FR2621032A1

FR2621032A1 - Process and plant for the manufacture of wood charcoal including the treatment of the smoke and the recovery of the heat

Info

Publication number: FR2621032A1
Application number: FR8713413A
Authority: FR
Original assignee: JONCOUR MICHEL
Current assignee: JONCOUR MICHEL
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1987-09-29
Publication date: 1989-03-31

Abstract

The current craft techniques for the manufacture of wood charcoal have a low qualitative and energetic yield and are the cause of much pollution of the environment. To overcome these disadvantages, the invention proposes the following principle: the gases from the pyrolysis oven 1 are led into the collector 2 let into the incinerator 6 and discharged, treated, via the chimney 12; in parallel, the steam generator 7 actuates the turbine 14 which drives the ventilator 15 which supplies the injector 4 and the drying oven 18 with hot air. The invention makes it possible to efficiently recover the smoke, to treat it and to enhance its value but also makes possible a marked improvement in the operating costs (possibility of marketing the excess energy).

Description

L'invention concerne des perfectionnements aux techniques de fabrication du charbon de bois aux rendements qualitatif et énergétique faibles et facteur de nombreuses nuisances pour l'environnement. The invention relates to improvements in the techniques of making charcoal with low quality and energy yields and which is a factor in numerous environmental nuisances.

Les installations de fabrication artisanale du charbon de bois avec fours métalliques qui existent actuellement présentent toutes certains inconvénients, certains concernant le cadre juridique de l'installation, d'autres d'ordre économique, d'autres d'ordre relationnel soit envers le personnel, soit vis-à-vis du voisinage. The artisanal charcoal production facilities with metal ovens that currently exist all have certain drawbacks, some concerning the legal framework of the installation, others of an economic nature, others of a relational or personnel nature, either vis-à-vis the neighborhood.

Enfin, dans la majorité des cas, ces inconvénients sont cumulés pour tout ou partie - sur le plan juridique . toutes les nouvelles installations qui dégagent des produits de distillation
dans l'air (hors forêt) sont soumis à une longue procédure avec notamment
enquête.publique en mairie et dans le voisinage de l'installation, conclu
sions des deux enquêtes appréciées par les autorités préfectorales, rapport
de l'inspection des installations classées, rapport du Conseil Départemen
tal d'Hygiène, etc. (la plupart du temps, sur avis défavorables des maires
concernés).D'ores et déjà, certains préfets ont interdit de telles instal
lations dans leur département ou assorties de conditions rapidement dis
suasives . les installations existantes , quant à elles, dérogent à cette législation
mais devront s'y conformer à très court terme.Finally, in the majority of cases, these disadvantages are cumulative for all or part - from a legal point of view. all new facilities that release distillation products
in the air (outside the forest) are subject to a long procedure with in particular
survey.public in town hall and in the vicinity of the facility, concluded
sions of the two investigations assessed by the prefectural authorities, report
of the inspection of classified installations, report of the Departmental Council
tal d'Hygiène, etc. (most of the time, on the unfavorable opinion of the mayors
Some prefects have already prohibited such installations.
lations in their department or with conditions quickly dis
suasives. existing installations derogate from this legislation
but will have to comply with it in the very short term.

