Последние новости
Thursday, 29 June 2017
Главная arrow Статьи arrow Древесный уголь
 
Главная
Поиск
Статьи
Форум
Разделы сайта
Our Sponsors
Древесный уголь Версия для печати

Получение продуктов из древесины путем воздействия высокой температурой относится к числу древнейших технологий в истории человечества. Археологические раскопки свидетельствуют, что еще пещерные люди знали древесный уголь. Его собирали на пожарищах или делали специально, засыпая золой тлеющие головни, а укрываясь в пещерах от непогоды, использовали как топливо, не вызывающее угара. С начала бронзового века древесный уголь стал одной из основ развивающейся цивилизации.

Получение продуктов из древесины путем воздействия высокой температурой относится к числу древнейших технологий в истории человечества. Археологические раскопки свидетельствуют, что еще пещерные люди знали древесный уголь. Его собирали на пожарищах или делали специально, засыпая золой тлеющие головни, а укрываясь в пещерах от непогоды, использовали как топливо, не вызывающее угара. С начала бронзового века древесный уголь стал одной из основ развивающейся цивилизации.

Немыслимо представить старую русскую деревню без кузницы. Оковать соху, выковать подковы, изготовить множество предметов быта было возможно только в кузне, работающей на древесном угле. С именем династии Демидовых связано развитие не только металлургии на Урале, но и углежжение. Только на древесном угле получается высококачественный ковкий, пластичный чугун. Его особые свойства позволили создать все замечательные чугунные ограды и многие памятники Петербурга. До сих пор этот чугун варят на Урале для художественного литья.

Отсутствие вредных для многих технологий фосфора, серы, тяжелых металлов, возможность изготовления разнообразных сорбентов, позволяют древесному углю и сейчас оставаться одним из важных продуктов.

Далеко в историю уходят такие разновидности термической переработки древесины, как производство дегтя, сосновой смолы "икрянки". В начале Великой Отечественной войны боеспособность авиации во многом зависела от выработки этилацетата – основы самолетного лака. Этилацетат делали из уксусной кислоты, полученной при газификации древесины. За разработку технологии улавливания этого соединения лесохимики А.А. Деревягин, А.А. Ливеровский и В.А. Лямин в разгар войны получили Сталинскую премию первой степени наравне с конструкторами оружия, создателями брони и взрывчатых веществ. Для того времени это была высшая мера признания заслуг и вклада в дело обороны.

Сегодня в мире производится около 9 млн т/год древесного угля. Более 7,5 млн тонн из этого количества делает Бразилия. Многолесная Россия производит немногим больше 100 тыс. т/год (в канун перестройки производилось 350 тыс. т/год). Существует неудовлетворенный спрос на древесный уголь. В Россию ввозят уголь из Белоруссии и Украины, из Китая. Потребление древесного угля на душу населения в год в европейских странах превышает 20 кг, в скандинавских странах 25 кг, в Японии свыше 60 кг. В России этот показатель менее 100 грамм.

Существует несколько разновидностей древесного угля, связанных с различной технологией изготовления и особенностями сырья. Например, в Японии очень велик спрос на так называемый «белый» уголь, выжигаемый из дальневосточного железного дуба. Некоторые зарубежные фирмы изготавливают в качестве топлива для каминов и грилей «красный уголь», получаемый мягким углежжением при невысокой температуре.

Предпочтительным сырьем для углежжения является твердолиственная древесина. Из нее получается более прочный и плотный уголь. В новых условиях сырьем для углежжения чаще становятся отходы хвойных пород, осина, кустарниковые. Сделать из них качественный уголь можно, если производить уголь по отработанной технологии и брикетировать.

При термическом распаде древесины помимо древесного угля, образуются жидкие и газообразные продукты. Жидкие продукты выходят из горячей зоны частично в капельной фазе, частично в парах, образуя вместе с неконденсирующимися газами парогазовую смесь. До второй трети 20 века эти продукты были не менее востребованы, чем уголь. Но в конце века они были вытеснены более дешевыми, изготавливаемыми на основе синтеза из нефтепродуктов и природного газа. Это обстоятельство и изменение транспортных тарифов сделали существовавшие заводы нерентабельными, и они перепрофилировались или прекратили существование.

Режим пиролиза определяющим образом влияет на выход и состав продуктов, но при прочих равных условиях выход зависит от породы перерабатываемой древесины и части дерева, подверженной пиролизу. В промышленном производстве выход угля часто бывает заметно меньше, чем расчетный. Самые распространенные причины – это попадание кислорода воздуха в аппарат, вследствие чего происходит выгорание части угля, а также особенности режима и потери при перегрузках, исключение из баланса отсеянной и сожженной на своем производстве угольной пыли. Качественным считается для большинства направлений потребления уголь, прокалка которого завершена при 450...550 градусов С.

