RU2039078C1

RU2039078C1 - Method of plant origin materials thermic treatment and device for its realization

Info

Publication number: RU2039078C1
Application number: SU925055162A
Authority: RU
Inventors: Валентин Сергеевич Петров
Original assignee: Валентин Сергеевич Петров
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: forest and chemical industry. SUBSTANCE: materials were loaded into hermetic chamber and heated with foam gases entering from the furnace through the wall. Simultaneously with heating through the wall constant uniform heating is carried out using heater inside of treated mass up to 400-500 C for 5-6 h. EFFECT: improved method of thermic treatment. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к лесохимической промышленности, преимущественно к пиролизу древесины и других материалов растительного происхождения. The invention relates to the chemical industry, mainly to the pyrolysis of wood and other materials of plant origin.

Известен способ пиролиза древесины в стальной вагонной реторте, когда древесину в виде поленьев загружают в вагонетки и в них перемещают вдоль металлической камеры, называемой "вагоном", обогреваемой горячими газами снаружи [1] Температура внутри камеры переугливания поддерживается около 450^оС, продолжительность процесса 16-24 ч. Нагрев осуществляется только за счет подвода тепла с периферии. Поэтому процесс нагрева толстого слоя древесины, как материала плохо проводящего тепло протекает долго. Тепло экзотермических реакций разложения древесины как дополнительный источник тепла проявляется только в центре загрузки по достижении там температуры 270^оС и выше, что удлиняет процесс в целом. За этот продолжительный период обогрева, естественно нагретая поверхность реторты будет излучать в окружающее пространство часть тепла. Эти теплопотери будут прямо пропорциональны продолжительности процесса.Known is a method of wood pyrolysis into a steel railcar retort when the timber in the form of billets loaded into trucks and they are moved along the metal chamber, called "carriage", heated with hot gases from the outside [1] The temperature inside pereuglivaniya chamber is maintained at about 450 ^{° C,} the duration of the process 16 -24 hours. Heating is carried out only by supplying heat from the periphery. Therefore, the process of heating a thick layer of wood, as a material of poorly conductive heat, takes a long time. The heat of the exothermic reaction of decomposition of wood as an additional heat source is shown only in the center of load 270 reaching there ^C. temperature and above, which lengthens the overall process. During this long period of heating, the naturally heated surface of the retort will radiate part of the heat into the surrounding space. These heat losses will be directly proportional to the duration of the process.

Недостатком данного способа является малая эффективность проникновения тепла в загруженную массу древесины, большая продолжительность процесса, повышенный расход топлива на обогрев. The disadvantage of this method is the low efficiency of heat penetration into the loaded mass of wood, the long process time, increased fuel consumption for heating.

Наиболее близким по технической сущности к способу является способ пиролиза древесины, заключающийся в загрузке и нагреве массы растительного сырья, например, древесины в герметичном объеме до температуры 450^оС продолжительностью 18-20 ч [2]
Известно также устройство [2] для осуществления названного способа, представляющее собой металлическую герметичную камеру, расположенную внутри теплоизоляционного слоя, выполненного в виде кирпичной кладки с зазором между ними. В нижней части теплоизоляционного слоя, вдоль камеры размещены трубчатые нагреватели (калориферы), в которых сжигается газообразное или жидкое топливо.The closest in technical essence to the method is a method of pyrolysis of wood, which consists in loading and heating a mass of plant materials, for example, wood in an airtight volume to a temperature of 450 ^about With a duration of 18-20 hours [2]
It is also known a device [2] for implementing the above method, which is a metal sealed chamber located inside a heat-insulating layer made in the form of brickwork with a gap between them. In the lower part of the insulating layer, along the chamber, tubular heaters (heaters) are placed in which gaseous or liquid fuel is burned.

Дымовые газы, проходящие через трубы-калориферы выбрасываются наружу через дымовую трубу. Воздух, нагретый раскаленными трубами, поднимается и омывает наружную поверхность камеры. Тепло, излучаемое внутрь камеры, нагревает древесину и превращает ее в уголь. The flue gases passing through the chimneys are emitted through the chimney. Air heated by hot pipes rises and washes the outer surface of the chamber. The heat radiated into the chamber heats the wood and turns it into coal.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является малая эффективность проникновения тепла в загруженную массу древесины вследствие ее прогрева только снаружи, через стенку камеры; долгий процесс прогрева материала, в результате чего тепло экзотермических реакций проявляется только в конце процесса. Все это приводит к снижению скорости процесса и большим потерям тепла (см.фиг.1). A disadvantage of the known method and device for its implementation is the low efficiency of heat penetration into the loaded mass of wood due to its heating only from the outside, through the wall of the chamber; a long process of heating the material, as a result of which the heat of exothermic reactions appears only at the end of the process. All this leads to a decrease in the speed of the process and large losses of heat (see figure 1).

На фиг. 1 изображен пример выполнения способа термической обработки материалов растительного происхождения (а без нагревателя, б с нагревателем в центре загрузки). In FIG. 1 shows an example of a method for heat treatment of materials of plant origin (and without a heater, b with a heater in the center of the load).

