УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к области получения угля из древесины и ее отходов методом пиролиза и может быть использована в леспромхозах, лесхозах и на предприятиях деревообработки, а также при переработке сельскохозяйственных отходов (например, лузги семечек и т.п.).
Уровень техники
Известно устройство для получения древесного угля, включающее топку, пиролизную камеру с установленными в ней выемными ретортами, обращенными выпускными отверстиями вниз, и сушильные камеры, [1] - «Устройство для получения древесного угля» Патент RU 2150483; МПК 7 С10В 1/04, С10В 53/02, 1999 г.В этом устройстве пиролизная камера изолирована от окружающего пространства сушильными камерами, которые имеют общие стенки с пиролизной камерой и соединены между собой последовательно дымоходом.
Недостатком этого устройства является неравномерный нагрев реторт и различная длина труб для отвода пиролизных газов из реторт в топку, в результате чего пиролизные газы проходят разный путь. Пиролизные газы из наиболее удаленных от топки реторт успевают при этом сконденсироваться, конденсат подвергается крекингу, коксуется и забивает трубы, нарушая работу устройства.
Наиболее близким техническим решением является установка для получения угля - ПУМ-300 [2] - «Передвижной углевыжигательный механизм с подвижными ретортами» Техническое описание, 2006 г., в котором реализуется полунепрерывный процесс получения древесного угля. В этом устройстве топка выполнена неподвижной, две кассеты с ретортами - подвижными, камера подогрева выполнена совместно с топкой,
пиролизный карман расположен в камере подогрева и соединен с топкой отводом. Кассета с загруженными ретортами передвигается (перекатыванием по рельсам) и помещается в открывающуюся, выполненную совместно с топкой, камеру подогрева, где осуществляется процесс карбонизации. Другую кассету с ретортами в это время готовят к этому процессу, осуществляя загрузку исходного сырья и т.п. Газовая связь реторт в кассете между собой осуществляется через соседние реторты, отвод пиролизных газов из реторт в кассетах в топку осуществляется через центральную реторту в кассете, пиролизный карман камеры подогрева и пиролизный коллектор, соединяющий пиролизный карман камеры подогрева и топку.
Известное решение не обеспечивает необходимую герметизацию процесса карбонизации и герметизацию реторт в кассетах из-за нахождения целиком всей кассеты в зоне горения и крепления кассеты к камере нагрева фиксатором через центральную реторту, что приводит к короблению конструкции и нарушению герметизации реторт между собой и каждой в отдельности, а также в узле стыковки кассеты с пиролизным карманом камеры подогрева. Это создает также непроизводительные потери тепла и несанкционированные утечки пиролизных газов, что является его недостатками, кроме того, в этом устройстве невозможно получение активированного угля и древесного угля из мелкофракционных отходов древесины - опилок, стружки и т.п.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача создания устройства для получения древесного угля, конструкция которого позволяет обеспечить достижение технического результата - получение древесного угля, в том числе и активированного, из древесных отходов как крупнофракционных, так и мелкофракционных (опилки, стружка), обеспечивая равномерный нагрев реторт при соблюдении условий герметизации процесса и минимизации потерь тепла, с использованием в качестве топлива
пиролизных газов, с осуществлением полунепрерывного процесса получения древесного угля без внешних источников энергии.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для получения древесного угля, содержащем топку с дымовой трубой и дымовой заслонкой, раму, кассеты с ретортами, камеру подогрева, пиролизный карман с пиролизным коллектором, на раме установлены кассеты с ретортами, выполненные с возможностью отвода пиролизных газов в топку, согласно полезной модели топка выполнена подвижной и установлена внутри рамы с возможностью перемещения, например по рельсам, к каждой кассете с ретортами, устройство содержит от двух до четырех кассет с ретортами, установленных на раме неподвижно и соединенных между собой и с дымовой трубой дымовым коллектором, каждая из кассет выполнена совместно с камерой подогрева, каждая из кассет оборудована пиролизным карманом, каждый из которых выполнен с возможностью соединения пиролизным коллектором с топкой, реторты выполнены с обеспечением возможности равномерного прогрева всей массы размещаемых в них древесных отходов, каждая из реторт с одной стороны герметично закрыта крышкой, а с другой стороны имеет выход в пиролизный карман, каждая из реторт снабжена штуцером для подвода воды, встроенным в ее крышку.
