УГЛЕВЫЖИГАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2004 года по МПК C10B53/02 C10B1/04 

Изобретение относится к области получения древесного угля в лесохимическом производстве.

Известна углевыжигательная печь, включающая разделенные воздушной полостью наружный теплоизолирующий кожух и внутренний корпус, выполненный из металла высокой теплопроводности и снабженный загрузочной дверью, а также сменный контейнер на тележке на боковых стенках которого выполнены эллипсоидные отверстия с расположенными над ними под углом неподвижными шторами, а на внутренних стенах корпуса установлены подвижные шторы; над контейнером расположена вогнутая крышка, закрепленная на крыше внутреннего корпуса (патент № 2151785, 27.07.2000).

В известном устройстве разжигание и переугливание древесины осуществляется при ограниченном доступе атмосферного воздуха, а теплопередача происходит за счет естественной конвекции при пассивном способе регулирования тепловых потоков в камере углежжения путем изменения пространственного положения штор. Это приводит к снижению неравномерности распределения температуры в верхней и нижней частях печи и обеспечивает некоторое повышение качества угля.

Однако данное устройство не обеспечивает равномерного распределения температуры теплового потока по всему объему камеры и, как следствие, приводит к повышенным зольности и недожегу угля, повышенным расходам теплоносителя и имеет сравнительно низкую производительность установки. Использование принудительной тяги также не решает проблемы равномерности распределения тепла по объему среды сугливания.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности процесса получения древесного угля за счет более равномерного распределения теплового поля внутри печи и повышения производительности установки.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении качества угля.

Указанный технический результат достигается за счет снижения перегрева у свода печи, обусловленного тем, что разжигание и переугливание древесины осуществляется при ограниченном доступе атмосферного воздуха при интенсификации процесса конвекции газов.

Установка предусматривает загрузку древесины в камеру, где осуществляется процесс ее пиролиза. Камера для лучшей теплоизоляции от внешней среды имеет внутренний корпус и наружный кожух, между которыми образована воздушная полость.

Древесина загружается внутрь печи в металлическом контейнере с эллипсоидными отверстиями для уменьшения влияния теплопроводности на переугливание древесины. Стенки контейнера имеют неподвижные шторы, дно выполнено открывающимся. На внутренней стороне кожуха по периметру установлены подвижные шторы, регулирующие потоки горячих топочных газов. Под кожухом установлен сборник жижки, а над контейнером - крышка.

Тепло для нагрева древесины и обеспечения процесса переугливания древесины в контейнере получают от газообразных продуктов сгорания топлива в топке. Разжигание топлива ведут при герметизации внутреннего корпуса от пода печи. Излишнее тепло при переугливании древесины используется для предварительной подсушки древесины в смежной печи, посредством принудительного продува системы охлаждения.

В верхней части межкорпусного пространства расположена система охлаждения конвекционных газов, представляющая собой змеевик, через который продувают охлаждающее вещество (газ, жидкость) при помощи устройства принудительного продува. Система позволяет дополнительно перераспределять тепловые потоки внутри печи, понижая температуру верхней части стенок внутреннего корпуса. Система охлаждения включается на стадии пиролиза для предотвращения большой разницы температур у пода и свода печи, а также на стадии охлаждения для сокращения его времени, при этом в средней части пиролизной установки будет располагаться зона с оптимальной температурой из-за более интенсивной конвекции тепловых потоков.

По окончанию процесса переугливания и охлаждения угля печь открывают, а контейнер на тележке выкатывают для разгрузки.

Предлагаемое изобретение характеризуется следующими существенным и признаками:

а) ограничительные - наружный кожух, внутренний корпус, на внутренних стенках которого расположены подвижные шторы, выполненный из металла высокой теплопроводности и снабженный загрузочной дверью, сменный контейнер на тележке, в боковых стенках которого расположены эллипсоидные отверстия с неподвижными шторами;

б) отличительные - наличие системы принудительного охлаждения, расположенной в верхней части воздушной межкорпусной полости, которая состоит из змеевика и устройства принудительного продува.

