УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ Российский патент 1995 года по МПК C10G9/02 C10G9/04 C10G9/30 

Изобретение относится к лесному хозяйству и промышленности по переработке древесины.

Широко известны устройства и способы получения древесного угля. В качестве устройств применяются нагревательные печи камерного, ретортного и шахтного типа. В данном случае рассматриваются только устройства ретортного и шахтного типа (последние как наиболее производительные).

Известна шахтная печь ретортного типа, которая состоит из трех камер: сушки, обугливания и пиролиза. Все три камеры расположены вертикально со смещением относительно друг друга на величину диаметра, в результате чего установка имеет лестничнообразный вид. Соединения между камерами в виде течек, по которым из предыдущей камеры выгружается материал, а в последующую загружается. Камера обугливания обогревается через стенки реторты, время процесса обугливания (без сушки и пиролиза) составляет 47 ч. Шахтная печь этого типа имеет малую производительность, громоздкую конструкцию и дает повышенный выход угольной мелочи, образующейся при разгрузке реторты.

Циркуляционная шахтная печь шведской газовой компании состоит из трех отдельно выполненных, расположенных друг под другом камер: сушки, обугливании и охлаждения угля. Перегрузка материала осуществляется через люки. Время сушки составляет 5-9 ч, столько же времени уголь остывает, в результате чего установка имеет невысокую производительность. Древесный уголь в значительной мере разрушается при перегрузках из камеры в камеру.

Печь системы Ламбиот загружается предварительно высушенной древесиной. Предварительная сушка производится в семи камерах туннельного типа. Внутренние размеры каждой камеры: длина 23 м, ширина 1,7 м, высота 1,95 м. Дрова в сушильные камеры поступают на вагонетках. Всего в семи сушильных камерах в работе находится 70 вагонеток. Время сушки 24 ч. Сама печь системы Ламбиот имеет следующие размеры: диаметр 2,8 м, высота цилиндрической части 15 м, загрузочная площадка находится на высоте 25,5 м от поверхности земли. В средней части печи закреплен обращенный отверстием вниз конус, роль которого заключается в равномерном распределении газа-теплоносителя по сечению реторты. Время пребывания древесины и угля в печи 12-19 ч. Установка Ламбиот непрерывного действия, т.е. имеет непрерывный выпуск готового древесного угля, что приводит к систематическому обрушению в печи вышерасположенного материала и, соответственно, к излишнему разрушению готового древесного угля в нижней части реторты. Кроме того, непрерывный выпуск древесного угля в нижней части реторты приводит практически к невозможности регулирования качества получаемого древесного угля по степени выжженности (содержание углерода, калорийность и т.д.).

Аналогом предлагаемому изобретению служит вертикальная непрерывно действующая реторта, которая представляет собой вертикальный стальной цилиндр с внутренним диаметром 2,7 м и высотой 15 м. Реторта выполнена из отдельных царг, соединенных между собой на фланцевых болтовых соединениях. Внизу и вверху реторта снабжена шлюзовыми камерами, через которые соответственно осуществляется выгрузка древесного угля и загрузка древесины. Нижний шлюз оборудован тремя затворами, а верхний шлюз для загрузки древесины окончательно конструктивно не оформлен. Применявшиеся конструкции обладали серьезными недостатками: требовали частого ремонта, не обеспечивали необходимой плотности и часто выходили из строя вследствии забивания уплотняющих устройств щепой, корой, опилками и т.п.

Ввод теплоносителя в средней части реторты осуществляется в кольцеобразное пространство, образуемое стенкой реторты и стальным усеченным конусом, прикрепленным к стенками реторты узким отверстием вниз. Предназначение конуса: равномерное распределение теплоносителя по сечению печи; улучшение теплообмена между теплоносителем и древесиной; принятие на себя частичной вертикальной нагрузки вышележащего столба материала с целью снижения измельчения нижерасположенного древесного угля.

Следует отметить, что перечисленные выше технические результаты могут быть достигнуты другими, более рациональными путями.

Сущность изобретения заключается в том, что стальная реторта (ширина 1,0-1,4 м, высотой 6-10 м в зависимости от числа секций) установлена под углом 40-60^о к горизонтальной поверхности земли, снабжена 3-5 камерами-секциями, отделенными друг от друга дырчатыми вертикальными подъемниками шиберами, обеспечивающими при последовательном подъеме перемещение древесины в каждую последующую камеру. Длительностью времени пребывания древесины во всех камерах-секциях достигается необходимое качество древесного угля в зависимости от свойств исходной древесины.

В способе получения древесного угля, включающем нагрев древесины в камерах-секциях до 400-600^оС и выгрузку древесины, нагрев древесины производят в 3-5 камерах-секциях последовательно в разных температурных интервалах, а выгрузку осуществляют периодически.

