Патент на изобретение №2270848

(54) ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к деревоперерабатывающей промышленности и предназначено для производства активного угля из древесного угля или отходов древесины и может быть использовано в качестве дополнительного производства на лесоперерабатывающих предприятиях. Вертикальная печь для получения активного угля представляет собой вертикальную камеру (реторту), находящуюся в нагревательной печи, которая является квадратной в сечении и выполнена из жаропрочной стали. По всей высоте реторты расположена труба, через которую подается пар. Загрузка древесного угля, щепы или крупной стружки производится из загрузочного бункера при открывании нижнего шибера загрузочного бункера и шибера, расположенного в верхней части реторты. Выгрузка активного угля осуществляется в вагонетку при открывании поворотного люка. Продукты пиролиза и процесса активации сжигаются в печи, обеспечивая ее дополнительный нагрев. Изобретение предотвращает горение активного угля и экологическое загрязнение окружающей среды. 5 ил.

Изобретение относится к деревоперерабатывающей промышленности, служит, в частности, для производства активного угля из древесного угля или отходов древесины и может быть использовано в качестве дополнительного производства на лесоперерабатывающих предприятиях.

Изобретение заключается в том, что в устройстве, представляющем собой неподвижную печь вертикального типа (называемой ретортой), измельченный древесный уголь, древесная щепа или крупная стружка нагреваются до температуры 780-820°С в результате передачи тепла сырью через стенку с последующей обработкой паром. Поэтому ниже рассматривается именно такой вид печей – вертикальный с внешним обогревом.

Широко известны различные виды неподвижных печей вертикального типа для полукоксования с внешним обогревом, в которых полукокс получается в результате нагрева сырья в результате сжигания различных видов топлива и передачи тепла сырью через стенку [1, 2].

Так, например, конструктивно печь Ролле [1] представляет собой два вертикальных цилиндра, вставленных один (чугунный) в другой (из шамотного или огнеупорного кирпича). Получение продукта на печи Ролле основано на засыпке угля в кольцевое пространство между цилиндрами и последующим нагревом с помощью дымового газа, образуемого сжигаемым углем и швельгазом, через нагреваемую поверхность.

Печь “Коалит” [1] отличается от печи Ролле тем, что реторта представляет собой 12 вертикальных труб, обмурованных огнеупорным кирпичом. Реторта нагревается за счет лучеиспускания стен обогревательных камер.

Оба вида печей загружаются углем сверху, а готовый продукт выгружается в нижней части.

Известна также вертикальная неподвижная печь [2, 3] непрерывного действия с внешним обогревом для переработки сланцев. Каждая реторта состоит из 5 чугунных звеньев и находится в камере из огнеупорного и красного кирпича. Загрузка осуществляется сверху, выгрузка снизу.

Описанные печи имеют следующие недостатки: большие габариты (например, печи Ролле имеют высоту до 14 метров), требующие мощных фундаментов, в изготовлении являются очень материалоемкими; сложный механизм управления режимом печи и технологией производства; используются чугунные реторты, которые выдерживают температуру ориентировочно до 600°С, в то время как для получения активного угля требуются температуры до 900°С.

Кроме того, печи, предназначенные для полукоксования угля, торфа или сланцев, не предназначены или плохо приспособлены для получения активных углей на основе древесины.

Известна также углевыжегательная печь “Поликор-2” [4], выполненная из огнеупорного кирпича, имеющая длину 15, ширину 6 и высоту 4 метра. В печь с помощью крана вставляются металлические реторты с загруженной древесиной. Печь имеет две зоны – сушки и пиролиза, в которые реторты с древесиной устанавливаются попеременно. Реторта с готовым древесным углем переставляется на этажерку, где происходит остывание и выгрузка из реторты древесного угля. Недостатком этой конструкции является высокая трудоемкость процесса, связанная с необходимостью извлечения краном раскаленных реторт из печи при перестановке из зоны сушки в зону пиролиза, а также при удалении из печи реторт с готовой продукцией.

Наиболее близким аналогом является углевыжигательная печь [5] для получения древесного угля. Суть этой конструкции заключается в том, что топки двух вертикальных съемных реторт посредством осевых труб и дымохода объединены в единую систему, что, как считают авторы, позволяет решить проблему рационального использования тепла отходящих газов. Древесный уголь получают по очереди в каждой из реторт, в то время как в другой реторте осуществляется сушка древесины.

Эта конструкция имеет следующие недостатки:

1. Затрачиваются средства на строительство 2-х печей, а фактически, не считая сушки, работает одна.

2. Слишком сложна система дымоходов, которая работает следующим образом: продукты горения из топки поступают через центральную трубу (расположенную по всей высоте реторты), затем опускаются вниз по дымоходу (между стенками реторты и кожуха). Далее дымовые газы проделывают такой же путь во второй реторте и уходят в дымовую трубу. Кроме того, в реторту сверху “для интенсификации процесса” подается пар, который должен пронизывать массу загрузки сверху вниз (?). Для того чтобы удалить продукты горения при таком гидравлическом сопротивлении потребуется дымовая труба нереальной высоты.

