УСТАНОВКА ДЛЯ ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ

Полезная модель относится к области устройств для получения угля и высоко кондиционного пиролизного газа в лесохимическом производстве и может быть использована при утилизации отходов деревообрабатывающих предприятий. Она также может быть использована подразделениями МЧС, геологами, лесозаготовителями при производстве работ в удаленных лесистых районах в условиях нестабильного снабжения топливом.
Известна установка для пиролиза древесины, содержащая люк для загрузки сырьевой древесины, дымовую трубу, дутьевой вентилятор, камеру сушки, камеру пиролиза древесины, топочную камеру, соединенную с камерой сушки и с камерой пиролиза древесины, конус для выгрузки угля, пиролизный разделяющий конус, трубу отвода пиролизных газов, камеру охлаждения угля, люк для удаления угля, трубу подачи воздуха, растопочную горелку (см. описание установки для пиролиза древесины фирмы «Ламбиот». Доступ sinref.ru>000…leso_proizvodstvo…leso…proizvodstv…).
Недостатки известной установки: 1. Невысокая теплота сгорания 4341…4413 кДж/кг получаемого пиролизного газа из-за большого 53,6…54% (по объему) содержания в нем балластного азота.
2. 3начительные потери тепла на нагрев воздуха, подаваемого на горение топлива.
Указанные недостатки устранены в заявляемой конструкции, которая направлена на решение задачи повышения теплоты сгорания получаемого пиролизного газа и снижения потерь тепла в процессе пиролиза древесины.
Достижение поставленной цели в заявляемой установке конструктивно решено путем отделения топочной камеры от камеры пиролиза древесины и от камеры сушки, и путем нагрева воздуха, подаваемого в топочную камеру, за счет отводимой теплоты от охлаждаемого угля.
Конструкция заявляемой установки для пиролиза древесины приведена на фиг. 1, где позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 - люк для загрузки сырьевой древесины;
2 - люк для загрузки топливной древесины;
3 - сырьевая древесина на стадии сушки;
4 - топочная камера;
5 - камера сушки;
6 - топливная древесина;
7 - конус для загрузки сухой древесины;
8 - сушильный разделяющий конус;
9 - распределительные ребра;
10 - сырьевая древесина на стадии пиролиза;
11 - камера пиролиза;
12 - труба отвода пиролизных газов;
13 - конус для выгрузки золы;
14 - зольный разделяющий конус;
15 - камера охлаждения угля;
16 - уголь на стадии охлаждения; 17-зола.
18 - люк для удаления золы;
19 - люк для удаления угля;
20 - труба подачи воздуха;
21 - дутьевой вентилятор;
22 - колосник;
23 - конус для выгрузки угля;
24 - пиролизный разделяющий конус;
25 - растопочная горелка;
26 - дымовая труба;
27 - труба удаления водяного пара;
28 - тепловая изоляция;
29 - форкамера;
30 - зольный отсек.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Герметичный люк 1 служит для загрузки сырьевой предварительно измельченной древесины, предназначенной для получения из нее древесного угля.
Герметичный люк 2 служит для загрузки топливной предварительно измельченной древесины, предназначенной для получения при ее сжигании теплоты для нагрева камеры сушки 5 и камеры пиролиза 11.
Сырьевая древесина 3 на стадии сушки предназначена для удаления из нее влаги путем нагрева в герметичной камере сушки 5. Пары воды удаляются по трубе 27 в дымовую трубу 26.
Топочная камера 4 служит для сжигания в ней топливной древесины 6 и передачи получаемой теплоты через стенку камеры пиролиза 11 нагреваемой древесине 10. Конструктивно топочная камера 4 со всех сторон окружает периферийно и коаксиально камеру пиролиза 11, расположенную по центру.
Топочная камера 4, в отличие от известной установки, не соединена с камерой пиролиза 11, с камерой сушки и камерой охлаждения 15 и этим обеспечивается достижение положительного технического эффекта, так как балластный азот не поступает в камеру пиролиза вместе с продуктами сгорания топлива
Камера сушки 5 служит для удаления влаги из сырьевой древесины 3 за счет подводимой теплоты через герметичную стенку.
Так как топочная камера 4 отделена от камеры сушки 5, то продукты сгорания топлива, в отличие от известной конструкции, не поступают вместе с высушенной древесиной в камеру пиролиза 11 и этим достигается отсутствие балластного азота в пиролизном газе и повышается его теплотворная способность.
