Исследование потребительских свойств брикетов из антрацитовых штыбов и нового комплексного связующего - международный журнал экспериментального образования

Применение

Топливные брикеты применяются в качестве твёрдого топлива для каминов и печей любых видов, в том числе твердотопливных котлов систем отопления. Так как топливные брикеты экологически чистый продукт и горят практически бездымно, идеально использовать их для обогрева жилых помещений, бань, палаток, теплиц, овощных ям и т. д.

Изготовление брикетов – хорошая альтернатива прямому использованию соломы и древесных отходов в виде топлива. Брикеты выделяют больше тепла, чем солома, опилки и щепа в чистом виде, увеличивая коэффициент полезного действия котельных, не требуют больших складских площадей и при хранении не самовоспламеняются. Например, при сжигании 1 т древесных гранул выделяется столько же энергии, сколько при сжигании 1,6 т древесины, 480 м3 газа, 500 л дизельного топлива или 700 л мазута.

Брикетирование угля в домашних условиях

Для брикетирования угля в домашних условиях промышленная технология не подходит. Высокая цена оборудования для производства угольных брикетов, большие энергозатраты, необходимость получения огромного количества разрешений от госорганов в разы увеличивает себестоимость готовой продукции. Но с целью отопления небольшого частного дома необходимости в организации масштабного производства нет. Для изготовления 3-4 тонн брикетов (зимний запас) вполне можно обойтись подручными средствами.

Оборудование для брикетирования в домашних условиях

Самый простой способ, который был хорошо знаком еще нашим прадедам:

Угольная пыль смешивается с глиной в соотношении 10:1 с добавлением небольшого количества воды для образования густой массы. Глина является безопасным связующим компонентом, который не даст брикетам развалиться

Важно тщательно перемешать все компоненты смеси. С этой целью часто используют строительный миксер.
Далее раствор разливается по формам

Это могут быть как специальные емкости, так и бывший в употреблении инвентарь (старые кастрюли, ведра, ящики). Если нет емкостей, угольные лепешки можно формировать и вручную, как делали наши предки.
После полного высыхания брикетированный уголь можно отправлять на хранение.

Несмотря на то, что, согласно производственной технологии, смесь сушится, во время домашней заготовки брикетов смесь увлажняется. В данном случае угольные брикеты, сделанные своими руками, имеют следующие отличительные черты:

Неидеальная форма.
Разный уровень влажности и, следовательно, теплоотдачи.
Невысокая прочность, которая не позволяет транспортировать брикеты.

Самодельный угольный брикет

Но данные свойства не мешают изделиям с низкой себестоимостью хорошо гореть, особенно по сравнению со спекшейся пылью. Такой вариант гораздо удобнее и практичнее.

А если процесс все-таки хочется как-то автоматизировать, то можно последовать примеру домашних умельцев и самостоятельно изготовить оборудование, похожее на производственное:

Станок, позволяющий сделать брикеты вручную. Инструкцию того, как сделать станок, легко найти в сети Интернет. Для ручного прессования хорошо подходит агрегат, предназначенный для домашнего производства кирпичей. Материалами, позволяющими сварить раму, являются профильная труба и уголок 40*40 мм. Сверху монтируется приемный бункер. Сбоку крепится ручной механизм для брикетирования смеси в изделия прямоугольной или цилиндрической формы. Технология:
- Сырье максимально измельчается. Мелкая фракция обеспечивает прочность и качество брикета.
- Добавление воды позволит приготовить липкую к рукам смесь. Допустимо добавление глины в небольшом количестве, чтобы несильно повысить зольность горючего.
- Далее смесь засыпается в бункер, откуда происходит наполнение формы. Брикет выдавливается нажатием рычага.
- Обратное движение рычага приводит к выталкиванию брикета из формы. Он снимается и располагается на солнце для высыхания.
Шнековый пресс, где изделия брикетируются методом экструзии. В данном случае финансовые затраты на сборку машины, как и ее производительность будут больше. Вам понадобится:
- Толстостенная труба из стали для изготовления корпуса. Внутри она протачивается согласно желаемому размеру шнека.
- Шнек, произведенный из углеродистой стали повышенной прочности.
- Матрица с одним или несколькими отверстиями из того же материала.
- Электродвигатель мощностью от 4 кВт.
- Ременная передача (минимум 3 ремня).
- Приемный бункер.

