Способ получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству древесного угля, в том числе активного, но может быть использовано для получения тепловой энергии и горючего газа. Способ заключается в том, что в реторту загружают древесину, разогревают ее до устойчивого процесса пиролиза, подают пиролизные газы в расширительную камеру, часть горючих газов, необходимую для поддержания заданного режима, подают в топочное пространство печной камеры, а остальной газ отбирают для последующего его использования для нужд, не связанных с получением угля, древесный уголь направляют в полость для сбора готовой продукции, причем для получения активных углей в реторту подают определенное количество острого пара, при этом между ретортой и расширительной камерой устанавливают вертикальный канал, который заполняют технологическим углем, и пиролизные газы в расширительную камеру подают через слой древесного угля, а газы из печной камеры направляют в камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух. Изобретение позволяет получить кроме древесного угля, в том числе активного, тепловую энергию и очищенный горючий газ, практически полностью исключив вредные выбросы в атмосферу. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к производству древесного угля, в том числе активного, но может быть использовано для получения тепловой энергии и горючего газа.

Известен способ получения древесного угля и горючего газа [1], при котором в реторту загружают древесину, разогревают ее до устойчивого процесса пиролиза, подают пиролизные газы в расширительную камеру, часть газов, необходимую для поддержания заданного режима, подают в топочное пространство, а остальной газ отбирают для последующего его использования для нужд, не связанных с получением угля, древесный уголь направляют в полость для сбора готовой продукции, причем для получения активных углей в реторту подают определенное количество острого пара.

Этот способ наиболее близок к заявляемому, поэтому принят в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что газ, направляемый в топочное устройство и отбираемый для нужд, не связанных с работой установки, не очищен, что в конечном итоге приводит к загрязнению окружающей природной среды. Кроме того, сравнительно небольшая часть тепловой энергии используется для нужд, не связанных с процессом получения угля.

Суть заявляемого способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа заключается в том, что в известном способе, при котором в реторту загружают древесину, разогревают ее до устойчивого процесса пиролиза, подают пиролизные газы в расширительную камеру, часть горючих газов, необходимую для поддержания заданного режима, подают в топочное пространство печной камеры, а остальной газ отбирают для последующего его использования для нужд, не связанных с получением угля, древесный уголь направляют в полость для сбора готовой продукции, причем для получения активных углей в реторту подают определенное количество острого пара, между ретортой и расширительной камерой устанавливают вертикальный канал, который заполняют технологическим углем, и пиролизные газы в расширительную камеру подают через слой древесного угля, а газы из печной камеры направляют в камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух.

Сравнительный анализ заявляемого способа и прототипа показал, что заявляемый способ обладает признаками, не совпадающими с прототипом, а именно между ретортой и расширительной камерой устанавливают вертикальный канал, который заполняют технологическим углем, и пиролизные газы в расширительную камеру подают через слой древесного угля, а газы из печной камеры направляют в камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнительный анализ заявляемого способа и других технических решений показал, что направление горючих газов из топочного пространства в камеру дожигания для получения дополнительной тепловой энергии известно (см. патент по заявке 2000105671/12), но поскольку его нет в прототипе, этот признак включен в отличительную часть формулы. Отбор же технологического угля и подача пиролизного газа в расширительную камеру через слой древесного угля является новым и обеспечивает очистку горючих газов в процессе получения угля. Получение тепловой энергии и горючего газа неразрывно связано с получением угля и в комплексе обеспечивает оптимальный технологический процесс, что не нарушает единства изобретения. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

В реторту подают древесину, прогревают реторту до температуры 400-500^oС при помощи тепла от дров, сжигаемых в топочном устройстве в течение не менее 8-10 часов. По истечении этого времени из расширительной камеры появляются огни сгорания пиролизного газа. Направляют пиролизный газ из расширительной камеры в топочное пространство печной камеры, используя тепло от его сгорания как дополнение к теплу от сгорания дров, и доводят температуру в печной камере до устойчивого значения (870±30)^oС в течение последующих 8-10 часов, подавая при этом в реторту каждые 1-2 часа расчетные порции древесины, и начинают подавать воздух в камеру дожигания. Через сутки после выхода на устойчивый режим пиролиза подают в реторту пар температурой 830-900^oС в количестве, необходимом для поддержания избыточного давления в реторте в пределах 0,3-3,0 кг/см². Полученные в камере дожигания газы с температурой до 1500^oС направляют на теплоприемники (экономайзеры, воздухонагреватели, котлы и т.п.). Избыточный газ из расширительной камеры отбирают для нужд, не связанных с процессом получения угля.

