Угольные брикеты

Угольные брикеты — это вид твёрдого топлива, получаемый путём прессования измельчённого угля (каменного, бурого, антрацита) или угольной мелочи (штыба) с добавлением связующих веществ (пека, каменноугольного дёгтя, крахмала, лигносульфонатов) или без них. Представляют собой формованные изделия правильной геометрической формы (цилиндры, параллелепипеды, подушки, таблетки), предназначенные для сжигания в бытовых, промышленных и коммунальных теплогенерирующих установках. Основное назначение — повышение эффективности использования угольного сырья за счёт увеличения плотности, снижения зольности и улучшения теплотехнических характеристик по сравнению с рядовым углём.

История

Технология брикетирования угля начала развиваться в XIX веке в связи с необходимостью утилизации отходов угледобычи и обогащения. Первые промышленные способы прессования угольной мелочи с использованием каменноугольного пека были запатентованы в Великобритании и Германии в 1850-1860-х годах. В России производство угольных брикетов началось в конце XIX века на Донбассе и в Сибири. Крупные заводы по брикетированию бурого угля появились в Подмосковном бассейне в 1930-е годы. В СССР брикетирование активно применялось для переработки углей Канско-Ачинского бассейна и бурых углей Подмосковья. В 1960-1980-е годы были разработаны технологии без связующих веществ (термобрикетирование) для бурых углей, а также методы с использованием жидкого стекла и органических связок. В постсоветский период производство сократилось, но с 2010-х годов вновь растёт в связи с развитием малоэтажного отопления и промышленной энергетики.

Классификация

Угольные брикеты классифицируются по нескольким признакам.

По типу исходного сырья

• Брикеты из каменного угля — изготавливаются из коксующихся или энергетических углей, обладают высокой теплотворной способностью (25-32 МДж/кг), низкой зольностью (8-15%) и малым содержанием серы.
• Брикеты из бурого угля — производятся из лигнита, имеют теплотворную способность 15-22 МДж/кг, зольность 10-25%, содержат больше влаги (до 20-30%) и летучих веществ.
• Брикеты из антрацита — изготавливаются из антрацитового штыба, отличаются высокой теплотворностью (30-35 МДж/кг), минимальным дымообразованием и длительным горением.

По технологии производства

• Брикеты со связующим веществом — наиболее распространённый тип. В качестве связки используют каменноугольный пек (до 10%), нефтяной битум, крахмал, лигносульфонаты, цемент. Обеспечивают высокую механическую прочность.
• Брикеты без связующего (термобрикеты) — производятся из бурых углей путём нагрева до 200-300°C и прессования под высоким давлением. Связующим выступает собственная смола, выделяемая при нагреве. Экологичнее, но менее прочны.
• Брикеты с минеральными добавками — могут содержать известь, доломит или другие вещества для связывания серы при сжигании (снижение выбросов SO₂).

По форме и размеру

• Цилиндрические (диаметр 20-80 мм, длина 30-150 мм).
• Прямоугольные (блоки, кирпичики).
• Овальные (подушки, линзы).
• Таблетированные (диаметр 10-30 мм, для бытовых котлов и грилей).

Технология производства

Процесс брикетирования включает несколько этапов:

1. Подготовка сырья: угольная мелочь (штыб) просушивается до влажности 5-15%, измельчается до фракции 0-6 мм. При необходимости удаляются порода и минеральные примеси.
2. Смешивание: угольный порошок смешивается со связующим веществом (обычно 5-10% от массы) и, при необходимости, с добавками. Смесь нагревается до 60-120°C для пластификации связки.
3. Прессование: смесь подаётся в валковый, штемпельный или экструзионный пресс под давлением 20-100 МПа. Формуются брикеты заданной формы.
4. Охлаждение и сушка: готовые брикеты охлаждаются до температуры окружающей среды и, при необходимости, досушиваются до влажности 5-10%.
5. Сортировка и упаковка: брикеты проходят контроль размеров, прочности, отбраковываются дефектные изделия. Упаковываются в мешки (10-50 кг), биг-бэги (500-1000 кг) или насыпью.

