УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ГОРЕЛОГО ЛЕСА И ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F23G5/00 C10B1/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для утилизации горелого леса и может быть использовано для утилизации древесных отходов предприятий, перерабатывающих товарную древесину в изделия, занимающихся санитарной обработкой лесопарковых территорий и утилизацией древесных изделий, вышедших из употребления.

Уровень техники

Актуальность разработки в данной области довольна важна, т.к. только в России образуется свыше 36 млн м³ в год отходов древесины различного вида. Это непосредственные отходы производства товарной древесины (крайние обрезы стволов - горбыли, обрезки, непригодные для производства выпускаемых изделий), отходы при заготовке древесных стволов (ветки, пеньки и др.), отходы санитарной обработки леса и лесопарковых зон в городах, отходы в виде использованной деревянной тары и изделий из дерева, горелый лес.

На данный момент известен ряд способов и оборудования для утилизации древесных отходов. Большинство этих изобретений посвящено прямому сжиганию древесных отходов [1, 2, 3], их измельчению, подсушке, брикетированию с последующей газификацией и получением древесного угля или генераторного газа. Подавляющее число этих изобретений предусматривает применение реторт, которые загружаются и разгружаются путем извлечения из камер обогрева [5…10], включая мобильные варианты.

Способы и установки, требующие для измельчения и подсушки древесных отходов до щепы (в габарите частицы не должны превышать 10…15 мм), имеют невысокий общий КПД, т.к. много энергии тратится на измельчение и предварительную подсушку щепы (до влажности 10…12% против начальных в 40…50%).

Особое место в данной проблеме занимают отходы в горелых лесах, которые образуются в природе на сотнях и тысячах гектаров лесов. Основной спецификой здесь является, во-первых, необходимость обработки отходов на месте их образования (никто не будет возить горелый лес на большие расстояния); во-вторых, в лесах отсутствует, как правило, электроэнергия, требуемая для работы отдельных устройств установки; в-третьих, при утилизации отходов горелого леса речь идет именно об утилизации, а не производстве товарной продукции. Тем не менее и в этом случае можно получить полезный товарный продукт - древесный уголь. Эту утилизацию могут осуществить мобильные установки, не требующие затрат на энергию извне, кроме частичного использования самих отходов древесины в качестве топлива.

Поэтому данное изобретение и предусматривает разработку мобильных установок по утилизации древесных отходов любого вида, работающих автономно в любом месте и производящих полезный продукт в виде древесного угля - до 32% от сырья; до 40% газовой фракции (газового топлива); до 28% жидкой фракции (смеси углеводородных горючих жидкостей, ацетона, муравьиной, уксусной кислот и воды).

Предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими: во-первых, не требует измельчения до малых размеров и работает на чурках или отрезках сырья длиной до 360 мм; во-вторых, существенно упрощает конструкцию и уменьшает число аппаратов и устройств в своем составе без снижения своей функции; в-третьих, выполняется в мобильном варианте, что позволяет поочередно работать в разных местах образования древесных отходов, что особенно важно для территорий горелого леса.

Известна установка для получения древесного угля [4], содержащая корпус с топкой и дымовой трубой с заслонкой, реторту, установленную над топкой внутри корпуса с зазором, снабженную сверху отводной трубой-газоходом, при этом корпус сверху снабжен крышкой, сквозь которую смонтирована на проход вертикальная отводная труба, которая выполнена с возможностью соединения с топкой газоходной трубой.

Недостатками данной установки являются: периодичность работы, цилиндрическая форма реторты не обеспечивает равномерности прогрева ее сердцевины и периферийной области, недостаточная герметизация как корпуса, так и реторты.

Известны [5] способы и установки [3, 6] для получения древесного угля, тепловой энергии и горелого газа и устройство для его обеспечения, состоящие из печных камер с топочными устройствами, над которыми установлены реторты с отверстиями для выхода пиролизных газов, снабженные загрузочными устройствами и полостями для охлаждения угля.

Недостатки данных изобретений состоят в сложности конструкции, в невозможности выделить жидкую пиролизную фракцию, в составе которой неизбежно содержится вода, в сложности получения незагрязненного древесного угля, в низкой производительности ввиду того, что в печной камере установлена только одна реторта, к тому же ее цилиндрическая форма не обеспечивает равномерности процесса пиролиза для срединной и периферийной частей в поперечном сечении реторты.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на разработку и последующее создание мобильных установок, которые позволят утилизировать отходы древесины и особенно горелый лес в любой местности, не имеющей требуемого энергоснабжения, в частности электроэнергии (например, в лесу), выделить жидкую пиролизную фракцию и получить более чистый древесный уголь в качестве готового вторичного продукта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в придании установке мобильности, способности работать автономно при полном собственном энергообеспечении и в производстве полезной товарной продукции в виде древесного угля.

