"Мобильная установка для утилизации отходов древесины"

В настоящее время известен ряд способов и оборудования для ути­лизации древесных отходов. Боль шинство этих изобретений посвя­щено прямому сжиганию древесных отходов, их измельчению, под­ сушке, брикетированию с последующей газификацией и получением древесного угля или генераторного газа. Подавляющее число этих изоб­ретений предусматривают примене­ние реторт, которые загружаются и разгружаются посредством извле­чения из камер обогрева, включая мобильные варианты.

Способы и установки для измельчения и подсушки древесных отходов до щепы (в габарите частицы не должны превышать 10–15 мм) име­ют невысокий общий КПД, посколь­ку много энергии тратится на измельчение и предварительную под­ сушку щепы (до влажности 10–12 % против начальных 40–50 %). Особое место занимают отходы горелого леса, которые образуются в природе на сотнях и тысячах гек­таров. Основной спецификой здесь является, во­первых, необходи­мость обработки отходов в месте их образования (никто не будет возить горелый лес на большие расстояния для утилизации); во­вторых, в ле­сах, как правило, отсутствует электроэнергия, требуемая для работы ­отдельных устройств установки; в- третьих, при утилизации отходов горелого леса речь идет именно об утилизации, а не о производстве товарной продукции.

Тем не менее и в этом случае можно получить полезный товарный продукт – древесный уголь. Данную утилизацию могут мобильные установки, не требующие затрат на энергию извне, кроме частичного использования самих отходов древесины в качестве топлива. Поэтому данное предложение и предусматривает разработку мобильных установок по утилизации древесных отходов любого вида, работающих автономно в любом месте и производящих полезный продукт в виде древесного угля, газовой фракции (газового топлива), жидкой фракции (смеси углеводородных горючих жидкостей, ацетона, муравьиной, уксусной кислот и воды).

Известны способы и установки для получения древесного угля, тепловой энергии и пиролизного газа, а также устройство для его обеспечения, состоящие из печных камер с топочными устройствами, над которым установлены реторты с отверстиями для выхода пиролизных газов, снабженные загрузочными устройствами и полостями для охлаждения угля. Недостатки данных решений состоят в сложности конструкции, в невозможности выделить жидкую пиролизную фракцию (в составе которой неизбежно содержится вода), в сложности получения незагрязненного древесного угля, а также в низкой производительности (в связи с тем, что в печной камере установлена только одна реторта, к тому же ее цилиндрическая форма не обеспечивает равномерности процесса пиролиза для срединной и периферийной частей в поперечном сечении реторты).

Предлагаемые решения направлены на разработку и последующее создание мобильных установок, которые позволят утилизировать отходы древесины, и особенно горелый лес, в любой местности, не имеющей требуемого энергоснабжения, в частности электроэнергии (например, в лесу), выделить жидкую пиролизную фракцию и получить более чистый древесный уголь в качестве готового вторичного продукта.

         

К установке прилагаются также компрессор для получения сжатого воздуха и электрогенератор для получения электроэнергии, требуемой для работы компрессора и средств управления установкой (эти устройства на рис. 1 не показаны).

Установка работает следующим образом

Подготовленные для утилизации отходы древесины (распиленные или разрезанные на куски длиной до 360 мм) помещаются в питатель 3 (рис. 2) с предварительно открытой крышкой и толкателями, находящимися в своем крайнем исходном положении. Питатель 3 загружается вручную полностью, его крышка закрывается. Перемещается шибер 5 с помощью включения пневмоцилиндра (на рис. 2 не показан), затем включается пневмоцилиндр (на рис. 2 не показан) толкателей 4, и сырье проталкивается ими в реторты 2. После завершения загрузки сырья включается обратный ход пневмоцилиндра, при включении которого толкатели перемещаются до упора. Питатель 3 готов для следующего цикла загрузки сырья.

