RU2120459C1 - Pyrolysis unit for producing fuel coals - Google Patents

Abstract

FIELD: pyrolysis of wood and other types of low-grade solid lump fuel containing volatile substances. SUBSTANCE: pyrolysis unit has two furnace chambers, one of chambers adapted for subjecting basic material to pyrolysis process and other chamber for drying the material. Chambers are arranged so as to define block and provided with heating devices. Two converters positioned above heating devices have steam and gas discharge openings made in their lower parts. Pyrolysis chamber has smoke, steam and gas circulation device disposed within chamber in vertical position. Entrance of drying chamber heating device is connected with discharge end of pyrolysis chamber. Heating device of drying chamber is formed as steam and gas afterburner connected via channels to heating device of pyrolysis chamber. Air supply openings are made in the vicinity of afterburner entrance. Afterburner pyrolysis chamber may be equipped with regulating gate positioned at its outlet end. EFFECT: increased efficiency, improved ecology control and provision for producing various kinds of coal. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области пиролиза древесины и других видов низкосортного твердого кускового топлива, содержащих летучие вещества, для производства топливных углей. The invention relates to the field of pyrolysis of wood and other types of low-grade lump solid fuels containing volatile substances for the production of fuel coals.

Известна установка для производства древесного угля, представляющая собой углевыжигательную печь, включающую три печные камеры одинаковой конструкции. В камере установлен контейнер, который является сборным из десяти металлических емкостей, каждая из которых имеет объем 8,8 м³, наполняемый древесиной.A known installation for the production of charcoal, which is a charcoal furnace, including three furnace chambers of the same design. A container is installed in the chamber, which is a prefabricated of ten metal containers, each of which has a volume of 8.8 m ³ filled with wood.

Система газоходов включает канал для подвода газов от топки, пространство между емкостями и камерой и канал для вывода газов из камеры (патент РФ 2027735, C 10 B 1/04, 1995). The gas duct system includes a channel for supplying gases from the furnace, the space between the containers and the chamber, and a channel for removing gases from the chamber (RF patent 2027735, C 10 B 1/04, 1995).

Недостатками известной установки являются: получение неравномерно прокаленного угля из-за значительного удаления центральной части емкости от потока топочных газов, что является причиной неравномерного теплового воздействия на древесину; большой расход топлива на обогрев емкости и создание необходимого режима для сушки и термического разложения древесины; загрязнение окружающей среды, так как парогазы, выделяемые при пиролизе древесины, вместе с дымовыми газами от топки выбрасываются в атмосферу. The disadvantages of the known installation are: obtaining unevenly calcined coal due to the significant removal of the Central part of the tank from the flow of flue gases, which is the reason for the uneven thermal effect on the wood; high fuel consumption for heating the tank and creating the necessary mode for drying and thermal decomposition of wood; environmental pollution, since the combined-cycle gases emitted during the pyrolysis of wood, together with the flue gases from the furnace are released into the atmosphere.

Эти недостатки в той или иной мере устранены в конструкции установки для производства древесного угля, которая по технической сущности и достигаемому результату наиболее близка к заявляемому изобретению. Эта установка включает печную камеру с топочным устройством, над которым установлена реторта с отверстиями для выхода парогазов, выполненными в нижней части реторты, и с приспособлением для циркуляции дымовых газов от сжигания топлива, размещенным внутри реторты по вертикальной ее оси. Установка может быть снабжена дополнительными печными камерами, снабженными трубопроводами для отвода дымовых газов, соединяющими камеры последовательно, при этом печные камеры будут размещены с образованием блоков. В случае блочной компоновки одна из установок блока будет предназначаться для пиролиза, а остальные - для сушки древесины отходящими газами из камеры пиролиза. Затраты топлива будут необходимы лишь в начальный момент при разогреве камеры пиролиза. При установившемся режиме - с момента начала активного пиролиза, сопровождающегося бурным выделением парогазов, дополнительного расхода топлива не потребуется, так как для поддержания процесса будет достаточно тепла от сжигания выделяемых парогазов (патент РФ 1790209, кл. C 10 B 1/04, 1990). These disadvantages are to some extent eliminated in the design of the installation for the production of charcoal, which in technical essence and the achieved result is closest to the claimed invention. This installation includes a furnace chamber with a combustion device, over which a retort is installed with openings for the exit of gas and vapor, made in the lower part of the retort, and with a device for circulating flue gases from burning fuel, placed inside the retort along its vertical axis. The installation can be equipped with additional furnace chambers equipped with pipelines for exhausting flue gases connecting the chambers in series, while the furnace chambers will be placed with the formation of blocks. In the case of block layout, one of the unit's installations will be intended for pyrolysis, and the rest for drying wood with exhaust gases from the pyrolysis chamber. Fuel costs will be needed only at the initial moment when the pyrolysis chamber is heated. Under the established regime - from the moment active pyrolysis begins, accompanied by the rapid evolution of steam and gas, no additional fuel consumption will be required, since there will be enough heat from burning the generated steam and gas to maintain the process (RF patent 1790209, class C 10 B 1/04, 1990).