Кроме того, предусмотрено следующее.
Каждая из реторт выполнена с внутренними съемными ребрами теплоотдачи.
Каждая из реторт снабжена выемным пеналом соответствующей формы, с внутренними ребрами теплоотдачи или без них.
Реторты выполнены диаметром 300-450 мм и установлены в кассетах в виде пакета по 8-12 в каждом.
Отверстия для подачи горючего газа в топку из пиролизного кармана и отверстия на входе в дымовой коллектор из каждой кассеты выполнены с возможностью регулирования проходного сечения.
Входы дымового коллектора, соединяемые с каждой из кассет, снабжены дымовыми задвижками.
Пиролизные коллекторы, соединяющие пиролизные карманы каждой из кассет с топкой, снабжены пиролизными задвижками.
Устройство снабжено ходовой частью и/или размещено на подвижной платформе, например по патенту RU 2161101.
Введение отличительных признаков позволяет получать древесный и активированный уголь из древесных отходов как мелкофракционных, так и крупнофракционных, обеспечивая равномерный нагрев реторт в кассете (камере подогрева), герметизацию процесса карбонизации, использование пиролизных газов, не допуская их утечки. Созданное устройство не требует внешних источников энергии, отвечает требованиям экологии, является мобильным и удобным в использовании.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлены виды предлагаемого устройства.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - кассета
2 - топка
3 - рама
4 - дымовой коллектор
5 - дымовая труба
6 - реторта
7 - задвижка дымовая
8 - задвижка пиролизная
9 - пиролизный коллектор
10 - пиролизный карман
11 - камера подогрева
12 - штуцер подвода воды
13 - пенал выемной
14 - кран для отбора пиролизных газов
Осуществление полезной модели
Предлагаемое устройство для получения древесного угля является устройством с неподвижными кассетами 1 и передвижной топкой 2. Топка 2 установлена, например на рельсах, с обеспечением возможности перемещения к каждой из кассет 1 внутри рамы 3. Над топкой 2 на раме 3 установлены кассеты 1 с ретортами 6. Устройство содержит 2-3 пакета реторт, устанавливаемых на раме 3 (станине), внутри которой под ретортами по рельсам ходит одна подвижная топка 2 (8-12 реторт в одной кассете составляют пакет реторт; в устройстве целесообразно устанавливать не более четырех пакетов). Представленное на чертеже устройство содержит по крайней мере две кассеты 1, в каждой из которых размещены реторты 6 (от 8 до 12 штук). Кассеты 6 закреплены неподвижно на раме 3 и соединены между собой и с дымовой трубой 5 дымовым коллектором 4. Кассеты 6 состоят из двух частей - камеры подогрева 11, непосредственно в которой расположены реторты 6, и пиролизного кармана (пиролизной камеры) 10, с которым связаны выходы каждой из реторт 6. К пиролизному карману 10, предусмотренному в конструкции каждой из кассет 6, подсоединен пиролизный коллектор 9, связанный с топкой 2, и дымовой коллектор 4, связанный с дымовой трубой 5. Отверстия для подачи горючего газа в топку из пиролизного кармана 10 и отверстия на входе в дымовой коллектор 4 из каждой кассеты 1 выполнены с возможностью регулирования проходного сечения. Для этого входы дымового коллектора 4, соединяемые с каждой из кассет 6, снабжены дымовыми задвижками 7, а пиролизные коллекторы 9, соединяющие пиролизные карманы 10 каждой из кассет 6 с топкой 2, снабжены пиролизными задвижками 8. Каждая из реторт 6 выполнена с внутренними съемными ребрами теплоотдачи (на чертеже не показано) и/или выемными пеналами 13 соответствующей
