Угольная пыль применение бизнес план
Домовладельцы, обогревающие свои жилища котлами и печами на твердом топливе, хорошо знают, насколько сложно и неудобно сжигать мелкие фракции угля, а тем более угольную пыль. Часть такого топлива ссыпается в зольный отсек и попадает в отход, другая перекрывает поток воздуха из колосниковой решетки и оттого плохо горит.
Решение проблемы — спрессовать эту мелочевку в брикеты, дающие хорошее горение и выделяющие много тепла. Промышленное брикетирование угля применяется достаточно давно, но технологию прессования можно реализовать и в домашних условиях. Как это сделать – изучаем в данном материале.
Производство угольных брикетов в заводских условиях
Мелкие каменноугольные фракции и пыль отличаются невысокой плотностью и низкой удельной калорийностью. Зато их можно дешево купить, а потом превратить в качественное горючее путем уплотнения в ограниченном объеме. Проще говоря, изготовить прессованные угольные брикеты, чья плотность и теплотворная способность гораздо выше.
Так горят заводские (слева) и самодельные (справа) брикеты из угля
Чтобы сделать такие брикеты из мелкого каменного угля своими руками, нужно разобраться, как и с помощью каких станков их штампуют на заводе. Оборудование для производства отопительных брикетов представляет собой технологическую линию, состоящую из таких установок:
- дробилка;
- сушильная камера;
- пресс для брикетирования.
Примечание. Единицы оборудования перечислены в той же очередности, в какой они стоят согласно технологии. Подача сырья и его перемещение между установками производится посредством ленточных либо шнековых конвейеров.
Процесс прессования каменноугольного топлива происходит следующим образом:
- В дробилке угольная мелочевка измельчается до частиц одинакового размера, зависящего от характеристик прессового оборудования. Максимально допустимая крупность фракции – 6 мм.
- В сушилке влажность сырья уменьшается до значения 15% (максимум).
- Последний этап – прессование, выполняемое под давлением от 20 до 120 МПа, в зависимости от используемой технологии.
Штемпельные (валковые) прессы производительностью 10 и 25 тонн в час
Иногда для прочности конечного продукта в сырье добавляются органические или минеральные связующие, а перед уплотнением смеси ее нагревают до температуры 250—350 °С. Существует 2 способа прессования угольных брикет для отопления:
- на штемпельных (валковых) прессах;
- посредством экструзионных машин.
Штемпельный пресс сдавливает нагретую угольную смесь в специальных формах, развивая усилие 100—120 МПа, после чего брикетированный уголь проходит процесс охлаждения и фасовки. На выходе получаются изделия в виде «таблеток», «подушечек», цилиндров и кирпичиков с отверстиями.
Данный способ производства угольных брикетов используется для изготовления топлива в больших количествах и влечет за собой немалые финансовые и энергетические затраты.
Изготовление методом экструзии заключается в продавливании сырья шнековым прессом сквозь матрицу с калиброванными отверстиями. На выходе имеем угольный брикет цилиндрической формы в виде «колбаски». Это более дешевая, но менее производительная технология брикетирования угля.
Экструдеры для прессования угольной пыли
На характеристики горючего влияет состав первоначального сырья – бурый либо каменный уголь, наличие связующих веществ и другие факторы. Но обычно теплотворная способность заводского брикета составляет не менее 7 кВт/кг при влажности 8% и максимальной зольности 8.5%.
Как можно сделать брикеты из угля своими руками?
В домашних условиях невозможно реализовать промышленную технологию. Причины — высокая цена оборудования для производства угольных брикетов, большие энергозатраты и необходимость согласования своих действий с местными властями. Но хозяину частного дома и не нужно разворачивать грандиозное по масштабам производство, чтобы обеспечить отопление жилища. Достаточно изготовить 3—4 тонны угольных брикет, которых хватит на всю зиму.
Прессованный уголь в брикетах можно получить двумя способами:
- сварить станок для формовки брикета из металлопроката и выдавливать изделия вручную;
- собрать своими руками шнековый пресс, чтобы брикетировать каменноугольную мелочь методом экструзии.
В том и другом случае не удастся добиться характеристик, близких к показателям топлива заводского изготовления. Зато вы сможете успешно отапливать дом, сжигая вместо угольной пыли самодельные брикеты, что гораздо удобнее и практичнее.