Недостатками известной установки при блочной ее конструкции являются загрязнение окружающей среды пиролизными газами, выбрасываемыми в атмосферу из камеры сушки, куда поступает до 70% неокисленных парогазов из камеры пиролиза из-за недостаточного количества воздуха для их окисления, поступающего в камеру сгорания пиролизной камеры при установившемся режиме работы установки; недостаточно высокая температура, создаваемая в камере сушки горячими газами из камеры пиролиза, что приводит к недостаточно высокой удельной производительности из-за длительности оборота установки. The disadvantages of the known installation with its block design are environmental pollution with pyrolysis gases released into the atmosphere from the drying chamber, which receives up to 70% of unoxidized gas and vapor from the pyrolysis chamber due to insufficient air for their oxidation entering the combustion chamber of the pyrolysis chamber at steady state installation work; insufficiently high temperature created in the drying chamber by hot gases from the pyrolysis chamber, which leads to insufficiently high specific productivity due to the length of the turn of the installation.

Кроме того, отсутствие регулировки обогрева реторты в сушильной камере весьма ограничивает получение древесных углей различного качества. In addition, the lack of adjustment of the heating of the retort in the drying chamber greatly limits the production of charcoals of various qualities.

Задачей изобретения является создание конструкции пиролизера для производства топливных углей, обладающей высокой удельной производительностью, экологической чистотой процесса, а также позволяющей выпускать топливные угли различного качества, определяемого их плотностью и содержанием углерода. The objective of the invention is the creation of a pyrolyzer design for the production of fuel coals with high specific productivity, environmental cleanliness of the process, and also allowing the production of fuel coals of various quality, determined by their density and carbon content.

Поставленная задача решается при создании пиролизера для производства топливных углей, включающего две печные камеры, одна из которых служит для проведения процесса пиролиза исходной массы, а другая - для ее сушки, причем камеры размещены с образованием блока и имеют топочные устройства, над которыми расположены две реторты с отверстиями для выхода парогазов, расположенными в нижних частях реторт, причем печная пиролизная камера имеет приспособление для циркуляции дыма и парогазов от сжигания топлива, размещенное внутри камеры по ее вертикали, а вход топочного устройства печной сушильной камеры соединен с выходом печной пиролизной камеры, согласно изобретению топочная камера печной сушильной камеры выполнена, как камера дожигания парогазов, которая соединена с топочным устройством печной пиролизной камеры с помощью каналов, причем в районе входа камера дожигания оборудована отверстиями для подачи воздуха. The problem is solved when creating a pyrolyzer for the production of fuel coal, including two furnace chambers, one of which serves to carry out the pyrolysis process of the initial mass, and the other to dry it, and the chambers are placed with the formation of the block and have a furnace device, over which there are two retorts with openings for the exit of steam and gas located in the lower parts of the retorts, and the furnace pyrolysis chamber has a device for circulating smoke and gas from burning fuel, placed inside the chamber along its ve ticked, and the input of the furnace device of the furnace drying chamber is connected to the output of the furnace pyrolysis chamber, according to the invention, the furnace chamber of the furnace drying chamber is designed as a gas and vapor afterburner chamber, which is connected to the furnace device of the furnace pyrolysis chamber using channels, and in the vicinity of the entrance, the afterburner is equipped with openings for air supply.

Кроме этого, на выходе камера дожигания парогазов может быть оборудована шиберной регулировочной заслонкой. In addition, at the outlet, the afterburning chamber of combined-cycle gases can be equipped with a slide control damper.