- sur le plan économique : .les fours considérés utilisent du bois humide et plus le taux d'humidité
est élevé, plus le rendement en terme de volume de charbon produit est
affecté (c'est une partie de la charge de bois qui brûle pour évaporer
l'eau contenue dans cette dernière) ; à ce jour, il n'y a pas de four
qui permette, et de façon satisfaisante, en même temps qu'il fonctionne
et perde de précieuses calories, de pré-sécher une charge de bois ; les
rares essais consistant à réinjecter dans un four en attente les fumées
émises par un four en carbonisation ont donné de médiocres résultats
car les jus pyroligneur et les goudrons se recondensant sur la charge
de bois à sécher (sans parler de l'eau elle-même contenue sous forme
de vapeur dans ces mêmes fumées); . en ce qui concerne la qualité du charbon produit dans ces fours, celle
ci est très inégale et le charbon vendu l'est à une valeur minorée en
conséquence ; la récente norme AFNOR B.55-101 éclaire désormais le consom
mateur (et donc le grossiste à qui le producteur vend ...) principalement
sur le taux de carbone du charbon, gage de qualité notoire ; or, pour
obtenir un taux de carbone élevé, il faut arriver à atteindre dans le
four de hautes températures et réitérables à chaque cycle, ce que leur
conception même, fonctionnement par tirage naturel, ne permet que très
difficilement (impossibilité d'agir sur l'orientation des vents, leurs
vitesses, la pression, etc.) . parce que les fours existants carbonisent en moyenne en vingt heures
sans moyen de réduire ce temps de carbonisation et parce que ces fours
représentent un investissement élevé, la rentabilité est faible - sur le plan relationnel . il faut savoir qu'un four peut produire à lui seul plus de 6000 m3 de
gaz par cycle de vingt heures et ainsi deviner aisément l'ampleur apparente
des fumées qui circulent de façon désordonnée dans (et parfois bien au
delà) une aire de carbonisation (fumées abondantes mais parfois très
épaisses et colorées, jaunâtres, selon le moment d'émission dans le cycle); . à cette nuisance visuelle s'en ajoute une autre aussi insidieuse, celle
de l'incommodation olfactive ; en effet, certains gaz, notamment le créosol,
sont malodorants ; c'est d'ailleurs l'odeur qui caractérise un chantier
de carbonisation parfois à des centaines de mètres du lieu d'émission; . enfin, ces nuisances se conjuguent dans certains cas pour poser des problè
mes de santé élémentaire (irritation chez des sujets sensibles ou prédispo
sés ; c'est une des difficultés de certaines entreprises dans cette branche
d'activité à conserver le personnel.- economically: .the ovens considered use damp wood and the higher the humidity rate
the higher the yield in terms of volume of coal produced
affected (part of the load of wood that burns to evaporate
the water contained in the latter); to date, there is no oven
that allows, and satisfactorily, at the same time that it works
and lose precious calories, pre-dry a load of wood; the
rare attempts to re-inject smoke into a waiting furnace
emitted by a charring furnace gave poor results
because the pyrolignor juices and the tars recondensing on the charge
wood to be dried (not to mention the water itself contained in the form
steam in these same fumes); . with regard to the quality of the coal produced in these ovens, that
this is very uneven and the coal sold is at a reduced value in
result ; the recent AFNOR B.55-101 standard now sheds light on consumption
mateur (and therefore the wholesaler to whom the producer sells ...) mainly
on the carbon content of coal, a sign of notorious quality; gold, for
get a high carbon level you have to get to reach in the
oven of high temperatures and repeatable with each cycle, what their
very design, natural draft operation, only allows very
difficult (impossibility to act on the orientation of the winds, their
speeds, pressure, etc.). because existing ovens char on average in twenty hours
with no way to reduce this charring time and because these ovens
represent a high investment, the profitability is low - in relation. you should know that an oven can alone produce more than 6000 m3 of
gas per twenty hour cycle and thus easily guess the apparent magnitude
fumes which circulate in a disorderly way in (and sometimes well at
beyond) a carbonization area (abundant smoke but sometimes very
thick and colored, yellowish, depending on the time of emission in the cycle); . to this visual nuisance is added another equally insidious, that
olfactory inconvenience; certain gases, in particular creosol,
are smelly; it is also the smell that characterizes a site
carbonization sometimes hundreds of meters from the place of emission; . Finally, these nuisances are combined in certain cases to pose problems.
basic health measures (irritation in sensitive or predisposed subjects
his ; this is one of the difficulties of some companies in this sector
to keep staff.

