РЕТОРТА ДЛЯ ПИРОЛИЗА

Полезная модель относится к оборудованию для пиролиза древесины и может быть использована в составе печей для утилизации твердых бытовых, вредных и особо вредных отходов и установок для получения древесного угля, генераторного и синтез-газа.
В основе работы пиролизного устройства лежит принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива в ретортах, при котором под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухое топливо разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток. Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при доставке пиролизного газа в камеру сгорания при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии.
Известна печь для пиролиза древесных отходов, содержащая топку (камеру сгорания), реторту, трубы для подвода тепла и отвода печных газов, при этом реторта изнутри покрыта эмалью. Благодаря использованию эмали достигается уменьшение теплообмена камеры сгорания с окружающей средой, с одновременным ускорением процесса пиролиза (патент РФ на изобретение №2366685).
Под действием высоких температур, при которых происходит процесс пиролиза, а также эксплуатации реторты в режиме последовательного нагрева и охлаждения, эмаль деформируется и устройство быстро приходит в негодность.
Известно устройство пиролизной переработки гранулированных органических веществ, включающее вертикальную реторту, снабженную днищем с отверстиям. Вывод пиролизных газов организован в нижней части реторты через одно или несколько отверстий, выполненных боковой стенке реторты, с примыкающими газоходами для вывода из реторты пиролизных газов. В верхней части реторты выполнено одно или несколько отверстий с примыкающими газоходами для ввода в реторту пиролизных газов рецикла (патент РФ на полезную модель №84375).
При эксплуатации в реторте происходит активная циркуляция пиролизных газов через входные и выходные газоходы, что приводит к снижению температуры в реторте, осаждению конденсата в газоходе, и, как следствие, замедлению процесса пиролиза.
Известна вертикальная реторта, которая устанавливается в нагревательную печь. Реторта выполнена квадратного поперечного сечения из жаропрочной стали. Загрузка древесного угля, щепы или крупной стружки производится из загрузочного бункера при открывании нижнего шибера загрузочного бункера и шибера, расположенного в верхней части реторты. Выгрузка активного угля осуществляется в вагонетку при открывании поворотного люка (патент РФ на изобретение №2270848).
Реторта квадратного сечения не может обеспечить полноценное сгорание топочного материала, так как в угловых зонах неизбежно возникают, так называемые, «мертвые зоны». Кроме того, реторты такой конструкции недолговечны, вследствие возникновения тепловых деформаций и, соответственно, ускоренного прожога конструкции.
Известно устройство для пиролиза бытового мусора, включающее топку, обогревательные камеры и вертикальные выемные реторты, Выемные реторты снабжены съемными решетчатыми днищами. Верхние крышки реторт выполнены глухими, и они снабжены кольцевыми выступами для заглубления в песчаное уплотнение отверстий сводов обогревательных камер. Под камер в местах соприкосновения с ретортами имеет уплотнения в виде чугунных плит. Плиты имеют отверстия, соединенные газоходами в поде камер с топкой (патент РФ на изобретение №2164239).
При эксплуатации реторты в составе устройства для пиролиза бытового мусора возникает необходимость переворачивать реторту для закладки отходов, что крайне неудобно и нетехнологично, учитывая вес реторты. Кроме того, вывод пиролизных газов в нижней части реторты способствует снижению эффективности ее работы, так как нарушается естественный процесс, при котором горячие пиролизные газы поднимаются в верхнюю часть реторты.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является реторта, содержащая днище и крышку, установленную на песчаный замок, расположенный на корпусе реторты, днище с отверстиями для слива конденсата шарнирно, прикреплена к ребру жесткости, которое выполнено в виде кольца, прикрепленного к внутренней поверхности юбки, которая в свою очередь обеспечивает установку реторты на песчаный замок. Ребро жесткости может быть установлено под углом к внутренней поверхности юбки. Реторта устанавливается на опорный лист. Под ретортой расположен газосборник с газоотводным каналом, (патент РФ на полезную модель №76644).
Реторта известной конструкции подвержена тепловым деформациям за счет выполнения ее однослойной. При длительной эксплуатации возможно коробление металла и ускоренный прожог стенок реторты в результате последовательного нагрева и охлаждения реторты.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрочнение конструкции реторты для пиролиза и повышение ее эксплуатационных характеристик, при обеспечении экологической чистоты процесса пиролиза.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении деформаций реторты при нагреве, увеличении срока службы и обеспечении работоспособности устройства при повышенных давлениях.
