13. Углежжение

С целью получения древесного угля очень давно начали применять пиролиз древесины в ямах или кучах (кострах), покрытых дерном. Эти старинные способы не требуют специального оборудования, но основаны на ручном труде. Кроме того, жидкие и газообразные продукты пиролиза не улавливаются.

Технологические дрова, из которых получают уголь, должны быть заготовлены за 1 год до переработки или по крайней мере за 3-4 весенне-летних месяца до нее. Сырые дрова замедляют процесс. Не следует смешивать сосновые и еловые дрова, иначе уголь будет неоднородным. Дрова лиственных пород смешивают в следующих сочетаниях: 1) береза, ольха, клен, акация; 2) дуб, ясень, бук, граб; 3) осина, тополь, липа, ива.

По сравнению с ямным и костровым углежжением более производительным и экономичным является получение древесного угля в углевыжи-гательных, печах и ретортах, которые бывают стационарными и передвиж­ными. Это аппараты, где древесина соприкасается с теплоносителем (с внутренним обогревом). Один из современных стационарных аппаратов непрерывного действия - вертикальная реторта.

Реторта представляет собой стальной цилиндр с внутренним диаметром 2,7...2,9 м и полезной высотой рабочей части 15,1 м. Через верхний шлюзовой затвор загружают технологическое сырье, а через нижний - выгружают уголь. Снаружи реторта теплоизолирована шлаковатой. Для ввода в реторту теплоносителя имеется специальный патрубок в ее средней части. Через верхний патрубок отводят парогазовую смесь, а нижний патрубок служит для ввода холодных газов, охлаждающих уголь.

Технологический процесс ретортного цеха включает в себя подготовку сырья, пиролиз древесины, охлаждение и конденсацию жидких продуктов, охлаждение газа, подготовку и нагрев теплоносителя.

Подготовка сырья заключается в распиловке технологических дров балансирными пилами на отрезки длиной 15...25 см и расколке на цепных колунах. Дрова сушат до влажности 10... 14 % в сушилках в виде стальных цилиндров высотой 6,8 м и диаметром 2,3 м. В качестве теплоносителя используют отработанные дымовые газы с температурой 150...200 °С.

Подсушенную древесину подают в загрузочную воронку реторты, а оттуда через шлюзовой затвор каждые 15-20 мин в шахту реторты. В шахте происходит подсыхание древесины, образование угля и его прокаливание. При этом древесина постепенно опускается сверху вниз. Древесный уголь ниже зоны подвода теплоносителя охлаждают потоком холодных неконденсирующихся газов, после чего выгружают через нижний шлюзовой затвор в вагонетку, в которой поливают водой для предотвращения возгорания.

Теплоноситель получают в отдельной топке путем сжигания неконденсирующихся газов и мазута, иногда используют также генераторный газ. Температура теплоносителя при вводе в реторту должна составлять 450... 600 °С.

Образующаяся при пиролизе парогазовая смесь вместе с теплоносителем выходит из реторты через верхний патрубок и поступает в конденсаторы. Выделяющуюся при конденсации жижку отводят в сборник, а неконденсирующиеся газы обрабатывают водой для извлечения метилового спирта.

Производительность реторты 9... 14 тыс. т угля в год. Все основные операции механизированы и имеется возможность автоматизации. Средний выход древесного угля из 1 м дров составляет около 90 кг, товарной уксусной кислоты - 18 кг, смолы - 43 кг. К недостаткам технологии относится большое количество получаемой угольной мелочи (до 10 %) вследствие истирания угля при прохождении его в шахте реторты.

Вертикальные реторты могут быть использованы и для переработки древесных отходов. Во Франции и Бельгии, например, в ретортах перера­батывают крупные сучья, при этом производительность аппарата снижает­ся, поскольку древесные отходы имеют низкую полнодревесность. Для увеличения полнодревесности отходы необходимо прессовать в тюки или измельчать в щепу.

Переработка мелких отходов (опилок, стружки), особенно повышенной влажности, затруднительна. При пиролизе толстого слоя мелких отходов образуется корка угля, а средняя часть слоя прогревается слабо. Поэтому предложены специальные способы и аппараты, например переработка в кипящем слое, вращающаяся реторта и др. Из измельченной древесины получается уголь мелких фракций, но его можно с успехом брикетировать. Брикеты имеют более высокую теплоту сгорания на единицу объема по сравнению с углем, меньше крошатся при транспортировке.

Форма брикетов различная: цилиндрическая, овальная, в виде брусков. В качестве связующих веществ при брикетировании угля используют растворимую смолу, отстойную смолу, древесносмоляной пек в смеси со смолой, сульфитно-спиртовую барду и др.

Брикеты применяют в производстве сероуглерода, как топливо в быту, на кораблях, на предприятиях пищевой промышленности.

Березовый древесный уголь перерабатывают с получением карбюризатора. Карбюризатор необходим для цементизации стальных деталей путем обогащения углеродом поверхностного слоя металла, что придает этому слою особую твердость и износостойкость.

Технология производства карбюризатора состоит из дробления и сортировки угля, обмазки его углекислым барием и сушки. Уголь измельчают на куски диаметром 3,5...10 мм. После отсева от пыли и мелочи уголь направляют в обмазочный аппарат типа бетономешалки. Для обмазки в аппарат вводят суспензию углекислого бария в водном растворе крахмала. Крахмал выполняет роль связующего вещества. Сушат карбюризатор дымовыми газами при температуре 135... 140 °С.

Из передвижных углевыжигателъных печей наиболее совершенной является углевыжигательная печь УПВ-5 периодического действия. Она состоит из цилиндрической двухстенной камеры разложения и выносной топки. В печи можно перерабатывать на уголь дрова и кусковые древесные отходы. Полный оборот печи 60 ч, производительность 100... 120 т угля в год. К недостаткам аппаратов такого типа относятся: отсутствие утилиза­ции парогазовой смеси и значительная доля ручного труда.