Способ получения древесного угля

 

Изобретение относится к управлению процессом пиролиза древесины в углевыжигательных печах. Сущность изобретения состоит в том, что в процессе пиролиза контролируют интенсивность теплового воздействия на сырье, а корректировку теплового воздействия проводят из условия, что параметр, характеризуемый интегральной функцией интенсивности теплового воздействия, всегда находится в пределах допустимого для каждого из этапов процесса пиролиза. Корректировку теплового воздействия производят посредством изменения пространственного положения контейнера в тепловом поле печи. Технический результат - повышение качества угля, достижение равномерного теплового воздействия на сырье, исключая такие явления, как недожог и пережог угля. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к лесоперерабатывающей области, в частности к получению древесного угля.

Наиболее близким, по мнению заявителя, к заявленному способу является способ получения древесного угля и устройство для его осуществления (а. с. 1834277 6 С 10 В 53/02), включающий в себя загрузку сырья в металлическую реторту, нагрев сырья через стенку реторты и охлаждение полученного угля вне объема печи. С целью повышения производительности печи и улучшения качества получаемого угля перед нагревом сырья через стенку реторты сырье подвергают предварительному прогреву дымовыми газами.

В известном способе тепловое поле имеет различные температурные характеристики: в верхней части температура выше, чем в нижней, в результате чего происходит недожог нижних слоев сырья и пережог верхних. В конечном итоге получаемый известным способом уголь имеет разнородный по качеству состав, вследствие чего не обеспечивается его высокое качество.

Заявляемое изобретение направлено на повышение качества древесного угля.

Требуемый технический результат достигается тем, что в процессе пиролиза, происходящего при горении древесины, регулируют степень теплового воздействия посредством изменения пространственного положения сырья, находящегося внутри камеры печи.

Известно, что в процессе углевыжигания распределение температурного поля в камере печи неоднородно и зависит от множества параметров окружающей среды и этапов процесса пиролиза. Сильная конвекция тепловых потоков к своду печи приводит к тому, что происходит недожог нижних слоев сырья и пережог верхних. Кроме того, различные факторы, воздействующие в процессе пиролиза на древесину, способствуют формированию температурной нестабильности по всему объему печи. Попытки каким-либо способом стабилизировать температурное поле не приводят к желаемым результатам по нескольким причинам: во-первых, высокая динамичность газовых потоков, переносящих тепло; во-вторых, длительность процесса теплопередачи.

Причинно-следственная связь между требуемым техническим результатом и заявляемыми отличительными признаками заключается в том, что, изменяя пространственное положение сырья внутри камеры печи посредством перемещения его из зоны высоких температур в зону низких температур и наоборот, достигают равномерного теплового воздействия на обрабатываемое сырье, исключая такие явления, как недожог и пережог угля, и, как следствие, повышения качества угля.

При этом для достижения поставленной цели предлагается использовать экспериментально установленную и доказанную связь степени теплового воздействия на древесину и качество получаемого угля, что, в конечном итоге, позволяет повысить качество получаемого продукта за счет регулирования интенсивности теплового воздействия на древесину. Получение древесного угля производится при изменении пространственного положения секций с сырьем в неоднородном тепловом поле.

Заявляемое изобретение характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки - загрузка сырья в камеру печи, предварительная сушка сырья, нагрев сырья, охлаждение угля.

Отличительные признаки - сырье загружается в съемные контейнеры, установленные внутри камеры печи. Используется интегральная функция интенсивности теплового воздействия по времени. Корректировка процесса пиролиза производится при изменении пространственного расположения секций с сырьем исходя из условия, что параметр, характеризуемый интегральной функцией интенсивности теплового воздействия, всегда находится в пределах допустимого для каждого из этапов процесса пиролиза. Если значение интегральной функции интенсивности теплового воздействия выше нормы, производится перемещение сырья в более холодную зону печи и наоборот.

Интегральная функция интенсивности теплового воздействия определяется по формуле где τ - степень теплового воздействия; τ₀ - начальное условие, определяемое значением до очередного перемещения контейнера; Т - регистрируемое приборами значение температуры контейнера; t - значение времени с момента изменения пространственного положения контейнера.

На фиг.1 показан процесс регулирования степени теплового воздействия на сырье.

Обоснование способа состоит в следующем. В процессе углевыжигания распределение теплового поля в объеме углевыжигательной печи неоднородно и зависит от множества параметров окружающей среды и этапов процесса пиролиза. Сильная конвекция тепловых потоков к своду печи приводит к тому, что (в обычных печах) происходит недожог нижних слоев сырья и пережог верхних. Кроме того, различные факторы, воздействующие в процессе пиролиза на древесину: собственная влажность древесины, сортность и т.п. способствуют формированию тепловой нестабильности по всему объему печи. Попытки каким-либо способом стабилизировать тепловое поле не приводят к желаемым результатам из-за нескольких причин: во-первых, в результате высокой динамичности газовых потоков, переносящих тепло; во-вторых, в результате длительности процесса теплопередачи.

