Топливный брикет
Полезная модель относится к области переработки промышленных отходов и производству нетоксичных твердотопливных брикетов из отходов производств, преимущественно из органических и нефтесодержащих отходов.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создания брикетированного топлива, обеспечивающего безопасную утилизацию органических отходов.
Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемой полезной модели, заключается в снижении зольных и токсичных выбросов продуктов сгорания топливных брикетов, изготовленных из промышленных органических и нефтесодержащих отходов за счет стабилизации процесса горения и обеспечения полного дожига органических веществ внутри структуры брикета.
Топливный брикет включает органосодержащие промышленные отходы, нефтесодержащие отходы и инертные по отношению к горению неорганические вещества, имеет волокнисто-капиллярную структуру, при этом содержание инертных по отношению к горению неорганических веществ, мас.% составляет 26,0-40,0, а теплотворная способность брикета при влажности 12% составляет не менее 4000 Ккал/кг. В различных случаях выполнения в качестве органосодержащих промышленных отходов могут быть использованы компостированные осадки коммунальных очистных сооружений, и/или отходы животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или опилки древесные, и/или отходы мукомольного производства, и/или отходы производства картона, и/или биокомпосты мусороперерабатывающих заводов, и/или другие органосодержащие отходы; в качестве нефтесодержащих отходов - отработанные моторные, и/или гидравлические, и/или трансмиссионные масла, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности, и/или другие нефтесодержащие отходы; а в качестве инертных по отношению к горению
неорганических веществ - оксиды кремния, и/или другие аналогичные им по химическим и физическим свойствам соединения - оксиды кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или негорючие природные минералы. Предпочтительно, чтобы топливный брикет имел прямоугольное или круглое поперечное сечение с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм, а длину 50-150 мм. Предпочтительно также, чтобы плотность топливного брикета при влажности 12% составляла 0.7-1,2 г/см3. В различных случаях органе - и/или нефте- содержащие отходы могут относиться к третьему и/или четвертому классу опасности (в соответствии с Приказом МПР от 15.07.511). 1 независимый пункт формулы, 4 зависимых пункта формулы, 3 таблицы.
Полезная модель относится к области переработки промышленных отходов и производству нетоксичных твердотопливных брикетов из отходов производств, преимущественно из органических и нефтесодержащих отходов.
Уровень техники в области производства твердотопливных брикетов, в том числе из отходов производства, характеризуются следующими техническими решениями.
Известен состав для брикетированного топлива (угля, кокса, сажи), включающий измельченный углеродистый материал и в качестве органического связующего отходы производства нефтяных масел с содержанием воды 7-10% при массовом соотношении углеродистого материала к отходам от 10:1 до 1:2 (патент США на изобретение 
3592779 МПК С01В 31/08, 1971 г.). Известный состав не позволяет решать задачу утилизацию различных видов органических отходов.
Известен состав для брикетирования, включающий уголь и отходы нефтедобычи - асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) при следующем соотношении компонентов уголь 72-78%, АСПО 22-28% (патент РФ на изобретение 2237082, МПК С10L 5/16, опубл. 27.09.2004 г.). Недостатком брикетов является большая зольность и большое количество вредных выбросов в атмосферу в процессе их сжигания.
Необходимость использования строго определенного вида исходного сырья сужает возможности использования известных брикетов и не решает задачу утилизации производственных отходов органического происхождения.
Известен топливный брикет, содержащий торф, отходы переработки нефти, механические примеси (глина, песок), при следующем соотношении компонентов,
мас.: торф - 85-95%, механические примеси - не более 0,45%, отходы переработки нефти - остальное (патент РФ 2100419 на изобретение «Состав для брикетирования топлива», МПК 6 С10L 5/44, С10L 5 /48, С10F 7/06, опубл. 27.12.1997 г.)
Использование торфа в качестве сырья ограничивает возможности использования известного брикета, делает его производство дорогостоящим и не позволяет решить задачу утилизации производственных отходов органического происхождения. Кроме того, сжигание брикетов характеризуется большой зольностью и наличием вредных выбросов в атмосферу.