Технология изготовления брикетов угля без связующего

Изготовление корпуса, матрицы, шнека лучше доверить хорошему токарю

Важно, чтобы диаметры шкивов обеспечивали скорость вращения шнека не более 200 оборотов/мин. Двигатель необходимо заземлить перед подключением его к домовой электросети

Технология производства:

Сырье измельчается и смешивается с водой.
При включенном двигателе смесь загружается в бункер.
Появляющиеся «колбаски» режутся на кусочки желаемой длины и выкладываются на стеллаж для просыхания.

Технология производства

В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением (при нагревании или без него). Процесс производства состоит из измельчения сырья, сушки и прессовки. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Лигнин выделяется при высоком давлении и нагревании и придаёт брикетам прочность

Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

Одним из наиболее популярных методов получения топливных брикетов является экструзия с использованием специальных экструдеров.

Для древесных брикетов порода древесины не имеет значения, но желательно единовременно прессовать опилки одной породы .

Некоторые особенности технологии

Путём брикетирования можно превратить в товарную продукцию угольную пыль, мелочь, отсевы и некондицию. Сырьём для этого служат бурые и чёрные угли, поступающие после мойки и просеивания на ситах

При низкой плотности и малой теплоте сгорания они имеют важное достоинство — дешевизну. Антрацит служит дорогим, но высокоэффективным продуктом, имеющим лучшие показатели теплоотдачи, а бурый уголь — самым распространённым и экономичным вариантом

Прессованный древесный уголь потребует сложных технологий и дополнительного оборудования.

Читать так же: основные типы угля и их назначение.

Форма и плотность брикетов влияют на показатели энергоэффективности: они легко воспламеняются, равномерно прогорают, поддерживают постоянную температуру в топке и не разваливаются до окончания процесса. Время экзотермической реакции составляет от 6 до 12 часов, а после этого остаётся всего 3% золы, тогда как традиционный уголь образует её порядка 30%. Фасованное твёрдое топливо способно храниться на открытом воздухе, оно не замерзает на морозе и не разрушается до самого конца горения. В упакованном виде продукция поступает в розничную торговлю или поставляется на экспорт.

В этом видео вы узнаете, как изготавливаются брикеты из угольной пыли:

Свойства брикетированного угля зависят от исходного сырья, его экологической чистоты и защищённости, формы упаковки.

Но главное отличие существует между двумя основными разновидностями, предназначенными для применения:

в промышленности (в составе присутствуют добавки связующего: угольного пека, нефтяного битума, смолы, мелассы и извести, лигносульфоната аммония или полимеров);
в быту (без добавок связующего).

Изготовители твёрдого топлива для нужд металлургии и нефтехимии вводят в угольное сырьё добавки жидкого стекла, цемента, битумных смесей, что делает такое твёрдое топливо неприемлемым для использования в жилых помещениях. Поэтому брикеты первого вида категорически запрещены при разведении огня для приготовления пищи в домашних грилях, мангалах и прочих печах. Высокие температуры, создаваемые брикетами, выведут бытовое оборудование из строя. Продукты питания, контактирующие с дымом от термического разложения связующих, станут непригодными к употреблению. При горении выделяются ядовитые вещества, которые в промышленных условиях улавливаются, очищаются и выбрасываются в атмосферу специальными устройствами. Изготовители брикетов бытового назначения в качестве связующего использовали патоку и крахмал, но сегодня эти технологии утратили практическое значение.

Брикетирование угля в домашних условиях

Так как оборудование для производства каменноугольных брикетов дешевым не назовешь, покупать его для домашнего использования нерентабельно. Но народные умельцы и тут нашли выход из положения. Есть такой способ из угольной пыли сделать приемлемое топливо:

Взять глины 5-10% от массы имеющегося угольного сырья, развести ее до кашеобразного состояния и перемешать с угольной крошкой.
В заготовленные формы плотно уложить состав.
Сформованный брикет вывернуть на полиэтиленовую пленку, где оставить сохнуть. Через несколько дней они становятся достаточно прочными, чтобы складировать в невысокие штабеля.

Для отопления частного дома такой вид топлива подойдет. Но перевозить такие брикеты невозможно – они рассыпаются. Горят лучше, чем пыль, и выдают больше тепла, но имеют довольно большую зольность – к «собственной» золе добавляется глина.