Конструктивное исполнение установки позволяет производить процесс пиролиза как на базе одной печи, так и на нескольких.

На фиг. 1 изображен общий вид установки; на фиг. 2 - вид установки в разрезе; на фиг. 3 - вид системы принудительного охлаждения.

Установка (фиг. 1, 2) содержит разделенные воздушной полостью 1 наружный теплоизолирующий кожух 2 и внутренний корпус 3, сваренные из стальных листов, причем корпус выполнен независимо от кожуха для уменьшения тепловых деформаций в процессе эксплуатации. С торцевой стороны корпуса в пазах укреплена подъемная дверь 4 из пористого огнеупора, обшитого стальными листами. Дверь поднимается с помощью подъемного устройства 5, которое приводится в действие электродвигателем, и блокируется пальцами с обеих сторон. На потолке внутреннего корпуса на цепях укреплена вогнутая крышка 6, а по периметру корпуса - подвижные шторы 7, вращающиеся на валу. Пространственное расположение штор регулируется с помощью штока 8, приводимого в движение электродвигателем 9. Сверху кожуха 2 располагаются дымовые трубы 10, закрывающиеся заслонками 11, рядом располагаются отверстия для установки газоанализатора 12 и предохранительного клапана 13. Наружный кожух 1 имеет ряд технологических отверстий для штока перемещения штор и установки термопар 14 и металлического стержня 15. В нерабочем состоянии отверстия закрываются резьбовыми пробками. На уровне пода уложены шпалы под рельсы, по которым перемещается тележка 16. Тележка оборудована стойками 17, внутрь которых устанавливается съемный контейнер, в боковых стенках которого выполнены эллипсоидные отверстия с расположенными под углом к ним неподвижными шторами 18.

В межкорпусном пространстве установлена система принудительного охлаждения 19, представляющая собой змеевик с устройством принудительного продува, например вентилятора.

По периметру стенок контейнера выполнены технологические эллипсоидные отверстия, а над ними - неподвижные шторы 20 под углом к горизонту. Дно контейнера выполнено открывающимся и закрепляется замком. В дне имеются прорези, армированные стальными пластинами, обеспечивающие свободный доступ топочных газов и слива конденсата. Между стенками камеры в нижней ее части установлен накопительный резервуар (сборник) 21 для сбора конденсата (жижки). В боковой стенке сборника выполнено отверстие, в которое вварена дымовая труба 22 от топки 23. В нижней части сборника имеется сливное отверстие, снабженное задвижкой 24.

Процесс получения древесного угля в рассматриваемой установке осуществляется следующим образом. Контейнер 18 с предварительно загруженной и подсушенной древесиной устанавливается на площадку тележки 16 таким образом, чтобы неподвижные шторы 20 располагались между стойками 17. Подвижные шторы 7 устанавливаются в вертикальное положение. Дверь поднимается с помощью подъемных устройств 5 и фиксируется в направляющих пальцами, а тележка по рельсовому пути перемещается внутрь корпуса 3. Перемещение тележки ограничивается тормозным устройством, включаемым конечным выключателем.

Дверь 4 опускается и притягивается штурвалами, вворачиваемыми в отверстия в корпусе, после чего дверь обмазывается по периметру глиной с асбестом. Открываются дымовые трубы, затем через топочную дверцу топки 23 производится загрузка и розжиг топлива. После того как топливо разгорится, топочную дверцу и дверцу поддувала закрывают и герметизируют (обмазывая глиной с асбестом).