Технология производства древесного угля относительно проста, но все-таки требует определенной культуры производства. Иначе выход угля снижается, уголь получается трещиноватый, мелкий, пахнущий смолами, недожженный.

Аппаратов для термического разложения древесины создано множество. Некоторые из них работают в настоящее время. Другие еще совсем недавно использовались в промышленности, но теперь потеряли свое значение. Еще больше таких, которые остались в патентах, конструкторских разработках, опытных установках.

Настало время, когда интуитивное изобретательство, основанное на «вкусовом» восприятии выбираемой конструкции, должно отойти в прошлое. Накопленных знаний достаточно, чтобы не изобретать новые углевыжигательные аппараты, а строго и точно рассчитывать вариант, соответствующий требованиям конкретного заказчика – составу и количеству сырья, особенностям спроса и другим параметрам.

На нынешнем этапе развития наиболее приемлемы те технологические решения, которые могут быть использованы в условиях лесопромышленного предприятия и позволяют переработать отходы. При этом углевыжигательные аппараты должны отвечать следующим условиям:

  1. Производительность по сырью соответствует объему отходов на предприятии (как правило, 3…20 тыс. куб м/год). Таким образом, исключаются дальние перевозки сырья, удорожающие производство.
  2. При небольшой производительности нецелесообразно перерабатывать жидкие продукты. Они должны сжигаться, покрывая потребности процесса в тепле.
  3. Установка должна быть экологически чистой. Необходимо исключить выбросы в окружающую среду и загрязнения.
  4. Установка должна быть простой в изготовлении. Транспортабельный вариант должен иметь возможность перемещения при передислокации лесозаготовок.
  5. Установка должна быть проста в управлении, взрыво- и пожаробезопасна.

Исторически, углежжение было экологически грязным процессом. Углевыжигательные кучи и всевозможные примитивные «бочки» и ямы обеспечивали углем и промышленность, и население. Следует учесть, что с конца 19 века, благодаря успехам медицины произошло резкое увеличение численности населения, особенно увеличилась его плотность в Европейской части страны и западном Зауралье. В последнем столетии быстро рос спрос на товары, для изготовления которых требовался древесный уголь. В итоге, давление на природу, производимое экологически грязными технологиями, сделалось угрозой для выживания самой природы.

Между тем, спрос на древесный уголь растет. Предприниматели, заинтересованные только в прибыли, взяли на вооружение в первую очередь дешевые печи УВП-5. Их обслуживание требует тяжелого ручного труда. Главный их недостаток состоит в том, что все парогазы выбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Печи не имеют изоляции, и поэтому теплопотери велики. Температура поверхности печи в стадии экзотермы достигает 300 градусов С, что является грубым нарушением нормативов техники безопасности. Выход угля из кубометра дров вдвое ниже, чем у рационально организованных установок. Вместе с тем, благодаря плотной ручной укладке дров, они относятся к числу наиболее эффективных по выходу угля на единицу объема аппарата и на тонну израсходованного металла. Как правило, эти печи обслуживают гостарбайтеры. Когда они подрывают здоровье и уезжают домой, им на смену приезжают другие такие же. Наши традиции, восходящие к советской системе, позволяют оправдывать это истребление природы и людей производственной необходимостью. Нужно было разорвать этот порочный круг.

В 1992 году в ЛТА была разработана печь, которая должна была стать альтернативой экологически грязным установкам (патент России №2115689 от 24.01.1997, авторы Л.В.Свирин, Ю.Д.Юдкевич, А.С.Иванов). Сущность технического решения состоит в том, что выемные реторты устанавливаются в отверстия в верхнем настиле топочного устройства. Реторты устанавливаются в печь со сдвигом во времени. Так что, когда в одной идет сушка, в другой – пиролиз, а в третьей прокалка угля. Парогазы выходят через колосники и специальные каналы в топочный объем и там догорают. За счет этого удовлетворяется потребность в тепле, если исходная влажность дров ниже 50% отн. При более высокой влажности в топку добавляются дрова. Топка работает непрерывно, а реторты, в которых процесс завершился, извлекаются и устанавливаются для охлаждения в специальные подставки. В освободившееся отверстие вставляется очередная реторта, заполненная свежими дровами. Таким образом, топочное пространство не охлаждается, и теплопотери уменьшаются. Охлаждение угля также протекает эффективно, поскольку отвод тепла идет только от угля, через одинарную стенку реторты. Отпадает необходимость заливать уголь водой. Установка «всеядна» – способна перерабатывать и дрова, и отходы различных размеров. Благодаря тому, что охлаждению подвергается только выемная реторта, а не вся установка, не только выигрывается тепло, но и оборот реторт существенно снижается.