Известен топливный брикет, включающий органические отходы, в качестве которых использованы опилки чистой древесины, или отходы табачной пыли, или лузга зерновая, и нефтесодержащее отходы в качестве органического связующего, при следующем соотношении компонентов, мас%: опилки чистой древесины 25-30, отходы табачной пыли 10-15, лузга зерновая 10-15, нефтесодержащие отходы 40-55. Топливный брикет выполняется с различной формой сечения и длиной и имеет однородную плотность по всему объему (патент РФ 2330063 на изобретение «Способ получения твердотопливных брикетов и устройство для прессования брикетов из органического материала», МПК С10L 5/44, С10L 5/14, В30В 11/00, опубл. 27.07.2006). Недостатком известного брикета является ограниченные возможности по утилизации органических отходов. Использование другого вида органических отходов в качестве исходного сырья, кроме чистой древесины, или отходов табачной пыли, или лузги зерновой, не гарантирует безопасное сжигание брикетов без вредных и зольных выбросов в атмосферу.
Известен наиболее близкий к заявляемой полезной модели и выбранный в качестве прототипа топливный брикет, включающий нефтесодержащие отходы, представляющие собой углеводородный шлам, органосодержащие отходы в виде древесных отходов или торфа, смесь угольной пыли и крошки, инертные по отношению к горению добавки в виде извести и дисперсного алюминосиликата - глины кембрийской глины, содержание которых не превышает 25% (патент РФ 2132360 на
изобретение «Состав для брикетирования топлива» МПК 6 С10L 5/44, опубл. 27.06.1999 г.) Недостатком известного топливного брикета является высокая зольность и наличие вредных выбросов при использовании в качестве исходного сырья других видов промышленных органических и нефтесодержащих отходов, кроме дисперсных углеводородных отходов (торфяной и угольной крошки, сырья древесной муки, опилок), осадков нефти, мазута, масел.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создания брикетированного топлива, обеспечивающего безопасную утилизацию органических отходов.
Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемой полезной модели, заключается в снижении зольных и токсичных выбросов продуктов сгорания топливных брикетов, изготовленных из промышленных органических и нефтесодержащих отходов за счет стабилизации процесса горения и обеспечения полного дожига органических веществ внутри структуры брикета.
Заявленный технический результат достигается тем, что топливный брикет, включающий органосодержащие промышленные отходы, нефтесодержащие отходы и инертные по отношению к горению неорганические вещества, имеет волокнисто-капилярную структуру, при этом содержание инертных по отношению к горению неорганических веществ, мас.% составляет 26,0-40,0, а теплотворная способность брикета при влажности 12% составляет не менее 4000 Ккал/кг.
В различных случаях выполнения в качестве органосодержащих промышленных отходов могут быть использованы компостированные осадки коммунальных очистных сооружений, и/или отходы животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или опилки древесные, и/или отходы мукомольного производства, и/или отходы производства картона, и/или биокомпосты мусороперерабатывающих заводов, и/или другие органосодержащие отходы; в качестве нефтесодержащих отходов -отработанные моторные, и/или гидравлические, и/или трансмиссионные масла, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности, и/или другие нефтесодержащие отходы; а в качестве инертных по отношению к горению неорганических веществ - оксиды кремния и/или другие аналогичные им по химическим и физическим свойствам соединения - оксиды
кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или негорючие природные минералы.
Предпочтительно, чтобы топливный брикет имел прямоугольное или круглое поперечное сечение с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм, а длину 50-150 мм.
Предпочтительно также, чтобы плотность топливного брикета при влажности 12% составляла 0.7 -1,2 г/см3.
В различных случаях органе - и/или нефтесодержащие отходы могут относиться к третьему и/или четвертому классу опасности (в соответствии с Приказом МПР от 15.07.511).