Технический результат достигается тем, что установка для получения древесного угля и горючего газа, состоящая из печной камеры с топочным устройством, над которым установлены реторты с отверстиями для выхода пиролизных газов, питателя для сырья, полостью для сбора и охлаждения угля, новым решением является то, что установка снабжена фильтром-циклоном, конденсатором воздушного охлаждения кожухотрубного типа и дымососом, а термокамера образована несколькими, например четырьмя ретортами, установленными параллельно в печной камере над топкой с зазором и выполненными в форме вытянутых прямоугольных пирамид, заполненных утилизируемым сырьем, содержащих отверстия, соединенные в общий коллектор для отвода парогазовой смеси, снабженных питателями сырья, выполненными в виде лотков с крышками и толкателями, объединенными общей траверсой с приводом, например, в виде пневмоцилиндра, установленного в центре и снаружи торцевой стенки печной камеры, при этом камера разгрузки твердого остатка выполнена в виде короба, объединившего все реторты на выходе твердого остатка и содержащего патрубок для его выдачи, реторты снабжены шиберными затворами на входе сырья и выходе угля, выполненными в виде пазовых рамок, уплотнений и собственно шиберами, представлящими собой пластины с отверстиями, размеры которых и шаг расположения аналогичны торцевым входам и выходам реторт и расположению последних в печной камере, и также снабженными приводами, например, в виде пневмоцилиндров, установленных снаружи на торцевой стенке печной камеры, все пространство в верхней части печной камеры объединено под общим сводом с патрубком для отвода дымовых газов, а топка снабжена дверцами, горелкой для газового топлива, колосниковой решеткой и камерой с дверцами для сбора золы и поступления воздуха при сжигании твердого топлива.

Отличие, как следует из вышеизложенного, состоит в том, что установка содержит не одну, а несколько реторт, например четыре, что приводит к существенному увеличение производительности; выполнена в мобильном варианте, что позволяет ее использование в любом месте образования отходов (например, в лесу); обеспечивает в полной мере собственное энергообеспечение и производит полезную вторичную продукции в виде газообразного топлива и древесного угля, который может быть использован для получения суспензионного жидкого топлива.

Новые отличительные признаки изобретения: обеспечивается возможность вести процесс пиролиза при любом режиме (длительность нахождения сырья в ретортах, температуры пиролиза и т.п.); вырабатываются для себя энергетические ресурсы в полной мере (можно работать в лесу при полном отсутствии электроэнергии); производится товарная продукция - древесный уголь, увеличивается производительность. Улучшает теплообмен в реторте, которая выполнена в форме вытянутого параллелепипеда, в котором расстояние от стенки до среднего слоя гораздо меньше радиуса в цилиндрической реторте.

Эффективность предлагаемого изобретения и ее повышение будут зависеть и повышаться с усилением точности управления работой установки и полнотой пиролиза исходного сырья.

Таким образом, предлагаемая установка в состоянии обеспечить ряд достоинств, основными из которых являются: полное собственное энергообеспечение, мобильность, возможность утилизировать любой вид древесных отходов, отсутствие требований глубокого измельчения сырья (до размеров щепы), а подготовка сырья в форме кусков, максимальным размером в 300...360 мм, высокая производительность и др.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведена схема установки; на фиг.2 - продольный разрез печной камеры; на фиг.3 - Вид А фиг.2.

Установка содержит (см. фиг.1) печную камеру 1, фильтр-циклон 2, конденсатор воздушного охлаждения 3, сборники для жидкой фракции 4 и твердого остатка 5 и 6, дымосос 7, горелку 8 для сжигания газообразного топлива, вентилятор 9. К установке придаются также компрессор для получения сжатого воздуха и электрогенератор для получения электроэнергии, требуемой для работы компрессора и средств управления установкой (эти устройства на фиг.1 не показаны).

Печная камера (см. фиг.2) содержит корпус 10, реторты 11 (на фиг.3 изображены 4 реторты), установленные в корпусе 10 с зазором "а". Каждая реторта 11 снабжена питателем 12 для исходного сырья, общей камерой 13 для приема твердого остатка, шиберными затворами 14 и 15 с приводами. Каждый питатель 12 выполнен в виде лотка 16 с крышкой и толкателем 17, который посредством стержней 18 укреплен на траверсе 19, управляющей всеми толкателями реторт 11 одновременно. Траверса 19 соединена жестко со штоком 20 пневмоцилиндра 21, который укреплен на прижимной рамке 23.