3. Вода, подающаяся для охлаждения реторты, в первый момент будет образовывать громадные количества пара. Совершенно непонятно куда девается на первых порах пар, при охлаждении реторты <100°С – вода.

Сущность изобретения заключается в том, что вертикальная реторта, находящаяся в печи, является квадратной в сечении и выполнена из жаропрочной стали; по всей высоте реторты расположена труба, через которую подается пар; загрузка древесного угля, щепы или крупной стружки производится из загрузочного бункера в результате открывания нижнего шибера загрузочного бункера и шибера, расположенного в верхней части реторты, а выгрузка активного угля осуществляется в вагонетку, находящуюся в изолированном от окружающей среды шлюзе, предотвращающем горение активного угля и экологическое загрязнение окружающей среды, в результате открывания поворотного люка, расположенного в нижней части реторты.

Перечень чертежей

Фиг.1. Вертикальная печь для получения активного угля. Общий вид в разрезе.

1 – нагревательная печь;

2 – металлическая реторта;

3 – топка-горелка;

4 – дымовая труба;

5 – загрузочный бункер;

6 – нижний фланец реторты;

7 – штуцера для отвода из реторты в печь продуктов пиролиза;

8 – поворотный люк для выпуска активного угля из камеры;

9 – вагонетка для выгрузки активного угля;

10 – шлюз;

11 – площадка для вагонетки;

12 – подъемник;

13 – труба для подачи пара;

14 – отверстия в трубе для подачи пара в реторту;

15 – шибер печи;

16 – шибер загрузочного бункера;

17 – фланец загрузочного бункера;

18 – крестовины, фиксирующие трубу для подвода пара;

19 – верхний фланец реторты.

Фиг.2. Вертикальная печь для получения активного угля (план, без трубы для подвода пара).

1 – нагревательная печь;

2 – металлическая реторта;

3 – топка-горелка;

4 – дымовые трубы;

5 – загрузочный бункер;

Фиг.3. Вертикальная печь для получения активного угля. Реторта (план).

2 – металлическая реторта;

13 – труба для подачи пара;

15 – шибер печи;

18 – крестовины, фиксирующие трубу для подвода пара;

19 – верхний фланец реторты.

Фиг.4. Вертикальная печь для получения активного угля. Реторта (разрез по А-А).

2 – металлическая реторта;

6 – нижний фланец реторты;

7 – штуцера для отвода из реторты в печь продуктов пиролиза;

13 – труба для подачи пара;

14 – отверстия в трубе для подачи пара в реторту;

15 – шибер печи;

18 – крестовины, фиксирующие трубу для подвода пара;

19 – верхний фланец реторты.

Фиг.5. Вертикальная печь для получения активного угля. Нижний люк в шлюзе.

8 – поворотный люк для выпуска активного угля из камеры;

9 – вагонетка для выгрузки активного угля;

10 – шлюз;

11 – площадка для вагонетки;

12 – подъемник;

20 – поворотная ось.

Вертикальная печь для получения активного угля состоит из нагревательной печи 1 (фиг.1, 2), металлической реторты 2 (фиг.1, 2, 3, 4), топки-горелки 3 (фиг.1, 2), дымовых труб 4 (фиг.1, 2), загрузочного бункера 5 (фиг.1, 2) и вагонетки 9 (фиг.1), в которую выгружается активный уголь.

Нагревательная печь 1 (фиг.1, 2) выполняется из огнеупорного кирпича или жаропрочного бетона.

Металлическая реторта 2 (фиг.1, 2, 3, 4) имеет квадратное сечение и изготавливается из жаропрочного металла, например, ХН75МВТЮ (ЭИ 602), выдерживающего температуру 1050°С в течение 10000 часов. Реторта 2 (фиг.1, 2, 3, 4) в верхней и нижней части имеет два приваренных квадратных фланца, соответственно 19 и 6 (фиг.1, 3, 4), которыми она опирается соответственно вверху и внизу на кладку печи. Нижний фланец 6 выполнен из уголка 50×50 мм, верхний фланец 19 – из уголка 80×80 мм. Это необходимо для того, чтобы нижняя часть реторты при монтаже беспрепятственно проходила через отверстие, расположенное в верхней части печи. В верхней части реторты имеется шибер 15 (фиг.1, 3, 4), который служит для загрузки реторты. В нижней части реторты находится поворотный люк 8 (фиг.1) для выпуска активного угля из камеры в вагонетку 9 (фиг.1).

