящую из сырого протеина (до 7-8%), крахмала (до 3%), золы (до 2,5%), клетчатки (до 10%) и воды (остальное). На масложировых предприятиях республики в процессе дистилляции жирных кислот накапливаются госсиполовая смола в виде кубового остатка в дистилляционной установке. Этот отход имеет следующий состав: содержание жирных кислот (до 40%), мыла (до 10%), золы (до 2%), госсипола и его производных (до 5%) и остальное - влага и летучие вещества. Использование данных веществ в качестве связующих мелочей угольных брикетов позволяет в определенной степени повысить теплоотдачу и механическую прочность получаемых топлив.

На рис.3 представлены изменения механической прочности получаемых угольных брикетов в зависимости от количества рекомендуемых связующих. Причем в качестве контрольного связующего мы использовали водный раствор жидкого стекла с концентрацией 5%.

Из рис. 3 видно, что из подобранных связующих наиболее прочные угольные брикеты образуются при использовании госсиполовой смолы. По влиянию связующих на механическую прочность, получаемых брикетов исследованные связующие располагаются в следующем порядке убывания: 5%-ный водный раствор силиката натрия > госсиполавая смола > пивная барда.

Зольность после сгорания брикета определяет его экологическую эффективность. Поэтому нами изучен данный показатель при изменении вида и количества связующего мелочей угля (рис. 4).

Из рис. 4 видно, что с увеличением количества связующего мелочей угля повышается содержание золы после сгорания брикета. Эта закономерность наблюдается как для органических (кривая 1 и 2), так и для неорганического (кривая 3) связующих мелочей угля. Причем, наибольшее увеличение наблюдается при использовании неорганического связующего 5% ного раствора силиката натрия. Это еще раз подтверждает эффективность использования в качестве связующих спиртовой барды (пшеничной или ячменной) при брикетировании мелочей угля.

Выводы. Исходя из вышеперечисленных решений, угольные брикеты следует производить с использованием органических веществ в качестве расходных, легковоспламеняющихся, прочных и связующих веществ. Когда органическое вещество используется в качестве связующего, количество золы, выделяющейся при сгорании, меньше, при этом количество выделяемого тепла также увеличивается.

Список литературы:

1. Ikelle I. I., Ogah S. P. I. Determination of the heating ability of coal and corn cob briquettes //IOSR Journal of applied chemistry (IOSR-JAC) e-ISSN. – 2014. – С. 2278-5736.
2. Хакимов А. А., Салиханова Д. С., Каримов И. Т. Кўмир кукунидан брикетлар тайёрлашнинг долзарблиги //Фарғона политехника институти илмий техника журнали.-2019. – №. – 2019. – Т. 23. – №. 2. – С. 226-229.
3. Соловов А. М. Брикетирование коры и мелких древесных отходов (вып. 4). - М.: ВНИПИЭИлеспром, – 1986. – 36 с.
4. Самиғов Н., Хасанова М., Зокиров Ж., Комилов Х. “Қурилиш материаллари” фанидан мисол ва масалалар тўплами. “ТУРОН-ИҚБОЛ” Тошкент2005, 4-8 б.
5. Хакимов А. А. и др. Связующее для угольного брикета и влияние его на дисперсный состав //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 6 (72).