Способ получения гранулированного твердого топлива и установка для его осуществления
Изобретение относится к технологии изготовления гранулированного композитного топлива, которое предназначено для использования в коммунальном теплоснабжении или в бытовых целях. Способ получения гранулированного топлива с помощью установки включает измельчение угольной мелочи, введение в состав топлива измельченной растительной добавки (например, древесных опилок или свекловичного жома), совместное их измельчение в роторно-вальцовой мельнице, направление части полученной смеси в объеме около 1/3 на смешение со связующим и образование зародышевых зерен в турболопастном смесителе. Далее направляют полученную массу зародышевых зерен и остальной части смеси в объеме около 2/3 из смесителя на гранулирование в тарельчатый гранулятор. В гранулятор также подается то же связующее, которое направляется на образование зародышевых зерен. Полученные гранулы сферической формы в узком диапазоне размеров в пределах 15-30 мм сушат и охлаждают в секционной сушилке и фасуют с помощью фасовочной машины в тару в виде картонных коробок различного размера, служащих для использования в качестве искусственных поленьев. Технический результат состоит в снижении энергоемкости, упрощении технологии, улучшении экологичности, эффективности получения готового продукта. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл, 1 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления гранулированного композитного топлива, которое может быть использовано для коммунальных и бытовых целей.
Известно изготовление углеродсодержащего топлива - топливного брикета, предусматривающее измельчение сырья, включающего торф, бурый уголь, антрацит, кокс, древесные отходы и в качестве связующего - производное сульфокислоты, гумат натрия или калия, парафин и жидкое стекло. Брикет сформован в бумажной оболочке (патент РФ №2094449, С10L 5/02, 5/10, опубл. 27.10.1997). Такой брикет имеет недостаточно высокую теплоту сгорания и, следовательно, невысокий КПД топлива.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гранулированного твердого топлива (патент РФ №2103328, С10L 5/04, 5/20, 5/00, опубл. 27.01.1998), включающий измельчение сырья - мелких классов угля бурого, каменного, антрацита или их смесей, сушку и термоподготовку угля при 450-600°С в вихревой камере при скорости нагрева 10000-15000 град/мин, измельчение угля в дезинтеграторе и последующее гранулирование на тарельчатом грануляторе в присутствии связующего - лигносульфоната. Готовые гранулы направляют на фасовку, а образующиеся мелкие фракции отсеиваются и возвращаются в процесс.
Основными недостатками данного способа являются высокая энергоемкость процесса на этапе термоподготовки, использование преимущественно угля высоких сортов, а также образование отходов в виде мелких фракций. Это увеличивает затратность способа и ухудшает условия труда.
Таким образом, задачами предлагаемого способа являются снижение энергоемкости производства гранул за счет исключения этапа термоподготовки, использование угля низких сортов, получение готового продукта практически без выделения мелких фракций.
Поставленная задача решается за счет того, что при получении гранулированного твердого топлива путем измельчения сырья - угольной мелочи, гранулирования в присутствии связующего и сушки предлагается в качестве сырья также использовать добавку измельченного растительного материала, после измельчения угольной мелочи до размеров частиц менее 3 мм проводить смешение и совместное измельчение угля и растительного материала в соотношении (мас.%) 75-95:25-5 соответственно до размеров частиц смеси менее 0,2 мм, часть полученной смеси в объеме около 1/3 смешивать со связующим до образования массы зародышевых зерен размером 3-5 мм, и на гранулирование одновременно направлять оставшуюся часть смеси в объеме около 2/3 и образованную массу зародышевых зерен, при этом для образования зародышевых зерен и гранулирования используют одно и то же связующее.
При этом
- в качестве растительного материала используют древесные опилки или свекловичный жом, или солому тонкоизмельченную, или жом отхода производства этилового спирта;
- в качестве связующего используют жидкость растительного происхождения - мелассу, или сульфитно-спиртовую барду - отход спиртового производства, или раствор извести гашеной тонкоизмельченной;
- для образования зародышевых зерен связующее подают на смешение в количестве 1-10% от массы подаваемой смеси и для гранулирования связующее подают в количестве 1-10% от массы смеси, направляемой на гранулирование.
Использование смеси одного и того же состава для образования зародышевых зерен и для гранулирования, а также одного и того же связующего, и приготовление зародышевых зерен в процессе подготовки составляющих смеси непосредственно перед подачей в гранулятор позволяет получать гранулы однородной структуры, высокой прочности и высокой способности к воспламенению. Готовые гранулы получают в узком диапазоне фракций и практически без выделения отходов. Заданные параметры выполнения способа также способствуют повышению качества гранул. Применение растительных отходов увеличивает воспламеняющую способность гранул, а применение мелассы увеличивает их прочность.
