ПЕЧЬ УГЛЕВЫЖИГАТЕЛЬНАЯ С РЕГУЛЯТОРОМ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА Российский патент 2004 года по МПК C10B53/02 

Изобретение относится к области автоматизации управления процессом пиролиза древесины в мобильных углевыжигательных печах. Наиболее близким, по мнению заявителя, к заявленному устройству является “Углевыжигательная печь” (RU 2151785 С1), содержащая съемный контейнер на тележке, на боковых стенах которого выполнены эллипсовидные щели 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.

В известном устройстве разжигание и переугливание древесины осуществляется при ограниченном доступе атмосферного воздуха, а распределение теплового потока регулируется посредством теплоизолирующих штор. Такой способ регулирования обеспечивает изменение теплового потока только в сторону уменьшения, в результате которого происходит выравнивание значения температур у пода и свода печи. Основным недостатком данного устройства регулирования является невозможность использования излишка тепловой энергии температурного поля у свода печи для прогрева древесины, располагаемой в низкотемпературных зонах. Кроме того, отсутствие системы контроля за температурой отводимых газов приводит к повышенным расходам теплоносителя.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качественно-количественных показателей технологического процесса - пиролиза древесины при уменьшении потерь теплоносителя за счет более рационального использования теплового поля газовых потоков.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества угля и увеличении его выхода за счет повышения степени регулирования тепловыми потоками внутри термокамеры.

Технический результат достигается за счет того, что печь снабжена двумя диагонально расположенными вытяжными устройствами, содержащими собственные регулируемые заслонки, а канал теплового потока топки содержит дискретный трехпозиционный переключатель, связанный с температурными датчиками, вмонтированными во внутренний корпус и расположенными в точках, температура которых с наибольшей достоверностью отражает характерные режимы процесса пиролиза. Это позволяет осуществить перераспределение теплового потока по объему термокамеры, что повысит эффективность теплового воздействия на сырье, снизить расходы теплоносителя за счет неоднократного его использования.

Предлагаемое изобретение характеризуется следующими существенными признаками:

а) ограничительные - наружный теплоизолирующий кожух, внутренний корпус, уплотняющаяся дверь, съемный контейнер со щелевидными прорезями, транспортные устройства перемещения, источник теплового потока и сборник утилизируемых отходов;

б) отличительные - наличие не менее двух диагонально расположенных вытяжных устройств, оборудованных регулируемыми заслонками; вытяжные устройства монтируются в нижней зоне наружного корпуса; дискретный трехпозиционный переключатель, связанный с температурными датчиками, вмонтированными во внутренний корпус и расположенными в точках, температура которых с наибольшей достоверностью отражает характерные режимы процесса пиролиза; эжекторные отверстия различного диаметра во внутреннем корпусе печи.

Причинно-следственная связь между техническим результатом и заявляемыми существенными признаками состоит в том, что равномерность протекания процесса пиролиза обеспечивается за счет использования дополнительных регулирующих устройств. Разность температур у свода и пода печи, возникающая в процессе пиролиза и приводящая к возникновению локальных областей перегрева и недогрева древесины, снижается за счет изменения направления теплового потока, осуществляемого с помощью переключения канала теплового потока с одного вытяжного устройства на другое. При этом более нагретая парогазовая смесь, располагаемая у свода, печи направляется в менее нагретую нижнюю область печи, повышая тем самым равномерность теплового воздействия на сырье.

Установка предусматривает загрузку древесины в контейнер, установленный на тележке, с последующим перемещением его внутрь корпуса печи через загрузочную дверь, где осуществляется процесс пиролиза. Под корпусом установки располагается сборник жижки.

Тепло для нагрева древесины и обеспечения процесса ее переугливания получают от газообразных продуктов сгорания топлива в топке. Разжигание топлива ведут при герметизации кожуха у пода печи.

