КАССЕТНАЯ УСТАНОВКА ПИРОЛИЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЯ

Полезная модель относится к получению угля и может быть использована для производства активного древесного угля в кассетных установках пиролиза с горизонтальной загрузкой.
В настоящее время известно множество вариантов выполнения печей пиролиза для получения древесного активного угля.
Так, из описания к патенту на полезную модель РФ №76016 (опубликован 10.09.2008, МПК: С01В 31/08 (2006.01)) известна установка для получения древесного активного угля, содержащая загрузочный бункер со шнековым узлом загрузки, горизонтально расположенную цилиндрическую первую реторту, шнековый узел выгрузки древесного неактивированного угля из полости первой реторты и перемещения его в полость горизонтально расположенной цилиндрической второй реторты, узел выгрузки древесного активированного угля из второй реторты, при этом загрузочный бункер со шнековым узлом загрузки герметично охватывает со стороны входного торца первую реторту, смонтированную в корпусе первой топки с возможностью вращения от отдельного привода, шнековый узел выгрузки древесного неактивированного угля размещен в герметичном кожухе, охватывающем со стороны выходного торца первую реторту и со стороны входного торца вторую реторту, смонтированную в корпусе второй топки с возможностью вращения от отдельного привода, шнековый узел выгрузки древесного активированного угля размещен в кожухе, охватывающем со стороны выходного торца вторую реторту, причем полость герметичного кожуха шнекового узла выгрузки древесного неактивированного угля сообщена с полостью корпуса первой топки, полость кожуха шнекового узла выгрузки древесного активированного угля сообщена с полостью корпуса второй топки, а на входе во вторую реторту размещено устройство охлаждения и увлажнения древесного неактивированного угля, поступающего из первой реторты, а реторты выполнены с возможностью наклона их продольных осей для перемещения продукта в направлении выгрузки.
Кроме этого, из описания к патенту Великобритании №298546 (опубликован 09.10.1928, МПК: С01В 31/10) известно устройство для получения активного угля, включающее вращающуюся реторту с питателем, теплообменник, отверстие для ввода газа активации, камеру охлаждения, накопительную камеру, эксгаустер, устройство для охлаждения.
Недостатками описанных устройств являются сложность конструкции, что приводит к выбросам газов и к загрязнению окружающей среды, неконтролируемый процесс производства (температура, процесс активации, подача сырья и др.), что вызывает низкое качество получаемого продукта, большие потери тепла, пиролиз при низких температурах.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является устройство для получения древесного и активного угля, известное из патента РФ №2225836 (опубликован 20.03.2002, МПК: С01В 31/08). Известное устройство содержит корпус с топкой, каналы для подачи воздуха, газоходы, реторту, снабженную паропроводом и выходным трубопроводом и установленную в камере, при этом реторта выполнена в виде горизонтального параллелепипеда и снабжена трубопроводом для подачи воздуха.
Недостатками известного устройства являются потери тепла, отсутствие процесса активирования угля, неравномерность прогрева кассеты из-за параллелепипедоидальной формы кассеты и неконтролируемый процесс производства.
Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение непрерывного процесса получения угля, равномерность обогрева всей кассеты, содержащей сырье, сокращение потерь тепла на разогрев корпуса установки, предотвращение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания, полностью управляемый процесс производства активированного угля, получение низкой зольности активного угля, т.к. из кассеты полностью удаляется жидкая составляющая в процессе пиролиза, возможность работать при температурах свыше 1000°С.
Заявленный технический результат достигается за счет использования устройства для пиролиза, включающего обогреваемый корпус с установленной в нем кассетой, входной и выходной патрубки, патрубки для подвода пара активации, воздуха, газоходы, устройство обогрева. Согласно заявленному решению, корпус выполнен цилиндрическим в средней части и расширяющимися торцевыми частями.
Выполнение корпуса цилиндрическим в средней части необходимо для увеличения скорости продуктов сгорания у стенки кассеты и повышения коэффициента теплоотдачи, а расширения корпуса у торцов необходимо для организации эффективного подвода и отвода продуктов сгорания.