Прессование вручную
Для ручного выдавливания подойдет хорошо известный многим мастерам – умельцам станок для изготовления кирпичей в домашних условиях. Его рама сваривается из профильных труб и уголков 40х40 мм, сверху устанавливается приемный бункер. К раме крепится ручной механизм для прессования изделий в прямоугольной форме. Чертеж самодельного пресса для ручного брикетирования угля показан на рисунке:
Прямоугольную форму, используемую для изготовления кирпичей, можно заменить на цилиндрическую, а внутри поместить заглушенные трубки, чтобы в изделиях были сквозные отверстия. Они нужны для лучшего горения угольного брикета, сделанного своими руками.
Технология ручного брикетирования углей выглядит так:
- Сырье нужно постараться измельчить. Чем меньше будет фракция, тем прочнее и качественнее выйдет самодельный брикет.
- Залить немного воды и перемешать, чтобы смесь лепилась руками. Некоторые домашние умельцы добавляют в качестве связующего глину, но это приведет к увеличению зольности горючего.
- Засыпать смесь в бункер, а оттуда наполнить форму. Выдавить брикет нажатием рычага.
- Рычаг при обратном ходе выталкивает изделие наружу. После его следует снять и расположить на солнечной площадке для высыхания. Подробности прессования показаны на видео:
Брикетирование на экструдере
Этот более производительный способ потребует финансовых затрат на сборку шнекового пресса, состоящего из таких элементов:
- корпус из толстостенной стальной трубы, проточенной изнутри под размер шнека, либо сделанный из цельной металлической болванки на токарном станке;
- шнек из углеродистой стали повышенной твердости;
- из той же стали делается матрица с одним или несколькими отверстиями;
- электродвигатель мощностью не менее 4 кВт;
- ременная передача на многоручьевых шкивах (не менее 3 ремней);
- приемный бункер.
Примечание. Вместо ременной передачи можно использовать редукторную, но тогда привод будет жестко соединен с валом. В случае какой-либо аварии редуктор или шнек может выйти из строя.
Принцип действия брикетировочного экструдера и самодельный шнек (справа)
Сложнее всего изготовить корпус, матрицу и шнек. За этим лучше обратиться к знакомому токарю, он заодно выточит вам многоручьевые шкивы нужных размеров. Обратите внимание: диаметры шкивов следует подобрать так, чтобы скорость вращения шнека не превышала 200 оборотов в минуту. Мощный двигатель станка надо заземлить и подключить к домовой электросети через автоматические выключатели.
Небольшой самодельный экструдер
Технология брикетирования на экструдере довольно проста и реализуется в несколько этапов:
- Сырье по возможности измельчить и перемешать с водой до густой консистенции.
- Включить электродвигатель экструдера и лопатой загрузить порцию угольной смеси в бункер.
- Появляющиеся из отверстий матрицы «колбаски» отламывать по желаемой длине и раскладывать на стеллаже для просушки.
Процесс изготовления топливных брикет из угля подробно показан в следующем видео:
О пользе брикетов из угля — выводы
Если рассуждать теоретически да принимать во внимание заверения производителей угольных брикет, то по теплотворности они должны побеждать все остальные виды твердого топлива. Ведь только чистый антрацит способен выделить при сжигании 7.7—8 кВт с 1 кг. Дрова, пеллеты и древесные брикеты по удельной теплоте сгорания сильно отстают, поскольку выделяют не более 5 кВт/кг.
Но судя по отзывам пользователей твердотопливных котлов на тематических форумах, спрос на брикетированные угли уступает любым разновидностям древесины в силу таких причин:
- плохо разгораются и отдают мало тепла;
- образуют большое количество золы, а то и камешков, повторяющих форму брикетов;
- рассыпаются в труху еще во время транспортировки;
- выделяют слишком неприятный запах до и в процессе горения.
Качественные брикеты (справа) своим черным блеском заметно отличаются от топлива из бурого угля, которое не очень хорошо сгорает в отопительных котлах и печах
Если проанализировать все отзывы об угольных брикетах, то выяснится, что 70% из них – негативные. Это связано в первую очередь с тем, что производители топлива стараются получить прибыль, используя бросовое сырье – шлам, шихту и прочие непотребные разновидности каменных и бурых углей. Брикет, спрессованный из остатков антрацита, встречается нечасто.
Отсюда напрашивается вывод: если хотите получить хорошее топливо, то применяйте для брикетирования своими руками соответствующее сырье. Когда же в вашем распоряжении есть только пыль и мелочь низкокалорийных сортов угля, то прессовать их не всегда целесообразно. С другой стороны, подобные брикеты можно сжигать вместе с дровами, уменьшив затраты на их приобретение.
