RU2714648C1 - Reactor for wood raw material torrefication - Google Patents
Reactor for wood raw material torrefication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714648C1 RU2714648C1 RU2019122354A RU2019122354A RU2714648C1 RU 2714648 C1 RU2714648 C1 RU 2714648C1 RU 2019122354 A RU2019122354 A RU 2019122354A RU 2019122354 A RU2019122354 A RU 2019122354A RU 2714648 C1 RU2714648 C1 RU 2714648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- drums
- drum
- torrefaction
- wood
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
- C10B47/28—Other processes
- C10B47/30—Other processes in rotary ovens or retorts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L5/00—Solid fuels
- C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
- C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке древесины, в частности к торрефикации, и может быть использовано в лесной промышленности для переработки отходов древесины с получением полезных составляющих компонентов, используемых в качестве топлива.The invention relates to wood processing, in particular to torrefaction, and can be used in the forest industry for processing wood waste to obtain useful constituent components used as fuel.
Известен комплекс для непрерывной термообработки твердых мелких частиц, преимущественно дисперсных древесных материалов, при котором проводят предварительную подготовку обрабатываемого материала, подготовку газообразного теплоносителя, одновременную подачу теплоносителя и частиц материала в канал камеры термообработки, сушку частиц древесины в процессе непосредственного контакта с теплоносителем, совместное удаление потока твердых частиц и парогазовой смеси, температуру теплоносителя на входе в канал термообработки поддерживают в пределах 500÷600°С, а содержание кислорода в теплоносителе, например дымовых газах, поддерживают ниже 8 мас. %, при этом подачу материала на сушку поддерживают в количестве, обеспечивающем температуру потока на выходе из канала не ниже 200°С, а время нахождения частиц материала в канале термообработки поддерживают в пределах 6÷40 секунд (патент на изобретение РФ № 2596683, опубл. 10.09.2016г.).A known complex for continuous heat treatment of solid small particles, mainly dispersed wood materials, in which preliminary preparation of the processed material is carried out, preparation of a gaseous heat carrier, simultaneous supply of heat carrier and material particles into the channel of the heat treatment chamber, drying of wood particles in direct contact with the heat carrier, joint removal of flow solid particles and gas mixture, the temperature of the coolant at the inlet to the heat treatment channel supports m within 500 ÷ 600 ° C, and the oxygen content in the coolant, such as flue gases was kept below 8 wt. %, while the supply of material for drying is supported in an amount that ensures the temperature of the stream at the outlet of the channel is not lower than 200 ° C, and the residence time of the particles of material in the heat treatment channel is maintained within 6–40 seconds (RF patent No. 2596683, publ. September 10, 2016).
В данном комплексе для непрерывной термообработки твердых мелких частиц с помощью мощного вентилятора 90-100 кВт в газообразный теплоноситель имеющий температуру 500-600°С подается поток твердых древесных частиц, который вместе с теплоносителем прогоняется по кольцевой, замкнутой трубе большого диаметра (1200 мм) и на выходе из трубного канала температура должна быть не меньше 200°С.In this complex for continuous heat treatment of solid small particles using a powerful fan of 90-100 kW, a flow of solid wood particles is fed into a gaseous coolant having a temperature of 500-600 ° C, which, together with the coolant, is driven through an annular, closed pipe of large diameter (1200 mm) and at the outlet of the pipe channel, the temperature should be at least 200 ° C.
Известный тепловой аэродинамический способ термообработки обеспечивает высокое качество готового продукта, но имеет чрезвычайно высокую энергоемкость за счет высокого аэродинамического сопротивления, так как на перемещение небольшого количества твердых древесных частиц в газообразном теплоносителе (5-7 кг в секунду) необходимо затратить 90-100 кВт электроэнергии.The well-known thermal aerodynamic method of heat treatment provides high quality of the finished product, but has an extremely high energy intensity due to the high aerodynamic resistance, since it is necessary to spend 90-100 kW of electricity to move a small amount of solid wood particles in a gaseous coolant (5-7 kg per second).
Промышленная установка, реализующая патент на изобретение РФ 2596683 разработана, изготовлена и запущена в работу в г. Шелехов, Иркутской области и показала свою эффективность по качеству готового продукта, но является энергоемкой. An industrial installation that implements a patent for an invention of the Russian Federation 2596683 is designed, manufactured and put into operation in the city of Shelekhov, Irkutsk Region and has shown its effectiveness in the quality of the finished product, but it is energy-intensive.
Известно устройство для обработки биомассы при котором обработка биомассы включает загрузку биомассы в торрефикационную систему, нагревание биомассы, содержащей влагу, до температуры торрефикации. Торрефикационная система содержит первое устройство обработки и второе устройство обработки. В первом устройстве биомассу нагревают до температуры 260-310°C в течение первого периода времени и подают во второе устройство обработки при температуре 230-280°C в течение второго периода времени, который продолжительнее, чем первый период времени. При этом температуру во втором устройстве поддерживают ниже, чем наивысшая температура в первом устройстве. Первый период времени составляет предпочтительно максимум 3 мин, а второй период времени, по меньшей мере, 3 мин. (патент на изобретение РФ № 2596743, опубл. 10.09.2016 г.).A device for processing biomass is known in which the processing of biomass involves loading biomass into a torrefaction system, heating the biomass containing moisture to a temperature of torrefaction. The torrefaction system comprises a first processing device and a second processing device. In the first device, the biomass is heated to a temperature of 260-310 ° C for a first period of time and fed to the second processing device at a temperature of 230-280 ° C for a second period of time that is longer than the first period of time. In this case, the temperature in the second device is kept lower than the highest temperature in the first device. The first period of time is preferably a maximum of 3 minutes, and the second period of time is at least 3 minutes. (patent for the invention of the Russian Federation No. 2596743, publ. 09/10/2016).