В частности, корпус может быть выполнен теплоизолированным. При этом, в объеме тепловой изоляции корпуса могут быть проложены трубки подогрева воздуха.
Это позволит защитить металлическую стенку корпуса установки, снизить потери тепла в окружающую среду и предотвратить абразивный износ конструкции. Кроме этого, трубки подогрева воздуха армируют тепловую изоляцию и воспринимают часть ее весовых нагрузок.
Для удобства изготовления и снижения возможных поводок при нагреве-охлаждении, кассета может быть выполнена цилиндрической формы и установлена коаксиально корпусу.
Для улучшения фиксации сырья в кассете и вывода жидкой составляющей пиролиза в пустую часть кассеты, во внутренней полости кассеты, устанавливают, по меньшей мере, одну сетчатую стенку.
Устройство обогрева может представлять собой горелочное устройство, которое, в частности, может быть выполнено в виде блочной автоматической горелки.
Далее решение поясняется со ссылками на фиг.1-2.
На фиг.1 - изображен общий вид патентуемой установки и разрезы;
на фиг.2 - схема установки.
Установка пиролиза состоит из несущего корпуса 1 с тепловой изоляцией, горелочного устройства 2 и эжектора дымоудаления 3. Сырье, подвергаемое пиролизу, находится в цилиндрической кассете 4. Кассета консольно закреплена в каретке 5 и установлена коаксиально корпусу 1. Загрузка и выгрузка кассеты 4 происходит путем продольного перемещения каретки по рельсам 6 (полностью не показаны). Все элементы установки смонтированы на раме 7.
Корпус 1 выполнен цилиндрическим в средней части с расширяющимися торцевыми частями и представляет собой эжектор, соответственно, с конфузорной и диффузорной частями. Как показали проведенные испытания, для ускорения процессов теплообмена, диаметр корпуса кассеты желательно выбирать не более 300 мм.
С внешней и внутренней стороны корпус покрыт слоем тепловой изоляции. В объеме тепловой изоляции проложены трубки подогрева воздуха 8. Внутренняя часть корпуса, покрытая
тепловой изоляцией, образует проточную часть установки. Входной патрубок (сечение А-А) и выходной патрубок (сечение Б-Б) выполнены тангенциально расположенными относительно корпуса с учетом направления вращения потока газа, протекающего по установке. К фланцу входного патрубка присоединено горелочное устройство 2. К фланцу выходного патрубка присоединен эжектор дымоудаления 3. Корпус установки с торцов закрыт крышками 9 и 10. Крышка 9 имеет осевое отверстие для загрузки кассеты. Для осевой фиксации кассеты во время работы установки в крышке 10 выполнено углубление. Со стороны проточной части крышки покрыты тепловой изоляцией.
В приведенном примере кассета выбрана цилиндрической формы.
Кассета состоит из корпуса 11, съемной крышки 12 и приварного днища 13. Крышка выполнена с торцевым уплотнением и закреплена откидными болтами. Отвод продуктов пиролиза в газообразной форме и подача пара для активации выполняется через патрубок 14. Сетчатая стенка 15 фиксирует положение материала в кассете 4 и установлена во входной части кассеты.
Горелочное устройство 2, в данном примере, представляет блочную автоматическую горелку. Автоматическая горелка - горелка, оборудованная автоматическими устройствами: дистанционным запальным, контроля пламени, контроля давления топлива и воздуха, запорными клапанами и средствами управления, регулирования и сигнализации. Блочная горелка - горелка, скомпонованная с вентилятором в единый блок (см. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник/А.А.Винтовкин, М.Г.Ладыгичев, В.Л.Гусовский и др. - М.: «Интермет Инжиниринг», 1999. - 560 с.).
В рабочем положении установки кассета 4 задвинута в проточную часть корпуса 1.
Сырьем для получения активного угля являются твердые органические вещества: измельченная древесина (отходы производств), каменный уголь, бурый уголь и другие. Загрузка самого сырья и его выгрузка после обработки выполняются вне установки при снятой кассете. Кассета позволяет не останавливать пиролизную установку на время загрузки и выгрузки сырья и сократить потери тепла на разогрев корпуса установки.