Если различные древесные отходы в виде опилок и щепы достаточно легко сжигать в специально приспособленных для этого котлах длительного горения, то с угольной мелочью и пылью дело обстоит иначе. Тот, кто хоть раз пытался топить печь или котел мелкими фракциями угля, знает, что половина топлива пропадает впустую, просыпаясь сквозь колосники в зольник, а другая половина спекается и перекрывает доступ воздуха в топку. Из-за этого интенсивность горения резко снижается. В то же время выбрасывать такое горючее глупо, ведь оно содержит массу тепловой энергии. В подобной ситуации может помочь брикетирование угля, о чем и будет рассказано в данной статье.
О технологии брикетировании угля
Один из способов сжигания угольной мелочи – это растопить котел дровами, а потом сверху на горящие поленья подсыпать пыльную фракцию топлива. Но это слишком хлопотное дело, поскольку угольная пыль должна подсыпаться небольшими порциями, а значит, — часто.
Если же загрузить большую порцию, то часть горючего обязательно просыплется в зольник и уйдет в отходы, а остальное топливо заполнит щели между древесиной. Воздух перестанет поступать в зону горения и в результате топка начнет затухать.
Наилучший способ – это методом прессования формировать из мелкой фракции брикеты, которые после этого очень хорошо горят, выделяя большое количество теплоты. Такое решение, как брикетирование углей, было предложено еще в начале позапрошлого века в России изобретателем А.П. Вешняковым и по сей день успешно используется как в промышленных целях, так и в быту. Суть его в том, что уплотнение угольной мелочи с помощью высокого давления на специальном оборудовании позволяет получать топливо, чья теплотворная способность не меньше, чем у качественных углей.
Глубоко не вдаваясь в тонкости технологического процесса и классификацию разных марок горючего, отметим, что подобные брикеты производятся в двух видах:
- со связующими веществами для промышленных целей;
- без связующих, предназначаются для сжигания в бытовых котельных установках.
Примечание. Брикеты, спрессованные со связующими веществами, нельзя использовать в быту. Эти вещества при сгорании образуют вредные либо токсичные соединения, которые в промышленности улавливаются разными способами. В бытовое топливо раньше в качестве связующих тоже добавляли крахмалы или патоку, но данная технология устарела.
Поскольку нас интересует технология производства угольных брикетов без всяких добавок для бытовых целей, то стоит рассмотреть именно ее. Итак, последовательность процесса следующая:
- сначала уголь проходит операцию измельчения, при этом допускается максимальная крупность фракции 6 мм;
- следующая операция – сушка с целью добиться оптимальной влажности 15%. Для этого применяется особое оборудование для производства угольных брикетов – паровые или газовые сушилки;
- после сушки состав охлаждается и подается на прессование. Операция проходит при давлении 100—150 МПа в так называемом штемпельном прессе;
- окончательное охлаждение и отгрузка на склад.
Примечание. Здесь описан традиционный технологический процесс, но требования к крупности фракции и влажности сырья могут изменяться в зависимости от используемого оборудования. Например, современный мини-завод российской компании ЮНИТЕК требует размеров частиц до 0.25 мм с влагосодержанием от 6 до 16%. То есть, в этом случае технология брикетирования угля должна предусматривать более качественное измельчение, зато и давление прессования применяется гораздо ниже.
На выходе получается угольный брикет, чья зольность не превышает 15—20%, максимально допустимая механическая нагрузка – 3 кг/см2, а при падении с высоты до 2 м изделие теряет не более 15% своей массы в результате удара. Теплота сгорания зависит от марок углей, из которых брикет спрессован.
Производство угольных брикет в домашних условиях
Понятно, что промышленное оборудование для брикетирования угля недоступно обычному домовладельцу в силу своей высокой стоимости. Однако, еще наши деды знали, каким образом можно делать брикеты без всякого оборудования. Для этого угольную пыль и крошку смешивали с водой в таком соотношении, чтобы получалась густая масса, а потом из нее вручную формовали лепешки. После просушивания такие изделия успешно сжигались в домашней печке. То есть, вопреки производственной технологии, смесь для производства брикетов из угля не просушивается, а наоборот, увлажняется.
В домашних условиях брикеты изготавливают 2 способами:
- с помощью ручного пресса;
- на самодельном шнековом экструдере.