Относительно небольшие размеры печи облегчают ее обслуживание. Например, в случае эксплуатации 3-4-секционной печи (длина высота составляет 6-8 м) при использовании рельефа местности (установка печи на склоне холма или горы) можно исключить применение дорогостоящих загрузочных устройств, так как в этом случае загрузочный люк реторты будет находиться на высоте 1,2-1,8 м от поверхности земли.

Дырчатые шибера разделяют реторту на 3-5 секций (сушки, обугливания и пиролиза), что позволяет, регулируя температурный режим по секциям, получать древесный уголь заданного качества; равномерно распределяют по сечению реторты газ-теплоноситель за счет равномерно расположенных по площади шибера отверстий, а также воспринимают на себя, что очень важно, всю нагрузку вышележащего материала, причем на каждый шибер приходится только 1/3-1/5 (в зависимости от числа секций в реторте) нагрузки, в результате чего практически полностью исключается измельчение древесного угля под действием вышележащего столба материала.

На фиг.1 представлен общий вид установки, разрез, где 1 реторта; 2 камеры-секции реторты; 3 опоры; 4 изоляционная кладка из огнеупорного кирпича; 5 подъемные дырчатые шибера; 6 тросы для подъема шиберов; 7 блоки; 8 бадья для загрузки древесных чурок в реторту; 9 трос для подъема бадьи; 10 блок бадьи; 11 направляющие для движения бадьи; 12 топка; 13 крышка топки для загрузки твердого топлива; 14 камера тушения древесного угля; 15 корпус камеры тушения; 16 конвейер для подачи древесного угля на склад; 17 колосники топки; 18 камера для сбора золы из топки; 19 крышка для выгрузки золы; 20 шибер для загрузки камеры тушения горячим древесным углем; 21 отверстия дымоходов; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1, где 22 шибер для выпуска древесного угля из камеры тушения; 23 трос для подъема шибера камеры тушения; 24 лебедка для подъема дырчатого шибера; на фиг.3 схема работы загрузочного устройства (бадьи).

П р и м е р. Устройство для получения древесного угля представляет собой стальную реторту 1, состоящую из 3 камер-секций 2. Реторта устанавливается наклонно под углом 40-60^о к горизонтальной поверхности земли на опорах 3, представляющих собой сварную конструкцию из двутавров или швеллеров. Нижняя часть реторты (до средней линии) по всей длине футируется огнеупорным кирпичом для снижения потерь тепла в окружающую среду. Верхняя часть реторты по всей длине может быть покрыта любой съемной облегченной теплоизоляцией, например, свальцованным по диаметру реторты листами железа толщиной 0,5-1,5 мм с наклепанными асбестовыми листами.

Камеры-секции 2 разделены подъемными дырчатыми шиберами 5, которые поднимаются и опускаются с помощью лебедок за счет тросов 6, переброшенных через блоки 7. Ручной привод лебедок может быть заменен электрическим. Аналогичные шибера установлены на верхнем и нижнем концах реторты, но с тем отличием, что шибер на верхнем конце реторты не имеет отверстий.

Загрузочное устройство состоит из цилиндрического сосуда-бадьи 8, передвигающейся в вертикальном направлении с помощью лебедки и троса 9, перекинутого через блок 10 бадьи. На бадье 8 приварены с двух сторон эксцентрично по отношению к ее оси блоки 10, через которые переброшены подъемные тросы 9. К нижнему концу реторты 1 крепится топка 12 с крышкой 13 для подачи твердого топлива и камерой для сбора золы 18, а также камеры тушения древесного угля 14. Шибер 22 (фиг.3) служит для выпуска древесного угля из камеры тушения на конвейер 16.

Способ получения древесного угля на описанной выше установке заключается в следующем. Бадья 8 наполняется древесными чурками и с помощью троса 9 лебедкой поднимается в верхнее положение. За счет эксцентричного положения блоков 10 бадья 8 в верхнем своем положении при открытом шибере 5 верхнего конца реторты переворачивается (поворот на 130-140^о от обычного положения), в результате чего древесные чурки попадают в верхнюю камеру-секцию. После чего отпускается трос 9, бадья под собственным весом принимает обычное вертикальное положение и опускается в нижнее положение. Загрузочный шибер верхней камеры-секции опускается. В дальнейшем древесные чурки из верхней камеры-секции при попеременном подъеме и опускании дырчатых шиберов 5 и под действием собственной тяжести по цилиндрической образующей реторты.