Во всех случаях выполнения предлагаемый топливный брикет отличается от указанного выше известного решения, наиболее близкого к нему:
- волокнисто-капиллярной структурой;
- содержанием инертных по отношению к горению неорганические вещества в количестве, мас.% 26,0-40,0;
- величиной теплотворной способности брикета, составляющей при
влажности 12% не менее 4000 Ккал/кг. В отдельных случаях выполнения заявляемое устройство отличается от известного устройства
- использованием в качестве органосодержащих промышленных отходов компостированных осадков коммунальных очистных сооружений, и/или отходов животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или отходов мукомольного производства, и/или отходов производства картона, и/или биокомпостов мусороперерабатывающих заводов, и/или других органических отходов;
- использованием в качестве нефтесодержащих отходов отработанных моторных, и/или гидравлических, и/или трансмиссионных масел, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности; и/или других нефтесодержащих отходов;
- использованием в качестве инертных по отношению к горению неорганических веществ оксидов кремния, и/или других аналогичных им по химическим и физическим свойствам соединений - оксидов кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или негорючих природных минералов.
- выполнением брикета с прямоугольным или круглым поперечным сечением с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм, и длиной 50-150 мм.
- плотностью топливного брикета при влажности 12% составляющей 0.7-1,2 г/см3;
- использованием отходов, относящихся к третьему и/или четвертому классу опасности.
Капиллярно - волокнистая структура топливного брикета, наличие в его составе, кроме органо- и нефте- содержащих отходов, инертных по отношению к горению неорганических веществ в количестве мас.% 26,0 - 40,0, и теплотворная способность брикета, составляющая при влажности 12% не менее 4000 Ккал/кг, обеспечивают стабильность геометрической формы и внутренней структуры брикета на всем протяжении процесса горения, позволяя удерживать в структуре брикета летучие зольные компоненты и обеспечивая свободный выход газифицированной органической составляющей к поверхности брикета; стабилизирует температурный режим в огневой зоне и способствует полному дожигу органики внутри структуры брикета.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Исходное сырье для топливного брикета, на основании данных паспортов отходов смешивается в пропорциях, обеспечивающих теплотворную способность топливных брикетов при влажности 12% - не менее 4000 Ккал/кг, необходимой для достижения в процессе горения температур 1050-1150°С. Нижний предел температур 1050°С обеспечивает нейтрализацию токсичных компонентов, разложение сложных углеводородов и прочих соединений на простейшие неопасные соединения. Верхний предел температур 1150°С обеспечивает сохранение внутренней структуры топливного брикета без спекания неорганических составляющих. Органосодержащие и нефтесодержащие отходы соответствуют третьему и/или четвертому классу опасности, определяемому в соответствии с Приказом МПР 511 от 15.07.2001 г.
Состав топливных брикетов рассчитывается с учетом обязательного присутствия неорганических нейтральных к горению компонентов в количестве не менее 26% В случае малого количества неорганических веществ в составе биомассы, неорганическая составляющая вносится в сырье в необходимом объеме до 40% от массы брикета. Сырье для топливных брикетов прессуется на шнековом прессе, обеспечивающем создание волокнисто - капиллярной структуры брикета. Геометрическая форма топливных брикетов способствует обеспечению удовлетворяющей скорости сушки и горения брикетов. Брикет имеет прямоугольное или круглое сечением с расстоянием от центральной оси до поверхности брикета 25-35 мм. Длина брикетов определяется удобством подачи в топку сжигающего устройства и, как правило, составляет 50-150 мм. Предпочтительная плотность
топливных брикетов при влажности 12% составляет 0.7-1,2 г/см3. Сушка топливных брикетов производится при температурах в пределах 95°С. Состав топливных брикетов рассчитывается с учетом обязательного присутствия неорганических, нейтральных к горению компонентов (далее - неорганическая составляющая), в количестве не менее 26% и не более 40% от массы брикета. Брикеты предназначены для сжигания в высокотемпературных автоматизированных печах при температурах 1050-1150°С, до влажности не выше 15%.
