РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ГРАНУЛ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ И ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR FUEL PELLETS FROM VEGETABLE WASTE AND SECONDARY MATERIAL RESOURCES
Назаров В.И., Макаренков Д.А., Трефилова Я.А.
(МГМУ(МАМИ), г.Москва, РФ)
Nazarov V.I., Makarenkov D.A., Trefilova J.A
(The Moscow State Engineering University, Moscow, Russian Federation)
Рассмотрены вопросы гранулирования топливных брикетов на основе отходов различной природы (древесные опилки, лузга масличных культур, пивная дробина, кизельгур, технический углерод). Получены компрессионные кривые различных смесей, определена их плотность и прочность и оптимальные режимы процесса гранулирования. Разработано аппаратурное оформление процесса гранулирования на роторных прессах с плоской матрицей.
Questions of granulation fuel briquettes from waste of different nature (wood chips, husk oilseeds, spent grains, kieselguhr, carbon black). Obtained compression curves of different mixtures, to determine their density and strength and optimal modes of the granulation process. Designed hardware design granulation process by rotary presses flat die.
Ключевые слова: экология, гранулирование, топливные гранулы, многокомпонентные полидисперсные шихты, плотность, прочность, теплотворная способность.
Key words: ecology, granulation, pellets, multicomponent polydisperse charge, density, strength, calorific.
В настоящее время использование возобновляемых энергоресурсов позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды. Применение топливных гранул (ТГ) на основе растительных отходов, пивной дробины, торфа и других вторичных материальных ресурсов (ВМР) снижает выброс парниковых газов. Кроме экологических преимуществ их использование уменьшает экономическую зависимость потребителей топлива от растущих цен на нефть и газ.
В Московском Государственном Машиностроительном Университете (МАМИ) были проведены комплексные исследования процесса гранулирования ТГ методом прессования. В качестве модельных сред использовались материалы с различными структурно-деформационными характеристиками. ( см. таблицу)
Таблица - Состав исследованных смесей топливных гранул
|
№ |
Компонент смеси, % масс. |
Номер смеси |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|||
|
1 |
опилки (сосна) |
31,25 |
40 |
33,3 |
31,25 |
83,3 |
|
|
40 |
|
|
2 |
лузга подсолнечника |
31,25 |
|
|
21,88 |
|
17,86 |
41,7 |
|
|
|
3 |
пивная дробина |
21,9 |
28 |
33,3 |
|
|
35,7 |
|
|
|
|
4 |
кизельгур |
|
|
|
|
8,3 |
|
|
|
|
|
5 |
торф |
|
28 |
|
31,25 |
|
35,7 |
41,7 |
|
|
|
6 |
активный ил |
|
|
23,3 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
технический углерод |
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
8 |
аммиачная селитра |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
9 |
50 % водный раствор лигносульфоната |
15,6 |
|
|
|
|
|
16,6 |
5 |
|
|
10 |
50 % водный раствор ПВА |
|
4 |
10 |
15,6 |
8,3 |
10,7 |
|
|
|
Исследования проводились в закрытой матрице с получением прессовок с размером гранул dгр=14 мм и dгр=20 мм. Были получены компрессионные кривые (см. рис. 1а, 1б и 2) для смесей с различными связующими в широком диапазоне удельных давлений прессования. Из кривых рис.1 видно, что при насыпной плотности исходных смесей ρнас=250-500 кг/м3 максимальная плотность 700-1100 кг/м3 достигается при удельном давлении Руд=50-110 МПа. Соответственно предел прочности на раскалывание σраск=0,2-0,3 МПа достигается в диапазоне Руд=50-130МПа. При этом влажность смесей изменялась в диапазоне W=(7-25) масс.%.
Установлено, что исследованные смеси являются многокомпонентными полидисперсными шихтами (МПШ). Для получения из них ТГ с высокими физико-механическими и теплофизическими свойствами их необходимо подвергать дополнительному измельчению до требуемой однородности и узкого гранулометрического состава. Таким образом, происходит механоактивация исходных дисперсных шихт, а также при вводе связующего снижаются удельные давления прессования и, соответственно, энергозатраты.
Рисунок 1а- Зависимость плотности топливных гранул от удельного давления прессования и исходной влажности МПШ: смесь1- Wисх=20,48 масс.%; смесь2- Wисх=14,94 масс.%; смесь3- Wисх=16,3 масс.%; смесь4- Wисх=23,3 масс.%
Рисунок 1б- Зависимость плотности топливных гранул от удельного давления прессования и исходной влажности МПШ: смесь5- Wисх=7,53 масс.%; смесь6- Wисх=11,11 масс.%; смесь 7- Wисх=14,9 масс.%; смесь 8- Wисх=8,7 масс.%
Рисунок 2- Зависимость прочности топливных гранул от удельного давления прессования и исходной влажности МПШ: смесь 1- Wисх=20,48 масс.%; смесь2- Wисх=14,94 масс.%; смесь3- Wисх=16,3 масс.%; смесь 4- Wисх=23,3 масс.%; смесь 5- Wисх=7,53 масс.%; смесь 6- Wисх=11,11 масс.%; смесь7- Wисх=14,9 масс.%; смесь 8- Wисх=8,7 масс.%
Кроме того, исследовалось влияние термонагрева на процесс пластификации МПШ. Установлено, что при этом выделяются смолистые вещества и среда переходит от сыпучей к связанной или сыпуче-пластичной. В результате обеспечивается более полное смачивание частиц жидкой фазы и прочность гранул достигается при меньших давлениях прессования. Показано, что у ТГ, полученных из исследуемых смесей более высокая теплотворная способность по сравнению с гранулами из чистых опилок.
На основе проведенных исследований разработана технологическая мини-линия с роторным гранулятором с плоской матрицей, каналы которого имеют переменное сечение.
Список использованных источников
1. Булатов И.А., Назаров В.И. Разработка процесса гранулирования древесных топливных гранул методом прокатки на роторных прессах // « Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития»: Международный Интернет-Форум молодых ученых, аспирантов и студентов. http:// www.msuie.ru/unesco.forum/dok1/13.dok.; 2005-2006 г.г.; г. Москва, Россия.