Реторты 11 снабжены с обоих открытых торцов шиберными затворами 14, каждый из которых выполнен (см. фиг.3) в виде пазовой 22, прижимной рамки 23 с уплотнением 24 и шибером 25. Шиберы представляют собой пластины с отверстиями, форма которых и шаг расположения соответствуют открытым торцам реторт 11 и расстояниям между ними в печной камере.

Шиберы 25 приводятся в движение пневмоцилиндрами 26, укрепленными жестко на торцевых стенках корпуса 10. Штоки 27 пневмоцилиндров 26 соединены с шиберами 25 посредством траверс 28. Реторты 11 выполнены в виде вытянутых прямоугольных пирамид, имеющих отверстия "б" в верхних гранях, расположенных у выходной части твердого остатка, которые объединены общим коллектором 29, имеющим патрубок 30 для выхода из реторт 11 парогазовой смеси, которая направляется в топку 31 для сжигания. Камера 13 для приема твердого остатка выполнена в виде короба, объединяющего все реторты на выходе твердого остатка и содержащего патрубок 32 для его выдачи.

Зазоры «а» между корпусом 10 и ретортами 11, образующие межретортное пространство, открыты снизу и сообщаются с топкой 31, объединенной вверху общим сводом 33 с патрубком 34 для отвода дымовых газов. Топка 31 содержит колосниковую решетку 35, отделяющую ее от камеры 36 для золы и входа воздуха в топку 31 при сжигании твердого топлива (самого сырья). Топка 31 и камера 36 имеют дверцы 37 для контроля за процессом горения и загрузки твердого его вида. Топка 31 снабжена горелками 38 для сжигания газового топлива. Корпус 10 реактора установлен на опоры 39.

Установка работает следующим образом.

Подготовленные для утилизации отходы древесины, т.е. распиленные или разрезанные на отрезки длиной до 360 мм, помещаются в питатель 12, при открытой предварительно его крышке и перемещении толкателя 17 в свое крайнее исходное положение (по фиг.2 - справа) с помощью пневмоцилиндра 21. Питатель 12 загружается вручную полностью, его крышка закрывается. Перемещается шибер 25 путем включения пневмоцилиндра 26, затем включается пневмоцилиндр 21, и сырье проталкивается толкателем 17 в реторты 11. После завершения загрузки сырья пневмоцилиндр 21 включается на обратный ход, при котором его шток 20 и траверса 19 с толкателем 17 перемещаются до упора (по фиг.2 и фиг.3 - справа). Питатель 12 готов для следующего цикла загрузки сырья.

При разгрузке реторты 11 (она происходит реже загрузки сырья и устанавливается опытным путем) перемещается шибер 25 посредством включения пневмоцилиндров 26. Готовый твердый остаток выталкивается в камеру его приема 13 во время загрузки реторт 11 исходным сырьем, т.е. усилие для выталкивания передается твердому остатку от толкателей 12 путем уплотнения и продвижения сырья в ретортах 11. Из камеры 13 твердый остаток выходит через патрубок 32 в тару.

Парогазовая смесь, образованная в ретортах 11, собирается в коллекторы 29 и выходит через патрубок 30, направляется в фильтр-циклон 2 и из него - в конденсатор 3 (см. фиг.1). Здесь конденсируется вся паровая часть парогазовой смеси и в виде жидкости стекает в сборник 5, а неконденсирующий пирогаз направляется дымососом 7 к горелкам 38 для сжигания и обогрева реторт 11.

Источники информации

1. Пат. 2303050 Рос. Федерация, МПК С10J 3/20, F23B 99/00. Газогенератор; опубл. 20.07.2007; бюл. №20.

2. Пат. 78484 Рос. Федерация, МПК С10В 1/04, С10В 53/02. Устройство для получения древесного угля; опубл. 27.11.2008.

3. Пат. 83826 Рос. Федерация, МПК F23G 5/00. Самоходная установка для переработки древесных отходов и получения топливного газа; опубл. 20.06.2009.

4. Пат. 2366685 Рос. Федерация, МПК С10В 53/02, С03С 8/00. Печь для пиролиза древесных отходов; опубл. 10.09.2009.

5. Пат. 2408654 Рос. Федерация, МПК C10G 9/02. Установка непрерывного действия для пиролиза углеродсодержащих материалов; опубл. 10.01.2011.

6. Пат. 2322796 Рос. Федерация, МПК A01G 23/00, A01G 23/02. Способ утилизации лесосечных отходов; опубл. 10.11.2007.