Топливная древесина 6 в измельченном виде используется в заявляемой установке путем прямого сжигания в топочной камере 4 в качестве топлива.
В известной установке часть сырьевой древесины переводится в пиролизный забалластированный азотом газ, который затем сжигается в топке, расположенной между камерой сушки и камерой пиролиза.
В заявляемой установке пиролизный газ является высоко кондиционным, не забалластирован азотом и в качестве топлива для получения теплоты не используется. Это отличительный признак заявляемой конструкции, по сравнению с известной конструкцией.
Конус 7 для загрузки сухой древесины является подвижным элементом и служит подачи высушенной древесины 3 в камеру пиролиза 11.
Сушильный разделяющий конус 8 служит для отделения объема камеры сушки 5 от объема камеры пиролиза 11.
Для загрузки высушенной древесины 3 из камеры сушки 5 в камеру пиролиза 11 конус 8 посередине имеет проходное отверстие, которое на стадии сушки древесины 3 закрыто конусом 7. При этом камера сушки 5 и камера пиролиза 11 герметично разобщены.
Наличие разделяющего конуса 8, который за исключением непродолжительного по времени периода загрузки высушенной древесины 3 в камеру пиролиза 11, закрыт конусом 7 является отличительным признаком заявляемой конструкции по сравнению с известной конструкцией.
Пары воды, удаляемые в камере сушки 5 из древесины 3, транспортируются в дымовую трубу 26 за счет ее самотяги.
Распределительные ребра 9 служат для равномерного распределения топливной древесины 6 по объему топочной камеры 4. С помощью распределительных ребер 9 достигается равномерная циркуляция нагретых продуктов сгорания топлива в топочной камере 4 для передачи теплоты по высоте камеры пиролиза 11
Топочная камера 4 расположена периферийно и коаксиально по отношению к камере пиролиза 11 и камере сушки 5.
Сырьевая древесина 10 под действие высокой температуры, получаемой за счет внешнего через стенку камеры пиролиза 11 коаксиального подвода теплоты от сжигания топливной древесины 6 в топочной камере 4 без поступления воздуха подвергается термохимическому разложению.
Внешний подвод теплоты через стенку камеры пиролиза 11 является отличительным признаком заявляемой конструкции, по сравнению с известной конструкцией, в которой подвод теплоты внутренний. При этом в известной конструкции теплота от продуктов сгорания топлива передается непосредственно к нагреваемой древесине 10 при движении продуктов сгорания, забалластированных азотом в камере пиролиза 11.
В заявляемой конструкции внешний подвод теплоты от продуктов сгорания топливной древесины 6 через стенку камеры пиролиза 11 не допускает поступления балластного азота, содержащегося в продуктах сгорания, в образующийся пиролизный газ и кондиционные свойства его как продукта, в том числе его теплотворная способность, для последующего использования его потребителями, повышаются.
Применение внешнего подвода теплоты к древесине, подвергаемой пиролизу, в отличие от известной конструкции с внутренним подводом теплоты, дает получение положительного технического результата и достижение поставленной цели в заявляемой конструкции.
Труба 12 отвода пиролизных газов соединена с внутренним объемом камеры пиролиза 11 и служит для подачи пиролизного газа внешним потребителям.
Непосредственно в технологическом рабочем режиме для обеспечения процесса термохимического разложения древесины 10 получаемый пиролизный газ не используется, в отличие от известной конструкции. Это является отличительным признаком заявляемой установки.
Подвижный конус 13 служит для выгрузки золы 17, образующейся при сгорании топливной древесины 6 в топочной камере 4.
Неподвижный зольный разделяющий конус 14 служит для отделения зольного отсека 30 от топочной камеры 4. При отсутствии выгрузки золы из топочной камеры 4 конус 13 герметично перекрывает проходное отверстие зольного разделяющего конуса 14.
Камера 15 охлаждения угля служит для отвода теплоты от выгруженного из камеры пиролиза 11 нагретого угля 16 к нагреваемому воздуху, поступающему по трубе 20 от дутьевого вентилятора 21 через колосник 22 на горение топливной древесины 6.
Наличие камеры 15 для передачи теплоты воздуху от нагретого угля является отличительным признаком заявляемой конструкции. За счет этой камеры достигается положительный технический результат, так как воздух в топочную камеру подается нагретый за счет теплоты, отводимой от охлаждаемого древесного угля 16 через стенку охлаждающей камеры 15 и потерь тепла в топочной камере 4 на нагрев воздуха уже нет.