Известны различные устройства для получения гранулированных продуктов, в т.ч. углеродсодержащих.
Известна установка для получения углеродсодержащего продукта (патент ФРГ №2421306, B01J 2/14, опубл. 14.11.1974). Установка содержит емкости для угольного порошка, для добавки и для воды, из которых осуществляется дозированная подача материалов в смеситель и перемешивание в присутствии воды. Полученная смесь из смесителя подается в тарельчатый гранулятор, в который одновременно из спец. емкости подаются угольные частицы, выполняющие роль зародышевой массы. В гранулятор также из отдельной емкости подается дополнительное увлажнение.
После гранулирования получают углеродсодержащий продукт в виде гранул или пеллет сферической формы.
Полученные пеллеты имеют недостаточную механическую прочность, в результате чего возможны потери продукта при транспортировке и хранении.
Наиболее близкой к предлагаемой является установка, описанная в заявке ФРГ №69613639. Т2 В01J 2/00, В01J 2/14, опубл. 04.07.2002.
Установка включает емкость для сыпучих (порошковых) минеральных материалов, шнековое устройство для измельчения волокнистых органических материалов (дерево, бумага, хлопок), при этом емкость и шнековое устройство соединены со смесителем для смешения минерального и волокнистого материала. В смеситель также направляются связующие среды и добавки из серии емкостей. Смеситель через емкость и транспортер соединен с тарельчатым гранулятором, вблизи которого размещена также серия емкостей для подачи в него связующего. Полученные гранулы во влажном виде направляются в систему сит для отбора гранул требуемого размера, которые поступают в сушильный аппарат с охладительным устройством, а отходы направляются в процесс. После сушки и охлаждения гранулы поступают в систему вибрационных сит, классифицирующих их и направляющих каждый класс в отдельную емкость, из которых производится фасовка гранул по классам в отдельную тару (мешки или сумки). Эта установка предназначена для изготовления гранулированных продуктов различного назначения.
Основным недостатком данной установки является технологическая усложненность и многостадийность получения гранулированного готового продукта, длительность процесса по времени и необходимость больших затрат на обслуживание. А также при выполнении отдельных этапов выделяется пыль, особенно на этапе подготовки к гранулированию при использовании сухих связующих и на этапе фасования.
Задачей предлагаемой установки является технологическое упрощение и повышение эффективности получения гранулирования готового продукта, а также улучшение экологичности и повышение экономичности работы установки.
Задача решается тем, что в установке для получения гранулированного твердого топлива, включающей емкость для сырья - угольной мелочи и емкость для добавки - растительного материала, обе соединенные с общим смесителем, а также тарельчатый гранулятор, соединенный с емкостью для связующего, сушильное устройство и фасовочное устройство, предлагается между емкостью для сырья - угольной мелочи и смесителем ввести устройство предварительного измельчения сырья в виде роторной дробилки, между смесителем и тарельчатым гранулятором ввести устройство для образования зародышевых зерен в виде турболопастного смесителя, соединенное также с емкостью для связующего, смеситель соединить также с тарельчатым гранулятором, который сообщен с сушильным устройством в виде секционной сушилки с системой рециркуляции теплоносителя, сообщенным с фасовочным устройством в виде фасовочной машины.
Предлагаемое аппаратурное решение установки позволяет значительно упростить ее и сократить стадийность процесса получения гранул. Введение в установку устройства для образования зародышевых зерен и организация потоков подачи смеси, зародышевой массы и связующего позволяет сократить стадии и в то же время значительно повысить качество гранул - их прочность и равномерность размеров.
За счет использования в установке высокоэффективных устройств с низким энергопотреблением значительно снижаются затраты на выполнение всего цикла производства гранулированного топлива. Роторная дробилка обеспечивает равномерное измельчение угольной мелочи до размера частиц около 3 мм. Роторно-вальцовая мельница, применяемая в качестве смесителя, выполняет тонкий помол разнородных материалов за счет внутренней рециркуляции частиц смеси и обеспечивает получение частиц размером менее 0,2 мм. Турболопастной смеситель, используемый для получения зародышевой массы, обеспечивает получение зародышей в узком диапазоне фракций 3-5 мм, что служит основой для получения готовых гранул также в заданном узком диапазоне размеров, т.е. повышает качество готового продукта.