7. Пат. 2285201 Рос. Федерация, МПК F23G 5/00, С10В 1/04, С10В 53/02. Устройство для пиролиза древесных отходов; опубл. 10.10.2006.

8. Пат. 64209 Рос. Федерация, МПК С10В 1/04. Устройство для пиролиза древесных отходов; опубл. 27.06.2007.

9. Пат. 35335 Рос. Федерация, МПК С10В 53/02. Установка для получения древесного угля (варианты); опубл. 10.01.2004.

10. Пат. 2225428 Рос. Федерация, МПК 7 С10В 1/04. Способ получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа и устройство для его осуществления; опубл. 10.03.2004.

Изобретение относится к устройствам для утилизации горелого леса и может быть использовано для утилизации древесных отходов предприятий, перерабатывающих товарную древесину в изделия, занимающихся санитарной обработкой лесопарковых территорий и утилизацией древесных изделий, вышедших из употребления. Установка для получения древесного угля и горючего газа состоит из печной камеры с топочным устройством, над которым установлены реторты с отверстиями для выхода пиролизных газов, питателей для сырья, полостью для сбора и охлаждения угля. Установка снабжена фильтром-циклоном, конденсатором воздушного охлаждения кожухотрубного типа и дымососом, а термокамера образована несколькими, например четырьмя ретортами, установленными параллельно в печной камере над топкой с зазором и выполненными в форме вытянутых прямоугольных пирамид, заполненных утилизируемым сырьем, содержащих отверстия, соединенные в общий коллектор для отвода парогазовой смеси, снабженных питателями сырья, выполненными в виде лотков с крышками и толкателями, объединенными общей траверсой с приводом, например, в виде пневмоцилиндра, установленного в центре и снаружи торцевой стенки печной камеры. При этом камера разгрузки твердого остатка выполнена в виде короба, объединившего все реторты на выходе твердого остатка и содержащего патрубок для его выдачи, реторты снабжены шиберными затворами на входе сырья и выходе угля, выполненными в виде пазовых рамок, уплотнений и собственно шиберами, представляющими собой пластины с отверстиями, размеры которых и шаг расположения аналогичны торцевым входам и выходам реторт и расположению последних в печной камере, и также снабженными приводами, например, в виде пневмоцилиндров, установленных снаружи на торцевой стенке печной камеры. Все пространство в верхней части печной камеры объединено под общим сводом с патрубком для отвода дымовых газов, а топка снабжена дверцами, горелкой для газового топлива, колосниковой решеткой и камерой с дверцами для сбора золы и поступления воздуха при сжигании твердого топлива. Изобретение позволяет повысить мобильность установки и возможность работать автономно при полном собственном энергообеспечении. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для получения древесного угля и горючего газа, состоящая из печной камеры с топочным устройством, над которым установлены реторты с отверстиями для выхода пиролизных газов, питателей для сырья, полостью для сбора и охлаждения угля, отличающаяся тем, что установка снабжена фильтром-циклоном, конденсатором воздушного охлаждения кожухотрубного типа и дымососом, а термокамера образована несколькими, например четырьмя ретортами, установленными параллельно в печной камере над топкой с зазором и выполненными в форме вытянутых прямоугольных пирамид, заполненных утилизируемым сырьем, содержащих отверстия, соединенные в общий коллектор для отвода парогазовой смеси, снабженных питателями сырья, выполненными в виде лотков с крышками и толкателями, объединенными общей траверсой с приводом, например, в виде пневмоцилиндра, установленного в центре и снаружи торцевой стенки печной камеры, при этом камера разгрузки твердого остатка выполнена в виде короба, объединившего все реторты на выходе твердого остатка и содержащего патрубок для его выдачи, реторты снабжены шиберными затворами на входе сырья и выходе угля, выполненными в виде пазовых рамок, уплотнений и собственно шиберами, представляющими собой пластины с отверстиями, размеры которых и шаг расположения аналогичны торцевым входам и выходам реторт и расположению последних в печной камере, и также снабженными приводами, например, в виде пневмоцилиндров, установленных снаружи на торцевой стенке печной камеры, все пространство в верхней части печной камеры объединено под общим сводом с патрубком для отвода дымовых газов, а топка снабжена дверцами, горелкой для газового топлива, колосниковой решеткой и камерой с дверцами для сбора золы и поступления воздуха при сжигании твердого топлива.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод к общей траверсе толкателей в питателях сырья выполнен в виде пневмоцилиндра, закрепленного в центральной части на прижимной рамке шиберного затвора загрузки.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приводы в шиберных затворах на входе сырья и выходе угля выполнены также в виде пневмоцилиндров, установленных горизонтально на наружных торцевых стенках печной камеры.