Заявляемый способ прост в осуществлении и позволяет получать, кроме древесного угля, в том числе активного, тепловую энергию и очищенный горючий газ, практически полностью исключив вредные выбросы в атмосферу.

Известно устройство для получения древесного угля - газогенератор [1], состоящее из печной камеры с топочным устройством, над которым установлена реторта с отверстиями для выхода парогазов, расположенными в нижней части реторты и сообщенными с печной камерой, и канала для подачи пара в полость реторты, причем на реторте под отверстиями для выхода парогазов установлена расширительная камера с отверстиями в ее нижней части, сообщенными с печной камерой, и патрубком для отбора газа. Это устройство является наиболее близким к заявляемому, поэтому принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что отбираемые для нужд, не связанных с процессом получения угля, газы не очищены, сравнительно небольшая часть тепловой энергии используется для нужд, не связанных с процессом получения угля, недостаточная производительность получения горючего газа, сравнительно быстро происходит засорение отверстий расширительной камеры.

Суть заявляемого изобретения заключается в том, что в известном устройстве, состоящем из печной камеры с топочным устройством, над которым установлена реторта с отверстиями для выхода пиролизных газов, расположенными в нижней части реторты и сообщенными с печной камерой, канала для подачи пара в полость реторты, расширительной камеры с патрубком для отбора горючего газа и отверстиями для отбора горючего газа в печную камеру, устройство содержит камеру дожигания, соединенную с печной камерой и снабженную устройством для подачи воздуха, а реторта соединена с вертикальным каналом, расположенным в печной камере и открывающимся в расширительную камеру, отверстия для отбора горючего газа в печную камеру расположены в верхней части расширительной камеры, отверстия для отбора горючего газа в топочное устройство и патрубок отбора горючего газа выполнены с возможностью регулирования проходного сечения, вертикальный канал снабжен каналом для подачи в его внутреннюю полость пара, реторта снабжена температурным датчиком, взаимодействующим с приводами регуляторов проходного сечения отверстий отбора газа в топочное устройство, регуляторов проходного сечения патрубка отбора газов на нужды, не связанные с процессом получения угля, и заслонки подачи воздуха в печную камеру, реторта за пределами печной камеры снабжена устройством для охлаждения готовой продукции.

Сравнительный анализ заявляемого устройства с прототипом показал, что заявляемое устройство обладает рядом признаков, отличных от прототипа, а именно устройство содержит камеру дожигания, соединенную с печной камерой и снабженную устройством для подачи воздуха, а реторта соединена с вертикальным каналом, расположенным в печной камере и открывающимся в расширительную камеру, отверстия для отбора горючего газа в печную камеру расположены в верхней части расширительной камеры, отверстия для отбора горючего газа в топочное устройство и патрубок отбора горючего газа выполнены с возможностью регулирования проходного сечения, вертикальный канал снабжен каналом для подачи в его внутреннюю полость пара, печная камера соединена с камерой дожигания, снабженной устройством для подачи воздуха, отверстия для подачи горючего газа в топочное устройство и патрубок отбора горючего газа выполнены с возможностью регулирования проходного сечения, а реторта снабжена температурным датчиком, взаимодействующим с приводами регуляторов проходного сечения отверстий отбора газа в топочное устройство, регуляторов проходного сечения патрубка отбора газов на нужды, не связанные с процессом получения угля, и заслонки подачи воздуха в топочное устройство, реторта за пределами печной камеры снабжена устройством для охлаждения готовой продукции. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".

