Механические свойства топливных брикетов непрерывного прессования из твердых лиственных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД

Федосенко И. Г.,

Сушко К.П.

Топливные брикеты сегодня становятся элитным видом топлива. Их применяют для отопления при сжигании в каминах из-за малой зольности и большой теплотворной способности. Эстетические свойства брикетов брусковой формы способствуют спросу на них. Брикеты такой формы являются продукцией непрерывного прессования на прессах C.F.Nielsen, Nestro, Pini-kay. Прессование измельченных отходов древесины в брикеты возможно благодаря размягчению под воздействием повышенных температур аморфной составляющей основного древесного вещества - лигнина. В ряде случаев, размягченный лигнин не способен удерживать древесные частицы вместе в достаточной мере, т.е. полученные брикеты неудовлетворительно ведут себя при эксплуатации и разрушаются на крупные части с либо без образования мелкой фракции. Оплавливание поверхности брикетов придает им дополнительную поверхностную прочность, однако не создает прочную матрицу внутри материала. В этих случаях для придания прочности брикетам требуется использовать сторонние связующие. Производство топливных брикетов не подразумевает использование сторонних химических связующих. Введение сторонних лигнинов позволило бы решить обе поставленные выше задачи. Так, лигносульфонаты, которые используются в качестве топлива и обладают вяжущими, клеящими и поверхностно-активными свойствами, могут обеспечить упрочнение брикетов и оставить на прежнем уровне их экологичность. Лигносульфанаты технические являются конечным продуктом переработки сульфитного щелока в целлюлозно-бумажной промышленности, который представляет собой один из отходов сульфитного способа варки древесины для получения целлюлозы.

Было проведено исследование свойств брикетов непрерывного прессования из твердых лиственных пород, в зависимости от использования добавки в виде лигносульфоната натрия ЛСТП (по СТО 43508418-027-2009 и ТУ 2455-031-46289715-2000).

На прессе C.F.Nielsen были изготовлены брикеты, содержащие 0, 5, 1 и 1, 5% этой добавки и без добавления связующих. Эти брикеты имели форму цилиндра диаметром 86±1 мм и первоначальную длину 320±10 мм.

С учетом главных эксплуатационных свойств, брикеты были испытаны на: зольность, прочность при статическом изгибе, прочность при осевом сжатии и плотность. Свойства брикетов оценивали по СТБ 2055-2010 [1] и группе стандартов ГОСТ 16483 с некоторыми изменениями.

Так, прочность при статическом изгибе определяли согласно ГОСТ 16483.3-84 [2], однако расчет предела прочности выполняли по формуле:

, (1)

где P_mах - максимальная нагрузка, H; l - расстояние между центрами опор, мм; d - диаметр образца, мм.

Прочность при осевом сжатии определяли согласно ГОСТ 16483.10-73 [3], однако расчет предела прочности выполняли по формуле:

.(2)

Результаты исследований представлены на рисунке 1.

А б

В г

Рисунок 1. Зависимость зольности (а), плотности (б), прочности при статическом изгибе (в) и прочности при осевом сжатии (г) от содержания лигносульфонатов в брикете.

Для определения зольности была получена модель, позволяющая с высокой вероятностью (R² = 0, 92) прогнозировать этот показатель в зависимости от содержания добавки:

A = 0, 0667·C² + 0, 2359, (3)

где А - зольность брикета, %; С - содержание добавки, %.

Для определения плотности была получена модель, позволяющая с высокой вероятностью (R² = 1) прогнозировать этот показатель в зависимости от содержания добавки:

с_w = 56, 12·C³ - 212, 46·C² + 293, 94·C + 977, 22, (4)

где с_w - парциальная плотность брикета, кг/м³.

Для определения прочности при изгибе была получена модель, позволяющая с высокой вероятностью (R² = 1) прогнозировать этот показатель в зависимости от содержания добавки:

у_и = 0, 0727·C³ - 0, 0818·C² + 0, 0033·C + 0, 0194, (5)

где у_и - предел прочности брикета при статическом изгибе, МПа.

Для определения прочности при осевом сжатии была получена модель, позволяющая с высокой вероятностью (R² = 0, 99) прогнозировать этот показатель в зависимости от содержания добавки:

у_сж = 2, 1159·C + 12, 626, (6)

где у_сж - предел прочности брикета при осевом сжатии, МПа.

Очевидно, что при увеличении содержания добавки все 4 показателя увеличиваются, причем это увеличение отрицательно сказывается на качестве брикетов по показателям зольности и плотности. Однако, полученная зольность всех испытанных брикетов значительно меньше нормы в СТБ 2055-2010 (0, 7 % для наивысшего 1 сорта), а плотность укладывается в рамки нормированной (1000 - 1400 кг/м³). Увеличение, же прочности при изгибе и сжатии, на наш взгляд, сможет способствовать улучшению эксплуатационных характеристик брикетов и, как следствие, сохранению целостности и внешнего их вида на момент доставки потребителю.

Таким образом, к первому сорту будут относится брикеты с содержанием лигносульфонатной добавки до 2, 64 %, причем плотность их составит 1305 кг/м³. Полученные брикеты будут обладать прочностью при статическом изгибе 0, 796 МПа (что в 42 раза больше прочности брикета без добавок) и при осевом сжатии ? 18, 2 Мпа (что в 1, 5 раза больше прочности брикета без добавок). При увеличении содержания добавки брикеты будут ухудшенного качества, однако их свойства возможно рассчитать, используя уравнения 3-6.

лигносульфонат брикет лиственный топливный

Литература

1. СТБ 2055-2010. Брикеты древесные топливные. Общие технические условия. Минск: Издательство БелГИСС, 2010. 24 с.

2. ГОСТ 16483.3-84. Древесина. Метод определения предела прочности при статическом изгибе. М.: Издательство стандартов, 1984. 7 с.

3. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Метод определения предела прочности при сжатии вдоль волокон. М.: Издательство стандартов, 1973. 7 с.

Размещено на Allbest.ru