Есть еще механический способ брикетирования мелкого угля и его пыли. С использованием такого пресса промышленных объемов не достигнешь и транспортирования получаемая продукция не перенесет, но из пыли сформовать вполне пригодное для своей печи топливо можно.

https://youtube.com/watch?v=ZBSURtfZK-U

Вот как эти брикеты горят.

https://youtube.com/watch?v=ZYfnnoVxIG4

Согласитесь, установка выглядит вполне работоспособной, а имея руки сделать ее не так и сложно.

Достоинства и недостатки продукта

Продавцы угольных брикетов настаивают на том, что теплотворная способность их товара значительно выше, чем у остальных видов топлива. Это может соответствовать действительности, поскольку теплота сжигания 1 кг антрацита составляет 8 киловатт, а дрова и брикеты на основе древесины выделяют до 5 кВт/кг. К преимуществам брикетированного угля также относятся:

укрупнение частиц исходной фракции;
уменьшение объёма вредных выбросов в атмосферу при горении;
высокое качество продукции при стандартных показателях;
лёгкость хранения и транспортировки;
простота контроля расходования;
борьба с самовозгоранием угольной мелочи;
экологическая чистота и отсутствие вредных химических добавок;
высокая теплоотдача;
лёгкость воспламенения и длительность горения.

Однако владельцы твердотопливных котлов называют ряд причин низкой популярности угольных брикетов в сравнении с древесными аналогами. К недостаткам можно отнести следующее:

оборудование тяжело растапливается, а тепла топливо даёт недостаточно;
при горении в помещениях присутствуют неприятные запахи;
изделия свободно крошатся и становятся бесформенными при транспортировке;
образуется большое количество золы.

Негативные отзывы объяснимы, если вспомнить, что недобросовестные производители с целью получения максимальной прибыли пытаются использовать шихту, шлам и другие угольные продукты, непригодные для отопительных нужд. Настоящие антрацитовые брикеты с насыщенно-чёрным глянцевым цветом найти в продаже трудно. Отсюда следуют закономерные выводы, что предпочтительнее изготавливать угольные брикеты самостоятельно и приобретать для этого сырьё высокого качества.

Не стоит тратить силы и средства на прессование низкокалорийных сортов угля, хотя и такие брикеты в грамотном сочетании с дровами значительно снизят общие затраты в отопительный сезон. Изготовленные кустарным способом, они невыгодно отличаются от заводских аналогов: дают немного тепла при горении, хрупкие и разрушаются при перевозке. Но здесь есть возможность позаботиться о качестве исходного материала и отрегулировать содержание добавок. А себестоимость домашних кирпичиков, подушечек и колбасок получается значительно привлекательнее, чем цены их фабричных собратьев.

Стадии промышленного способа

Изготовление каменноугольных брикетов имеет давнюю историю и получило новое развитие с появлением специальных прессов. Это повысило производительность труда и позволило выпускать продукцию с достойными показателями плотности и теплоотдачи при сохранении низкой себестоимости.

В заводских условиях для изготовления угольных брикетов применяется технологическая цепочка, состоящая из сушилки, дробилки и пресса, а доставка продукции обеспечивается ленточным конвейером.

Брикетирование проходит множество стадий

Брикетирование с использованием добавок связующего осуществляется в несколько стадий:

Сушка исходного сырья. Возможен прямой способ, использующий подогретый газ, или косвенный, где работает тёплый пар. Прочность готового брикета зависит от того, сколько влаги содержали исходные компоненты. Допустимая влажность составляет порядка 15%.
Извлечение летучих веществ. Необходимо для углей низкого качества, загрязнённых примесями. Осуществляется в перегонном аппарате или коксовой печи.
Сортировка по фракциям. Мелочь с размером частиц до 6 мм направляется в специальный бункер для смешивания, а сырьё более 6 мм — в дробилку.
Измельчение крупной фракции в дробилке до размера частиц менее 6 мм. Чем меньше габариты зёрен, тем прочнее получается брикет.
Соединение со связующими веществами при нагревании в лопастном смесителе или глиномешалке. Требуется, чтобы обеспечить достаточную прочность изделий при транспортировке и применении. Массовая доля добавок колеблется от 5 до 15%.
Уплотнение прессованием в оборудовании различных конструкций. В зависимости от особенностей установок рабочее давление достигает 150 МПа. Плотность смеси из угля и связующего увеличивается в несколько раз — от 1,5 до 3.
Обжиг в замкнутом конвейере с подогревом от высокотемпературных газов. Для укрепления брикетов ряд связующих (лигносульфонаты аммония, нефтяной битум) требует дополнительной термообработки при 300°C.
Охлаждение в бункере с воздушной циркуляцией. За 8 часов готовые изделия приобретают температуру окружающей среды, а отходящие газы собираются, очищаются и удаляются в атмосферу. Возможен вариант охлаждения путём гашения специально подготовленной водой.
Упаковка и транспортировка на склады хранения.

