Обзор углевыжигательных печей

Современное углевыжигательное оборудование очень разнообразно по внешнему виду и конструкции. Условно их можно разделить на несколько видов, в зависимости от особенностей эксплуатации, конструктивному исполнению и протеканию процесса пиролиза.

В первую очередь, это различные варианты передвижных и стационарных установок. Мобильные углевыжигательные печи востребованы лесозаготовителями и переработчиками древесины. Они решают задачи по утилизации производственных отходов предприятий лесной отрасли. Как правило, эти передвижные установки перемещаются в места переработки. Этот вариант экономически обоснован с учетом того, что выход готового угля составляет 20-25 процентов, это значительно снижает транспортно-сырьевую составляющую в готовой продукции, поскольку для транспортировки готового древесного угля приходится меньше затрат, чем для перевозки сырья. Отходы деревообработки служат и сырьем и необходимым топливом.

Стационарные углевыжигательные печи размещаются на постоянно действующей основе. Как правило, имеют большие размеры и позволяют использовать различные виды топлива, в зависимости от экономических условий. Их используют производители, имеющие собственное деревообрабатывающее производство и испытывающие необходимость в утилизации отходов. В таких случаях производство древесного угля является чаще всего дополнительным видом деятельности, позволяющим избавиться от остатков древесины. Стационарные установки для производства древесного угля требуют серьезного подхода к экологической безопасности.

Поскольку сам процесс пиролиза древесины хорошо известен и не представляет большой сложности, существует множество конструкций углевыжигательных печей. Основная разница кроется в принятом решении относительно подвода теплоносителя к древесине. Первым вариантом является способ, где пиролиз идет за счет самой древесины. Простейшим вариантом такой печи будет являться железная бочка с небольшим отверстием для отвода парогазов, внутри которой поджигается древесина для углежжения. Пиролиз идет за счет выделения собственной энергии без подвода дополнительного тепла. Выход готовой продукции при таком подходе составляет менее 10-15 процентов, качество угля низкое, производство грязное, но реализуемое без существенных затрат.

Существует несколько подходов к организации процесса углежжения, что накладывает определенные конструктивные отличия на используемое оборудование. В первую очередь, различие диктуется преимущественным назначением оборудования. Если установка для малого бизнеса ориентирована только на получение угля, то нет необходимости усложнять оборудование дополнительными агрегатами для сбора пиролизата. С другой стороны, промышленные поточные линии непрерывного действия вполне могут быть ориентированы не только на продажу древесного угля, но и получать жижку, а также производить тепловую энергию для различных нужд.

На сегодняшний день в малом бизнесе основное распространение получили углевыжигательные печи, строящиеся на методе подвода теплоносителя к древесине без контакта с топочными газами, исходное сырье находится в отдельной камере, стенки которой нагреваются теплоносителем, нагрев самой древесины осуществляется за счет лучистого тепла, исходящего от стенок. Однако существуют печи с проходом дымовых газов прямо через массив древесины. Это характерно как для малобюджетных установок, так и для установок промышленного выпуска древесного угля. Например, в непрерывно действующих вертикальных ретортах, где все стадии пиролиза древесины протекают одновременно в разных частях установки, вверху древесина сушится, в середине проходит пиролиз, ниже прокалка угля и его остывание. В целом процесс пиролиза в таких установках протекает более равномерно, чему способствует непосредственный контакт древесной массы с теплоносителем, идущим из нижних слоев аппарата и постепенное опускание сырья по мере готовности угля, а значит и более плавный межфазовый переход. Основным же минусом таких углевыжигательных печей является повышенное содержание в парогазах химических соединений – продуктов разложения древесины – более чем в 10 раз, что безусловно требует усложнения оборудования для конденсации пиролизата, попутных газов и их полезного использования без вреда для экологии. Малые количества выделяемых побочных продуктов пиролиза древесины должны сжигаться.

К углевыжигательным печам непрерывного действия также можно отнести печи со сменными ретортами или контейнерами. Принцип действия которых заключается в том, что поддержка необходимой температуры для вновь добавляемых партий сырья производится за счет теплоты пиролизных процессов предыдущих закладок древесины. Конструкции таких установок предусматривают отвод образующихся парогазов в топку печи, которая может располагается отдельно от блока реторт или сменных пиролизных камер. В каждой отдельной реторте пиролиз древесины протекает независимо от остальных.

К оборудованию периодического цикла относятся углевыжигательные печи, в которых каждая партия древесины проходит полный цикл от закладки до остывания в одной камере. То есть, через определенные промежутки времени происходят повторяющиеся технологические операции - производится загрузка сырья, переугливание древесины, затем выгрузка готового древесного угля, затем цикл повторяется. К отдельной группе аппаратов можно отнести аппараты смешанного типа действия – в таких аппаратах технологический процесс позволяет периодически производить загрузку сырья/выгрузку угля периодически, при этом установка может постоянно работать в режиме отбора парогазов, т.е., определенная партия древесины будет в процессе пиролиза.

Основным материалом для изготовления реторт и пиролизных камер служит металл, стенки печей выполняются из кирпича или металла с обязательной теплоизоляцией тепловой рубашки для предотвращения потерь энергии. В таких печах уголь действительно «варится». Идет процесс пиролиза, стадии которого можно идентифицировать с определенной степенью точности. Из пиролизной камеры предусматривается отвод парогазовой смеси, которая может конденсироваться при остывании. Таким методом становится доступным получение дополнительных жидких продуктов разложения древесины, а также некоторое количество неконденсируемых газов. В настоящее время использование побочных продуктов при углежжении не находит широкого применения, поэтому чаще всего конструкции печей предусматривают вывод пиролизной жидкости и парогазов в топочную камеру для получения дополнительной тепловой энергии. Кроме того дожигание продуктов пиролиза позволяет снизить негативное влияние установки на окружающую среду. При использовании модульного принципа такие конструкции оборудования позволяют организовать непрерывный процесс производства, что позволяет сделать установку автономной, способной практически полностью самостоятельно вырабатывать тепловую энергию, необходимую для поддержания процесса пиролиза.