Эта конструкция в ее упрощенном виде была принята на вооружение в Индии. Там с ее помощью переугливают различные сельскохозяйственные остатки. Полученный уголь брикетируют. Сейчас в Индии работает около 400 таких установок.

Совершенствование этой технологии вылилось в создание семейства аппаратов с выемными ретортами, получивших общее название «ПОЛИКОР». В отличие от предыдущих конструкций установки этой серии имеют отдельно разнесенные зоны сушки и пиролиза. Это позволяет более рационально использовать тепло, направляя горячие дымовые газы сначала в зону пиролиза, а затем в сушилку. Сейчас в России работает 6 установок типа «Поликор». Дальнейшее развитие этого направления позволило создать печи «ЭКОЛОН», в которых устранены выявленные при эксплуатации «ПОЛИКОРОВ» недостатки.

Создана новая версия «ЭКОЛОН-М». Эта версия запланирована в двух модификациях с производительностью 800-1000 и 1800-2000 т/год угля. В зависимости от запросов потребителей может быть произведен уголь с разным содержанием нелетучего углерода и различный по другим показателям. Благодаря особенностям технологии можно получать уголь, сохраняющий форму и размеры поленьев. Они горят значительно медленнее, чем дрова, а тепла выделяют больше, и, в отличие от дров, при их сгорании не образуется угарный газ. «Угольные поленья» пользуются спросом у владельцев каминов на Западе. Необходимая площадь для размещения всех подразделений установки, включая биржу сырья и склад составляет 30х55 кв. м.

 

Печь Эколон
Печь Эколон 1 топка; 2 пиролизная камера; 3 сушильная камера; 4 реторты с дровами; 5 реторты с остывающим углем; 6 вытяжная труба

 

Показатели Углевыжигательная печь «Эколон»
Производительность по
товарному продукту (уголь), т/год
1000 1800
Производительность по
исходному сырью (древесина), м3/год
10000 18000
Капиталовложения, млн. руб. 6,0 9,6
Валовой доход в 1 год, млн.р. 12 15
Валовой доход во 2 год, млн.р. 15 18
Чистая прибыль в 1 год, млн.р. 3,2 5,2
Чистая прибыль во 2 год, млн.р. 4,3 7,0
Срок окупаемости, лет 2,0 1,4

Существует потребность и в установках другого типа – небольших, транспортабельных, способных передвигаться к местам скопления отходов.

Такие установки могут пригодиться для утилизации древесины рубок ухода в лесхозах, в составе автопоездов при прокладке по многолесным районам различных трасс и т.п. Разработаны и спроектированы две установки этого назначения. Это «КОРВЕТ» и «ПОЛЕВКА». «КОРВЕТ» в формате транспортного контейнера в уменьшенном виде повторяет конструктивные решения «ЭКОЛОН». «ПОЛЕВКА» конструктивно решена иначе. Горизонтальное расположение реторт позволяет заменить подъемное устройство лебедкой. В уменьшенном варианте это может быть ручная лебедка, и тогда установка получается полностью энергонезависимой. И та, и другая установки построены, прошли уже опытную эксплуатацию и могут поставляться изготовителями заказчикам в готовом виде. Проектная производительность «Полевки» до 250 т/год угля (2000 куб. м/год древесных отходов), «Корвета» до 350 т/год (3000 куб. м/год дров).

В настоящее время разрабатывается новый тип стационарной установки производительностью до 600 т/год угля. Такая установка нужна там, где объем отходов не превышает 7000 куб. м/год. В установку заложен принцип, апробированный в мобильной установке «Полевка» – - горизонтальное перемещение выемных контейнеров.

Завершены экспериментальные работы по созданию линии, включающей брикетирование опилок и производство из них угля. Такой уголь пользуется повышенным спросом и в Европе и в ряде Азиатских стран.

Неиспользуемые опилки сделались бременем для многих лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, и их превращение в товарную продукцию таким путем требует неизмеримо меньших капиталовложений по сравнению с производством пелет. Вдвое меньше энергозатраты, т.к. исключается размол опилок в муку. При этом можно создать эффективное производство, перерабатывающее от 40 куб. м/сутки опилок. Это достаточно большой объем, но, если вовлечь в производство отходы нескольких пилорам, можно получить эффективное производство на практически бросовом сырье. Брикеты имеют плотность 1100 – 1200 кг/куб. м и могут напрямую использоваться как элитное топливо. Из брикетов, изготовленных на отечественном станке, выпущена опытная партия угля. Полученный уголь удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым по ГОСТ 7657-94, высшему сорту марки А, хотя изготовлен из хвойных опилок.

Ю. Юдкевич,
к.т.н. гл. технолог ООО "Биоэнергия"
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script
Последнее обновление ( Thursday, 26 July 2007 )
 
 
© 2017 Древесина - Информационный портал