По окончании процесса переугливания и охлаждения угля загрузочную дверь открывают, контейнер выкатывают наружу, снимают с колес и разгружают.

На фиг.1 и 2 изображена углевыжигательная печь.

Установка (фиг.1 и 2) содержит разделенные воздушной полостью 1 наружный кожух 2, внутренний корпус термокамеры 3, сваренные из стальных листов, корпус выполнен независимо от кожуха для устранения тепловых деформаций в процессе эксплуатации.

С торцевой стороны кожуха в пазах укреплена подъемная дверь 4 из пористого огнеупора, обшитого стальными листами. Дверь поднимается с помощью подъемного устройства 5, которое приводится в действие электродвигателем 6 и блокируется пальцами 7 с обеих сторон. Свод внутреннего корпуса выполнен в виде параболоида для придания дополнительной турбулентности газовым потокам. На боковых поверхностях термокамеры выполнены отверстия (эжекторы) 8, причем верхние отверстия выполнены с большим диаметром, чем нижние.

В нижней части корпуса 2 (фиг.2) диаметрально расположены вытяжные устройства 9 и 10, перекрываемые трехпозиционным переключателем (регулятором) 11, который приводятся в движение электродвигателями 12. Вытяжные устройства оборудованы регулируемыми заслонками 13, 14.

В нижней части дымовых труб выполнены очистные люки 15, 16 для очистки дымоходов от оставшихся продуктов горения.

На наружном кожухе в части газохода установлены предохранительные клапаны 17, в нижней - термодатчики 18, 19, 20 и отверстие 21 для определения пористости переугливания древесины с помощью металлического щупа. В нерабочем состоянии отверстия закрываются резьбовыми пробками.

Тележка 22 оборудована стойками, внутрь которых устанавливается съемный контейнер 23 с древесиной. В нижней части печи установлен накопительный резервуар (сборник) 24 для сбора конденсата (жижки). В боковой стенке сборника выполнено отверстие, в которое вварена дымовая труба 25 от топки 26. В нижней части сборника имеется сливное отверстие, снабженное задвижкой 27, рядом имеется место 28 для присоединения смежной печи.

Топка печи оборудована регулируемыми задвижками для загрузке дров 29 и подтопочного отверстия 30.

Процесс получения древесного угля в рассматриваемой установке осуществляется следующим образом.

Контейнер 23 с предварительно загруженной и подсушенной древесиной укладывают на площадку тележки. Дверь печи поднимается с помощью подъемного устройства 6 и фиксируется пальцами 7, а тележка по рельсовому пути перемещается внутрь корпуса термокамеры 3. Перемещение тележки ограничивается тормозным устройством. Дверь 4 закрывается и обмазывается глиной с асбестом. Открываются регулируемые заслонки 13, 14 вытяжных устройств 9 и 10, а трехпозиционный переключатель 11 устанавливается в положение, которое обеспечивает свободный проход теплового потока из топки 26, по дымовой трубе (борову) 25 в воздушную полость 1. Затем в топке производится розжиг топлива. После того как топливо разгорится, регулируемые задвижки топки 29 и подтопочного отверстия 30 закрывают и герметизируют.

Нагретые перемешанные массы теплового потока из воздушной полости 1 через эжекторные отверстия 8 и сырье попадают в нижнюю часть термокамеры 3. В начальной стадии эндотермического процесса до 150°С происходит нагрев влажного материала, удаление свободной влаги из древесины, от 150-300°С осуществляется нагрев сухого материала, начинается процесс разложения менее стойких органических веществ углекислого газа, окиси углерода, уксусной кислоты и переходит в переугливание. Эти процессы происходят за счет кислорода, содержащегося в древесине. Ход процесса контролируется термодатчиками 20, 21, 22, расположенными во внутреннем корпусе 3 в точках, температура которых с наибольшей достоверностью отражает характерные режимы процесса пиролиза. Если не сократить поступление наружного кислорода в термокамеру произойдет возгорание сырья. По мере протекания процесса пиролиза по сигналам с термодатчиков постепенно уменьшают с помощью регулируемых задвижек 13 и 14 сечение дымохода вытяжных устройств 9 и 10, а переключатель 11 периодически переводят из одного крайнего положения в другое, что обеспечивает изменение направления тепловых потоков внутри термокамеры и повышает равномерность распределения температурного поля внутри камеры.