После сушки в верхней камере-секции древесные чурки описанным выше способом перемещаются в среднюю камеру-секцию, после чего новая партия древесины загружается в верхнюю камеру-секцию. Поэтому одновременно происходит сушка новой партии древесины в верхней камере-секции и обугливание предыдущей загрузки в средней секции. После окончания процесса сушки в верхней камере-секции производятся соответствующие перемещения: обугленная в средней камере-секции древесина при поднятии шибера 5, находящегося между средней и нижней камерами-секциями, перемещается в нижнюю камеру-секцию. Высушенная древесина из верхней камеры перемещается в среднюю при поднятии шибера 5, находящегося между ними.

Таким образом, наступает момент, когда все камеры-секции загружены древесиной, причем в верхней идет процесс сушки, в средней камере процесс обугливания, в нижней пиролиз древесины с получением древесного угля при температуре 450-550^оС (в зависимости от необходимого качества конечного продукта по содержанию углерода, теплотворной способности и т.д.).

По мере выгрузки готового древесного угля из нижней камеры в камеру тушения происходит перемещение древесины из каждой вышерасположенной камеры в последующую и загрузка верхней камеры-секции.

Нагрев древесины осуществляется в описываемом случае дымовыми газами, поступающими в реторту после сгорания топлива в топке 12. В качестве топлива могут применяться дрова, уголь, газ, жидкое топливо. Твердое топливо вводится в топку при поднятии крышки 13, откуда зола просыпается в камеру 18 и удаляется при открывании крышки 19.

В случае применения газообразного или жидкого топлива в топке должна быть установлена специальная форсунка для подачи топлива.

Дымовые газы из топки 12 попадают в реторту, прохождение через которую равномерно по сечению обеспечивают равномерно расположенные по поверхности шиберов отверстия (дырчатые шибера). Сплошным (не дырчатым) является только шибер на верхнем конце реторты загрузочный. Пройдя реторту под действием тяги дымовой трубы, дымовые газы через отверстия 21 и дымоходы попадают в дымовую трубу.

Готовый древесный уголь выгружается из нижней камеры-секции в камеру тушения 14, куда через встроенную форсунку впрыскивают воду для тушения и охлаждения древесного угля, после чего конечный продукт при открывании шибера 22 попадает из камеры тушения на конвейер 16.

Последовательный постепенный нагрев в отдельных камерах-секциях порций древесины объемом 1,5-2 м³ позволяет получить древесный уголь с заданными качественными характеристиками в зависимости от свойств исходного сырья, продолжительности и температуры нагрева и при этом не переизмельчить образующийся в нижней камере древесный уголь вышерасположенной массой древесины.

Лимитирует весь процесс период сушки, так как по времени он более продолжителен, чем непосредственный пиролиз сухой древесины. Расчетным путем установлено, что при температуре окружающей среды 180-200^оС процесс сушки древесных чурок составляет 4-6 ч. Поэтому время пребывания древесины в сушильной (верхней) и средней камерах должно составлять в общей сложности 4-6 ч или в каждой из этих камер по 2-3 ч. Поэтому такое же время находится древесина и в пиролизной (нижней) камере. Через каждые 2-3 ч, таким образом, осуществляется выпуск готовой партии древесного угля из нижней камеры. В конечном итоге время нахождения древесины в каждой камере, и в первую очередь в сушильной, зависит от температуры топочных газов, которая, в свою очередь, зависит от вида применяемого топлива.

Увеличение в реторте числа камер-секций до 4-5 снижает время пребывания древесины в сушильных камерах до 30-60 мин в каждой.

Использование: в лесном хозяйстве и промышленности по переработке древесины. Сущность изобретения: устройство для получения древесного угля, выполненное в виде стальной вертикальной реторты, снабженной несколькими связанными между собой камерами, установлено под углом 40 50° к горизонтальной поверхности земли, имеет 3 5 камер-секций, отделяемых друг от друга дырчатыми шиберами, обеспечивающими при последовательном поднятии перемещение древесины в каждую последующую камеру-секцию, нагрев в которых производят последовательно в разных температурных интервалах, а выгрузку осуществляют периодически. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для получения древесного угля, выполненное в виде стальной вертикальной реторты, снабженной несколькими связанными между собой камерами, отличающееся тем, что реторта установлена под углом 40 60^o к горизонтальной поверхности земли, снабжена 3 5 камерами-секциями, отделенными друг от друга дырчатыми вертикальными подъемными шиберами, обеспечивающими при последовательном поднятии перемещение древесины в каждую последующую камеру. 2. Способ получения древесного угля, включающий нагрев древесины в камерах секциях до 400 600^oС и выгрузку древесины, отличающийся тем, что, нагрев древесины производят в 3 5 камерах-секциях последовательно в разных температурных интервалах, а выгрузку осуществляют периодически.