RU2302445C2

RU2302445C2 - Furnace for heat treatment of raw vegetable materials

Info

Publication number: RU2302445C2
Application number: RU2005128038/15A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Масленников (RU); Николай Александрович Масленников; Виктор Михайлович Мухин (RU); Виктор Михайлович Мухин; Александр Борисович Храмов (RU); Александр Борисович Храмов; Анатолий Михайлович Туренко (RU); Анатолий Михайлович Туренко; Юрий Иванович Максимов (RU); Юрий Иванович Максимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Исток"
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-07-10
Also published as: RU2005128038A

Abstract

FIELD: production of activated carbon for carbonization of starting vegetable material before activation (wood, nut-shells, fruit kernels); wood-chemical industry for production of raw coal and other carbon-containing materials.

SUBSTANCE: proposed furnace has body (1), cylindrical retort (7), heat insulation, heating chamber, loading and unloading units located along body axis, gaseous product inlet branch pipe (11) and outlet branch pipe (19). Body (1) is mounted on swivel supports (3) and is provided with taper end faces (2). Located vertically inside retort (7) is heat-transfer agent inlet branch pipe (11). This branch pipe is located at height of 0.6-0.75 of its diameter and is provided with perforated cover (12) and ports (13). Outlet branch pipe (19) is mounted in lower part of retort (1). Loading and unloading units are made in form of hatches (9). Heating chamber is made in form of firebox (14). Yield of finished product - carbonized vegetable material is increased by 1.1-1.3 times and productivity is increased by 1.5-2.0 times per unit volume.

EFFECT: increased yield of finished product; increased productivity.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства активных углей для карбонизации исходного растительного сырья перед активацией и может быть использовано для пиролиза растительных материалов в лесохимической промышленности и получения древесного угля-сырца, а также для пиролиза других углеродсодержащих материалов.The invention relates to the field of production of activated carbons for the carbonization of plant raw materials before activation and can be used for the pyrolysis of plant materials in the wood chemical industry and the production of raw charcoal, as well as for the pyrolysis of other carbon-containing materials.

Растительные материалы (древесина, скорлупа орехов, косточка плодов, шишки и др.) являются перспективным сырьем для получения высококачественных активных углей, поэтому весьма важно создание новых печей для эффективного пиролиза (карбонизации) этого типа сырья.Plant materials (wood, nutshells, fruit pits, cones, etc.) are promising raw materials for the production of high-quality activated carbons; therefore, it is very important to create new furnaces for the effective pyrolysis (carbonization) of this type of raw material.

Известна печь для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащая корпус, установленный на опорах с расположенной внутри него цилиндрической ретортой, нагревательными элементами в виде спирали, огнеупорной теплоизоляцией, загрузочное и выгрузочное устройства, расположенные по оси корпуса, и патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем реторта выполнена с соотношением диаметра к длине, равным 1:10-18, а нагревательные элементы, выполнены в виде спирали, имеют соотношение диаметра проволоки к диаметру спирали равным 1:6-10 и расположены на расстоянии от реторты, равном 3-5 диаметрам витка спирали (см. Пат. РФ №2158401, кл. F27B 5/00, опубл. 27.07.2000 г.).A known furnace for heat treatment of carbon-containing materials, comprising a housing mounted on supports with a cylindrical retort located inside it, heating elements in the form of a spiral, refractory heat insulation, loading and unloading devices located along the axis of the housing, and nozzles for introducing and discharging gaseous reactants, the retort is made with a ratio of diameter to length equal to 1: 10-18, and the heating elements, made in the form of a spiral, have a ratio of the diameter of the wire to the diameter of the spiral equal to 1: 6-10 and are located at a distance from the retort, equal to 3-5 diameters of the spiral coil (see Pat. RF No. 2158401, class F27B 5/00, publ. July 27, 2000).