Воздух (эжектирующий газ) подается от вентилятора через патрубок (сечение Г-Г) и имеет высокое полное давление, которое преобразуется в кинетическую энергию за счет сужения проходного сечения в средней части корпуса 1, в сечении корпуса формируется область разрежения
(относительно атмосферы), куда подводятся продукты сгорания проточной части установки. В результате между сечением на входе и сечением на выходе установки увеличивается располагаемый перепад давления, который необходим для преодоления гидравлического сопротивления проточной части установки. Без применения корпуса 1, выполненного в виде эжектора, для работы установки потребовалось бы горелочное устройство, создающее большое избыточное давление во входном сечении. Это привело к тому, что во всем объеме проточной части статическое давление продуктов сгорания было бы выше атмосферного давления, что привело бы к утечкам горячих газов в воздух рабочей зоны.
Корпус кассеты 4 изолирует обрабатываемый материал от продуктов сгорания, протекающих в установке и содержащих кислород. После начала пиролиза объем кассеты 4 заполняется газообразными продуктами пиролиза (пиролизным газом). За счет постоянного выделения газа объем кассеты находится под некоторым небольшим избыточным давлением, которое достаточно для удаления газа «самотеком» по трубопроводу 14, который соединяет кассету 4 и входной патрубок корпуса 1.
Горелочное устройство 2 создает высокотемпературный факел продуктов сгорания топлива. Вторичный воздух подается от вентилятора, проходит через трубки подогрева воздуха 8, где его температура повышается, и подмешивается к факелу горелочного устройства 2 (фиг.1, сечение В-В).
Далее подогретый воздух из трубок 8 поступает к каналам закрутки вторичного воздуха (сечение В-В). Закрутка потока является средством интенсификации процесса смешения. За счет закрутки вторичного воздуха достигается быстрое разбавление и охлаждение продуктов сгорания. Полученная смесь тангенциально (сечение А-А) подается в проточную часть корпуса установки. Подача вторичного воздуха позволяет регулировать температуру в установке в широком диапазоне. За счет подогрева вторичного воздуха обеспечивается регенерация тепла и снижаются затраты топлива на работу установки. Смесь воздуха и продуктов сгорания, проходя по проточной части установки, омывает кассету 4, содержащую обрабатываемый материал. Благодаря герметичности корпуса кассеты исключается контакт воздуха и продуктов сгорания с материалом.
За счет высокой температуры смеси и теплового излучения от внутренней стенки установки кассета и обрабатываемый материал нагреваются до температуры пиролиза (термического разложения). Газ, образующийся при пиролизе, отводится через крышку кассеты 4 и подается в
горелочное устройство 2, где сгорает во время смешения с факелом основного топлива. Смесь воздуха и продуктов сгорания покидает проточную часть через выходной патрубок (фиг.1, сечение Б-Б) и подается в эжектор дымоудаления 3. Для обеспечения работы эжектора 3 через патрубок корпуса (фиг.1, сечение Г-Г) подается эжектирующий воздух от вентилятора. Применение эжектора дымоудаления 3 позволяет преодолеть высокое гидравлическое сопротивление проточной части установки, а также регулировать (за счет изменения расхода эжектирующего воздуха) уровень разрежения в сечении горелочного устройства на различных режимах. После окончания процесса пиролиза кассета 4 извлекается за счет продольного перемещения каретки 5. Закрепленный торец кассеты освобождается, и кассета заменяется на новую, содержащую необработанное сырье. После чего процесс повторяется.
Данная установка позволяет получать высококачественный активированный уголь, при этом заложенные в кассету заготовки из сырья сохраняют свою форму, размеры которых необходимо учитывать за счет усадки при пиролизе. Установка может обеспечивать любую температуру 400-1100°С, необходимую для пиролиза заложенного в кассету сырья. Все выделяемые жидкие и газообразные составляющие при пиролизе сырья сжигаются в горелочном устройстве 2, поэтому выделение вредных веществ в атмосферу находится в экологически допустимых пределах.