Сравнительный анализ заявляемого устройства с другими техническими решениями показал, что камера дожигания применяется в устройстве для производства древесного угля (см. патент по заявке 2000105671/12) и включена в отличительный признак только потому, что ее нет в прототипе. Известно и использование датчиков для автоматического регулирования температурных режимов. Широко применяется в технике и регулирование проходных отверстий, однако, наличие датчика и его взаимосвязь с приводами регуляторов проходного сечения отверстий отбора газа в топочное устройство, регуляторов проходного сечения патрубка отбора газов на нужды, не связанные с процессом получения угля, и заслонки подачи воздуха в печную камеру обеспечивают оптимальный процесс получения древесного угля, хотя все это регулирование может быть выполнено и вручную. Известно и применение устройства для охлаждения готовой продукции, но оно включено в отличительные признаки, чтобы не нарушать целостности устройства. Наличие же вертикального патрубка, соединенного с ретортой и открывающегося в расширительную камеру, является новым и обеспечивает очистку пиролизных газов перед направлением их в топочное устройство или отбор их для нужд, не связанных с процессом получения угля, что делает процесс получения угля экологически чистым. Выполнение отверстий для отбора горючих газов в печную камеру в верхней части расширительной камеры исключают их засорение и обеспечивают безаварийную работу устройства. Наличие в вертикальном канале канала для подачи в его внутреннюю полость острого пара позволяет увеличить выход горючих газов.

Хотя в названии изобретения включены как бы три устройства, в нем нет нарушения единства изобретения, так как получение тепловой энергии и горючего газа является попутным продуктом производства древесного угля, хотя конструкция устройства позволяет варьировать получением каждой из составляющих.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа.

Устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа состоит из печной камеры 1, с топочным устройством 2. В печную камеру вставлена реторта 3 с отверстиями в ее нижней части, открывающимися в вертикальный канал 4, который опускается к топочному устройству 2 и открывается в расширительную камеру 5, снабженную регулируемыми отверстиями 6, сообщенными с печной камерой 1 и регулируемым патрубком 7, сообщенным с потребителем (не показан). Камера 5 в ее нижней части открыта в устройство для отбора технологического угля 8 и соединена с камерой дожигания 9, которая снабжена регулирующим устройством подачи воздуха 10 и сообщена с теплоприемником (не показан). К реторте 3 подсоединено загрузочное устройство 11, снабженное и соприкасающееся (в случае поршневого исполнения) в верхней мертвой точке поршня с заслонкой 12, либо без нее (в случае исполнения загрузочного устройства 11 в виде шнека-нагнетателя с переменным шагом, заканчивающегося в полости реторты 3). В верхней полости реторты 3 над вертикальным каналом 4 установлен регулируемый канал 13 подачи острого пара внутрь реторты, а под ретортой в верхней части вертикального канала 4 установлен регулируемый канал 14 подачи острого пара внутрь вертикального канала, направленный в сторону расширительной камеры 5. Реторта 3 снабжена температурным датчиком 15, связанным с приводами заслонки 16, регулятора отверстий 6 и патрубка 7, предохранительным клапаном 17, и датчиком давления 18, взаимодействующим с приводами регуляторов подачи острого пара по каналам 13 и 14, регулятора отверстий 6, заслонки 16 и загрузочного устройства 11. На выходе из печной камеры 1 реторта 3 оборудована конечным выключателем 19, взаимодействующим с приводами загрузочного устройства 11, устройства для отбора технологического угля 8 и заслонкой 20, отсекающей полость реторты 3 от полости устройства для охлаждения угля 21, которая в свою очередь оборудована заслонкой 22, отсекающей полость устройства охлаждения угля 21 от емкости для сбора готовой продукции 23. Полость для сбора готовой продукции 23 снабжена выхлопным патрубком 24 и конечным выключателем 25, взаимодействующим с приводами загрузочного устройства 11, заслонок 12, 20, 22, 26 и приводом открывания выхлопного патрубка 24. Емкость готовой продукции 23 оборудована датчиком температуры 27 для контроля температуры готового угля и взаимодействующего с заслонкой 26.

Устройство работает следующим образом.