Недостатком известной печи является сложность ее изготовления и высокая энергоемкость.A disadvantage of the known furnace is the complexity of its manufacture and high energy intensity.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и количеству совпадающих признаков, т.е. прототипом, является печь для термической обработки углеродсодержащих материалов, содержащая корпус с огнеупорной изоляцией, установленный на опорах, расположенную внутри него цилиндрическую реторту с перемешивающим устройством, нагревательные элементы, выполненные в виде газовых горелок, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, а также патрубки для ввода и вывода газообразных реагентов, причем ось газовых горелок смещена относительно оси реторты на величину 0,9-1,2 радиуса последней, а камера печи снабжена патрубком для отвода нагревающих газов, который расположен на расстоянии 0,23-0,30 ее длины (см. пат. РФ №2182112, кл. С01В 31/08, опубл. 10.05.2002 г.).Closest to the proposed one in terms of technical nature and the number of matching features, i.e. the prototype is a furnace for heat treatment of carbon-containing materials, comprising a housing with refractory insulation mounted on supports, a cylindrical retort with a mixing device located inside it, heating elements made in the form of gas burners, loading and unloading devices located along the axis of the housing, and nozzles for input and output of gaseous reagents, the axis of the gas burners being offset from the axis of the retort by a value of 0.9-1.2 radius of the latter, and the chamber of the furnace is equipped with a nozzle m heating for removal of gases, which is located at a distance of 0,23-0,30 its length (see. US Pat. RF №2182112, Cl. S01V 31/08, publ. 10.05.2002).

Недостатком прототипа является низкий выход готового продукта и небольшая производительность печи.The disadvantage of the prototype is the low yield and low productivity of the furnace.

Поставленная цель достигается предлагаемой печью, содержащей корпус, цилиндрическую реторту, теплоизоляцию, нагревательную камеру, устройства загрузки и выгрузки, расположенные по оси корпуса, а также патрубки для ввода и вывода газообразных продуктов, причем корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.This goal is achieved by the proposed furnace, comprising a housing, a cylindrical retort, thermal insulation, a heating chamber, loading and unloading devices located along the axis of the housing, as well as nozzles for input and output of gaseous products, the housing being mounted on rotary supports and provided with conical ends inside the retort located vertically at a height of 0.6-0.75 diameter of the retort, a coolant inlet pipe equipped with a perforated cover and windows, an outlet pipe is located at the bottom of the retort, the narrow and the unloadings are made in the form of hatches, and the heating chamber is made in the form of a furnace, and the ratio of the diameters of the retort and the body is 0.80-0.92, the inlet pipe has a diameter equal to 1.0-1.2 of the diameter of the outlet pipe, and both they are equipped with plugs, there is a gap between the manhole covers and the furnace body, and when unloading the product, the rotary mechanism rotates the retort 90 °.

Отличие предложенной печи от известной заключается в том, что корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.The difference between the proposed furnace and the known one is that the casing is mounted on rotary supports and is equipped with conical ends, inside the retort it is located vertically at a height of 0.6-0.75 of the retort diameter of the coolant inlet pipe, equipped with a perforated cover and windows, the outlet pipe is in the lower parts of the retort, loading and unloading devices are made in the form of hatches, and the heating chamber is made in the form of a firebox, and the ratio of the diameters of the retort and the body is 0.80-0.92, the inlet pipe has a diameter equal to 1.0-1.2 diameters pa logging output and both plugs are provided between the hatch covers and the body of the furnace has a gap, and when the product unloading mechanism rotates the rotary retort at 90 °.

Из патентной и научно-технической литературы авторам не известна печь, у которой корпус установлен на поворотных опорах и снабжен конусными торцами, внутри реторты расположен вертикально на высоте 0,6-0,75 диаметра реторты патрубок ввода теплоносителя, снабженный перфорированной крышкой и окнами, патрубок вывода находится в нижней части реторты, устройства загрузки и выгрузки выполнены в виде люков, а нагревательная камера выполнена в виде топки, причем соотношение диаметров реторты и корпуса равно 0,80-0,92, патрубок ввода имеет диаметр, равный 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, и оба они снабжены заглушками, между крышками люков и корпусом печи имеется зазор, а при выгрузке продукта поворотный механизм поворачивает реторту на 90°.From the patent and scientific and technical literature, the authors do not know the furnace, in which the casing is mounted on rotary supports and equipped with conical ends, inside the retort is located vertically at a height of 0.6-0.75 of the retort diameter of the coolant inlet pipe, equipped with a perforated cover and windows, a pipe the outlet is located at the bottom of the retort, the loading and unloading devices are made in the form of hatches, and the heating chamber is made in the form of a furnace, and the ratio of the diameters of the retort and the body is 0.80-0.92, the input pipe has a diameter equal to 1.0-1.2 diameters of the outlet pipe, and both of them are equipped with plugs, there is a gap between the manhole covers and the furnace body, and when the product is unloaded, the rotary mechanism rotates the retort 90 °.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Исследования и расчеты показали, что для повышения выхода готового продукта (растительного угля-сырца) и увеличения производительности печи надо с одной стороны добиться равномерного распределения тока топочных газов по всему объему реторты за счет оптимизации конструкции патрубков ввода и вывода теплоносителя и глубокой герметизации самой реторты печи, а с другой стороны найти конструктивные решения, позволяющие сократить до минимума время загрузки сырья в печь и выгрузки готового продукта из печи и подготовки ее к новому циклу пиролиза.Studies and calculations have shown that in order to increase the yield of the finished product (raw coal) and to increase the productivity of the furnace, on the one hand, it is necessary to achieve a uniform distribution of the flue gas current throughout the volume of the retort by optimizing the design of the coolant inlet and outlet pipes and deep sealing of the furnace retort itself and, on the other hand, find constructive solutions that can minimize the time of loading raw materials into the furnace and unloading the finished product from the furnace and preparing it for a new pyro cycle Isa.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид печи, на фиг.2 - патрубок ввода газообразных продуктов горения топлива, а на фиг.3 - узел герметизации загрузочного люка.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the furnace, in Fig.2 - pipe inlet of gaseous products of combustion of fuel, and in Fig.3 - node sealing boot door.