В таком пиролизере выполнение топочной камеры печной сушильной камеры, как камеры дожигания парогазов, которая соединена с топочным устройством печной пиролизной камеры с помощью каналов, а также оборудование камеры дожигания отверстиями подачи воздуха, расположенными в районе входа камеры, приводит к более полному сжиганию неокисленных парогазов, поступающих из пиролизной камеры, что резко снижает выброс этих газов в атмосферу, обеспечивая экологическую чистоту работы пиролизера. In such a pyrolyzer, the implementation of the combustion chamber of the furnace drying chamber, such as a gas and vapor gas afterburner, which is connected to the furnace pyrolysis chamber by means of channels, as well as the equipment of the afterburner with air supply holes located in the chamber inlet area, leads to a more complete combustion of unoxidized gas and vapor, coming from the pyrolysis chamber, which dramatically reduces the emission of these gases into the atmosphere, ensuring the environmental cleanliness of the pyrolyzer.

Более полное сжигание неокисленных парогазов в камере дожигания с помощью огнегазовой смеси, поступающей по каналам в камеру дожигания из топочного устройства печной пиролизной камеры, а также выполнение отверстий подачи воздуха в районе входа камеры дожигания обеспечивает создание высокой температуры в камере сушки, доводящей исходную массу до стадии начала пиролиза, снижает длительность оборота установки, что приводит к ее высокой удельной производительности. A more complete combustion of unoxidized gas and vapor in the afterburning chamber with the help of a gas mixture entering the afterburning channels from the furnace of the furnace pyrolysis chamber through the channels, as well as making air supply openings in the region of the afterburner inlet, creates a high temperature in the drying chamber, bringing the initial mass to the stage the beginning of pyrolysis, reduces the duration of the installation turnover, which leads to its high specific productivity.

Кроме этого, возможное оборудование камеры дожигания шиберной регулировочной заслонкой может позволить регулирование температуры сушки сырья, что предопределяет получение топливных углей различного качества, определяемого их плотностью и содержанием углерода. In addition, the possible equipment of the afterburning chamber with a slide gate valve may allow controlling the drying temperature of the raw materials, which determines the production of fuel coals of various quality, determined by their density and carbon content.

Сопоставительный анализ заявляемого пиролизера и прототипа показывает, что заявляемый объект отличается от известного тем, что топочная камера печной осушительной камеры выполнена как камера дожигания парогазов, которая соединена с топочным устройством печной пиролизной камеры с помощью каналов, причем в районе входа камера дожигания оборудована отверстиями для подачи воздуха. A comparative analysis of the inventive pyrolyzer and prototype shows that the claimed object differs from the known one in that the furnace chamber of the furnace drying chamber is designed as a gas and gas afterburner chamber, which is connected to the furnace chamber of the furnace pyrolysis chamber using channels, and in the vicinity of the entrance, the afterburner is equipped with feed holes air.

На выходе камера дожигания такого пиролизера может быть оборудована шиберной регулировочной заслонкой. At the exit, the afterburner of such a pyrolyzer can be equipped with a slide gate.

Таким образом, заявляемый пиролизер соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed pyrolyzer meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art led to the conclusion that it clearly does not follow from the prior art and, therefore, meets the criterion of "inventive step".

Возможность использования пиролизера для пиролиза древесины и других видов низкосортного твердого кускового топлива, содержащих летучие вещества, обеспечивает ему критерий "промышленная применимость". The possibility of using a pyrolyzer for pyrolysis of wood and other types of low-grade lump solid fuels containing volatile substances provides him with the criterion of "industrial applicability".

Предлагаемый пиролизер изображен на прилагаемом чертеже, где представлен его общий вид в разрезе. The proposed pyrolyzer is shown in the attached drawing, which shows its General view in section.

Пиролизер для производства угля включает две печные камеры, одна из которых 1 служит для проведения процесса пиролиза исходной массы, а другая 2 - для ее сушки, причем камеры 1, 2 размещены с образованием блока со съемной крышкой 3 и имеют топочные устройства 4, 5, над которыми расположены две реторты 6, 7 на подставках 8 с отверстиями 9 для выхода парогазов, расположенными в нижних частях реторт 6, 7, причем первая пиролизная камера 1 имеет приспособление 10 для циркуляции дымо- и парогазов от сжигания топлива, размещенное внутри камеры 1 по ее вертикали, топочная камера 5 печной сушильной камеры 2 соединена своим входом 11 с выходом 12 печной пиролизной камеры 1 и является камерой дожигания парогазов, которая соединена каналами 13 с топочным устройством 4 печной пиролизной камеры 1, причем в районе входа 11 камера дожигания 5 оборудована отверстиями 14 для подачи воздуха. The pyrolyzer for coal production includes two furnace chambers, one of which 1 serves to carry out the pyrolysis process of the initial mass, and the other 2 to dry it, and chambers 1, 2 are placed with the formation of a block with a removable cover 3 and have furnace devices 4, 5, over which there are two retorts 6, 7 on supports 8 with openings 9 for the exit of steam gases located in the lower parts of the retorts 6, 7, the first pyrolysis chamber 1 having a device 10 for circulating flue and gas gases from burning fuel, located inside the chamber 1 by her vertical and, the combustion chamber 5 of the furnace drying chamber 2 is connected by its inlet 11 to the output 12 of the furnace pyrolysis chamber 1 and is a gas-vapor combustion chamber, which is connected by channels 13 to the furnace device 4 of the furnace pyrolysis chamber 1, and in the region of the entrance 11, the afterburner 5 is equipped with openings 14 for air supply.

