Пиролиз длинномера: несостоявшаяся революция

07.02.2019

В мировой практике до недавнего времени промышленная переработка длинномерной древесины в древесный уголь в пиролизных аппаратах горизонтального типа считалась нерациональной. Поэтому предпочтение отдали использованию короткомерной древесины (длиной 0,2–0,5 м и диаметром до 0,2 м).

РОССИЙСКИЙ ПОДХОД
Тем не менее возможность переугливания длинномерной древесины была реально подтверждена в Республике Коми, в ходе экспериментальной эксплуатации углевыжигательной печи U2, созданной на основе конструкции и технологии, предложенной российским инженером Николаем Николаевичем Тараскиным. В 1999 году им было получено свидетельство на полезную модель № 11201 Российского агентства по патентам и товарным знакам.

Сегодня мы знакомим наших читателей с уникальной установкой, которая несколько лет производилась одной из небольших компаний в Сыктывкаре. К сожалению, широкого распространения она не получила, хотя изготовленные заводом образцы U2 доказали возможность выгодно решать вопрос утилизации некондиционной древесины.

Характерно, что именно в России впервые была доказана возможность промышленного производства качественного и дешевого древесного угля из длинномерной древесины 4–4,5  м в аппаратах горизонтального типа, тем более – в мобильных. Создатель революционной углевыжигательной печи считает это важным вкладом в развитие отечественной и зарубежной лесохимии в области переработки длинномерной древесины.

Комплекс позволяет вести технологический цикл работы печей непрерывным способом, то есть в блоке одновременно осуществляется процесс пиролиза и сушки, с последующим чередованием процессов, что в мировой практике для мобильных горизонтальных однокамерных углевыжигательных печей с использованием длинномерной древесины еще никогда не осуществлялось. Комплекс U2 является не только мобильным, но и многоцелевым.

Важно, что конструкция позволяет добиться решения сразу нескольких задач:

  • минимизация времени сборки и разборки при монтаже-демонтаже составных частей комплекса;

  • рациональное использование парогазовых труб камер одновременно – как для отвода топочных газов и паров воды при сушке, так и для последующего отвода парогазовых продуктов пиролиза в топочные блоки с устройством дожигания;

  • утилизация вредных выбросов парогазовых продуктов пиролиза за счет их сжигания в топках, что обеспечивает значительное снижение расхода основного топлива;

  • повышение интенсивности процесса производства вследствие устранения простоя комплекса и сокращения потерь рабочего времени;

  • использование в технологическом процессе производства длинномерной древесины без распиловки и колки ее на части.

Рассмотрим все эти моменты подробнее. Сокращение потерь времени достигается за счет использования съемной камеры, состоящей из верхней и нижней частей, и сменных контейнеров, а также механизации процессов производства, загрузки древесины и выгрузки древесного угля, рационального применения внешнего и внутреннего обогрева древесины в контейнере бескислородными топочными газами.

Технический результат достигается тем, что комплекс имеет отдельные, легко монтируемые и демонтируемые при эксплуатации и транспортировке мобильные части:

  • съемный теплоизолирующий кожух, состоящий из верхней и нижней частей;

  • сменный контейнер для древесины, с герметичной крышкой и заборниками, с запорно-пропускными устройствами ручной регулировки, расположенными с торцов;
  • топочный блок с устройством дожигания;

  • средства для подвода и отвода теплоносителя.

Заявленный срок окупаемости комплекса
составляет от 1,5 до 3 лет

Средство для подвода теплоносителя снабжено перекрывающей его плитой, закрепленной под основанием контейнера, которая обеспечивает равномерное распределение теплоносителя вдоль его нижней части, на основе внешнего нагрева, с дальнейшим пропусканием теплоносителя при сушке внутрь контейнера через специальные заборники с запорно-пропускными устройствами ручной регулировки, расположенными с торцов. Одновременно происходит вывод отработанных топочных газов и паров воды через совмещенное средство отвода контейнера и кожуха, расположенное в верхней их части, с последующим направлением на дожигание образующейся в процессе пиролиза парогазовой смеси в топочные блоки с устройством дожигания, что обеспечивает утилизацию указанной смеси и значительное снижение расхода основного топлива.

В целом конструктивные особенности и решения, применяемые в многоцелевом комплексе U2, обеспечивают не только переработку длинномерной древесины без распиловки и колки ее на части, как предусматривается в прежних технологиях, но и возможность переработки других видов сырья.

ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ
Одним из самых окупаемых применений многоцелевого комплекса U2, по мнению автора, является промышленное производство древесного угля непосредственно из длинномерной древесины и кусковых древесных отходов. Многоцелевой комплекс U2 может заменить собой экологически «грязные» печи УВП-5Б и им подобные, причем один комплекс из двух установок заменяет 8 старых печей. Для сравнения: трудозатраты на подготовительные работы для функционирования одной установки U2 составляют 3 чел. ч на 1 т древесного угля, а для печи УВП-5Б – 24 чел. ч на 1 т древесного угля. Комплекс U2 (блок из 2-х, 4-х и более установок) в классе мобильных сборно-разборных однокамерных установок горизонтального типа с использованием в качестве древесного сырья длинномерных сортиментов-бревен (длиной до 4,2 м и диаметром 0,04–0,3 м) и дожиганием (утилизацией) парогазовых продуктов пиролиза древесины до CO2 не имеет аналогов за рубежом.