Предложенная печь содержит цилиндрический корпус 1 диаметром Д₁, снабженный конусными торцами 2 и установленный на опорах 3, снабженных болтовыми соединениями 4 и цапфами 5, установленный на раме 6; внутри корпуса расположена цилиндрическая реторта 7 диаметром Д₂, снабженная колосниковой решеткой 8, причем корпус и реторта имеют люки с закрываемыми крышками 9, имеющими уплотнительный зазор 10, патрубок ввода газообразных продуктов горения топлива (теплоносителя) 11 установлен внутри корпуса и снабжен перфорированной решеткой 12 и окнами 13, топка 14, качающаяся на двух опорах 18, сделана с возможностью отсоединения от патрубка ввода и снабжена колосниковой решеткой 15, дверкой топки 16, дверкой поддувала 17, фиксатором топки 28 и с помощью двух опор 18 закрепляется на раме, патрубок вывода газообразных продуктов (дымовая труба) 19 снабжена заслонкой трубы 20, тягой заслонки 21, люком 22 и имеет фиксатор дымовой трубы, причем внутри патрубка вывода расположена заглушка 24, для слива жидких продуктов пиролиза реторта снабжена тремя патрубками 25, а для контроля герметичности реторты на корпусе расположены два проверочных технологических отверстия 26, поворотный механизм 27 обеспечивает поворот реторты на 90°.The proposed furnace contains a cylindrical body 1 with a diameter of D ₁ , equipped with conical ends 2 and mounted on supports 3, equipped with bolted joints 4 and trunnions 5, mounted on the frame 6; inside the casing there is a cylindrical retort 7 with a diameter of D ₂ , equipped with a grate 8, and the casing and retorts have hatches with lockable covers 9 having a sealing gap 10, a pipe for introducing gaseous products of fuel combustion (coolant) 11 is installed inside the casing and is equipped with a perforated grating 12 and windows 13, the furnace 14, swinging on two supports 18, is made with the possibility of disconnecting from the input pipe and is equipped with a grate 15, the door of the furnace 16, the door was blown 17, the lock of the furnace 28 and with two the supports 18 are fixed on the frame, the outlet pipe for gaseous products (chimney) 19 is equipped with a choke 20, the draft of the shutter 21, a hatch 22 and has a chimney lock, and a plug 24 is located inside the outlet pipe, and three pipes 25 are provided for draining the liquid pyrolysis retort products and to control the tightness of the retort on the body there are two test technological holes 26, the rotary mechanism 27 provides a rotation of the retort by 90 °.

Печь работает следующим образом.The furnace operates as follows.

Топка 14 качается на двух опорах 18. За счет качения топка 14 присоединяется топочным вылетом к патрубку ввода теплоносителя 11 и закрепляется в данном положении с помощью фиксатора топки 28; раструб 29 предназначен для герметизации ввода теплоносителя теплым глиняным раствором. После этого открываются люки 9 и реторта 7, расположенная внутри корпуса 1, который установлен на опорах 3 и снабжен болтовыми соединениями 4 и цапфами 5, заполняется растительным сырьем (древесиной, косточкой плодов, скорлупой орехов и т.д.), причем древесина укладывается штабелем, а мелкое растительное сырье в специальные корзины из нержавеющей проволоки.The furnace 14 is swinging on two supports 18. Due to the rolling, the furnace 14 is connected by the furnace outlet to the coolant inlet 11 and secured in this position by means of the furnace holder 28; the bell 29 is designed to seal the input of the coolant with a warm clay solution. After that, the hatches 9 and the retort 7, located inside the housing 1, which is mounted on the supports 3 and equipped with bolted joints 4 and trunnions 5, are opened, filled with plant material (wood, fruit pits, nutshells, etc.), and the wood is stacked , and small plant materials in special baskets made of stainless wire.