В полость загрузочного устройства 11 загружают древесину, открывают заслонку 12 и подают древесину в реторту 3. Загружают в топочное устройство 2 топливо, например дрова, и разводят огонь. За счет полученного от сгорания дров тепла разогревают древесину в реторте 3 до устойчивого процесса пиролиза. Образовавшимся в процессе пиролиза технологическим углем заполняют вертикальный канал 4, периодически добавляя древесину в реторту 3 до срабатывания конечного выключателя 19. Образовавшиеся пиролизные газы проходят через слой древесного угля, и очищенный горючий газ поступает в расширительную камеру 5, откуда по каналам 6 направляется в печную камеру 1, где воспламеняется, за счет чего поддерживается процесс пиролиза. Избыточный горючий газ поступает в камеру дожигания 9, куда подается воздух устройством 10. Полученное в результате дожигания газов тепло направляется на теплоприемники (сушилки древесины, экономайзеры, теплообменники и т.п.). Для отбора древесного угля открывают заслонку 20 и загрузочным устройством 11 проталкивают готовую продукцию в полость устройства для охлаждения угля 21, затем открывают заслонку 22 и при открытой заслонке 21 загрузочным устройством 11 проталкивают готовый продукт в полость для сбора готовой продукции 23 до срабатывания конечного выключателя 25. Избыточное давление в полости готовой продукции 23 снимают посредством выхлопного патрубка 24. Температура готовой продукции контролируется датчиком температуры 27, который взаимодействует с заслонкой 26. При охлаждении готовой продукции до необходимой температуры открывается заслонка 26 и готовая продукция отбирается потребителю.

Для получения активных углей в полость реторты 3 по каналу 13 подают необходимое количество острого пара. Избыточное давление в реторте 3 контролируется датчиком давления 18 и предохранительным клапаном 17.

Для получения большего количества горючего газа в вертикальный канал 4 через регулируемый канал 14 подают дополнительно острый пар.

Температурный режим внутри реторты контролируется термодатчиком 15, который взаимодействует с приводом заслонки 16, регулятора отверстий 6 и патрубка 7. При превышении температуры внутри реторты 3 перекрываются отверстия 6, закрывается заслонка 16, открывается канал 7 и часть горючего газа через невозвратный клапан поступает в накопительную емкость (не показана).

Отработавший технологический уголь удаляют из расширительной камеры 5 с помощью устройства для отбора технологического угля 8.

При необходимости весь исходный продукт может быть переработан в горючий газ и тепло при полностью закрытой и отключенной заслонке 20.

Устройство позволяет оптимизировать процесс получения древесного угля, обеспечивает надежность работы, исключает загрязнение окружающей среды и позволяет получать в качестве попутного или основного продукта тепловую энергию и очищенный горючий газ.

Источник информации 1. Патент 2177975, кл. С 10 В 1/04.

Формула изобретения

1. Способ получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа, при котором в реторту загружают древесину, разогревают ее до устойчивого процесса пиролиза, подают пиролизные газы в расширительную камеру, часть горючих газов, необходимую для поддержания заданного режима, подают в топочное пространство печной камеры, а остальной газ отбирают для последующего его использования для нужд, не связанных с получением угля, древесный уголь направляют в полость для сбора готовой продукции, причем для получения активных углей в реторту подают определенное количество острого пара, отличающийся тем, что между ретортой и расширительной камерой устанавливают вертикальный канал, который заполняют технологическим углем, и пиролизные газы в расширительную камеру подают через слой древесного угля, а газы из печной камеры направляют в камеру дожигания, куда дополнительно подают воздух.

2. Устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа, состоящее из печной камеры с топочным устройством, над которым установлена реторта с отверстиями для выхода пиролизных газов, расположенными в нижней части реторты и сообщенными с печной камерой, канала для подачи пара в полость реторты, расширительной камеры с патрубком для отбора горючего газа и отверстиями для отбора горючего газа в печную камеру, отличающееся тем, что устройство содержит камеру дожигания, соединенную с печной камерой и снабженную устройством для подачи воздуха, а реторта соединена с вертикальным каналом, расположенным в печной камере и открывающимся в расширительную камеру, отверстия для отбора горючего газа в печную камеру расположены в верхней части расширительной камеры, отверстия для отбора горючего газа в топочное устройство и патрубок отбора горючего газа выполнены с возможностью регулирования проходного сечения.

3. Устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа по п.1, отличающееся тем, что вертикальный канал снабжен каналом для подачи в его внутреннюю полость пара.

4. Устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа по п.1, отличающееся тем, что реторта снабжена температурным датчиком, взаимодействующим с приводами регуляторов проходного сечения отверстий отбора газа в топочное устройcтвo, регуляторов проходного сечения патрубка отбора газов на нужды, не связанные с процессом получения угля, и заслонки подачи воздуха в печную камеру.

5. Устройство для осуществления способа получения древесного угля, тепловой энергии и горючего газа по п.1, отличающееся тем, что реторта за пределами печной камеры снабжена устройством для охлаждения готовой продукции.

РИСУНКИ

Рисунок 1