Целью изобретения является увеличение скорости процесса термической обработки материалов растительного происхождения, повышение его эффективности и снижение энергозатрат. The aim of the invention is to increase the speed of the process of heat treatment of materials of plant origin, increase its efficiency and reduce energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки материалов растительного происхождения, заключающемся в загрузке и нагреве его в герметичной камере до 400-500^оС, отличающемся тем, что нагрев через стенку камеры осуществляют одновременно с постоянным, равномерным нагревом внутри обрабатываемой массы продолжительностью 5-6 ч.The goal is achieved by a method of heat treatment of materials of vegetable origin, is to load and heating it in a sealed chamber to 400-500 ^{° C,} characterized in that the heat through the wall of the chamber is carried out simultaneously with a constant, uniform heating inside the mass being processed lasting 5 -6 hours

Для достижения поставленной цели предлагается также устройство, снабженное топкой для сжигания топлива и вытяжной трубкой, включающее металлическую герметичную камеру, расположенную внутри теплоизоляционного слоя с зазором между ними, отличающееся тем, что внутри камеры равномерно размещены нагреватели, а снаружи перегородки, плотно прилегающие к наружной поверхности камеры и внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со сквозными отверстиями, расположенными, например, по периметру в нижней и верхней части перегородок. Такое размещение перегородок позволяет изменять направление движения потока горячих дымовых газов снизу вверх и сверху вниз. Возможны другие варианты расположения перегородок. Это обеспечивает турбулентность движения потока греющих газов, более полное заполнение греющего канала, что приводит к более эффективному использованию тепла при прогреве загрузок сырья и снижению теплопотерь. To achieve this goal, it is also proposed a device equipped with a furnace for burning fuel and an exhaust pipe, including a metal sealed chamber located inside the heat-insulating layer with a gap between them, characterized in that the heaters are evenly placed inside the chamber, and outside the partition, tightly adjacent to the outer surface the chamber and the inner surface of the insulating layer with through holes located, for example, around the perimeter in the lower and upper part of the partitions. This arrangement of the partitions allows you to change the direction of movement of the flow of hot flue gases from bottom to top and top to bottom. There are other options for the location of partitions. This ensures the turbulence of the flow of heating gases, a more complete filling of the heating channel, which leads to a more efficient use of heat during heating of the feedstock and reduce heat loss.

Устройство имеет уклон в пределах 25-30^о, что обеспечивает самопроизвольное высыпание угля.The device has a slope within 25-30 ^about , which provides spontaneous precipitation of coal.

Равномерное размещение нагревателей внутри камеры увеличивает величину удельной поверхности, излучающей наиболее эффективно работающее при прогреве загрузки, лучистое тепло. Uniform placement of heaters inside the chamber increases the value of the specific surface emitting radiant heat that works most efficiently when loading is heated.

Равномерность же прогрева обрабатываемого материала достигается размещением во внутренней части камеры нагревателей, которые как бы разбивают слой обрабатываемого материала большого размера на слои меньших размеров, а подача от этих элементов теплового встречного греющей стенке потока приводит к значительно более быстрому прогреву более тонких слоев загруженного материала с обеих сторон. The uniformity of heating of the processed material is achieved by placing heaters in the inner part of the chamber, which, as it were, break the layer of the processed material of large size into layers of smaller sizes, and the supply of heat counter to the heating wall from these elements leads to a significantly faster heating of thinner layers of loaded material from both parties.

Снижение энергозатрат обусловлено тем, что при такой же интенсивности теплового потока направленного на загрузку от наружной стенки в это же время во встречном направлении действует поток тепла от внутренних нагревателей. Путь проникновения тепла в загрузке материала значительно сокращается, процесс прогрева протекает за более короткий период. Меньшие по толщине слои быстрее прогреваются до 270^оС, проявляется дополнительный внутренний источник тепла тепло экзотермических реакций, что в свою очередь, ускоряет процесс нагрева массы загруженного сырья до 400-500^оС. Длится процесс 5-7 ч. В связи с тем, что тепло, излучаемое внутренними нагревателями расходуется только на нагрев загруженного материала и не излучается в окружающее пространство, теплопотери сокращаются (см.фиг.1а).The reduction in energy consumption is due to the fact that at the same intensity of the heat flux directed to the load from the outer wall at the same time, the heat flux from the internal heaters acts in the opposite direction. The path of heat penetration in the material loading is significantly reduced, the heating process takes place in a shorter period. The thinner layers warm up faster to 270 ^о С, an additional internal heat source of heat of exothermic reactions is manifested, which, in turn, accelerates the process of heating the mass of loaded raw materials to 400-500 ^о С. The process lasts 5-7 hours. that the heat radiated by internal heaters is consumed only to heat the loaded material and is not radiated into the surrounding space, heat loss is reduced (see figure 1a).

На фиг. 2 изображено устройство для термической обработки материалов растительного происхождения в общем виде. In FIG. 2 shows a device for heat treatment of materials of plant origin in General.

