Печь для термической обработки растительного сырья

Изобретение относится к области производства активных углей для карбонизации исходного растительного сырья перед активацией (древесины, скорлупы орехов, косточки плодов и т.д.) и может быть использовано в лесохимической промышленности для получения древесного угля-сырца и других углеродсодержащих материалов. Печь включает корпус (1), цилиндрическую реторту (7), теплоизоляцию, нагревательную камеру, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, патрубки для ввода (11) и вывода (19) газообразных продуктов. Корпус (1) установлен на поворотных опорах (3) и снабжен конусными торцами (2). Внутри реторты (7) расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 его диаметра патрубок для ввода теплоносителя (11), снабженный перфорированной крышкой (12) и окнами (13). Патрубок вывода (19) находится в нижней части реторты (1). Устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков (9). Нагревательная камера выполнена в виде топки (14). Изобретение позволяет повысить выход готового продукта - карбонизованного растительного сырья в 1,1-1,3 раза, увеличить производительность на единицу объема в 1,5-2,0 раза. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области производства активных углей для карбонизации исходного растительного сырья перед активацией и может быть использовано для пиролиза растительных материалов в лесохимической промышленности и получения древесного угля-сырца, а также для пиролиза других углеродсодержащих материалов.

Растительные материалы (древесина, скорлупа орехов, косточка плодов, шишки и др.) являются перспективным сырьем для получения высококачественных активных углей, поэтому весьма важно создание новых печей для эффективного пиролиза (карбонизации) этого типа сырья.

Известна печь для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащая корпус, установленный на опорах с расположенной внутри него цилиндрической ретортой, нагревательными элементами в виде спирали, огнеупорной теплоизоляцией, загрузочное и выгрузочное устройства, расположенные по оси корпуса, и патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем реторта выполнена с соотношением диаметра к длине, равным 1:10-18, а нагревательные элементы, выполнены в виде спирали, имеют соотношение диаметра проволоки к диаметру спирали равным 1:6-10 и расположены на расстоянии от реторты, равном 3-5 диаметрам витка спирали (см. Пат. РФ №2158401, кл. F27B 5/00, опубл. 27.07.2000 г.).

Недостатком известной печи является сложность ее изготовления и высокая энергоемкость.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и количеству совпадающих признаков, т.е. прототипом, является печь для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащая корпус с огнеупорной изоляцией, установленный на опорах, расположенную внутри него цилиндрическую реторту с перемешивающим устройством, нагревательные элементы, выполненные в виде газовых горелок, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, а также патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем ось газовых горелок смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 радиуса последней, а камера печи снабжена патрубком для отвода нагревающих газов, который расположен на расстоянии 0,23-0,30 ее длины (см. пат. РФ №2182112, кл. С01В 31/08, опубл. 10.05.2002 г.).

Недостатком прототипа является низкий выход готового продукта и небольшая производительность печи.

Поставленная цель достигается предлагаемой печью, содержащей корпус, цилиндрическую реторту, теплоизоляцию, нагревательную камеру, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, а также патрубки для ввода и вывода газообразных продуктов, причем корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.

Отличие предложенной печи от известной заключается в том, что корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.

Из патентной и научно-технической литературы авторам не известна печь, у которой корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Исследования и расчеты показали, что для повышения выхода готового продукта (растительного угля-сырца) и увеличения производительности печи надо с одной стороны добиться равномерного распределения тока топочных газов по всему объему реторты за счет оптимизации конструкции патрубков ввода и вывода теплоносителя и глубокой герметизации самой реторты печи, а с другой стороны найти конструктивные решения, позволяющие сократить до минимума время загрузки сырья в печь и выгрузки готового продукта из печи и подготовки ее к новому циклу пиролиза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид печи, на фиг.2 - патрубок ввода газообразных продуктов горения топлива, а на фиг.3 - узел герметизации загрузочного люка.

Предложенная печь содержит цилиндрический корпус 1 диаметром Д₁, снабженный конусными торцами 2 и установленный на опорах 3, снабженных болтовыми соединениями 4 и цапфами 5, установленный на раме 6; внутри корпуса расположена цилиндрическая реторта 7 диаметром Д₂, снабженная колосниковой решеткой 8, причем корпус и реторта имеют люки с закрываемыми крышками 9, имеющими уплотнительный зазор 10, патрубок ввода газообразных продуктов горения топлива (теплоносителя) 11 установлен внутри корпуса и снабжен перфорированной решеткой 12 и окнами 13, топка 14, качающаяся на двух опорах 18, сделана с возможностью отсоединения от патрубка ввода и снабжена колосниковой решеткой 15, дверкой топки 16, дверкой поддувала 17, фиксатором топки 28 и с помощью двух опор 18 закрепляется на раме, патрубок вывода газообразных продуктов (дымовая труба) 19 снабжена заслонкой трубы 20, тягой заслонки 21, люком 22 и имеет фиксатор дымовой трубы, причем внутри патрубка вывода расположена заглушка 24, для слива жидких продуктов пиролиза реторта снабжена тремя патрубками 25, а для контроля герметичности реторты на корпусе расположены два проверочных технологических отверстия 26, поворотный механизм 27 обеспечивает поворот реторты на 90°.