Оборудование для производства брикетов

Способ формирования изделий зависит от используемой оснастки. Возможны два принципиально разных типа агрегатов:

Штемпельный пресс. Подходит для выпуска больших партий брикетов ввиду энергоёмкости и финансовой затратности. Разогретой угольной массой заполняют формы и прессуют под давлением от 100 до 120 МПа. Готовая продукция охлаждается и приобретает вид кирпичей, таблеток и подушек.
Экструзионная машина. Имеет меньшую затратность и более скромную производительность. Пластичная угольная смесь подаётся шнеком в матрицу и продавливается через неё. Экструдированные брикеты имеют форму цилиндров с отверстием в центре.

Для получения подобного брикета используется несколько оборудований

Технологии брикетирования угля

Угольные брикеты изготавливают из бурого угля, крошки и пыли антрацитов и каменных углей, полукоксовой и коксовой мелочи. В зависимости от типа исходного сырья в него добавляются или нет связующие компоненты.

Формирование брикетов из бурого угля происходит без добавления связующих, так как сам материал содержат до 20% битумов. При переработке сырье измельчают, нагревают и сушат, доводя до 18-20% влажности. После охлаждения полученную крошку подают в пресс высокого давления, где формируется кусковое топливо. Их после охлаждения можно использовать или улучшить качественные характеристики в установках по полукоксованию.

Пресс для брикетирования угля

Брикетирование мелочи каменных углей также может происходить как с использованием связующих, так и без них. При промышленном изготовлении в качестве связующего элемента добавляют следующие вещества:

нефтебитум;
лигносульфонаты;
меласса;
жидкое стекло;
цемент.

Жидкое стекло и цемент используются при переработке некоторых видов угля и мелкого кокса. Такие брикеты применяют в металлургии в тех процессах, где наличие подобных составляющих допустимо. Каменноугольная смола и нефтебитум также используются для производства топлива промышленного применения. Для отопления домов такие брикеты не подходят: при сгорании выделяется бензопирен и другие вредные вещества, так что они запрещены СЭС и спрос на них весьма ограничен.

Есть две технологии брикетирования: с добавлением связующего компонента или без него

Для брикетов бытового использования в качестве связующего элемента используют чаще всего крахмалы, которые добавляют в крошку до получения вязкой массы. Иногда добавляют сахара, целлюлозу, патоку. Глина, гипс и известь используются реже, так как увеличивают зольность и снижают удельную теплоемкость топлива. Тип и количество связующего компонента подбирается исходя из качеств угольного сырья в процессе производства. Ориентиром служат механические характеристики брикета, но важна также и энергетическая ценность получаемого топлива.

Изготовление угольных брикетов для бытового использования состоит из следующих этапов:

Сушка. Чем меньше влаги в сырье, тем прочнее будут брикеты.
Удаление летучих составляющих. Этот этап необходим при переработке угля низких сортов с содержанием большого количества летучих веществ. Используют для этого коксовую печь или перегонный аппарат.
Измельчение.
Добавление связующих веществ и перемешивание его с угольной крошкой. Данный состав называют шихтой.
Смесь подается на пресс, где под давлением формуются брикеты.
В некоторых случаях (зависит от используемого связующего компонента) требуется нагрев в печи до 300оС.
Охлаждение.

Разработки последних лет позволили формировать каменноугольные брикеты без применения связующих из любых отходов угольной промышленности. Брикетирование в таких установках проходит в два этапа. Сначала измельченный уголь проходит первоначальное уплотнение за счет удаления пустот между частицами. Затем путем повышения давления до 100—200 Мн/м2 происходит деформация и уплотнение самих частиц.