Секционная конструкция сушильного устройства поддерживает заданную температуру в каждой секции устройства. Система рециркуляции теплоносителя снижает энергопотребление. Фасовочная машина производит готовый товар высоких потребительских свойств, удобный для использования в различных целях, а также складирования и хранения. Картонная оболочка служит также средством для легкого разжигания топливного искусственного полена.
Устройство установки поясняется прилагаемым чертежом, на котором схема установки содержит емкость 1 для сырья - угольной мелочи, снабженную дозатором 2, подающим угольную мелочь в роторную дробилку 3, из которой измельченный уголь подается в смеситель - роторно-вальцовую мельницу 4. Из емкости 5 для добавки - растительного материала - добавка через дозатор 6 подается в смеситель 4, снабженный накопителем (на схеме без позиций), из которого часть смеси в объеме 1/3 подается в устройство для образования массы зародышевых зерен - турболопастный смеситель 7, в который также подается связующее из емкости 8 через дозатор 9. Остальная часть смеси в объеме 2/3 из смесителя 4 подается в тарельчатый гранулятор 10, в который одновременно подается зародышевая масса из турболопастного смесителя 7 и связующее из емкости 8 через дозатор 9. Готовые гранулы из гранулятора 10 направляются в сушильное устройство - секционную сушилку 11, из которой готовый продукт направляется в фасовочную машину 12, фасующую гранулы в тару 13 в форме параллелепипедов - картонных коробок или в виде мешков требуемой емкости.
Способ с помощью установки осуществляется следующим образом. Основным энергетическим составляющим композитного топлива является угольная мелочь крупностью частиц менее 50 мм, помещаемая в емкость 1 в виде бункера. Из емкости 1 дозатором 2 угольная мелочь подается в роторную дробилку 3 на предварительное измельчение до размера частиц менее 3 мм. Далее измельченный уголь подается в смеситель - роторно-вальцовую мельницу 4, в которую из емкости 5 в виде бункера через дозатор 6 подается измельченный растительный материал, например древесные опилки (или свекловичный жом, или солома тонкоизмельченная, или жом отхода производства этилового спирта), которые смешиваются и измельчаются в мельнице 4 до размеров частиц менее 0,2 мм. Соотношение угля и растительной части в смеси составляет (мас.%) 75-95:25-5 соответственно. Смесь скапливается в накопителе смесителя 4.
Часть приготовленной смеси в объеме около 1/3 из накопителя направляется на образование зародышевых зерен в турболопастном смесителе 7, в который для этой цели из емкости 8 через дозатор 9 подается связующее, например меласса, в количестве 1-10% от массы подаваемой на смешение смеси. При обработке смеси в турболопастном смесителе образуется масса зародышевых зерен размером 3-5 мм для последующего формирования гранул. Зародышевая масса подается в тарельчатый гранулятор 10, в который одновременно подается остальная часть смеси в объеме около 2/3 из накопителя смесителя 4. Соотношение потоков из смесителя 4 в турболопастный смеситель 7 и напрямую в гранулятор 10 может изменяться от 1/3 до 1/4. При этом в гранулятор 10 из емкости 8 через дозатор 9 подается то же связующее (меласса, или сульфитно-спиртовая барда - отход спиртового производства, или раствор извести гашеной тонкоизмельченной), которое подается для образования зародышевых зерен. Связующее в гранулятор подается также в количестве 1-10% от массы смеси, направляемой на гранулирование.
Гранулирование выполняется скатыванием на тарельчатом грануляторе 10 при угле наклона тарели 45-75 град и скорости вращения 30-90 об/мин. Процесс гранулирования занимает 20-30 мин. Система управления процессом гранулирования автоматическая с регулированием размера гранул дозированием сырья и связующего, угла наклона и скорости вращения тарели. Готовые влажные гранулы сферической формы диаметром 15-30 мм по лотку самотеком выпускаются в сушильное устройство 11 в виде секционной сушилки с системой рециркуляции теплоносителя. Гранулы высушиваются при температуре 120-250°С в течение 5-25 мин, классифицируются и охлаждаются в последней секции сушилки. Охлажденные гранулы подаются в фасующее устройство 12 в виде фасовочной машины, которая фасует готовое топливо в тару 13 в форме параллелепипеда в виде коробок из гофрокартона, предназначенных для использования в качестве искусственных поленьев. Размеры коробок могут быть различными в зависимости от назначения топлива и требования заказчиков, например 10×10×30 см, 15×15×30 см, 15×15×40 см и др.
Полученное гранулированное топливо в виде искусственных поленьев может применяться для коммунальных котелен, бытовых печей, каминов, для использования в загородных, а также в экстремальных условиях и др.
Фасовочная машина может также фасовать готовый продукт в тару различной емкости.
