УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЯ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ
DEVICE TO PRODUCE COAL FROM RENEWABLE ORGANIC STOCK

Изобретение относится к области пиролиза древесины и ее отходов, а также других видов возобновляемого органического сырья.
Известно устройство для получения угля из органического сырья - древесины, включающее печь с топкой, пиролизной камерой, содержащей цилиндрические реторты, и сушильными камерами, RU 2150483 C1.
В этом устройстве в последних по ходу теплоносителя ретортах сырье разлагается почти в два раза медленнее, чем в первых. Это связано с неравномерностями движения теплоносителя в аппарате.
Более эффективно устройство для получения древесного угля из возобновляемого органического растительного сырья, включающее топку, сообщающуюся с пиролизной камерой, содержащей цилиндрические реторты с газосборными элементами (конусами) в нижней части, соединенными посредством газоотводных труб с топкой. В пиролизной камере между сводом и подом установлены направляющие поток газа элементы, представляющие собой вертикальные колонны, имеющие вогнутые цилиндрические поверхности, обращенные к наружным цилиндрическим поверхностям реторт и расположенные эквидистантно по отношению к ним, RU 2237699 C1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостатком прототипа является то, что теплоноситель (топочные газы) недостаточно равномерно обтекают реторты. Кроме того, направляющие поток газа элементы весьма материалоемки и имеют сложную конфигурацию, что существенно затрудняет и удорожает их изготовление. Значительным недостатком прототипа является также то обстоятельство, что концы газоотводных труб непосредственно выведены во внутренний объем топки, при этом температура факела по торцам газоотводных труб превышает 1000°C, в то время как температура обгорания металла, из которого сделаны газоотводные трубы, не превышает 800°C. В результате концы газоотводных труб со стороны топки разрушаются.
Задачей настоящего изобретения является повышение равномерности обтекания реторт топочными газами и, тем самым, ускорение процесса пиролиза; кроме того, решается задача предотвращения разрушения газоотводных труб, а также задача упрощения конструкции элементов, обеспечивающих обтекание реторт топочными газами.
Согласно изобретению в устройстве для получения угля из возобновляемого органического сырья, включающем топку, сообщающуюся с пиролизной камерой, содержащем цилиндрические реторты с газосборными элементами в нижней части, соединенными посредством газоотводных труб с топкой, топка отделена от пиролизной камеры посредством перфорированной стенки, пиролизная камера разделена перфорированными стенками на отсеки, в каждом из которых размещено по меньшей мере по две реторты, при этом в нижней части стенки, отделяющей топку от пиролизной камеры, выполнено по меньшей мере одно отверстие, в которое вставлен элемент из жаропрочного материала со сквозными отверстиями, в которые выведены газоотводные трубы, концы газоотводных труб размещены в средней части элемента из жаропрочного материала, а плоскость этого элемента, в которую выходят сквозные отверстия, расположена под углом к поду топки; смежный с топкой отсек пиролизной камеры может быть соединен газовой магистралью с одним из отсеков в средней части пиролизной камеры;
верхняя часть топки может быть выполнена в форме арочного свода;
в верхнем перекрытии каждого из отсеков пиролизной камеры может быть вмонтирован снабженный крышкой полый цилиндрический элемент, внутренний диаметр которого превышает наружный диаметр реторты, при этом верхнее перекрытие отсека выполнено в виде двух параллельных металлических листов, пространство между которыми сообщено с атмосферой и внутренним объемом отсека.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».
Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает важные новые свойства объекта (технический результат): перфорированная стенка, отделяющая топку от пиролизной камеры, а также перфорированные стенки, разделяющие пиролизную камеру на отсеки, создают определенное аэродинамическое сопротивление, позволяющее значительно более равномерно, нежели в устройстве-прототипе, распределить поток, омывающий каждую реторту; при этом исключаются материалоемкие направляющие поток топочных газов элементы сложной конфигурации. Выполнение в нижней части стенки, отделяющей топку от пиролизной камеры, по меньшей мере одного отверстия, в котором размещен элемент из жаропрочного материала со сквозными отверстиями, в которые выведены газоотводные трубы, концы которых размещены в средней части элемента из жаропрочного материала, обеспечивает нахождение концов труб вне факела в зоне относительно невысоких температур, существенно ниже температуры обгорания металла. Благодаря тому, что плоскость указанного элемента, в которую выходят сквозные отверстия, расположена под углом к поду топки, факелы, выходящие из этих отверстий, также ориентированы под углом к поду топки, при этом происходит завихрение потоков в объеме топки, улучшается смешение парогазов с воздухом, вследствие чего сгорание происходит более полно.
Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - продольный разрез;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - элемент из жаропрочного материала (в увеличенном масштабе);
на фиг.4 - верхнее перекрытие отсека пиролизной камеры;
на фиг.5 - вариант топки с арочным сводом;
на фиг.6 - фрагмент В перфорированной стенки, вид со стороны топки (в увеличенном масштабе).
Устройство включает топку 1 и пиролизную камеру 2. В пиролизной камере 2 размещены цилиндрические реторты 3 с газосборными элементами 4 в нижней части, соединенными посредством газоотводных труб 5 с топкой 1. Топка 1 отделена от пиролизной камеры 2 посредством перфорированной стенки 6 со сквозными отверстиями 17. Посредством перфорированных стенок 7 пиролизная камера 2 разделена на отсеки 8. Стенки 7 аналогичны по своему выполнению стенке 6, но имеют меньшую толщину. В каждом из отсеков 8 размещены в конкретном примере по две реторты 3. Посредством перфорированной стенки 9 пиролизная камера 2 отделена от сушильной камеры 15, которая также разделена на отсеки перфорированными стенками 10.
В нижней части стенки 6 в данном примере выполнены два отверстия, в которые вставлены элементы 11 из жаропрочного материала, в частности, бетона, со сквозными отверстиями 12. В отверстия 12 выведены газоотводные трубы 5, концы 13 которых размещены в средней части элемента 11. Плоскости 23 элементов 11, в которые выходят сквозные отверстия 12, расположены под углом к поду топки 1.
Смежный с топкой 1 отсек 8 пиролизной камеры 2 соединен газовой магистралью 14 с одним из отсеков в средней части пиролизной камеры 2.
Верхняя часть топки 1 может быть выполнена в форме арочного свода 16 (фиг.5), что обеспечивает повышение устойчивости и долговечности в сравнении с плоскими сводами. В верхнем перекрытии каждого из отсеков пиролизной камеры вмонтирован полый цилиндрический элемент 20 с крышкой (на чертеже не показана), внутренний диаметр которого превышает наружный диаметр реторты 3. Верхнее перекрытие отсека выполнено в виде двух параллельных металлических листов 18 и 19, пространство между которыми сообщено с внутренним объемом отсека, а также посредством патрубка 21 - с атмосферой. Верхние перекрытия отсеков сушильной камеры устроены аналогично. Сушильная камера сообщается с атмосферой посредством дымовой трубы 22.
Устройство работает следующим образом.
При запуске процесса получения угля в топке 1 сжигают некоторое количество топлива, в частности дров. При этом образуются топочные газы с температурой 900-1000°C. Топочные газы разбавляются воздухом до температуры 600-800°C за счет подсоса воздуха из атмосферы. Топочные газы поступают через отверстия 17 в стенке 6 в ближайший к топке 1 отсек 8 пиролизной камеры 2 и затем через отверстия в стенках 7 последовательно поступают в другие отсеки пиролизной камеры 2. Кроме того, для поддержания достаточно высокой температуры в удаленных от топки 1 отсеках 8 пиролизной камеры 2 часть топочных газов из ближайшего к топке 1 отсека пиролизной камеры 2 поступает в более удаленные отсеки камеры 2 по магистрали 14. Находящееся в ретортах 3 органическое сырье под воздействием горячих топочных газов подвергается термическому разложению. Образующиеся при этом парогазы через газосборные элементы 4 и газоотводные трубы 5 поступают в топку 1 и там сгорают. Поскольку факелы, образующиеся при сгорании парогазов в топке 1, непосредственно контактируют с поверхностью элемента 11, а не с концами 13 металлических газоотводных труб 5, предотвращается их обгорание. В дальнейшем процесс происходит непрерывно, и образующиеся продукты сгорания парогазов являются основным источником тепла для поддержания процесса термического разложения сырья в ретортах 3. Выходящие через перфорированную стенку 9 в сушильную камеру 15 дымовые газы отдают остаточное тепло для предварительной сушки сырья, находящегося в ретортах 3, перед перемещением реторт в пиролизную камеру 2 и затем выходят в атмосферу через дымовую трубу 22.
Изобретение может быть использовано везде, где имеются органические отходы, например в лесопромышленном комплексе при заготовке и переработке древесины, в сельском хозяйстве (тростник, солома, скорлупа от орехов, остатки кукурузной и подсолнечной массы вместе со стеблем и листьями). В качестве сырья также могут быть использованы бытовые органические отходы и другие твердые органические остатки. Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и известное оборудование. Эти обстоятельства, по мнению заявителя, позволяют сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».