Устройство представляет собой металлическую герметично закрывающуюся камеру 1, размещенную в теплоизоляционном слое 2 (как правило, кирпичная кладка). Устройство снабжено примыкающей к нему топкой 3 для сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива, газоходом для подачи горячих дымовых газов из топки в зазор между камерой и кирпичной кладкой 4 и вытяжной трубой 5, а также затвором для загрузки сырья 6 и выгрузки угля 7. На корпусе камеры имеются перегородки 8 со сквозными отверстиями 9, изменяющие направление движения потока горячих дымовых газов снизу вверх и сверху вниз с целью полного и продолжительного омывания камеры. Через внутреннюю полость камеры пропущены равномерно распределенные по ее сечению нагреватели. Они представляют собой трубы, по которым пропускают часть потока дымовых газов из топки при помощи перекидной трубы 11. В этом случае дымовые газы, проходящие по трубам отводятся в ту же дымовую трубу. Используются и электрические или другого принципа нагреватели (ТВ4 и другие). Камера имеет уклон в 25-30^о, обеспечивающий самопроизвольное высыпание угля при открывании выгрузочного устройства.The device is a metal hermetically sealed chamber 1, placed in a heat-insulating layer 2 (as a rule, brickwork). The device is equipped with an adjacent furnace 3 for burning solid, liquid or gaseous fuels, a gas duct for supplying hot flue gases from the furnace to the gap between the chamber and brickwork 4 and the exhaust pipe 5, as well as a shutter for loading raw materials 6 and unloading coal 7. On the chamber body has partitions 8 with through holes 9, changing the direction of movement of the flow of hot flue gases from bottom to top and top to bottom in order to completely and continuously wash the chamber. Heaters uniformly distributed over its section are passed through the chamber’s internal cavity. They are pipes through which part of the flow of flue gases from the furnace is passed using a cross over pipe 11. In this case, the flue gases passing through the pipes are discharged into the same chimney. Electric and other principle heaters are used (TV4 and others). The camera has a slope of 25-30 ^about , providing spontaneous precipitation of coal when opening the discharge device.

Камера снабжена штуцером 12 и трубопроводом 13 для вывода парогазов из камеры в топку. The chamber is equipped with a fitting 12 and a pipe 13 for outputting steam and gas from the chamber into the furnace.

Предлагаемый способ осуществлен на установке термической обработки растительных материалов, объемом 0,25 м³ с внутренним диаметром камеры 0,4 м. Температура наружной стенки камеры стабильно поддерживалась равной 500^оС. Использовали древесину в виде чурочек с условным диаметром около 30 мм, влажность древесины была 15% Диаметр внутреннего нагревателя равен 20 мм. Окончание процесса пиролиза материала фиксировали по прекращению выделения из камеры парогазов и стабилизации температуры образовавшегося внутри камеры угля в диапазоне 430-440^оС.The inventive method was implemented on the thermal treatment of vegetable material, a 0.25 m ³ with an inner diameter of the chamber 0.4 m. The outer chamber wall temperature stably maintained at 500 ^° C was used as a timber with a nominal churochek about 30 mm in diameter, wood humidity was 15%. The diameter of the internal heater is 20 mm. Leaving the pyrolysis of material fixed to end the discharge from the steam and gas chamber and stabilize coal formed inside the chamber temperature in the range 430-440 ^o C.

П р и м е р 1. В установку загружали древесину. Обогрев осуществляется только снаружи. Пиролиз древесины заканчивался через 150 мин. PRI me R 1. In the installation loaded wood. Heating is carried out only outside. Wood pyrolysis ended after 150 minutes.

П р и м е р 2. В установку загружали древесину. Обогрев камеры осуществляли снаружи и через нагреватель, установленный в центре камеры. Пиролиз древесины заканчивался через 100 мин. PRI me R 2. In the installation loaded wood. The chamber was heated externally and through a heater installed in the center of the chamber. Wood pyrolysis ended after 100 minutes.

Таким образом, предложенный способ термической обработки материалов растительного происхождения и устройство для его осуществления обеспечат наилучшее использование лучистого тепла, конввективного теплопереноса, а также дополнительного источника тепла тепла экзотермических реакций разложения растительных материалов. Thus, the proposed method of heat treatment of materials of plant origin and a device for its implementation will ensure the best use of radiant heat, convective heat transfer, as well as an additional heat source of exothermic decomposition reactions of plant materials.

Claims

1. The method of heat treatment of materials of plant origin, including loading the material into an airtight chamber and heating through the chamber wall with subsequent cooling and unloading, characterized in that at the same time as heating through the wall, constant uniform heating is carried out inside the treated mass to 400 500 ^o C with a duration of 5 6 hours

2. A device for the heat treatment of materials of plant origin, equipped with a furnace and exhaust pipe, including a sealed chamber located inside the heat-insulating layer with a gap between them, characterized in that the chamber is equipped with uniformly located heaters inside and outside with partitions closely adjacent to the outer surface of the chamber and the inner surface of the insulating layer, through holes are made in the partitions.