При температуре 300-450°С регулируемые задвижки 13 и 14 полностью перекрывают сечение дымохода вытяжных устройств. Начинается экзотермический процесс: бурное выделение тепла от сырья, образование углерода, удаление летучих органических веществ. При температуре 450-550°С, при полной герметизации всех соединений происходит процесс прокаливания угля.

Регулирование теплового потока помогает предотвратить тепловой взрыв (возможный при попадании кислорода в нагретый газовый поток), выполнить технологический регламент и соответственно повысить качество конечного продукта - угля.

Во всех стадиях процесса переугливания древесины жидкий конденсат поступает в сборник 24 и может быть утилизирован или сожжен в топке.

Готовность угля определяется металлическим щупом по величине сопротивления прокалыванию через отверстие 21, расположенное в области переугливания.

После остывания до температуры 50°С осуществляется выгрузка угля из контейнера 23, для чего с помощью подъемного устройства 5 открывается дверь 4, контейнер перемещается наружу и разгружается в емкость-тушильник.

Использование вышеописанной установки позволяет ожидать следующих технологических преимуществ по сравнению с приведенным аналогом:

- повышение качества получаемого угля за счет более равномерного протекания процесса; равномерность достигается более глубокой степенью выравнивания температурного поля внутри термокамеры с помощью дополнительно включенных регулирующих устройств;

- уменьшение потерь теплоносителя за счет более рационального использования теплового поля газовых потоков.

Изобретение относится к области автоматизации управления процессом пиролиза древесины в мобильных углевыжигательных печах. Печь состоит из наружного теплоизолирующего кожуха и внутреннего корпуса, снабженная уплотняющейся дверью и содержащая съемный контейнер со щелевидными прорезями, транспортными устройствами и сборник утилизируемых отходов, при этом она снабжена двумя диагонально расположенными вытяжными устройствами, вмонтированными в нижнюю зону наружного кожуха и содержащими регулируемые заслонки, а канал теплового потока содержит дискретный трехпозиционный переключатель, связанный с температурными датчиками, вмонтированными во внутренний корпус и расположенными в точках, температура которых с наибольшей достоверностью отражает характерные режимы процесса пиролиза, в зоне неустойчивого протекания теплового потока во внутреннем корпусе выполнены эжекторные отверстия с изменяемым диаметром сопла, а верхний свод корпуса выполнен в виде параболоида. Изобретение позволяет повысить качественно-количественные показатели технологического процесса - пиролиза древесины при уменьшении потерь теплоносителя за счет более рационального использования теплового поля газовых потоков. 2 ил.

Углевыжигательная печь, состоящая из наружного теплоизолирующего кожуха и внутреннего корпуса, снабженная уплотняющейся дверью и содержащая съемный контейнер со щелевидными прорезями, транспортными устройствами и сборник утилизируемых отходов, отличающаяся тем, что она снабжена двумя диагонально расположенными вытяжными устройствами, вмонтированными в нижнюю зону наружного кожуха и содержащими регулируемые заслонки, а канал теплового потока содержит дискретный трехпозиционный переключатель, связанный с температурными датчиками, вмонтированными во внутренний корпус с расположенными в точках, температура которых с наибольшей достоверностью отражает характерные режимы процесса пиролиза, в зоне неустойчивого протекания теплового потока во внутреннем корпусе выполнены эжекторные отверстия с изменяемым диаметром сопла, а верхний свод корпуса выполнен в виде параболоида.