Камера дожигания 5 пиролизера может быть оборудована на выходе 15 шиберной регулировочной заслонкой 16. The afterburner 5 of the pyrolyzer can be equipped at the output 15 with a slide gate valve 16.

На входе и выходе пиролизер оборудован шиберными заслонками 17, 18. At the inlet and outlet, the pyrolyzer is equipped with gate valves 17, 18.

Пиролизер для производства древесного угля работает следующим образом. Pyrolyzer for the production of charcoal works as follows.

При открытой крышке 3 в камеры 1 и 2 помещают с помощью специального загрузочного устройства, например консольно-козлового крана, две реторты 6, 7, заполненные исходным сырьем, устанавливая их таким образом, чтобы края реторт опирались на подставки 8. Крышку 3 устанавливают на блок, герметично перекрывая верхнюю часть от выхода дымовых газов. По окончании загрузки камеру пиролиза 1 разогревают, для чего в топочном устройстве 4 сжигают специальное топливо, подавая его при открытии шиберной заслонки 17. Дымовые газы от сжигания топлива поднимаются в промежутке между стенкой реторты 6 и приспособлением 10 для циркуляции дымо- и парогазов, равномерно обогревая стенки реторты 6 снаружи. В результате масса в реторте 6 пиролизной камеры 1 высушивается и начинается ее термическое разложение. Парогазы пиролиза выходят из реторты 6 через отверстия 9, попадают в топочное устройство 4 и сгорают. В момент начала выделения парогазов подача топлива в топку сокращается, а в период максимального их выделения подача топлива прекращается вообще. Однако при таком установившемся режиме работы в топочное устройство 4 пиролизной камеры 1 поступает недостаточное количество кислорода воздуха для полного окисления парогазов, количество которых, выделяемое из реторты 6 через отверстия 9, велико. В результате на выход 12 печной пиролизной камеры 1, огибая приспособление 10 для циркуляции дымо- и парогазов, а также на вход 11 камеры дожигания парогазов 5 печной сушильной камеры 2 поступает большое количество (до 70%) неокисленных парогазов, способных нанести большой вред экологии. With the lid 3 open, in chambers 1 and 2, using a special loading device, for example, a gantry-gantry crane, two retorts 6, 7 filled with feedstock are installed, installing them so that the edges of the retorts rest on the supports 8. Cover 3 is mounted on the block , hermetically blocking the upper part from the flue gas outlet. At the end of the load, the pyrolysis chamber 1 is heated, for which special fuel is burned in the furnace 4, feeding it when the slide gate 17 is opened. The flue gases from the combustion of fuel rise between the retort wall 6 and the device 10 for circulating smoke and steam gases, evenly heating retort walls 6 outside. As a result, the mass in the retort 6 of the pyrolysis chamber 1 is dried and its thermal decomposition begins. The pyrolysis vapor gas exits the retort 6 through the openings 9, enters the combustion device 4 and burns. At the beginning of the allocation of combined-cycle gases, the fuel supply to the furnace is reduced, and during the period of their maximum allocation, the fuel supply is completely stopped. However, with such a steady-state operation mode, insufficient amount of atmospheric oxygen is supplied to the furnace device 4 of the pyrolysis chamber 1 to completely oxidize the gas and vapor, the amount of which is released from the retort 6 through the openings 9 is large. As a result, the output 12 of the furnace pyrolysis chamber 1, enveloping the device 10 for circulating smoke and steam gases, as well as the input 11 of the afterburning chamber 5 of the furnace drying chamber 2, receives a large amount (up to 70%) of unoxidized steam and gas gases that can cause great harm to the environment.