В нижней и верхней части реторты 2 с помощью распорок (крестовин) 18 (фиг.1, 3, 4) фиксируется (приваривается) труба 13 (фиг.1, 3, 4), по которой подводится пар, поступающий в загрузку печи через отверстия 14 (фиг.1, 4), расположенные в нижней половине паровой трубы. По всей высоте реторты имеются отверстия, к которым приварены штуцера 7 (фиг.1, 4) для отвода из реторты в печь продуктов пиролиза и газификации.

Сверху реторты находится загрузочный бункер 5 (фиг.1, 2), имеющий в нижней части шибер 16 (фиг.1) и заканчивающийся фланцем 17 (фиг.1), которым он устанавливается на фланец 19 (фиг.1, 4) реторты 2.

Нижняя часть реторты закрыта люком 8, который крепится на поворотной оси 20 (фиг.5), причем сама ось закреплена в боковых стенках шлюза 10 (фиг.5), который с целью герметизации прижимается к нижней поверхности печи 1 подъемником 12.

Процесс получения активного угля заключается в следующем.

Разжигается топка-горелка 3 (фиг.1, 2), работающая на дизельном топливе. Образующиеся продукты горения поступают в печь 1 (фиг.1, 2), нагревают реторту 2 и уходят через дымовую трубу 4. После того как температура в печи 1 достигает 780-800°С, производится загрузка реторты 2 древесным углем, измельченным до нужной степени, или древесной щепой, или крупной стружкой.

Загрузка состоит из следующих операций. Исходное сырье (измельченный древесный уголь, древесная щепа или крупная стружка) на складе сырья (нулевая отметка) загружается в бункер 5, стоящий с закрытым шибером 16. Загруженный бункер 5 талью поднимается и устанавливается на реторту 2 таким образом, чтобы нижний фланец 17 загрузочного бункера совпал с верхним фланцем 19 реторты 2 (фиг.1).

После установки бункера на реторте производится ее загрузка. Для этого выдвигаются последовательно (можно одновременно) шибера 16 и 15 (фиг.1). Сырье просыпается в реторту 2, после чего шибера 16 и 15 закрываются, а бункер 5 талью перемещается на склад сырья для очередной загрузки.

Исходное сырье в реторте нагревается до 780-800°С. Образующиеся при этом продукты пиролиза из реторты 2 через штуцера 7 (фиг.1) выходят в печь 1 и сгорают.

По достижении загрузкой реторты температуры 780-800°С в реторту 2 через трубу 13 и отверстия 14 (фиг.1, 4) подается пар, т.е. производится активация угля. Образующиеся при активации окись углерода и водород из реторты через штуцера 7 (фиг.1) переходят в печь 1, где сгорают, обеспечивая дополнительный нагрев печи 1.

Готовый активированный уголь при отрывании поворотного люка 8 (фиг.1) выгружается из реторты 2 в вагонетку 9 (фиг.1). Вагонетка в это время находится на площадке 11, в шлюзе 10 (фиг.1). К верхней плоскости шлюза подведена вода, которая через специальное брызгало поступает на раскаленный активный уголь, в результате чего происходит охлаждение последнего. Количество подаваемой воды подбирается экспериментально таким образом, чтобы полученный активный уголь соответствовал по влажности ГОСТу. После охлаждения активного угля открывается боковая стенка шлюза и вагонетка 9 (фиг.1) выкатывается из шлюза 10 (фиг.1).

ЛИТЕРАТУРА

1. Общая химическая технология топлива. Под ред. С.В. Кафтанова. Москва-Ленинград: ГНТИХЛ. – 1947. – 495 с.

2. Химическая технология твердых горючих ископаемых. Под ред. Г.Н. Макарова, Г.Д. Харлампович. М.: Химия. – 1986. – 496 с.

3. Школлер М.В. Полукоксование каменных и бурых углей. Новокузнецк: Инженерная академия России, Кузбасский филиал – 2001. – 232 с.

4. Интернет-сайт http:www.coal-wood.boom.ru/russian/coal/l.html. Разработка кафедры технологии лесохимических продуктов и БАВ Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

5. Патент RU 2085569, C 10 B 1/04, 1997.

Формула изобретения

Вертикальная печь для получения активного угля, представляющая собой вертикальную камеру (реторту), находящуюся в нагревательной печи, отличающаяся тем, что реторта является квадратной в сечении, выполнена из жаропрочной стали; по всей высоте реторты расположена труба, через которую подается пар; загрузка древесного угля, щепы или крупной стружки производится из загрузочного бункера в результате открывания нижнего шибера загрузочного бункера и шибера, расположенного в верхней части реторты, а выгрузка активного угля осуществляется в вагонетку, находящуюся в изолированном от окружающей среды шлюзе, предотвращающем горение активного угля и экологическое загрязнение окружающей среды, в результате открывания поворотного люка, расположенного в нижней части реторты; продукты пиролиза и процесса активации сжигаются в печи, обеспечивая ее дополнительный нагрев.

РИСУНКИ