В известной конструкции часть теплоты от сгорания топлива расходуется на нагрев воздуха, подаваемого на горение.
Древесный уголь 16 является конечным твердым продуктом термохимического разложения сырьевой древесины 3 в камере пиролиза 11 и отводимая от него теплота используется непосредственно в самой установке в топочной камере 4.
Зола 17 является конечным твердым продуктом от сжигания топливной древесины 6 и периодически удаляется из зольного отсека 30 при помощи герметичного люка 18. Теплота, выделяемая золой 17 за время пребывания в зольном отсеке 30, передается через стенку нагреваемому воздуху, находящемуся в форкамере 29.
Люк 19 служит для выгрузки охлажденного угля 16 камеры охлаждения 15.
Труба 20 служит для подачи воздуха, нагнетаемого дутьевым вентилятором 21, в форкамеру 29 и далее после его подогрева через отверстия колосника 22 топочную камеру 4.
Колосник 22 служит для предотвращения провала золы из топочной камеры 4 в форкамеру 29. Колосник 22 также служит для подачи через его отверстия нагретого воздуха из форкамеры 29 в топочную камеру 4.
Подвижные конусы 23 служат для периодической выгрузки древесного угля из камеры пиролиза 11 в камеру охлаждения 15 через проходное отверстие в разделяющем конусе 24.
С помощью конусов 23 и неподвижного пиролизного разделяющего конуса 24 также происходит герметичное отделение камеры пиролиза 11 от камеры охлаждения 15 при отсутствии выгрузки угля.
Верхний конус 23 опускается, а нижний конус 23 при этом поднимается и происходит перекрытие проходного отверстия в разделяющем конусе 24.
Комбинированная растопочная горелка 25 служит для первичного воспламенения топливной древесины 6 в топочной камере 4 за счет факела, получаемого от сжигания газообразного или жидкого топлива. После воспламенения топливной древесины 6 в топочной камере 4 горелка 25 отключается.
Дымовая труба 26 служит для удаления газообразных продуктов сгорания топливной древесины 6 из топочной камеры в атмосферу.
Труба 27 служит для отведения водяного пара, выделяющегося из сырьевой древесины 3 при ее сушке, в дымовую трубу 26.
Тепловая изоляция 28 служит для предотвращения теплопотерь топочной камеры 4 и пиролизной камеры 11 от наружного охлаждения.
Форкамера 29 служит для создания объема воздуха, нагреваемого за счет теплоты, отводимой от угля 16 и золы 17, перед подачей его в топочную камеру 4. Форкамера 29 расположена снаружи вокруг камеры охлаждения угля 15 и вокруг зольного отсека 30.
Зольный отсек 30 служит для промежуточного хранения нагретой золы 17 при отдаче ее теплоты нагреваемому воздуху, находящемуся в форкамере 29.
Открытие и закрытие люков 1, 2, 18, 19, перемещение конусов 7, 13, 23 осуществляется при помощи механизмов с электрическими сервоприводами от миникомпьютера по программе в автоматическом режиме (механизмы открытия и перемещения, а также миникомпьютер и электрические связи на фиг. условно не показаны).
Заявляемая установка работает следующим образом.
Заранее измельченная сырьевая древесина 3 размером кусков не более 80×80×80 мм через люк 1 загружается в камеру сушки 5 при опущенном конусе 7 и закрытом с его помощью разделяющем конусе 8.
После загрузки древесины 3 люк 1 герметично закрывается. Закрытыми также являются пиролизный разделяющий конус 24, зольный конус 14, люки 2, 18 и 19.
Через люк 2, после его открытия, загружается измельченная топливная древесина 6 с размером кусков не более 80×80×80 мм. После загрузки древесины 6 люк 2 герметично закрывается.
При помощи распределительных ребер 9 при загрузке происходит выравнивание укладки древесины 6 в топочной камере 4.
Включается дутьевой вентилятор 21 и через трубу 20, форкамеру 29, через колосник 22 подается воздух в топку 4.
Включается подача вспомогательного топлива в растопочную горелку 25 и производится его электрическое воспламенение. За счет получаемого факела от горения вспомогательного топлива происходит слоевое воспламенение топливной древесины 6.
После слоевого воспламенения топливной древесины 6 подача вспомогательного топлива в растопочную горелку 25 прекращается.
За счет выделяющейся при горении топливной древесины 6 теплоты производится прогрев камеры пиролиза 11 и сушка сырьевой древесины 3 в камере сушки 5.
