Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОБЕЗВОЖЕННЫХ ИЛОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ТОПЛИВНЫЕ БРИКЕТЫ В ФОРМЕ ЦИЛИНДРОВ

Изобретение относится к технологии производства формованного (брикетированного, экструдированного) твердого топлива на основе обезвоженных илов очистных сооружений осадков городских сточных вод (ОСВ), которое может быть использовано для коммунально-бытовых нужд, а также в промышленности в котлах твердотопливных котельных как альтернатива дровам, бурым углям, торфу и сланцам, при этом частично решается проблема снижения загрязнения окружающей среды отходами.

Известны технические решения по использованию обезвоженных илов очистных сооружений в качестве топлива, например, патент RU №2130047 «Топливный брикет и способ его получения» (кл. C10L 5/02, C10L 5/44, C10L 5/12, C10L 5/14), включающий смешение измельченных твердых отходов и обезвоженного активного ила со связующим на основе отходов нефтеперерабатывающего производства - нефтешлама, брикетирование смеси и их последующую сушку.

За прототип предлагаемого технического решения принят способ получения формованного топлива, изложенный в патенте RU №2131449 «Формованное топливо и способ его получения» (кл. C10L 5/14, C10L 5/44, C10L 5/46, C10L 5/48). Способ включает смешение сгущенных илов очистных сооружений и измельченного твердого топлива, формование смеси и последующую сушку формовок, при этом используют илы очистных сооружений с содержанием воды 70÷80 мас.%, формуют смесь при давлении 0,1÷25 МПа и сушат формовки при 50÷180°C в течение 1,5÷0,4 ч или при температуре окружающей среды 5÷30 ч, при этом формованное топливо содержит, мас.%: илов очистных сооружений с содержанием воды 5÷14% - 13÷38% и измельченное твердое топливо - остальное.

Задачей предлагаемого технического решения является получение формованного твердого топлива с более высокой теплотворной способностью, а также повышенной механической прочностью.

Поставленная задача решается за счет того, что проводится поэтапная переработка сырья на основе сгущенных илов очистных сооружений, включающая измельчение частиц с гомогенизацией получаемой массы; обеззараживание исходного сырья и получение формованного топлива с повышенной теплотворной способностью и механической прочностью, включающая дозирование и перемешивание измельченных твердых компонентов (древесные, растительные отходы, торф, угольная мелочь), нефтешлама и илов очистных сооружений, формование смеси и последующую сушку формованного топлива в виде брикетов, при этом после смешивания в смесителе подготовленная масса подается в специальный роторно-пульсационный аппарат, где смесь под давлением 15÷20 МПа подвергается механоактивации, гомогенизации и реструктуризации, выдержке в течение 2÷3-х часов, после чего формовочную смесь обогащают нефтешламом и подают в формовочный экструдер, при этом для смешения используют илы очистных сооружений с содержанием воды 55÷25 мас.%, и сушат формовки при 70÷80°C в течение 30÷50 минут или при комнатной температуре 2-3 суток до влажности 17÷22%, при этом формованное топливо содержит, мас.%: измельченные твердые компоненты, содержащие древесные, растительные отходы, торф, угольную мелочь - 40÷70%, нефтешлам - 5÷6%, илы очистных сооружений - остальное.

Формование смеси происходит в выходном мундштуке экструдера в виде цилиндров длиной 100÷170 мм.

Основой переработки текучих и вязкотекучих сред является кавитация, которая инициируется в потоках посредством применения роторно-пульсационных аппаратов и выполняет две функции: измельчение частиц с гомогенизацией получаемой массы и обеззараживание исходного сырья.

Отрицательный перепад давлений вызывает разрыв текучих сред и появление кавитационных каверн, которые несут в себе энергию «гидроудара». Эти каверны малостабильны и их схлопывание высвобождает энергию малых объемов. При этом в конечной стадии схлопывания температура и давление столь велики, что в среде происходит разрушение с возникновением ударной волны.

Ширина фронта ударной волны сопоставима с размерами больших молекул, молекулярных конгломератов и микроорганизмов. Эффективность этого процесса определяется перепадом гидродинамических величин в ударной волне, шириной фронта и свойствами объектов воздействия.

В результате кавитационных процессов происходит реструктуризация: разрушение микрочастиц (в том числе и яиц гильментинов) и капилярнопористой структуры материала с высвобождением из нее связанной воды и с переводом ее в несвязанную, что приводит к увеличению пластичности вязкотекучих свойств исходного материала с одновременной его гомогенизацией.

Воздействие ударной волны испытывают на себе все компоненты материала, в том числе жиры, углеводороды, минеральная часть и т.п. Это приводит к разрушению исходного материала и образованию нового материала со свойствами, существенно отличающимися от первоначальных.