На рис. 1 видно, что парогазовая смесь, образовавшаяся в ретортах, собирается в коллекторы и выходит через патрубок, направляется в фильтр-циклон 2 и из него – в конденсатор 3. Здесь конденсируется вся паровая часть парогазовой смеси, которая в виде жидкости стекает в сборник 4, а неконденсирующийся пирогаз направляется дымососом 7 к горелкам 8 для сжигания и обогрева реторт.

Печная камера (см. рис. 2) содержит корпус 1, реторты 2 (в предлагаемом варианте имеются 4 реторты), установленные в корпус 1 с зазором. Каждая реторта 2 снабжена питателем 3 для исходного сырья, общей камерой 7 для приема твердого остатка, шиберным затвором с пневмоцилиндром. Каждый питатель 3 выполнен в виде лотка с крышкой и толкателем.

Реторты 2 снабжены с обоих открытых торцов шиберными затворами, каждый из которых выполнен в виде пазовой, прижимной рамки с уплотнением и шибером 5. Шиберы представляют собой пластины с отверстиями, форма которых и шаг расположения соответствует открытым торцам реторт 2 и расстояниям между ними в печной камере.

Шиберы 5 приводятся в движение пневмоцилиндрами, жестко укрепленными на торцевых стенках корпуса 1. Реторты 2 выполнены в виде вытянутых прямоугольных пирамид, имеющих отверстия в верхних гранях, расположенных у выходной части твердого остатка, которые объединены общим коллектором, имеющим патрубок для выхода из реторт 2 парогазовой смеси, которая направляется в конденсатор и далее в печную камеру для сжигания.

Камера для приема твердого остатка 7 выполнена в виде короба, объединяющего все реторты на выходе твердого остатка и содержащего патрубок для его выдачи.

Зазоры между корпусом 1 и ретортами 2, образующие межретортное пространство, открыты снизу и сообщаются с топкой, объединены вверху общим сводом с патрубком для отвода дымовых газов. Топка содержит колосниковую решетку, отделяющую ее от камеры для золы и входа воздуха в топку при сжигании твердого топлива (самого сырья). Топка и камера имеют дверцы для контроля над процессом горения и загрузки твердого топлива. Топка снабжена горелками 8 для сжигания газового топлива. Корпус 1 реактора установлен на опоры 6.

При разгрузке реторты 2 (она происходит реже загрузки сырья и устанавливается опытным путем) перемещается шибер 5 посредством включения пневмоцилиндра шибера разгрузки. Готовый твердый остаток выталкивается в камеру 7 (для его приема) во время загрузки реторт 2 исходным сырьем, то есть усилие для выталкивания передается твердому остатку от толкателей путем уплотнения и продвижения ствердый остаток выходит через патрубок в тару.

Для разработки технической документации на данную установку были проведены экспериментальные исследования, которые позволили определить такие исходные данные, как долевые части вторичной продукции (в % от объема сырья), режим пиролиза в установке (температура и давление) и примерные удельные значения энергозатрат на пиролиз qпир, а также теплотворную способность вторичного газового топлива qсж.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке, в состав которой входят реактор с электрообогревом и сборником для твердого остатка, два конденсатора кожухотрубного типа со своими сборниками для жидких фракций, горелка для сжигания вторичного газового топлива с колбой, заполненной водой, предназначенная для расчета количества тепла, полученного от сжигания вторичного газа, поступившего на подогрев воды в колбе, то есть теплоты сжигания газа qсж.

Установлено, что при пиролизе в изложенном варианте получены (в % от объема сырья): газовое топливо – 32–42; твердый остаток (уголь) – 28–40, жидкая фракция – до 22–28 при исходной влажности древесиныырья в ретортах 2. Из камеры 7 15–22 %, qпир ≈ 5–6 МДж/кг, qсж≈ 8÷10 МДж/м3.

Часть экспериментальных исследований приведены в виде графической зависимости выхода вторичной продукции от температуры пиролиза (рис. 3).

Данные графика позволяют сделать следующие выводы:

Ю. Н. Шаповалов, к. т. н.,
П. Ю. Саликов,
О. Н. Ивакин, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»