Печь работает следующим образом.

Топка 14 качается на двух опорах 18. За счет качения топка 14 присоединяется топочным вылетом к патрубку ввода теплоносителя 11 и закрепляется в данном положении с помощью фиксатора топки 28; раструб 29 предназначен для герметизации ввода теплоносителя теплым глиняным раствором. После этого открываются люки 9 и реторта 7, расположенная внутри корпуса 1, который установлен на опорах 3 и снабжен болтовыми соединениями 4 и цапфами 5, заполняется растительным сырьем (древесиной, косточкой плодов, скорлупой орехов и т.д.), причем древесина укладывается штабелем, а мелкое растительное сырье в специальные корзины из нержавеющей проволоки.

После заполнения реторты 7 края люков обмазываются влажной глиной, и крышки люков 9 устанавливаются на место, закрепляясь с помощью барашков (на фиг.1 не показаны), при этом часть глины выступает в уплотнительный зазор 10, что обеспечивает лучшую изоляцию реторты 7 в процессе.

Затем к корпусу 1 крепится дымовая труба 19 с помощью фиксатора дымовой трубы 23. В топку 14, выполненную из стали и футерованную шамотным кирпичом, закладываются дрова или иное топливо, и производится розжиг. Регулирование горения топлива осуществляется с помощью дверки топки 16 и дверки поддувала 17.

Топочные газы из топки 14 поступают в патрубок ввода 11 и выходят из него внутрь реторты 7 через перфорированную решетку 12 в верхнюю часть реторты 7, а через окна 13 (обычно 2-4 шт) в нижнюю часть реторты 7 и, проходя равномерно через пиролизуемое сырье, поступают в дымовую трубу 19 и выбрасываются наружу. Регулирование потока топочных газов осуществляется с помощью заслонки трубы 20, тяги заслонки 21.

Процесс пиролиза в зависимости от вида сырья идет 4-8 часов при температуре внутри реторты 400-500°С. Жидкие продукты пиролиза сливаются через крайние заглушки 25, которые входят в саму реторту 7, а средняя заглушка 25 проходит в зазор между корпусом 1 и ретортой 7 и служит для определения прогарания реторты в процессе эксплуатации и слива конденсата.

Технологические проверочные отверстия 26 в корпусе также служат для контроля процесса. Конусные торцы 2 значительно увеличивают прочность печи и снижают ее деформацию при работе.

После завершения процесса пиролиза в топку 14 прекращают подачу топлива и ее остужают; заглушают герметично реторту 7 путем закрытия заглушки 24 на дымовой трубе 19 и аналогичной заглушки в топке или на конце патрубка ввода 11 (на фиг.1 не показана), и производят охлаждение угля в реторте.

После охлаждения реторты топку 14 с топочным вылетом, качающуюся на опорах 18, и соответственно дымовую трубу 19 отсоединяют от корпуса 1, открывают крышки люков 9 и с помощью механизма поворота 27 поворачивают корпус на 90°, переводя люки в нижнее положение, что приводит к высыпанию угля в контейнер или на продольный транспортер (на фиг.1 не показано).

Следует обратить внимание на то, что корпус 1 имеет диаметр Д₁, а реторта 7 - диаметр Д₂, при этом соотношение Д₂/Д₁=0,80-0,92. При меньшем соотношении диаметров снижается производительность печи, а при большем соотношении ухудшается теплоизоляция реторты. Патрубок ввода теплоносителя 11 имеет диаметр d₁, который составляет 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, при этом высота расположения верхней перфорированной решетки 12 равна Н=0,6-0,75 Д₂. При меньшем соотношении сырье, находящееся в верхней части реторты 7, пиролизуется плохо, а при большем соотношении ухудшается пиролиз сырья в нижней части реторты 7. Дымовая труба 19 (патрубок вывода) имеет диаметр d₂. При меньшем соотношении диаметров d₁ и d₂ возрастает сопротивление газовому потоку, а при большем соотношении резко увеличивается расход топлива на нагрев сырья.

Эксплуатация предлагаемой печи показала, что выход готового продукта - древесного угля-сырца или карбонизата скорлупы и косточки плодов составляет 60-65%, а производительность на единицу объема (с учетом времени загрузки, выгрузки) 6-8 кг/м³·час.

Выход готового продукта на вращающейся ретортной печи с газовым обогревом (пат. РФ №2182112 - прототип) составляет 50-55%, а производительность на единицу объема - около 4 кг/м³·час.

Таким образом, выход готового продукта на предлагаемой печи в 1,1-1,3 раза выше, а производительность на единицу объема в 1,5-2,0 раза больше, чем у известных типов печей.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

1. Печь для термической обработки растительного сырья, включающая корпус, цилиндрическую реторту, теплоизоляцию, нагревательную камеру, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, а также патрубки для ввода и вывода газообразных продуктов, отличающаяся тем, что корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок для ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,8-0,92.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что между крышками люков и корпусом печи имеется зазор.

5. Печь по п.1, отличающаяся тем, что при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает корпус на 90°.