После заполнения реторты 7 края люков обмазываются влажной глиной, и крышки люков 9 устанавливаются на место, закрепляясь с помощью барашков (на фиг.1 не показаны), при этом часть глины выступает в уплотнительный зазор 10, что обеспечивает лучшую изоляцию реторты 7 в процессе.After filling the retort 7, the edges of the hatches are coated with wet clay, and the covers of the hatches 9 are put in place, secured with the help of the wing (not shown in figure 1), while part of the clay protrudes into the sealing gap 10, which provides better insulation of the retort 7 in the process.

Затем к корпусу 1 крепится дымовая труба 19 с помощью фиксатора дымовой трубы 23. В топку 14, выполненную из стали и футерованную шамотным кирпичом, закладываются дрова или иное топливо, и производится розжиг. Регулирование горения топлива осуществляется с помощью дверки топки 16 и дверки поддувала 17.Then, the chimney 19 is attached to the housing 1 with the help of the chimney clamp 23. In the furnace 14, made of steel and lined with fireclay bricks, firewood or other fuel is laid and ignited. Regulation of fuel combustion is carried out using the furnace door 16 and the blower door 17.

Топочные газы из топки 14 поступают в патрубок ввода 11 и выходят из него внутрь реторты 7 через перфорированную решетку 12 в верхнюю часть реторты 7, а через окна 13 (обычно 2-4 шт) в нижнюю часть реторты 7 и, проходя равномерно через пиролизуемое сырье, поступают в дымовую трубу 19 и выбрасываются наружу. Регулирование потока топочных газов осуществляется с помощью заслонки трубы 20, тяги заслонки 21.The flue gases from the furnace 14 enter the inlet pipe 11 and exit inside the retort 7 through a perforated grill 12 into the upper part of the retort 7, and through windows 13 (usually 2-4 pcs) into the lower part of the retort 7 and passing evenly through the pyrolyzed raw materials come into the chimney 19 and are thrown out. The regulation of the flow of flue gases is carried out using the damper pipe 20, thrust damper 21.

Процесс пиролиза в зависимости от вида сырья идет 4-8 часов при температуре внутри реторты 400-500°С. Жидкие продукты пиролиза сливаются через крайние заглушки 25, которые входят в саму реторту 7, а средняя заглушка 25 проходит в зазор между корпусом 1 и ретортой 7 и служит для определения прогарания реторты в процессе эксплуатации и слива конденсата.The pyrolysis process, depending on the type of raw material, takes 4-8 hours at a temperature inside the retort of 400-500 ° C. Liquid pyrolysis products are discharged through the end caps 25, which are included in the retort 7 itself, and the middle plug 25 passes into the gap between the housing 1 and the retort 7 and serves to determine the retort burnout during operation and condensate drainage.

Технологические проверочные отверстия 26 в корпусе также служат для контроля процесса. Конусные торцы 2 значительно увеличивают прочность печи и снижают ее деформацию при работе.Technological inspection holes 26 in the housing also serve to control the process. The conical ends 2 significantly increase the strength of the furnace and reduce its deformation during operation.

После завершения процесса пиролиза в топку 14 прекращают подачу топлива и ее остужают; заглушают герметично реторту 7 путем закрытия заглушки 24 на дымовой трубе 19 и аналогичной заглушки в топке или на конце патрубка ввода 11 (на фиг.1 не показана), и производят охлаждение угля в реторте.After completion of the pyrolysis process in the furnace 14, the fuel supply is stopped and it is cooled; seal the retort 7 by closing the plug 24 on the chimney 19 and a similar plug in the furnace or at the end of the inlet pipe 11 (not shown in FIG. 1), and cool the coal in the retort.