формы, диаметр реторт 6 установлен в интервале 320-410 мм, чтобы обеспечивать полный и равномерный прогрев исходного древесного материала в ретортах 6 в процессе карбонизации. Каждая реторта 6 с одной стороны (одним концом) жестко присоединена (например, приварена) к внутренней стенке пиролизного кармана 10, а другой конец каждой реторты входит в соответствующие предусмотренные отверстия в наружной стенке камеры подогрева и снабжен герметично закрывающейся крышкой с врезанным в нее штуцером для подвода воды 12. Штуцеры для подвода воды 12 предназначены для обеспечения, при необходимости, возможности получения в ретортах 6 активированного угля. Пенал выемной 13 предназначен для использования в ретортах при сжигании мелких древесных отходов, в частности опилок, его применение удобно, упрощает процесс загрузки и выгрузки, а также исключает возможность засорения углем выходного отверстия реторт 6 в пиролизный карман 10. Коллектор 9 снабжен также краном 14 для отбора пиролизных газов. Он предназначен для последующего отбора определенной (возможной по условиям протекающего процесса) части пиролизных газов на иные нужды, не связанные с процессом получения древесного угля, например для бытовых нужд, обогрева и т.п., что особенно важно в условиях переработки отходов древесины на местах ее заготовки. Реторты подобраны меньшего диаметра и снабжены ребрами для повышения теплооотдачи, в них быстрее проходит процесс карбонизации. В известных решениях, как правило, используются барабаны большого диаметра, в которых процесс карбонизации длится несколько (2-3) суток, а весь процесс получения угля от начала до выгрузки 5-7 суток, в зависимости от времени года. Предлагаемое устройство, как видно из изложенного, имеет небольшие габариты, может быть легко установлено на любом требуемом участке переработки древесных отходов, мобильность его повышается также за счет того, что предусмотрено оборудованием устройства ходовой частью и/или размещением его на передвижной платформе (установленной, например, на шасси автомобиля или железнодорожной платформе, например согласно [3] Транспортное
средство для размещения мобильных модульных заводов. Патент РФ №2161101, Кл. B61D 3/00, B60V, 2000 г.
Устройство работает следующим образом.
Сначала производят просушку древесины (запаривание влаги): древесные отходы - щепу, стружки, опилки - загружают в реторты 6 (в пеналы 12 с ребрами), между которыми размещают опилки и т.п., разжигают топку 2 дровами или древесными отходами и подогревают реторты до t>600°C до устойчивого процесса пиролиза (отслеживание производят по дыму и по датчикам температуры). Вначале идет пар, затем бурый дым - это признак устойчивого процесса пиролиза, по достижении которого пиролизные газы направляют в топку. Реторты 6 отсечены от внешней среды (от воздуха, от кислорода), благодаря предложенному конструктивному исполнению (жесткое соединение с пиролизным карманом и снабжение герметично закрывающимися крышками). После окончания выпаривания влаги из древесины по достижении t>600°C (когда пошли пиролизные газы) движением задвижки 7 перекрывают дымовой тракт, тем самым прекращая выход пиролизных газов в дымовую трубу 5 и далее в атмосферу. Одновременно открывают задвижку 8, регулирующую поступление пиролизных газов в топку 2, где они загораются.
Прекращают поддерживание горения в топке 2 дровами, дальнейший процесс выдерживания заданной температуры (t>600°C) производят за счет тепла, выделяемого при сгорании в топке пиролизных газов.
Фиксируют момент окончания процесса горения пиролизных газов в топке 2 (это видно визуально и по датчикам, показывающим температуру в ретортах и по интенсивности горения).