Поставленная задача решается тем, что в реторте для пиролиза, выполненной в виде корпуса с днищем, крышкой и цилиндрической боковой стенкой, снабженного газоотводящим каналом, согласно техническому решению, боковая стенка выполнена многослойной, а газоотводящий канал смонтирован в верхней части боковой стенки. При этом боковая стенка может быть образована, по крайней мере, из одного металлического листа, свернутого в рулон, или из двух коаксиально размещенных с технологическим зазором металлических цилиндров. Реторта снабжена укрепляющим кольцом, охватывающим нижнюю часть боковой стенки, фиксирующими элементами, равномерно закрепленными по окружности укрепляющего кольца, и вертикально ориентированной перегородкой, представляющей собой вставку с пазами, в которых установлены пластины с прорезями. На боковой стенке реторты в верхней части закреплен буртик с образованием кольцевого зазора между крышкой и буртиком.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид реторты.
На фиг.2 схематично представлен вид сверху на боковую поверхность реторты.
Позициями на чертежах обозначены:
1. корпус,
2. днище,
3. крышка,
4. боковая стенка,
5. укрепляющее кольцо,
6. фиксирующие элементы,
7. перегородка,
8. пластина,
9. прорезь,
10. крестовина (вставка),
11. газоотводящий канал,
12. замок,
13. балка,
14. ось,
15. болт,
16. гайка,
17. планка,
18. крепежный элемент,
19. проушина,
20. буртик,
21. зазор.
Заявляемое устройство представляет собой металлическую конструкцию, выполненную посредством сплошной и точечной сварки. Реторта выполнена в виде корпуса 1 с полостью для закладки дров. Корпус 1 снабжен днищем 2 и крышкой 3. Боковая стенка 4 корпуса 1 выполнена многослойной и представляет собой полотно из нескольких металлических листов, сваренных по кромкам, свернутое в рулон. Лист рулона, формирующий внутренний объем реторты, выполнен из нержавеющей стали, что способствует повышению химической стойкости конструкции. Остальные листы, формирующие многослойную структуру боковой стенки реторты, выполнены из термостойкой стали. В случае использования заявляемого устройства для обработки химически не агрессивных сред боковая стенка реторты целиком выполнена из термостойкой стали.
Так как внутренний объем реторты подвержен действию высоких давлений, то возникает необходимость утолщения его стенок, которое, однако, не является пропорциональной величиной для увеличения внутренних давлений. Необходимое повышение внутренних давлений обеспечивается использованием скрепленных цилиндров, то есть нескольких, посаженных друг на друга, цилиндров (Справочник машиностроителя под ред. Серенсена С.В., Москва, 1951, том 3, стр.157). В нашем случае для решения задачи применен следующий технологический прием: реторта выполнена из нескольких, последовательно соединенных между собой посредством сварного шва металлических листов, свернутых в рулон. Внутренние листы при этом оказываются поджаты внешним контактным давлением, величина которого зависит от жесткости и плотности металлических листов, сворачиваемых в рулон. Толщина листа для формирования боковой стенки составляет не менее 3 мм. Толщина боковой стенки составляет не менее 12 мм, таким образом, количество листов и витков рулона определяется эмпирически. Витки рулона плотно прилегают друг к другу, однако наличие технологических микрозазоров допускается.
В качестве варианта исполнения боковая стенка 4 может быть сформирована из нескольких, коаксиально расположенных с технологическим зазором отрезков труб - цилиндров близкого диаметра.