Pour tenter de remédier à ces difficultés, on citera, dans l'état de la technique connue, un brevet américain (NO 4 280 878) de collecte et incinération des gaz mais avec des fours en tirage direct, ce qui entraîne des contraintes thermiques importantes sur les fours et sans récupération "intelligente" et organisée des calories produites. In an attempt to remedy these difficulties, mention will be made, in the known state of the art, of an American patent (NO 4 280 878) for the collection and incineration of gases but with direct draft ovens, which results in significant thermal stresses. on the ovens and without "intelligent" and organized recovery of the calories produced.

On connait également un brevet français (NO 2 588 489) d'aspiration des fumées par ventilateur-extracteur qui s'avère difficilement utilisable, compte tenu de l'usure extrêmement rapide de ce dit ventilateur (traversé en permanence par les goudrons des fumées en condensats et les hautes tempéra turcs qui après l'incinérateur atteignent 9000) et compte tenu de l'obligation de disposer d'une alimentation électrique sur le site ; enfin, autre inconvénient de ce système, la captation des gaz par aspiration forcée et non par entraînement conduit à un charbon trop épuré, d'une densité trop faible pour la commercialisation principale actuelle de ce produit : le marché du charbon de bois pour barbecue. We also know a French patent (NO 2 588 489) for extracting smoke from a fan-extractor, which proves to be difficult to use, given the extremely rapid wear of this said fan (permanently crossed by the tar of the smoke in condensates and high Turkish temperatures (after the incinerator reach 9000) and taking into account the obligation to have an electrical supply on site; finally, another drawback of this system, the capture of gases by forced aspiration and not by entrainment leads to too clean coal, of a density too low for the current main marketing of this product: the market of barbecue charcoal.

L'invention adonc pour but notamment de fournir un procédé d'élaboration de charbon de bois d'un nouveau type qui réponde mieux que Jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique. The object of the invention is therefore in particular to provide a process for preparing charcoal of a new type which better meets the various requirements of practice than until now.

L'invention a également pour but une installation à fonctionnement autonome disposant d'une captation efficace des fumées dégagées, d'un traitement desdites fumées avant rejet à l'atmosphère, et d'une récupération des calories produites lors des susdites opérations pour obtenir notamment l'alimentation en air moteur d'un éjecteur et le pré-séchage d'un four à bois.The object of the invention is also an installation with autonomous operation having an effective capture of the fumes released, a treatment of said fumes before discharge to the atmosphere, and a recovery of the calories produced during the above operations in order to obtain in particular supply of engine air to an ejector and pre-drying of a wood oven.

Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste d'une part à créer une dépression mécanique sur un four en carbonisation, à capter les fluides dégagés et les rejeter en atmosphère après incinération, d'autre part, à récupérer les calories de l'incinération par génération de vapeur, d'autre part à utiliser la vapeur produite pour actionner un ventilateur et enfin à utiliser l'air chaud propulsé par le ventilateur pour entrainer les fluides de carbonisation et sécher un four à bois.L'installation pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison d'une part, un four de carbonisation, d'autre part un collecteur de fumées avec trompe éjectrice, d'autre part un incinérateur avec générateur de vapeur, d'autre part une cheminée à récupérateur, d'autre part une turbine à vapeur, d'autre part un ventilateur relié à un répartiteur d'air chaud, enfin un four de séchage. The method is characterized in that it consists on the one hand of creating a mechanical vacuum on a charring furnace, of capturing the fluids released and discharging them into the atmosphere after incineration, on the other hand, of recovering the calories from the incineration by generation of steam, on the other hand to use the steam produced to actuate a fan and finally to use the hot air powered by the fan to entrain the carbonization fluids and dry a wood-fired oven. in the process is characterized in that it comprises in combination on the one hand, a carbonization furnace, on the other hand a smoke collector with ejector tube, on the other hand an incinerator with steam generator, on the other hand on the one hand a recuperator chimney, on the other hand a steam turbine, on the other hand a fan connected to a hot air distributor, finally a drying oven.