Если стоит задача получения древесного активированного угля, то осуществляется дополнительная операция - подача воды, обработка паром древесного угля. Для этого в крышке ? не обозначена каждой реторты 6 имеется штуцер 11 для крепления трубопровода для подвода воды. К нему подсоединяют трубопровод от источника воды. После
окончания горения закрывают обе задвижки 7 и 8 пиролизного кармана 10 и включают подачу воды через указанные штуцеры 11 в реторты 6 (примерно 20 литров), она превращается в пар, давление в ретортах 6 повышается до 2-3 атм, и под его действием открываются поры древесного угля и прочищаются паром. Для практически полного превращения древесного угля в активированный требуется 1,5-2 часа (т.е. под паром уголь выдерживается в течение 1,5-2 часов).
Затем осуществляют переход к второй кассете 1 с ретортами 6 (предварительно, за время проведения процесса в первой кассете, заправленной мелко- или крупнофракционными древесными отходами): благодаря конструктивному выполнению топки 2 подвижной, ее легко отсоединяют от первой кассеты 1 с ретортами 6 и перекатывают к следующей кассете 1 с ретортами 6. Далее соединяют топку 2 с второй кассетой 1 с ретортами 6 механическим путем, например при помощи лебедки. Разжигают топку 2 вначале дровами, а далее рассмотренный процесс повторяют, проводя аналогичные операции, описанные выше, как и с первой кассетой 1 с ретортами.
Производят выгрузку полученного угля из первой реторты, примерно через 2-2,5 часа после окончания в ней процесса (во второй реторте в это время процесс идет заданным порядком).
После полной выгрузки первую кассету 1 с ретортами 6 загружают заново (все это делают пока идет процесс карбонизации - сушка, выделение пиролизных газов, получение древесного угля - во второй кассете 1 с ретортами 6).
По окончании процесса получения угля во второй кассете 1 с ретортами 6 подвижную топку 2 возвращают к первой кассете с ретортами 6, уже заново заряженной древесными отходами. Получается полунепрерывный процесс: топка работает непрерывно, а в ретортах осуществляются соответствующие операции. Вся установка в целом работает, таким образом, непрерывно. Остановка топки может быть
произведена принудительно в случае необходимости, например для технического обслуживания (при надобности).
Как видно из изложенного, установка представляет собой углежог ретортного типа с подвижной топкой полунепрерывного действия (непрерывный относительно устройства в целом и периодический по протеканию процесса в каждой кассете с ретортами) для получения древесного кускового мелкофракционного и неактивированного угля отходов деревообработки. В топке в качестве топлива используются преимущественно (примерно три четверти времени проведения процесса) пиролизные газы, выделяемые в процессе карбонизации древесных отходов в ретортах, и значительно меньшую часть времени (менее одной четверти) дрова.
Предложенное устройство получения древесного угля не требует внешних источников энергии (только дрова и пиролизные газы, причем дрова - только на этапе растопки). Реализация отличительных признаков полезной модели обусловливает получение важного технического результата. Благодаря особенностям выполнения реторт (небольшого диаметра и с ребрами и/или пеналами) и размещению их на практически равных расстояниях от топки и в кассетах, обеспечивается их равномерный нагрев. Реализуется режим работы устройства - непрерывный относительно устройства в целом и периодический по протеканию процесса в каждой кассете с ретортами. Достигнуто значительное сокращение времени карбонизации. Устройство обеспечивает получение древесного угля, в том числе и активированного, из древесных отходов как крупнофракционных, так и мелкофракционных (опилки, стружка), отличается простотой конструкции и удобством в эксплуатации, мобильностью, соблюдением требований экологичности и экономичности. Таким образом поставленная задача решена.
Промышленная применимость
Изготовлены опытные образцы устройства и проведены их успешные испытания. Устройство может быть изготовлено на малых технологических линиях без применения сложных приспособлений и оборудования, из известных материалов. Все это обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию «промышленная применимость».
Источники информации
1. Патент RU №2150483, МПК 7 С10В 1/04, С10В 53/02, 1999 г.
2. Передвижной углевыжигательный механизм ПУМ-300. Техническое описание, 2006 г., прототип.
3. Транспортное средство для размещения мобильных модульных заводов. Патент РФ №2161101, Кл. B61D 3/00, B60V, 2000 г.