После охлаждения реторты топку 14 с топочным вылетом, качающуюся на опорах 18, и соответственно дымовую трубу 19 отсоединяют от корпуса 1, открывают крышки люков 9 и с помощью механизма поворота 27 поворачивают корпус на 90°, переводя люки в нижнее положение, что приводит к высыпанию угля в контейнер или на продольный транспортер (на фиг.1 не показано).After cooling the retort, the firebox 14 with the overhang, swinging on the supports 18, and accordingly the chimney 19 is disconnected from the housing 1, the covers of the hatches 9 are opened and, using the rotation mechanism 27, the housing is rotated 90 °, moving the hatches to the lower position, which leads to rash coal into a container or onto a longitudinal conveyor (not shown in FIG. 1).

Следует обратить внимание на то, что корпус 1 имеет диаметр Д₁, а реторта 7 - диаметр Д₂, при этом соотношение Д₂/Д₁=0,80-0,92. При меньшем соотношении диаметров снижается производительность печи, а при большем соотношении ухудшается теплоизоляция реторты. Патрубок ввода теплоносителя 11 имеет диаметр d₁, который составляет 1,0-1,2 диаметра патрубка вывода, при этом высота расположения верхней перфорированной решетки 12 равна Н=0,6-0,75 Д₂. При меньшем соотношении сырье, находящееся в верхней части реторты 7, пиролизуется плохо, а при большем соотношении ухудшается пиролиз сырья в нижней части реторты 7. Дымовая труба 19 (патрубок вывода) имеет диаметр d₂. При меньшем соотношении диаметров d₁ и d₂ возрастает сопротивление газовому потоку, а при большем соотношении резко увеличивается расход топлива на нагрев сырья.It should be noted that case 1 has a diameter of D ₁ and retort 7 has a diameter of D ₂ , and the ratio of D ₂ / D ₁ = 0.80-0.92. With a smaller ratio of diameters, the productivity of the furnace decreases, and with a larger ratio, the thermal insulation of the retort deteriorates. The input pipe of the coolant 11 has a diameter d ₁ , which is 1.0-1.2 of the diameter of the output pipe, while the height of the upper perforated lattice 12 is H = 0.6-0.75 D ₂ . With a lower ratio, the raw materials located in the upper part of the retort 7 do not pyrolyze well, and with a larger ratio, the pyrolysis of the raw materials in the lower part of the retort 7 deteriorates. The chimney 19 (outlet pipe) has a diameter d ₂ . With a smaller ratio of diameters d ₁ and d ₂ , the resistance to gas flow increases, and with a larger ratio, fuel consumption for heating raw materials increases sharply.

Эксплуатация предлагаемой печи показала, что выход готового продукта - древесного угля-сырца или карбонизата скорлупы и косточки плодов составляет 60-65%, а производительность на единицу объема (с учетом времени загрузки, выгрузки) 6-8 кг/м³·час.The operation of the proposed furnace showed that the yield of the finished product - raw charcoal or shell carbonisate and fruit pits is 60-65%, and the productivity per unit volume (taking into account the loading, unloading times) is 6-8 kg / m ³ · hour.

Выход готового продукта на вращающейся ретортной печи с газовым обогревом (пат. РФ №2182112 - прототип) составляет 50-55%, а производительность на единицу объема - около 4 кг/м³·час.The yield of the finished product on a gas-heated rotating retort furnace (US Pat. RF No. 2182112 - prototype) is 50-55%, and productivity per unit volume is about 4 kg / m ³ · hour.

Таким образом, выход готового продукта на предлагаемой печи в 1,1-1,3 раза выше, а производительность на единицу объема в 1,5-2,0 раза больше, чем у известных типов печей.Thus, the yield of the finished product on the proposed furnace is 1.1-1.3 times higher, and the productivity per unit volume is 1.5-2.0 times higher than that of the known types of furnaces.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.From the above it follows that each of the signs of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims

1. The furnace for heat treatment of plant materials, including a housing, a cylindrical retort, thermal insulation, a heating chamber, loading and unloading devices located along the axis of the housing, as well as nozzles for input and output of gaseous products, characterized in that the housing is mounted on rotary supports and equipped with conical ends, inside the retort is located vertically at a height of 0.6-0.75 diameter of the retort pipe for entering the coolant, equipped with a perforated cover and windows, the outlet pipe is located in the lower part of vectors, loading and unloading devices are in the form of hatches, and the heating chamber is designed as a furnace.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameters of the retort and the body is 0.8-0.92.

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the input pipe has a diameter equal to 1.0-1.2 of the diameter of the output pipe, and both of them are equipped with plugs.

4. The furnace according to claim 1, characterized in that there is a gap between the manhole covers and the furnace body.

5. The furnace according to claim 1, characterized in that when unloading the product, the rotary mechanism rotates the housing 90 °.