При производстве топливного брикета методом экструзии за счет вращения шнека создается волокнисто- капиллярная структура. При попадании брикета в высотемпературную огневую зону сжигающего устройства в теле брикета происходит газификация органических веществ под воздействием температуры. Образующиеся газы, не нарушая структуры брикета, по каналам капилляров движутся к поверхности -образуя тысячи стабильных мини факелов на поверхности брикета. Неорганическая составляющая топливных брикетов в раскаленном состоянии позволяет стабилизировать горение, поддерживает высокую температуру в зоне отрыва факела, сохраняет раскаленную капиллярную структуру до полного сгорания органики. Сохранение геометрической формы и структуры топливного брикета позволяет в высокой степени нейтрализовать токсичные элементы, свести к минимуму выброс в атмосферу пылевидных зольных составляющих. Заданный физико-химический состав брикетов позволяет автоматизировать процесс сжигания брикетов, поддерживать на заданном уровне температуру, баланс топливо-кислород, что в конечном итоге обеспечивает безопасное сжигание отходов.
Как показали опытные испытания, при массовом содержании неорганической составляющей менее 26%, не обеспечивается сохранение геометрической формы и внутренней структуры, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества взвешенных веществ в выбросах, снижению эффективности дожига низкокалорийной органической составляющей и резким скачкам температур в огневой зоне при подаче топлива в зону горения, а снижение температуры в огневой зоне негативно влияет на химический состав выбросов в атмосферу. Сравнительные данные об изменениях формы и структуры брикета с различными показателями неорганической составляющей приведены в табл.1. Сравнительные данные о выбросах в атмосферу при сжигании брикетов с различными показателями неорганической составляющей приведены в табл.2.
При массовом содержании неорганической составляющей более 40% не обеспечивается минимально необходимая теплотворная способность топливного брикета - не менее 4000 Ккал/кг при влажности 12%. Примеры выполнения топливных брикетов приведены в табл.3.
| Табл.1 | |
| Сравнительные данные об изменениях формы и структуры брикета с различными показателями неорганической составляющей | |
| Содержание неорганической составляющей, мас.% | Влияние процесса горения не структуру брикета |
| 0-10% | С самого начала процесса горения - наблюдается обугливание и осыпание поверхностной части брикета. Первоначальная форма не сохраняется; происходит постепенное истончение брикета. |
| 10-15% | Разрушение поверхности брикета наблюдается на третьей-седьмой минутах горения, в течении 10-15 минут, брикет в значительной мере истончается. |
| 15-20% | Значительное истончение брикета, осыпание поверхности наблюдается после 20 минут горения |
| 20-25% | Нарушение структуры брикета, незначительные осыпания поверхности, наблюдаются к 20-25 минутам горения. |
| 25-30% | Незначительное нарушение поверхности брикетов наблюдается после 30 минут горения. |
| 30-40% | Незначительные нарушения поверхности брикетов наблюдаются после 30-40 минут горения, к этому времени органическая составляющая брикетов практически выгорела, выгоревшие брикеты начинают разрушаться под весом новых партий брикетов подаваемых в огневую зону и постепенно удаляются из топочной камеры- через колосниковую решетку |
| Табл.2. | ||
| Сравнительные данные о выбросах в атмосферу при сжигании брикетов с различными показателями неорганической составляющей | ||
| Измеряемый показатель, грамм/секунду | Брикет (20-25% неорганики) | Брикет (26-28% неорганики) |
| взвешенные вещества (пыль) | 0.13 | 0.06 |
| оксид углерода | 3.2 | 3.12 |