Так выглядит прессованный уголь

При этом выделяются фенолы и смолы, которые при добавлении воды образуют натуральный связующий компонент. Весь процесс находится под контролем микропроцессора. Полученные таким способом брикеты горят без дыма и не выделяют вредных веществ. Стоит ли говорить, что подобный пресс для брикетирования угля стоит немало? Отсюда и высокая стоимость конечной продукции. Зато перерабатывается уголь любой марки, брикеты получаются крепкие, с большой теплотворной способностью, горят без дыма и каких-либо существенных выделений атмосферу.

Теплотворная способность брикетов из каменного угля 6000ккал/к

Есть еще несколько технологий, позволяющих делать каменноугольные брикеты без связующих. Для этого используют специальные валковые прессы, но перерабатываются таким способом не все марки. В некоторых разработках к крошке высокосортных углей добавляют некоторую часть сырья с высоким содержанием смол (спекающиеся угли). Полученную смесь разогревают до температур пластификации спекающихся углей, после чего смесь немного остужают и затем формуют брикеты.

Домашняя фасовка твёрдого топлива

Процесс кустарного брикетирования отличается от происходящего в заводских условиях невысоким уровнем механизации и тем, что вместо того, чтобы сушить исходные компоненты, их смачивают. Для нужд отопления стандартного частного дома не придётся организовывать грандиозное производство с серьёзными энергозатратами и дорогостоящим оборудованием. Заготовить на осенне-зимний период три или четыре тонны экономичного твёрдого топлива можно и старинными дедовскими методами.

Стадии домашнего брикетного производства:

Угольная пыль берётся в чистом виде или с добавками глины в пропорции 10:1 и разбавляется водой до получения необходимой густоты. Безопасное глиняное связующее препятствует разрушению готовых брикетов, но повышает зольность. Высокое качество перемешивания позволяет получить использование строительного миксера.
Однородным раствором заполняются подготовленные формы. Для этого подойдут как специальные ёмкости, так и кастрюли, вёдра или бывшие в употреблении контейнеры. Брикеты можно просто лепить руками, как делали раньше.
Готовая продукция сушится и складывается в местах хранения.

Самодельные каменноугольные брикеты отличаются от фабричных невыгодными качествами. Они имеют неидеальную форму, разный уровень влажности и теплоотдачи, невысокую прочность, затрудняющую транспортировку изделий. Но это не мешает самодельным угольным брикетам быть экономичными и удобными в применении, иметь низкую себестоимость и высокую теплотворную способность. Эти преимущества выгодно отличают их от спёкшейся пыли.

При создании оборудования, аналогичного промышленному, за основу берётся пресс для выпуска самодельных кирпичей. Его усовершенствуют загрузочным бункером и устройством для формирования брикетов в виде брусков, подушек или цилиндров. Если предусмотреть образование сквозных отверстий, то это будет способствовать лучшему горению и увеличит теплоотдачу готовых изделий.

Можно и в домашних условиях осуществить прессовку

Технология кустарного прессования брикетов выглядит таким образом:

Угольная пыль и некондиция тщательно измельчаются, от этого зависят конечные показатели прочности.
Сырьё смешивается с водой и глиной до получения вязкой и липнущей к рукам консистенции.
Масса загружается в бункер и нажатием рычага выдавливается, заполняя форму.
Когда рычаг движется обратно, готовый брикет выталкивается наружу, удаляется и раскладывается на солнце для сушки.

Производство станка для домашнего брикетирования древесного угля методом экструзии стоит доверить профессиональному токарю. За материалы и работу по изготовлению корпуса, матрицы и шнека придётся заплатить немалую сумму, но и производительность такого оборудования будет выше.

Тестирование сырья и связующего для угольных брикетов

Уголь в каждом конкретном месторождении имеет индивидуальные химические и физические характеристики, в каждом регионе могут быть доступны различные связующие.

Для точного определения требуемого состава и характеристик оборудования необходимо проведение предварительного тестирования материала заказчика на заводе изготовителе
компании “Sahut Conreur SA” во Франции. Для проведения тестов заказчику необходимо отправить уголь во Францию на тестирование.