Смешанная масса без добавки масел подается в гомогенизатор, где она претерпевает ударно-сдвиговые нагрузки. В результате этих нагрузок (механоактивации) содержащиеся в торфе гуминовые кислоты переходят в водорастворимую фазу, которые начинают активно взаимодействовать с тяжелыми металлами, переводя их в безопасные соли. Для лучшего прохождения этих процессов, механоактивированная масса должна пройти выдержку в течение 2÷3 часов. После этого в нее вводится маслоотработка и проводится формовка топлива.

При формовании некоторая часть влаги отжимается в межфланцевом зазоре мундштука и корпуса экструдера. При этом выходная влажность формуемого брикета становится меньше на 5÷7% по отношению к исходной. Далее масса, имеющая в своем составе от 40 до 60% твердого наполнителя (древесные опилки, шелуха семечек, перья и т.п.), укладывается на сушильные лотки или на конвейер проходной сушилки. Температура сушки - 70÷80°С, время сушки - 30÷50 минут при интенсивном продувании теплым воздухом. Сформованные брикеты могут сушиться и на открытых продуваемых площадках, защищенных от дождя. Остаточная влажность при этом достигает средней равновесной влаги в течение двух-трех суток и составляет 17÷22% (в зависимости от региона), а внесенные отработанные масла (нефтешлам) придают гидрофобные свойства брикетам и угнетают рост споровых грибов и плесени. Форма и размеры брикета определяются выходным мундштуком экструдера и могут быть круглого и многогранного сечения, с центральным отверстием и без него.

В таблице приведены примеры составов композитной смеси топливных брикетов и их технические параметры. Подготовленная формовочная композитная масса по рецептуре, указанной в таблице, легко экструдируется в шнековом прессе в топливные брикеты с максимальной производительностью.

Для сжигания в топках котельных разработчик рекомендует состав брикетов №4, при отсутствии отсевов каменноугольной мелочи и пыли возможна замена на молотый шлак каменного угля, что повысит эффективность сгорания брикетов, сравняет их теплотворную способность с каменным углем, снизит выбросы в атмосферу и повысит энергетическую эффективность. После просушки путем обдува теплым воздухом в течение 2 суток - брикеты готовы для упаковки и перевозки на поддонах или в мешках.

На фиг.1 приведены фотографии топливных брикетов, изготовленных из композитных смесей на основе торфа, илов и опилок.

Пример

Используют следующие компоненты, измельченные до максимального размера 0÷6 мм (допускаются отдельные включения (10÷15 мм) в количестве до 10% от общей массы): торф (низовой влажный) - 20,5 мас.%, опил древесный (сухой) - 44,0 мас.%, ил очистных сооружений (влажный) - 30,0 мас.%, перемешивают в смесителе принудительного типа с получением однородной массы, с доведением влаги до 35%.

После смешивания в смесителе подготовленная масса подается транспортером в загрузочную воронку специального роторно-пульсационного аппарата, в котором при давлении 15-20 МПа происходит ее гомогенизация. Смешанная масса претерпевает ударно-сдвиговые нагрузки приводящие к изменению структуры сырьевой массы.. Механоактивированная масса выдерживается в течение 2÷3 часов, после чего в нее вводится нефтешлам (отработка жидкая) в количестве - 5,5 мас.% и, далее, проводятся уплотнение и формование в выходном мундштуке экструдера в виде цилиндров наружным диаметром 42 мм, внутренним - 8 мм и длиной 100÷170 мм. При формовании часть влаги отжимается в межфланцевом зазоре мундштука и корпуса экструдера, выходная влажность формуемого брикета становится меньше на 5-7% по отношению к исходной. Отформованные брикеты укладываются на сушильные лотки на открытую продуваемую площадку в теплое время года (или закрытую площадку в зимнее время) и сушатся до влажности не более 22%. Температура сушки плюс 16÷22°C. Полученный брикет обладает следующими свойствами: влажность 22,0%, плотность после формования 1,11 г/см³, плотность после сушки в течение суток 0,84 г/см³, теплотворная способность 5600 ккал/кг, прочность на сжатие около 10 кг/см².

Формованное топливо в виде брикетов предназначено для слоевого сжигания в котлах твердотопливных котельных как альтернатива дровам, бурым углям, торфу и сланцам, при этом теплотворная способность достигает значения от 5000 ккал/кг до 5600 ккал/кг.

Формованное топливо может подвергаться газификации для получения синтез-газа и углеродного остатка.

Формованное топливо обладает высокой механической прочностью, позволяющей снизить затраты на его хранение, погрузку, разгрузку и транспортировку.