| диоксид серы | 0.7 | 0.64 |
| диоксид азота | 0.26 | 0.26 |
| цинк | 0.0002 | 0.00014 |
| свинец | 0.000007 | 0.000006 |
| бензол | 0.015 | 0.011 |
| толуол | 0.002 | 0.0017 |
| Табл.3 | ||
| Примеры выполнения топливного брикета | ||
| Пример 1 | ||
| Компонентный состав, масс.% | Неорганическая составляющая, мас.% | Калорийность в ккал/кг |
| мазут 25% | 0.3×25%=0.08% | 9800×0.25=2450 Ккал |
| (в т.ч. неорганическая составляющая - 0.3%) |  | |
| - компост 70% | | |
| (в том числе: органика 47% неорганика 23%) | 00.00 23% | 3500×0.47=1645 Ккал 00.00 |
| - дополнительно вносимая неорганическая составляющая (CaO,SiO2 или аналоги) 5% | 5% | 00.00 |
| Итого 100% | 28, 08% | 4095 ккал/кг |
| Пример 2 | ||
| Компонентный состав, масс.% | Неорганическая составляющая, мас.% | Калорийность в ккал/кг |
| - масло моторное 23% | 00.00 | 9800×0.23=2254 |
| - куриный помет 60% | | |
| (том числе: органика 41% неорганика 16%) | 00.00 16% | 3500×0.41=1435 ккал/кг 00.00 |
| - опилки древесные 10% | 0.1% | 00.00 |
| - дополнительно вносимая неорганическая составляющая (CaO, SiO2 или аналоги) 10% | 0.1% | 3500×0.10=350 ккал/кг |
| Итого: 100% | 26.1% | 4039 Ккал/кг |
| Пример 3 | |
| Компонентный состав, масс.% | Неорганическая составляющая, мас.% | Калорийность в ккал/кг |
| - мазут собранный в результате разлива на земле 30% | 0.09% | 9800×0.3=2940 ккал/кг |
| - грунт 60%, | | |
| (в том числе: органика 21% неорганика 39%) | 00.00 39% | 3500×0.21=735 ккал/кг 00.00 |
| - опилки древесные 10% | 0,1% | 3500×0.10=350 ккал/кг |
| Итого 100% | 39,19 | 4025 ккал/кг |
| Пример 4 | ||
| Компонентный состав, масс.% | Неорганическая составляющая, мас.% | Калорийность в ккал/кг |
| - мазут 28% | 0.08% | 9800×0.28=2744 ккал/кг |
| - грунт 62% | | |
| (в том числе: органика 21% неорганика 41%) | 00.00% 41% | 3500×0.21=735 ккал/кг 00.00 |
| - опилки древесные 10% | -0.1% | 3500×0.1=350 ккал/кг |
| Итого: 100% | 41.18% | 3829 ккал/кг (НЕ удовлетворяет требованиям) |
1. Топливный брикет, включающий органосодержащие промышленные отходы, нефтесодержащие отходы и инертные по отношению к горению неорганические вещества, отличающийся тем, что имеет волокнисто-капиллярную структуру, при этом содержание инертных по отношению к горению неорганических веществ мас.% составляет 26,0-40,0, а теплотворная способность брикета при влажности 12% составляет не менее 4000 ккал/кг.
2. Топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что в качестве органосодержащих промышленных отходов содержит компостированные осадки коммунальных очистных сооружений, и/или отходы животноводческих, и/или птицеводческих хозяйств, и/или опилки древесные, и/или отходы мукомольного производства, и/или отходы производства картона, и/или биокомпосты мусороперерабатывающих заводов; в качестве нефтесодержащих отходов - отработанные моторные, и/или гидравлические, и/или трансмиссионные масла, и/или нефтепродукты, образованные в результате разливов на водной и/или земной поверхности; а в качестве инертных по отношению к горению неорганических веществ - оксиды кремния, и/или кальция, и/или магния, и/или калия, и/или железа, и/или алюминия, и/или другие негорючие природные минералы.
3. Топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что имеет прямоугольное или круглое поперечное сечение с максимальным расстоянием от центральной оси до поверхности 25,0-35,0 мм; длину 50-150 мм.
4. Топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что плотность топливного брикета при влажности 12% составляет 0,7-1,2 г/см 3.
5. Топливный брикет по п.1, отличающийся тем, что органосодержащие промышленные отходы и/или нефтесодержащие отходы относятся к третьему и/или четвертому классу опасности.