Начальная стадия процесса переугливания идет с поглощением тепла, выделяемого печью. После того как древесина разогреется до температуры 120-150°С, произойдет потеря воды, связанной с древесиной, и начнется процесс разложения менее стойких органических веществ с образованием углекислого газа, окиси углерода, уксусной кислоты. Дальнейшее нагревание древесины в контейнере 18 до температуры 150-275°С, вызовет процесс переугливания. По мере протекания процесса переугливания последовательно закрывают и герметизируют дымовые и газоотводные трубы задвижками 11. Ход процесса переугливания контролируется по температуре в верхней и нижней частях печи, измеряемой термопарами 14, что позволяет прослеживать неравномерность температуры, которая в обычных условиях весьма существенна (порядка 50%) и приводит к пережогу вверху камеры и недожогу внизу. В ходе процесса происходит поддержание разности температуры в верхней и нижней части камеры на заданном уровне, что обеспечивает равномерность протекания процесса пиролиза по всему объему, это осуществляется с помощью изменения положения подвижных штор 7, системы принудительного охлаждения 25 и регулирования открывания дымовых труб. Если уменьшение разности температур у пода и свода печи за счет изменения положения штор не достигается, то включается система принудительного охлаждения, которая нагнетает в змеевике 19 хладагент при помощи устройства принудительного охлаждения 25, состоящего из конденсатора 26, устройства подачи хладогента 27 и вакуумного насоса 28. Низкая температура хладагента обеспечивает понижение температуры у свода печи, что приводит к снижению разности температур у пода и свода печи, кроме того, дополнительное принудительное охлаждение верхнего участка печи приводит к изменению направления вектора конвекции газов, обеспечивая более равномерное распределение температуры по всему объему печи, тем самым реализуя достижение желаемого результата.

При температуре 275-450°С происходит бурное выделение тепла, образование основного количества продуктов разложения. Прокаливание угля и удаление летучих веществ происходит при температуре 450-550°С.

Во всех стадиях процесса переугливания древесины жидкий конденсат поступает в сборник 23 и может быть утилизирован открытием задвижки 26. В противном случае конденсат органических продуктов древесины сжигается в пламени от топки. Готовность угля определяется прощупыванием продуктов переугливания в контейнере металлическим стержнем 15 через отверстие в нижней части кожуха по величине сопротивления прокалыванию.

На этапе завершения экзотермической реакции система принудительного охлаждения вновь включается таким образом, чтобы обеспечить более высокую интенсивность охлаждения угля. За счет этого происходит сокращение времени технологического процесса и достигается повышение производительности установки.

После остывания продуктов переугливания до температуры 50°С осуществляется выгрузка угля. Подъемным устройством 5 поднимают дверь 4 и фиксируют пальцами. Из печи выдвигается к месту выгрузки тележка с контейнером 18, грузоподъемным механизмом контейнер поднимается и перемещается на склад угля, где дно контейнера открывается и происходит выгрузка угля в накопительную емкость (тушильник).

Использование вышеописанной установки позволяет ожидать следующих технологических преимуществ по сравнению с приведенными аналогами.

Во-первых, повышение качества получаемого угля за счет более равномерного протекания процесса. Равномерность протекания процесса достигается за счет рационального распределения температуры среды по объему камеры посредством автоматического регулирования распределением газовых потоков.

Во-вторых, экономия ресурсов за счет уменьшения потерь на зольность и улучшения распределения тепла. Дополнительный технический результат достигается за счет отвода тепла из системы принудительного охлаждения для подсушки дров.

Возможности утилизации отходов процесса позволят успешно решать вопросы экологического состояния данной установки.

Углевыжигательная печь содержит разделенный воздушной полостью теплоизолирующий кожух и внутренний корпус, на стенках которого расположены вертикальные шторы, загрузочную дверь, сменный контейнер на тележке, в боковых стенках которого выполнены эллипсоидные отверстия с расположенными под углом к ним неподвижными шторами, систему принудительного охлаждения, состоящую из змеевика и устройства принудительного продува. Использование данной печи позволяет повысить качество угля. 3 ил.

Углевыжигательная печь, состоящая из разделенного воздушной полостью теплоизолирующего кожуха и внутреннего корпуса, на внутренних стенках которого расположены подвижные шторы, и снабженного загрузочной дверью, а также из сменного контейнера на тележке, в боковых стенках которого выполнены эллипсоидные отверстия с расположенными под углом к ним неподвижными шторами, отличающаяся тем, что в верхней части воздушной межкорпусной полости установлена система принудительного охлаждения, состоящая из змеевика и устройства принудительного продува.