Ce sont donc plusieurs solutions qui sont apportées aux carbonisateurs artisanaux confrontés aux problèmes étudiés plus haut - sur le plan économique le fait que l'on obtienne une vitesse d'évacuation des fluides supérieure
à celle obtenue par tirage naturel sur un four classique, donc un cycle
de fabrication de durée plus courte, permet de rentabiliser davantage
les fours de carbonisation (rotation rapide du matériel) et par ailleurs
accroît la productivité globale annuelle (quantité produite supérieure).There are therefore several solutions that are brought to the artisanal carbonizers confronted with the problems studied above - economically the fact that one obtains a higher speed of evacuation of fluids
to that obtained by natural draft on a conventional oven, therefore a cycle
of shorter duration, makes it more profitable
carbonization furnaces (rapid rotation of equipment) and moreover
increases overall annual productivity (higher produced quantity).

I1 faut rappeler que le coût d'extraction des fluides est quasiment gratuit
puisque ce sont les calories de l'incinération de ces mêmes fluides qui
font "fonctionner" l'injecteur via le générateur de vapeur, la turbine
et le ventilateur.It should be remembered that the cost of extracting fluids is almost free
since it is the calories from the incineration of these same fluids which
make the injector "work" via the steam generator, the turbine
and the fan.

.le fait de récupérer les calories obtenues par incinération des gaz de
pyrolyse pour pré-sécher le bois diminue la durée du cycle de fabrica
tion puisqu'il y a moins d'eau à évaporer (et vient donc s'ajouter aux
avantages vus ci-dessus) mais surtout diminue le poste comptable d'achat
de matières premières à rendement égal (ce qui est loin d'être négligeable
quand on sait que le coût du bois entre dans la moitié du prix de revient
du produit fini : le charbon de bois).recovering the calories obtained by incineration of
pyrolysis to pre-dry the wood decreases the duration of the manufacturing cycle
tion since there is less water to evaporate (and therefore is added to the
advantages seen above) but above all decreases the purchasing accounting item
of raw materials with equal yield (which is far from negligible
when you know that the cost of wood is half the cost
of the finished product: charcoal).

.enfin, le procédé permet d'obtenir par la température maintenue élevée
et constante, un charbon de qualité supérieure et au taux de carbone
invariablement au-dessus de 75 %, ce qui le place dans la norme AFNOR
B.55-101. C'est l'extraction régulière et contrôlée des fluides et
l'inversion du tirage qui, conjugués, permettent la combustion quasi
complète des matières volatiles (produits à haut pouvoir calorifique)
économisant une fois de plus le bois combustible et améliorant le rendement
qualitatif et quantitatif en charbon.finally, the process makes it possible to obtain, by the temperature maintained high
and consistent, high quality carbon with carbon content
invariably above 75%, which places it in the AFNOR standard
B.55-101. It is the regular and controlled extraction of fluids and
the inversion of the draft which, combined, allow the quasi combustion
full of volatile matter (products with high calorific value)
saving fuel wood once again and improving yield
qualitative and quantitative in coal.

- Sur le plan juridique, l'exploitation d'une unité de carbonisation dans
les conditions du dit brevet est seulement soumise à déclaration car
il n'y a pas de rejet direct des produits de la distillation dans l'air.- In legal terms, the operation of a carbonization unit in
the conditions of said patent are only subject to declaration because
there is no direct release of the distillation products into the air.

Rejetant déjà des gaz épurés, elle ne devrait pas être gênée non plus
par des dispositions futures encore plus draconiennes car, si tel était
le cas, il ne serait pas difficile d'adjoindre un système d'épuration
complémentaire, puisque tous les déplacements de fluide sont maitrisés
dans la tuyauterie générale (lavage des poussières de fumées par exemple).Rejecting already purified gases, it should not be obstructed either
by even more draconian future arrangements because, if that were
the case, it would not be difficult to add a purification system
complementary, since all fluid movements are controlled
in the general piping (washing of smoke dust for example).