Характеристики и свойства

Основные показатели качества угольных брикетов регламентируются ГОСТами (например, ГОСТ 19242-73 для брикетов из каменного угля, ГОСТ 21489-76 для буроугольных брикетов) и техническими условиями производителей.

Преимущества брикетов перед рядовым углём:

• Более высокая плотность (1200-1500 кг/м³ против 800-1000 кг/м³), что увеличивает энергетическую плотность.
• Меньшая зольность (за счёт удаления породы при подготовке).
• Стабильная форма и размер, удобство транспортировки и хранения.
• Равномерное горение, меньший выброс сажи и пыли.
• Возможность автоматизации подачи в котлы.

Недостатки:

• Более высокая стоимость (в 1,5-2 раза дороже рядового угля в пересчёте на единицу тепла).
• Необходимость использования связующих веществ (для некоторых типов), что может увеличивать выбросы вредных веществ.
• Чувствительность к влаге (намокание снижает прочность и теплотворность).

Применение

Угольные брикеты используются в различных секторах:

• Бытовое отопление: в твердотопливных котлах, печах, каминах, грилях. Обеспечивают длительное горение (до 6-12 часов без загрузки) и меньшее количество золы.
• Промышленная энергетика: на ТЭЦ, котельных, в цементной и металлургической промышленности (для коксования, обжига).
• Коммунальное хозяйство: отопление жилых домов, школ, больниц в районах, не газифицированных природным газом.
• Транспорт: в прошлом — паровозы, в настоящее время — в качестве топлива для судов и тепловозов в отдалённых регионах.

Производство в России

В России крупнейшими производителями угольных брикетов являются:

• «СУЭК-Кузбасс» (Кемеровская область) — выпускает брикеты из каменного угля марки Д.
• «Разрез Бородинский» (Красноярский край) — производит буроугольные брикеты.
• «Воркутауголь» (Республика Коми) — специализируется на брикетах из коксующегося угля.
• «Кузбассразрезуголь» — выпускает брикеты для бытового и промышленного применения.

Общий объём производства в России оценивается в 3-5 млн тонн в год (данные на 2023 год), что составляет около 1-2% от общего объёма добычи угля. Основные потребители — регионы Сибири, Дальнего Востока, Урала и Северо-Запада.

Экологические аспекты

Сжигание угольных брикетов, как и любого угля, сопровождается выбросами углекислого газа (CO₂), оксидов серы (SOₓ), оксидов азота (NOₓ), твёрдых частиц (золы) и тяжёлых металлов. По сравнению с рядовым углём, брикеты дают меньший выброс пыли (за счёт отсутствия мелочи) и более полное сгорание (снижение выбросов CO и сажи). Однако использование связующих веществ (особенно каменноугольного пека) может увеличивать выбросы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в том числе бенз(а)пирена. Современные технологии (добавление сорбентов серы, использование экологичных связок) позволяют снизить вредное воздействие. В России действуют нормативы ПДВ (предельно допустимых выбросов) для котельных, работающих на твёрдом топливе.

Интересные факты

• Первые угольные брикеты в России производились вручную — угольную мелочь смешивали с глиной и формовали вручную в кирпичи.
• Брикеты из антрацита («антрацитовые угольные брикеты») используются в фильтрах для очистки воды и в качестве адсорбентов.
• В Китае, крупнейшем производителе угольных брикетов (более 100 млн тонн в год), брикетирование является основным способом переработки угольной мелочи.
• В некоторых странах (Германия, Польша) угольные брикеты используются в качестве топлива для уличных грилей и каминов, где ценятся за длительное и равномерное горение без дыма.

Источники

• ГОСТ 19242-73 «Брикеты угольные. Технические условия»
• ГОСТ 21489-76 «Брикеты буроугольные. Технические условия»
• «Технология брикетирования углей» / под ред. В.И. Саранчука, 1985
• «Угольная промышленность России» — статистический сборник, 2023
• «Экологические аспекты сжигания твёрдого топлива» — журнал «Энергетик», 2022