Результат интеллектуальной деятельности: БРИКЕТИРОВАННОЕ ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО

Изобретение относится к области разработки эффективного брикетированного твердого топлива для бытовых отопительных печей, каминов, подогревательных устройств теплового водоснабжения, автономных электрогазогенераторов и др.

Известны рецептуры брикетированного твердого топлива на основе веществ неминерального происхождения - продуктов переработки древесного угля пат. RU 2187542; на основе каменного угля и связующего пат. RU 2208044; пат. RU 2043392, пат. RU 2373261; пат. США №3592779, на основе осадков сточных вод (ОСВ) пат. RU 2161641, а также рецептура торфяного брикета по ГОСТ 9963-84. Среди них одним из наиболее распространенных является рецептура торфяного брикета по ГОСТ 9963-84, принятая авторами за прототип.

Общим недостатком известных рецептур брикетированного твердого топлива является их пониженная воспламеняемость и недостаточная механическая прочность брикетов, что приводит к разрушению их при эксплуатации и транспортировке, неравномерному горению с учетом изменений геометрической формы брикетов. Кроме того, аналогам и прототипу присуща зольность порядка 15-25%. При этом зола, образующаяся при горении, сама по себе зачастую требует своей утилизации или захоронения. Известные рецептуры обладают также неудовлетворительными характеристиками по температуре воспламенения и теплоте сгорания.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание экологически чистой рецептуры брикетированного твердого топлива, обеспечивающего, наряду с высокой теплотворной способностью, повышенную воспламеняемость в сочетании с пониженной зольностью и удовлетворительными механическими характеристиками брикетированного твердого топлива при эксплуатации.

Технический результат изобретения достигается за счет использования в составе брикетированного твердого топлива отсевов активного древесного угля и баллиститного пороха с истекшим гарантийным сроком хранения (ГСХ), измельченного до дисперсности 0,5-1,0 мм, а в качестве связующего - полиакриламида (ПАА) в виде водного раствора марки Н-600 по ТУ 6-02-0029912-61-67 либо в виде флокулянта марки «Праестол-2510» ТУ 2216-001-40910172-98, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отсевы активного древесного угля 75-86, баллиститный порох с истекшим гарантийным сроком хранения 10-20, связующее (ПАА) 4-5.

Отсевы активного древесного угля, используемые в качестве исходного сырья, - отходы производства (по фракционному составу) активного древесного дробленного угля (ГОСТ 6217-74). Отсевы активного древесного угля обладают высокой температурой воспламенения (~700°С). Следствием этого является сложность их использования в качестве топливного компонента.

В качестве баллиститного пороха с истекшим (ГСХ) используют артиллерийские баллиститные пороха и баллиститные твердые ракетные топлива (БТРТ) с истекшими (ГСХ), не содержащие в своем составе солей тяжелых металлов и других экологически опасных компонентов.

Сущность изобретения представлена в таблице, где приведены примеры опытных рецептур брикетированного твердого топлива, и заключается в том, что при введении в состав брикетированного твердого топлива измельченных до дисперсности 0,5…1,0 мм баллиститных порохов с истекшими ГСХ существенно улучшается воспламеняемость брикетов. При этом нижний предел размера пороховой баллиститной топливной крошки 0,5 мм ограничен технологическими возможностями измельчения, а верхний предел 1,0 мм обусловлен необходимостью обеспечения равномерного процесса горения брикетов. Введение баллиститной топливной крошки в состав брикетов также улучшает механические характеристики брикетированного твердого топлива.

Как известно, горение баллиститного пороха происходит с выделением значительного количества тепла за малое время, с обеспечением высокого газообразования. Расчетные данные показывают, что запас энергии баллиститных порохов, как правило, составляющий 3,8-6,0 МДж/кг, при их взаимодействии с кислородом воздуха увеличивается примерно в 2 раза.

На образце №1 (таблица) получен отказ по воспламенению, что связано с отсутствием баллиститного пороха в составе и, соответственно, газообразных продуктов его сгорания, активно способствующих воспламенению брикетов. При введении в состав 10% (образец №2) измельченного баллиститного пороха с истекшим ГСХ улучшается воспламеняемость, а также обеспечивается необходимая температура воспламенения брикета - 200-250°С, его эффективность, в том числе теплотворная способность, которая выше, чем у торфяного брикета-прототипа. При введении в состав 30% и более (образец №6) баллиститного пороха чувствительность брикетированного твердого топлива к механическим воздействиям, а именно чувствительность к удару, становится недопустимой. Определение чувствительности к механическим воздействиям было проведено по действующим методикам оценки данных характеристик для взрывчатых компонентов.

Введение в состав брикетированного твердого топлива 10…20% измельченного баллиститного пороха с истекшим ГСХ позволяет получить оптимальный комплекс характеристик (образцы №№ 2, 3, 4, 5).

Нижний предел по содержанию отсевов активного древесного угля 75% обеспечивает достаточно высокую энергетическую эффективность брикета как теплотворного элемента, а верхний предел 86% ограничен необходимостью содержания в брикетированном топливе дополнительных компонентов, а именно измельченных баллиститных порохов с истекшими ГСХ и связующего - ПАА 4-5%. При этом нижний предел содержания связующего позволяет обеспечить эффективное скрепление массы брикета в целом, а верхний предел ограничен энергетической инертностью, снижающей энергетику брикетированного твердого топлива.

В настоящее время основные исходные компоненты патентуемого брикетированного твердого топлива: отсевы активного древесного угля и баллиститные пороха с истекшими гарантийными сроками хранения, не находят практического применения и уничтожаются прямым сжиганием или захоронением, что неблагоприятно сказывается на экологической обстановке.

При использовании указанных компонентов в составе предлагаемого брикетированного твердого топлива решается данная проблема, за счет фактической комбинированной утилизации и получения положительного эффекта - улучшение воспламеняемости, снижение зольности, высокой теплотворной способности при удовлетворительных эксплуатационных характеристиках патентуемого брикетированного твердого топлива. Изготовленное в лабораторных условиях брикетированное твердое топливо легко воспламенялось и горело с красным свечением без образования открытого пламени, копоти и запаха. Эксперименты с топливными брикетами проведены в опытных условиях Открытого акционерного общества «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (ОАО «НИИПМ»).