- Sur le plan relationnel, le système assurant un rejet propre (fumées
presqu' ussi claires que la vapeur d'eau et panache en sortie de cheminée
d'une dizaine de mètres seulement), il ne peut y avoir de problème. L'ensem
ble fonctionnant sans bruit ni odeur, la présence d'une unité de carbonisa
tion n'engendre plus de problème particulier.- On the relational level, the system ensuring a clean rejection (fumes
almost as clear as water vapor and plume leaving the chimney
only ten meters), there can be no problem. The ensem
ble operating without noise or odor, the presence of a unit of carbonisa
tion no longer creates a particular problem.

D'autres caractéristiques de l'invention seront encore mises en évidence au cours de la description d'un mode de realisation qui suit en égard au dessin ci-annexé, lesquels description et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. Other characteristics of the invention will be further highlighted during the description of an embodiment which follows with regard to the attached drawing, which description and drawing are, of course, given above all by way of indication .

La réalisation d'une unité de carbonisation devrait se présenter et fonctionner de la façon suivante les gaz d'un four en pyrolyse (à tirage inversé) (1) sont admis dans un incinérateur (6) par l'intermédiaire d'un collecteur (2). Ils sont entrainés dans ce collecteur (par viscosité et mouvements tourbillonnaires) avec le fluide moteur d'un éjecteur à air (4) alimenté en air chaud par un ventilateur (15) ; ce ventilateur alimente en même temps, grâce à un répartiteur (17) en air chaud un four de même type que celui en pyrolyse mais en fonction séchage (18) (chapeau ouvert) (3). Parallèlement, l'incinérateur "travaille" en échangeur avec un générateur de vapeur (7) et c'est ce générateur de vapeur qui actionne une turbine (14) et le ventilateur vu plus haut situés sur le même axe d'entrainement.L'installation est à ce stade autonome, à cette seule restriction que pour amorcer la captation des gaz de pyrolyse, il faut relier le système de transmission (16) à une source rotative extérieure (arbre moteur d'un tracteur par exemple). Plus précisément, ledit générateur fonctionne de la façon suivante : l'eau descend dans les tubes de chute et est distribuée par le collecteur de distribution dans les tubes de vaporisation (8). Le mélange eau-vapeur monte dans le collecteurséparateur neuf où est séparée la vapeur qui passe dans le circuit de surchauffe (10) puis rejoint la turbine, tandis que la vapeur condensée revient dans le cycle à travers les tubes de chute. L'ensemble fonctionne en circulation naturelle ou en circulation contrôlée, selon le système d'alimentation en eau (la pression de l'eau courante agissant comme une pompe alimentaire). The realization of a carbonization unit should appear and operate in the following way the gases of a pyrolysis oven (reverse draft) (1) are admitted to an incinerator (6) via a collector ( 2). They are entrained in this collector (by viscosity and vortex movements) with the working fluid of an air ejector (4) supplied with hot air by a fan (15); this fan supplies at the same time, thanks to a distributor (17) in hot air, an oven of the same type as that in pyrolysis but in drying function (18) (hat open) (3). At the same time, the incinerator "works" as an exchanger with a steam generator (7) and it is this steam generator which activates a turbine (14) and the fan seen above located on the same drive axis. installation is at this stage autonomous, with this only restriction that in order to start capturing the pyrolysis gases, it is necessary to connect the transmission system (16) to an external rotary source (engine shaft of a tractor for example). More specifically, said generator operates in the following manner: the water descends into the drop tubes and is distributed by the distribution manifold in the vaporization tubes (8). The water-steam mixture rises in the new separator manifold where the steam which passes through the superheating circuit (10) is separated then joins the turbine, while the condensed steam returns in the cycle through the fall pipes. The set works in natural circulation or in controlled circulation, according to the water supply system (the pressure of the running water acting as a food pump).