Днище 2 приварено к рулону из металлических листов (боковой стенке) с образованием на днище кромки, по которой приварено укрепляющее металлическое кольцо 5 высотой не менее 1 см, охватывающее нижнюю часть боковой стенки реторты. Укрепляющее кольцо 5 с одной стороны фиксирует днище 2 относительно боковой стенки 4, а с другой стороны предохраняет боковую стенку 4 от разжатия в результате тепловых деформаций. Через равные расстояния по укрепляющему кольцу 5 расположены фиксирующие элементы 6, выполненные в виде треугольников жесткости. Количество фиксирующих элементов 6 определяется расчетными давлениями внутри реторты и составляет, не менее 3-4 штук. Укрепляющее кольцо 5 и фиксирующие элементы 6 предотвращают тепловые деформации рулона металлических листов в результате нагрева реторты в процессе эксплуатации. В верхней части реторты к боковой стенке 4 закреплен буртик 20, в который установлена крышка 3. Между буртиком 20 и кромкой крышки 3 образован кольцевой зазор 21, заполняемый распущенной в воде глиной. Крышка зафиксирована на корпусе при помощи замка 12. Под буртиком 20 с внешней стороны боковой стенки 4 корпуса 1 диаметрально противоположно расположены крепежные элементы 18, представляющие собой две параллельно размещенные планки 17 со сквозными отверстиями, в которых установлена ось 14 с подвижным стяжным болтом 15. На внешней стороне крышки 3 в центральной части закреплена металлическая пластина с проушиной 19 для зацепления крюка при переносе реторты. К металлической пластине закреплена двутавровая балка 13 длиной, соответствующей диаметру буртика 20. По краям балки 13 выполнены пазы для размещения болтов и стягивающих их гаек 16. В верхней части боковой стенки реторты выполнено отверстие для газоотводящего канала 11. Канал соединяет полость реторты с камерой дожига газов, образовавшихся в результате пиролиза. По всей высоте реторты в ее внутреннем объеме установлена перегородка 7, выполненная в виде крестовины (вставки) 10 с пазами, размещенной в центральной части реторты, в пазы которой с четырех сторон с образованием крестообразной конструкции вставлены металлические пластины 8 со сквозными прорезями 9, выполненными по всей высоте пластин и предназначенными для циркуляции газовых потоков. Прорези 9 равномерно распределены по всей поверхности пластин.
Таким образом, перегородка 7 разделяет полость реторты на четыре равные части. При этом обеспечивается увеличение общей площади теплоотдачи, что положительно сказывается на эффективности и скорости процесса пиролиза в целом.
Заявляемая реторта для пиролиза работает следующим образом.
В реторту заявляемой конструкции устанавливают перегородку, после чего заполняют дровами или утилизируемыми отходами, плотно укладывая их в четыре сектора реторты. После закладки дров или отходов закрывают крышку, помещают болты в выемки двутавровой балки и затягивают гайками. Зазор между кромкой крышки и буртиком заполняют распущенной в воде глиной для полной герметизации полости внутри реторты. Подготовленную таким образом реторту цепляют за проушину в металлической пластине и устанавливают в ячейку печи для получения древесного угля или в камеру печи для утилизации отходов при помощи, например, кран-балки. Газоотводящий канал реторты соединяют с каналом отвода пиролизных газов печи. Реторта устанавливается таким образом, что между стенками ячейки или камеры и боковой стенкой реторты образуется зазор для прохождения парогазовой смеси, являющейся теплоносителем. Затем инициируют процесс пиролиза, разжигая в топке растопочный материал и доводя температуру вокруг реторты до 800-900°С. Парогазовая смесь, имеющая такую температуру, нагревает стенки реторты и дрова или отходы внутри нее. Отходы, находящиеся внутри реторты, подвергаются действию высоких температур и начинается процесс пиролиза - химического разложение сложных веществ на более простые под воздействием температур. В результате процесса пиролиза из отходов образуются парогазовая смесь (пиролизный газ) и твердый углеродистый остаток. За счет того, что реторта выполнена герметичной, без отверстий, за исключением выходного отверстия в верхней ее части, процесс пиролиза идет равномерно, стабильно и с большой скоростью. Внутри реторты создается избыточное давление, под его воздействием пиролизный газ поступает в газоотводящий канал через отверстие в верхней части реторты. Многослойная структура боковой поверхности реторты способствует предотвращению тепловых деформаций реторты, улучшает теплопередачу через стенки и ускоряет процесс пиролиза.
Пример конкретного выполнения.
Изготовлена реторта для установки для утилизации твердых бытовых отходов. Общий вес установки около 5,5 тн. Внутренний диаметр реторты 1120 мм, высота 2500 мм, вес 1600 кг. Боковая поверхность реторты изготовлена из листовой стали 09Г2С. Листы металла шириной 1500 мм и толщиной 4 мм в количестве 8 штук сварены по длине и свернуты в рулон из трех витков. Сформированная таким образом боковая стенка реторты приварена к днищу с укрепляющим кольцом. По окружности кольца приварены четыре фиксирующих элемента. Реторта снабжена крышкой и газоотводящим каналом.