Предлагаемый способ реализуется изменением пространственного положения контейнеров с сырьем в температурном поле печи. Регистрирующая аппаратура позволяет косвенно оценить температуру внутренней среды контейнера и время температурного воздействия. По полученным данным определяется степень теплового воздействия на обрабатываемое сырье и принимается решение о дальнейшем расположении контейнера в данной тепловой области либо о его перемещении в более холодную (горячую) области. Решение принимается на основании вычисленного параметра, который должен попадать в определенный (на основании экспериментальных данных) диапазон.

Для получения наибольшего эффекта от предлагаемого способа предлагается использовать разбиение на несколько контейнеров с сырьем, определенным образом сориентированных в объеме печи. Меняя пространственную ориентацию контейнеров, можно добиться равномерности теплового воздействия, максимально используя полезный объем печи.

Пример реализации заявляемого способа Установка предусматривает загрузку древесины в съемные контейнеры с последующим помещением контейнеров внутрь корпуса печи, где осуществляется процесс ее пиролиза. Загрузка контейнеров осуществляется через загрузочный люк. Контейнеры устанавливаются на колеса, приводимые в движение вращением вала, закрепленного и приводимого в движение с помощью шестеренчатой передачи. Под корпусом установлен сборник жижки.

Тепло для нагрева древесины и обеспечения процесса переугливания древесины в контейнерах получают от газообразных продуктов сгорания топлива в топке. Разжигание топлива ведут при герметизации корпуса от пода печи.

По окончанию процесса переугливания и охлаждения угля люк открывают, а контейнеры снимают с колес для разгрузки.

На фиг.2-4 изображена углевыжигательная печь, при помощи которой осуществляют заявляемый способ, соответственно вид общий, сбоку, сверху.

Номерами обозначены следующие позиции: 1 - корпус печи; 2 - крышка загрузочного люка; 3 - загрузочный люк;
4 - колеса (крестовина);
5 - несущий вал;
6 - съемный контейнер;
7 - разъемные шарнирные соединения;
8 - управляемый электропривод;
9 - дымовые трубы;
10 - заслонка;
11 - газоанализатор;
12 - замок крышки люка;
13 - измерительные термопары;
14 - сборник жижки;
15 - топочный газоход;
16 - топка.

Процесс получения древесного угля в рассматриваемой установке осуществляется следующим образом. Открывается загрузочный люк 3. Четыре съемных контейнера 6 с предварительно загруженной и подсушенной древесиной поочередно устанавливаются на колеса 4, при этом несущий вал 5 проворачивается электроприводом для обеспечения подвода разъемных шарниров колес к штокам съемных контейнеров. После стыковки вращающихся колес со съемным контейнером разъемные шарнирные соединения 7 фиксируются для обеспечения поворота в них штоков съемного контейнера. После того как все съемные контейнеры загружены внутрь корпуса, закрывается загрузочный люк. Загрузочный люк обмазывается по периметру глиной с асбестом. Открываются дымовые трубы 9, затем через топочную дверцу топки 16 производится загрузка и розжиг топлива. После того как топливо разгорится, топочную дверцу и дверцу поддувала закрывают и герметизируют (обмазывая глиной с асбестом), начинается процесс пиролиза. В течении протекания процесса пиролиза, измеряемого регистраторами времени, измеряют температуру у свода и пода печи регистраторами температуры (например, при помощи термопар), сравнивают с экспериментально полученными граничными температурными кривыми и определяют интенсивность теплового воздействия на сырье. В случае неравномерного интенсивного теплового воздействия осуществляют перемещение контейнеров из горячей области в холодную и наоборот. Перемещение контейнеров в корпусе печи осуществляют путем вращения полого несущего вала 5 с помощью управляемого привода 8. При этом вращающий момент передается с несущего вала на вращающиеся колеса 4, закрепленные на нем. Вращение колес приводит в движение контейнеры с сырьем, причем сами контейнеры сохраняют горизонтальную ориентацию за счет шарнирного крепления 7.

Предложенный способ может быть реализован в условиях как стационарных (заводских), так и мобильных (приближенных к местам заготовки древесины).

Формула изобретения

1. Способ получения древесного угля, включающий загрузку сырья в печь, предварительную сушку сырья, последующий нагрев его в печи и охлаждение получаемого угля, отличающийся тем, что сырье загружают в передвижной контейнер, устанавливаемый в печи, а в процессе получения угля осуществляют контроль за интенсивностью теплового воздействия на сырье и на основе полученных данных осуществляют корректировку теплового воздействия посредством изменения пространственного положения контейнера в тепловом поле печи, при этом интенсивность теплового воздействия определяется по формуле

где τ - интенсивность теплового воздействия;
τ₀ - начальное условие, определяемое значением до очередного перемещения контейнера;
Т - регистрируемое приборами значение температуры контейнера;
Т - значение времени с момента изменения пространственного положения контейнера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль интенсивности теплового воздействия осуществляется регистраторами температуры, времени и датчиками пространственного расположения контейнеров с сырьем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4