Ladite cheminée (12) est constituée d'une double enveloppe récupératrice d'air chaud et dispose à sa base d'une boîte à air à sortie tangentielle (13) permettant de refouler au ventilateur de l'air à 1200 environ. Quant aux condensats peu nombreux car toute la tuyauterie est calorifugée, ils sont collectés par l'intermédiaire d'un robinet de purge (5) pour stockage avant élimination ou évacuation, selon les textes en vigueur. Tout l'ensemble de l'installation est contrôlé par des registres et des vannes qui déterminent les conditions-de carbonisation (vapeur admise à la turbine, vitesse admise au ventilateur, pression envoyée à l'injecteur, ...) en fonction d'objectifs déterminés.Said chimney (12) is made up of a double jacket recovering hot air and has at its base an air box with tangential outlet (13) making it possible to discharge air to the fan at about 1200. As for the few condensates because all the piping is insulated, they are collected via a drain valve (5) for storage before disposal or evacuation, according to the texts in force. The entire installation is controlled by registers and valves which determine the carbonization conditions (steam admitted to the turbine, speed admitted to the fan, pressure sent to the injector, etc.) depending on determined objectives.

Il est évident que cette invention, initialement prévue et testée pour carboniser le bois, est utilisable avec tous les autres éléments de la biomasse, voire avec d'autres déchets combustibles. Par ailleurs, l'énergie thermique et mécanique produites peuvent, indépendamment de l'appareillage de pré-séchage du bois et d'alimentation de l'injecteur, être converties en énergie électrique par l'intermédiaire d'un alternateur. De même, la source de vapeur peut facilement etre détournée de son but initial et être orientée vers d'autres débouchés tels que chauffage des locaux par vapeur sèche ou, mieux encore, la production de charbon actif par absorption de vapeur à haute température. It is obvious that this invention, initially planned and tested to carbonize the wood, can be used with all the other elements of the biomass, or even with other combustible waste. Furthermore, the thermal and mechanical energy produced can, independently of the wood pre-drying equipment and the injector supply, be converted into electrical energy by means of an alternator. Likewise, the source of steam can easily be diverted from its initial purpose and be oriented towards other outlets such as space heating by dry steam or, better still, the production of activated carbon by absorption of steam at high temperature.

Claims

1. A method of manufacturing charcoal characterized in that it consists on the one hand of creating a mechanical vacuum on a charring furnace and capturing the fluids released for rejection to the atmosphere after treatment by incineration; on the other hand, to recover the calories from said incineration by generation of steam and to use this steam to activate a fan whose hot air entrains the carbonization fluids at the same time as a wood oven pre-dries.

2. Installation for implementing the method according to claim 1 characterized in that it essentially comprises a carbonization furnace (1) connected by a collector (2) to an incinerator (6).

3. Installation according to claim 2 characterized in that the carbonization oven which is provided with a single outlet vent for fluids at its base has a movable shutter cap (3) in the open position when it is in the drying function.

4. Installation according to claim 2 characterized in that the manifold comprises an ejector tube (4) and a drain valve (5).

5. Installation according to claim 2 characterized in that the incinerator comprises a primary vaporization system (8), an overheating circuit (10) and a collector-separator (9).

6. Installation according to any one of the preceding claims, characterized in that the incinerated gases are evacuated to the atmosphere by means of a double jacket chimney recovering hot air (12) provided with an air box. with tangential outlet at its base (13).

7. Installation according to any one of the preceding claims, characterized in that the steam expands in a turbine (14) located on the same axis as an external transmission system (16) on the one hand and a fan d on the other hand (15).

8. Installation according to any one of the preceding claims, characterized in that the fan sends the hot air from the double jacket of the chimney, either into the ejector tube of the collector, or at the base of the drying oven (18) by through a selective distributor (17).