В камере дожигания 5 неокисленные парогазы полностью сгорают при подаче на ее вход 11 воздуха через отверстия 14 и газопламенной смеси через каналы 13, приводя к большей экологической чистоте по сравнению с прототипом. При этом температура в камере дожигания 5 поднимается до 1500^oC и выше, что значительно убыстряет процесс сушки исходной массы в реторте 7, доводя этот процесс до стадии начала пиролиза, что повышает удельную производительность установки по сравнению с прототипом.In the afterburning chamber 5, unoxidized steam gas is completely burned when air is supplied to its inlet 11 through openings 14 and a gas-flame mixture through channels 13, resulting in greater environmental cleanliness compared to the prototype. The temperature in the afterburning chamber 5 rises to 1500 ^o C and higher, which significantly speeds up the drying process of the initial mass in retort 7, bringing this process to the stage of the onset of pyrolysis, which increases the specific productivity of the installation compared to the prototype.

Процесс сушки может быть отрегулирован с помощью шиберной регулировочной заслонки 16, установленной на выходе 15 камеры 5, распределяющей количество горячих газов, идущих на обогрев реторты 7 печной сушильной камеры 2 и на утилизацию через шиберную заслонку 18. Такая регулировка позволяет получать топливные угли различного качества, что невозможно осуществить в прототипе. The drying process can be adjusted using a slide gate valve 16, installed at the outlet 15 of the chamber 5, which distributes the amount of hot gases that go to heat the retort 7 of the kiln drying chamber 2 and to utilization through the gate gate 18. This adjustment allows to obtain fuel coals of various quality, which is impossible to implement in the prototype.

При окончании процесса пиролиза открывается крышка 3, реторту 6 с готовой продукцией вынимают из камеры 1 и ставят на охлаждение, реторту 7 с материалом, подвергнутым начавшемуся пиролизу, переставляют в камеру 1, в камеру 2 ставят подготовленную, заполненную исходным сырьем реторту, крышку 3 закрывают и процесс повторяют. At the end of the pyrolysis process, the lid 3 opens, the retort 6 with the finished product is removed from the chamber 1 and put on cooling, the retort 7 with the material subjected to the started pyrolysis is rearranged into the chamber 1, the prepared retort filled with the feedstock is put into the chamber 2, the lid 3 is closed and the process is repeated.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать новую конструкцию пиролиза для производства топливных углей с отсутствием вредных выбросов парогазов в атмосферу, с высокой удельной производительностью и способную выпускать топливные угли различного качества. Thus, the proposed technical solution allows you to create a new pyrolysis design for the production of fuel coals with no harmful emissions of combined-cycle gases into the atmosphere, with high specific productivity and capable of producing fuel coals of various quality.

Claims (2)

1. Пиролизер для производства топливных углей, включающий две печные камеры, одна из которых служит для проведения процесса пиролиза исходной массы, а другая - для ее сушки, причем камеры размещены с образованием блока и имеют топочные устройства, над которыми расположены две реторты с отверстиями для выхода парогазов, расположенными в нижних частях реторт, причем печная пиролизная камера имеет приспособление для циркуляции дымо- и парогазов, размещенное внутри камеры по ее вертикали, а вход топочного устройства печной сушильной камеры соединен с выходом печной пиролизной камеры, отличающийся тем, что топочное устройство печной сушильной камеры выполнено как камера дожигания парогазов, которая соединена с топочным устройством печной пиролизной камеры с помощью каналов, причем в районе входа камера дожигания оборудована отверстиями для подачи воздуха. 1. A pyrolyzer for the production of fuel coal, including two furnace chambers, one of which serves to carry out the pyrolysis process of the initial mass, and the other to dry it, the chambers being placed to form a block and have furnace devices, above which there are two retorts with holes for the exit of combined-cycle gases located in the lower parts of the retorts, moreover, the furnace pyrolysis chamber has a device for circulating smoke and steam gases placed vertically inside the chamber, and the input of the furnace device of the furnace drying chamber it is single with the exit of the furnace pyrolysis chamber, characterized in that the furnace device of the furnace drying chamber is designed as a gas and vapor gas afterburner, which is connected to the furnace device of the furnace pyrolysis chamber using channels, and in the vicinity of the inlet, the afterburner is equipped with air supply openings. 2. Пиролиз по п. 1, отличающийся тем, что на выходе камера дожигания оборудована шиберной регулировочной заслонкой. 2. Pyrolysis according to claim 1, characterized in that at the outlet the afterburner is equipped with a slide gate valve.