Многоцелевой комплекс U2 специально разработан и приспособлен для круглогодичной эксплуатации в условиях верхних и нижних складов лесного комплекса России с учетом рационального применения внешнего и внутреннего нагрева древесины в контейнере топочными газами и обеспечения мер экологической безопасности для окружающей среды. Это достигается путем отвода и дожигания образующихся в процессе технологического цикла в контейнере вредных парогазовых продуктов пиролиза древесины до CO2. При этом часть продуктов пиролиза отводится в топку камеры № 1 для поддержания самого процесса пиролиза, а другая часть – в топку камеры № 2 для осуществления процесса сушки древесины. Благодаря этому достигается значительная экономия (до 50 %) при расходе топливного древесного сырья, что составляет 1,3 м3 на 1 т древесного угля вместо 2,6 м3 на старой печи УВП-5Б.

Использование съемной камеры, сменных контейнеров, механизация всех погрузочно-разгрузочных работ на производстве с помощью крана грузоподъемностью 15 т обеспечивают интенсивность процесса производства за счет устранения простоя комплекса и сокращения потерь рабочего времени.

Комплекс U2 позволяет отказаться от трудоемкого процесса специального напиливания древесного сырья на чурки определенного размера с последующей их колкой, предусматриваемого прежними технологиями.

МОНТАЖ И РАБОТА U2
На песчаной (грунтовой) площадке 12 х 10 м2 в предварительно подготовленные приямки устанавливают краном топочные блоки (или делают обваловку топочных блоков песком). Далее проводят необходимые подготовительные работы, после чего устанавливают над топочными блоками сменные контейнеры, которые плотно загружают древесным сырьем в объеме 13 м3, затем накрывают сверху верхними частями теплоизолирующих камер. Многофункциональный комплекс U2 готов к работе. Работа печей № 1 и № 2 в многоцелевом комплексе ведется со смещенным циклом. Начинается топка печи №  1. В качестве топлива используется любая низкосортная древесина хвойных пород: дрова, вершинки, горбыль, обрезь, кусковые отходы, отходы деревообработки длиной до 1 м и диаметром до 0,25 м. В рабочем режиме температура в топке достигает 1000 °С, что обеспечивает полноту сгорания любого топлива. Загрузка топлива ведется вручную. Тяга осуществляется естественным образом через трубы камеры. Электрическая энергия для работы печей не требуется.


Древесный уголь в последние годы стал одним из самых востребованных розничных товаров среди россиян, он широко применяется для приготовления шашлыков. Промышленное использование древесного угля тоже расширяется, в металлургии он используется как восстановитель, отделяющий металл от руды. Получение некоторых материалов возможно только с применением древесного угля. Он также используется при производстве кристаллического кремния для радиоэлектронной промышленности. Древесный уголь незаменим и в качестве добавки в сельском хозяйстве, животноводстве и птицеводстве.

После осуществления процесса сушки древесины (24–36 часов) производят отвод образующихся в контейнере продуктов пиролиза на дожигание в топочный блок печи № 1. Убедившись в стабильности процесса пиролиза в ней, осуществляют отвод части продуктов пиролиза в топочный блок печи № 2. Благодаря этому печи № 1 и № 2 в течение 24–36 часов работают за счет сжигания продуктов пиролиза древесины печи № 1. После окончания цикла и определения готовности древесного угля пикой через специальные отверстия снимают верхнюю часть камеры, производят смену контейнеров (20–30 минут), осуществляют загрузку древесного сырья в сменный контейнер, затем снова накрывают заполненный древесным сырьем сменный контейнер верхней частью камеры и повторяют цикл. Только теперь комплекс U2 работает за счет сжигания продуктов пиролиза древесины печи № 2. Вне рабочего цикла осуществляются: охлаждение контейнера с полученным древесным углем (12–24 часа); выгрузка древесного угля (30 минут); загрузка контейнера древесным сырьем (1–1,5 часа).

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ?
Разговор с Николаем Тараскиным состоялся два года назад, затем связь с инженером была потеряна и о развитии проекта редакции ничего не известно. Но, как говорил мне еще в 2016 году автор уникальной печи, западные производители углевыжигательного оборудования уже взяли разработки российского конструктора на вооружение и начинают производить нечто похожее. Вполне возможно, что спустя какое-то время российские лесные компании будут за валюту закупать то, что можно было бы производить у нас. К сожалению, так уже бывало в нашей истории. Как говорится, нет пророка в своем Отечестве…

Евгений Карпов
От редакции: просим всех, кто заинтересовался этой темой, присылать свои идеи и предложения.

Будем признательны, если кто-то поможет нам вновь связаться с Николаем Николаевичем Тараскиным или с его коллегами



Актуальные темы свежего номера
Лесопользование
Будущим профессионалам
Технологии лесозаготовок