Образующаяся от сгорания топливной древесины 6 нагретая зола за счет движения воздуха, непрерывно подаваемого в топочную камеру 4 через отверстия в колоснике 22, скапливается на конусе 13 и на входе разделяющего конуса 14.
После накопления определенной массы золы, периодически в автоматическом режиме с сервоприводом от миникомпьютера конус 13 приподнимается вверх и через освобожденное проходное отверстие разделяющего конуса 14 зола 17 воздухом проталкивается в зольный отсек 30.
После перемещения золы 17 конус 13 опускается и герметично закрывает проходное отверстие разделяющего конуса 14.
Зола 17 в зольном отсеке 30 охлаждается путем отдачи теплоты через стенку воздуху, который находится в форкамере 29 и затем поступает в топочную камеру 4.
После охлаждения золы 17, люк 18 открывается в автоматическом режиме, и зола удаляется из зольного отсека 30. Затем происходит герметичное закрытие люка 18.
После удаления влаги из сырьевой древесины 3, конус 7 приподнимается, освобождая проходное отверстие разделяющего конуса 8, и высушенная древесина поступает в камеру пиролиза 11, стенка которой уже прогрета за счет теплоты, подведенной от сгоревшей топливной древесины 6.
После загрузки камеры пиролиза 11 древесиной 10, конус 7 опускается вниз и герметично перекрывает проходное отверстие разделяющего конуса 8.
Затем открывается люк 1 и загружается новая порция сырьевой древесины 3 для удаления из нее влаги.
После загрузки древесины 3 люк 1 герметично закрывается, и древесина 3 подвергается нагреву за счет подведенной теплоты от сгорания топливной древесины 6. Образующиеся при сушке пары воды непрерывно удаляются через трубу 27 в дымовую трубу 26 за счет ее самотяги.
Подача новой порции топливной древесины 6 взамен сгоревшей происходит периодически в автоматическом режиме путем открытия люка 2.
В камере 11 после прогрева древесины 10 наступает процесс ее термохимического разложения без доступа воздуха, что является отличительным признаком заявляемой конструкции, по сравнению с известной конструкцией, в которой значительное количество воздуха при внутреннем нагреве подводится в камеру пиролиза. Этот отличительный признак позволяет технически достигнуть цели, поставленной в осуществлении заявляемой конструкции.
Заявляемая конструкция использует внешний нагрев древесины с подводом теплоты через стенку камеры пиролиза 11, при котором нет поступления воздуха, а вместе с ним и балластного азота, который в известной конструкции снижает кондиционные характеристики получаемого пиролизного газа за счет присутствия в нем азота до 54% по объему.
Выделяющийся под действие высокой температуры при термохимическом разложении древесины высоко кондиционный пиролизный газ под избыточным давлением поступает через трубу 12 к внешним потребителям и в рабочем режиме в заявляемой установке в виде топлива не используется.
Это является отличительным признаком заявляемой конструкции установки от известной конструкции установки, в которой пиролизный газ используется как топливо.
После завершения процесса пиролиза и выделения пиролизного газа в автоматическом режиме по компьютерной программе механизмом с электрическим сервоприводом поднимается верхний конус 23 и опускается нижний конус 23 и через освободившееся проходное отверстие разделяющего конуса 24 происходит удаление древесного угля 16 в камеру охлаждения 15. Перемещение верхнего конуса 23 происходит в колебательном режиме, и высота подъема зависит от размера кусков образовавшегося угля 16.
После удаления угля 16 из камеры 11 проходное отверстие конуса 24 герметично перекрывается конусами 23, а в освободившийся объем подается древесина 3 из камеры 5.
В освободившийся объем камеры 5 через люк 1 подается новая порция древесины 3 для сушки.
От нагретого угля 16 через стенку камеры 15 отводится теплота к подаваемому вентилятором 21 на горение топлива 6 воздуху, который поступает в топочную камеру 4 уже подогретым за счет отведенной от охлаждаемого угля 16 теплоты. Это является отличительным признаком заявляемой конструкции, обеспечивающим получение положительного технического результата в достижении поставленной цели по экономии топлива.
После охлаждения уголь из камеры 15 в автоматическом режиме удаляется путем открытия люка 19, который затем герметично закрывается.
По мере сгорания топливной древесины 6 в камере 4 новая порция древесины загружается периодически в автоматическом режиме через люк 2.