Первый способ хорош тем, что прессовый станок можно недорого приобрести либо изготовить самостоятельно. Его недостаток – низкая производительность, чтобы наделать себе топливных брикет на весь сезон, придется очень хорошо потрудиться. Во втором случае брикетирование угольной пыли происходит достаточно быстро, поскольку весь процесс механизирован. Но здесь на первый план выходит стоимость агрегата, даже самодельная установка потребует ощутимых затрат. Нужно будет приобрести мощный электродвигатель, редуктор и прочие детали.
Алгоритм, согласно которому выполняется изготовление угольных брикетов своими руками, следующий:
- надо постараться любым доступным способом измельчить угольную крошку. Чем меньше будет фракция, тем качественнее получится изделие;
- смешать получившийся состав с водой. Точные пропорции указать нет возможности, так как они зависят от содержания пыли. Главное, чтобы смесь была очень густой и лепилась вручную. Добавлять глину не нужно, это только повысит зольность;
- составом наполнить форму и привести в действие ручной механизм;
- извлечь брикетированный уголь из формы и оставить сушиться на воздухе.
В результате получаем хрупкие изделия, непригодные к перевозке, зато неплохо сгорающие в печке. Один из способов брикетирования угля в домашних условиях можно узнать, просмотрев видео:
Когда в наличии имеется шнековый пресс, то производство значительно упрощается и ускоряется. Включив электродвигатель, вышеуказанную смесь загружают лопатой в приемный бункер экструдера. На выходе получаются «колбаски» цилиндрической формы отличного качества. Стоит отметить, что подобные брикеты из угольной пыли обладают хорошей прочностью, их даже можно транспортировать.
Подробнее о работе экструдера смотрите на видео:
Заключение
Конечно, изготовленные в домашних условиях брикеты далеки от идеала. Они имеют невысокую плотность и повышенную влажность, а потому дадут тепла меньше, чем заводские изделия. Тем не менее, в печке или котле они горят хорошо, это не то что жечь угольную пыль, спекающуюся коржом. Да и по стоимости самодельные брикеты из каменного угля обойдутся дешевле.
Примерно 25% добываемого угля имеют мелкую и пылевидную фракцию. Этот тип топлива не пользуется спросом у потребителей из-за низкой тепловой отдачи. Неудобен он и для отопления частных домов: просыпается через колосниковую решетку и потому имеет низкую эффективность, часто большое количество мелкого или пылевидного топлива перекрывает доступ кислорода, из-за чего печь затухает. По этим причинам множество пыли и угля мелких фракций (размером до 6 мм) скапливается на складах, в топливных сараях на частных подворьях. Проблема решается при производстве брикетированного угля. Эта технология позволяет из угольной пыли при высоком давлении изготовить топливные брикеты. Чем же хороши брикеты из угля? Они хорошо переносят транспортировку и хранение, имеют большую теплотворную способность по сравнению с исходными материалами (не менее 6000 ккал/кг), не выделяют дыма и газов, прогорают полностью, не спекаясь, а распадаясь в золу (зольность качественного каменноугольного брикета не более 10% от объема, но обычно намного меньше).
Брикетирование угля позволяет из отходов получать топливо с хорошими характеристиками
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.
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.
Вот как эти брикеты горят.
Согласитесь, установка выглядит вполне работоспособной, а имея руки сделать ее не так и сложно.
Брикетирование древесного угля
При производстве древесного угля примерно четверть его получается некондиционной – мелкие куски и пыль. Чтобы эти отходы превратить в доходы можно сделать из них брикеты. Брикеты из древесного угля можно делать и в домашних условиях, если нужно, можно для этого изготовить сырье (древесный уголь самостоятельно). Принцип брикетирования древесного угля ничем не отличается от формирования такого же топлива из каменного угля:
- Некондиционный уголь измельчают.
- Смешивают со связующим. В данном случае неплохо с задачей справится обычный клейстер из крахмала. На выходе должна получиться чуть влажная масса. Часть пыли при этом скатывается в небольшие комки.
- Полученная смесь подается в пресс, где происходит формование брикетов.
На этом видео наглядно видна вся технология брикетирования древесного угля, но ребята создали форму специально для заказчика (были заказаны церковные таблетки из древесного угля для ладана). Аналогично можно изготовить форму любой конфигурации.
Выводы. Брикеты из крошки угля и пыли (каменного и древесного) можно сделать в домашних условиях. Добиться при этом коммерческих результатов сложно (только за счет автоматизации, а значит, дорогого оборудования), но для домашнего использования изготовить простую установку реально.