Пример получения гранул.
Для получения 5 тонн в час гранул 4200 кг в час угольной мелочи угля марки Т подается из бункера в роторную дробилку, где он измельчается до 3 мм. Затем измельченный уголь подается в роторно-вальцовую мельницу. Туда же подается 750 кг в час опилок древесных. Смесь измельчается до крупности менее 0,2 мм и скапливается в накопителе. Из накопителя 3500 кг в час смеси спиральным транспортером подается в тарельчатый гранулятор диаметром 3 м. Туда же подается 70 кг в час связующего вещества в виде водного раствора, содержащего 35 кг мелассы. Также из накопителя 1500 кг в час смеси подается в турболопастный смеситель, куда подается 30 кг в час связующего вещества в виде водного раствора, содержащего 15 кг мелассы. Из турболопостного смесителя образующаяся крупка в виде зерен диаметром 3 мм подается в гранулятор. Примеры пропорций компонентов в смеси приведены в таблице. Готовые гранулы диаметром около 30 мм выходят из гранулятора на приемный лоток, откуда вертикальным элеватором подаются в вертикальную сушилку для сушки при температуре 120°С в течение 15 минут. Высушенные гранулы из сушилки выпускаются в лоток спирального транспортера, подающего гранулы в бункер дозирующего устройства фасовочной машины. Дозирующее устройство выдает по 700 кг гранул в биг-бэги. При соответствующей настройке дозатор выдает порции по 50 кг в бумажные крафт-мешки. Масса гранул может меняться до 5 кг, с фасовкой в малые бумажные крафт-мешки. При соответствующей настройке дозирующего устройства порции гранул в 5 кг фасуются в картонные коробки размером 150×150×300 мм.
Примеры соотношений компонентов смеси.
| № | Компоненты смеси, % | Режимы проведения сушки | |||
| Уголь | Растительная добавка | Связующее вещество | Температура, С° | Время, мин | |
| 1 | 75 | 20 | 5 | 120 | 25 |
| 2 | 80 | 15 | 5 | 180 | 20 |
| 3 | 85 | 10 | 5 | 240 | 15 |
| 4 | 90 | 5 | 5 | 180 | 10 |
| 5 | 75 | 24 | 1 | 250 | 5 |
| 6 | 75 | 15 | 10 | 120 | 15 |
| 7 | 94 | 5 | 1 | 250 | 10 |
| 8 | 85 | 5 | 10 | 250 | 20 |
| Примечание: во всех примерах выход готового продукта составляет около 100%. |
1. Способ получения гранулированного твердого топлива, включающий измельчение сырья - угольной мелочи и гранулирование в присутствии связующего, отличающийся тем, что в качестве сырья вводят также добавку измельченного растительного материала, после измельчения угольной мелочи до размеров частиц менее 3 мм проводят смешение и совместное измельчение угля и растительного материала в соотношении, мас.%: 75-95:25-5 соответственно до размеров частиц смеси менее 0,2 мм, часть полученной смеси в объеме около 1/3 смешивают со связующим до образования массы зародышевых зерен размером 3-5 мм и на гранулирование одновременно направляют оставшуюся часть смеси в объеме около 2/3 и образованную массу зародышевых зерен, при этом для образования зародышевых зерен и гранулирования используют одно и то же связующее, гранулирование проводят до образования гранул размером 15-30 мм, полученные гранулы сушат при 120-250°С в течение 5-25 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки растительного материала используют древесные опилки или свекловичный жом.
3.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют - мелассу.
4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что для образования зародышевых зерен связующее подают на смешение в количестве 1-10% от массы подаваемой смеси и для гранулирования связующее подают в количестве 1-10% от массы смеси, направляемой на гранулирование.
5. Установка для осуществления способа по пп.1-4, включающая емкость для сырья - угольной мелочи и емкость для добавки - растительного материала, обе соединенные с общим смесителем, а также тарельчатый гранулятор, соединенный с емкостью для связующего, сушильное устройство и фасовочное устройство, отличающаяся тем, что между емкостью для сырья - угольной мелочи и смесителем, выполненным в виде роторно-вальцевой мельницы, введено устройство предварительного измельчения сырья в виде роторной дробилки, между смесителем и тарельчатым гранулятором введено соединенное с ними устройство для образования зародышевых зерен в виде турболопастного смесителя, соединенное также с емкостью для связующего, а также смеситель соединен с тарельчатым гранулятором, который сообщен с сушильным устройством в виде секционной сушилки с системой рециркуляции теплоносителя, сообщенным с фасовочным устройством в виде фасовочной машины.