При этом способе термообработки в барабанах с принудительным вращением, как описано в патенте на изобретение РФ № 2596743, когда в процессе термообработки биомасса сначала разогревается в одном вращающемся барабане, а затем перемещается во второй вращающийся барабан, для последующей термообработки требуются очень большие энергозатраты для принудительного вращения барабанов и перемещения биомассы из одного барабана в другой.With this method of heat treatment in forced-rotation drums, as described in RF patent for invention No. 2596743, when the biomass is first heated in one rotating drum during heat treatment and then moved to a second rotating drum, very large energy inputs for forced rotation are required for subsequent heat treatment drums and moving biomass from one drum to another.
Известны реакторы для торрефикации древесины описанные достаточно подробно (https://studref.com/307805/tehnika/reaktory_torrefikatsii, найдено в интернете 25.02.2019 г., см. Приложение к заявке). В результате анализа можно привести следующие недостатки по видам реакторов, а именно:There are known reactors for wood torrefaction described in sufficient detail (https://studref.com/307805/tehnika/reaktory_torrefikatsii, found on the Internet on February 25, 2019, see the Appendix to the application). As a result of the analysis, the following disadvantages by types of reactors can be given, namely:
- низкое качество готового продукта из-за комкования сырья;- low quality of the finished product due to clumping of raw materials;
- пережег готового продукта;- burned out the finished product;
- высокая энергоемкость процесса из-за большого сопротивления при аэродинамическом переносе сырья, перемещения сырья посредством шнека, большой мощности двигателей при вращении барабанов.- high energy intensity of the process due to the high resistance during the aerodynamic transfer of raw materials, the movement of raw materials through the auger, the high engine power during rotation of the drums.
Известны также барабаны, которые не вращаются и названы ретортами, которые устанавливаются в термоизолированный корпус, В барабаны загружается сырье и они подвергаются термической обработке включая циклы сушки, термомодификации, при необходимости торрефикации и далее охлаждения. Поскольку барабаны не вращаются , постольку нет интенсивного перемешивания сырья, при этом мелкоизмельченное древесное сырье обладает крайне низкой теплопроводностью, что неизбежно приводит к подгоранию сырья на стенках барабана, а в центре барабана древесное сырье комкуется. Известное устройство не может обеспечить возможность получения торрефиката с однородными свойствами. Известное оборудование производит ООО Уралтехдревуголь г. Нижний Тагил (МПРУ- 40, МПРУ - 60).Also known are drums that do not rotate and are called retorts that are installed in a thermally insulated casing. Raw materials are loaded into the drums and they are subjected to heat treatment including drying, thermal modification, and, if necessary, torrefaction and further cooling. Since the drums do not rotate, there is no intensive mixing of the raw materials, while the finely chopped wood raw materials have extremely low thermal conductivity, which inevitably leads to the burning of raw materials on the walls of the drum, and in the center of the drum the wood raw materials are crumpled. The known device cannot provide the possibility of obtaining a torreficate with homogeneous properties. Known equipment is manufactured by Uraltehdrevugol LLC, Nizhny Tagil (MPRU-40, MPRU-60).
Патентные исследования по заявке для определения предшествующего уровня техники проводились по следующим рубрикам МПК: C 10L 5/44, C 10 B 47/30. В результате патентных исследований выявлены также следующие технические решения в этой области техники, которые были учтены при анализе: СN 107434977, CN 107325825, CN 206308313, CN 208266115.Patent research on the application to determine the prior art was carried out according to the following headings of the IPC:
Известен агрегат для торрефикации, включающий в себя по меньшей мере одну зону торрефикации, которая представляет собой отдельную область в отсеке агрегата для торрефикации, расположенную перед зоной нагревания по отношению к впуску биомассы в агрегате для торрефикации, которая содержит средства для отдельного регулирования температуры в упомянутой отдельной области, и в которой температура предварительно нагретой биомассы поддерживается практически постоянной при желаемой температуре торрефикации для желаемого времени торрефикации, где желаемая температура торрефикации находится в диапазоне от 220 до 600°С, причем зона торрефикации включает в себя средства для охлаждения, которые соединены с сосудом или агрегатом, вмещающим охлаждающий носитель, где охлаждающий носитель является водой.(патент на изобретение РФ № 2615169, опубл. 04.04.2017 г.).A known unit for torrefaction, comprising at least one torrefaction zone, which is a separate area in the compartment of the torrefaction unit, located in front of the heating zone with respect to the biomass inlet in the torrefaction unit, which contains means for separately controlling the temperature in said separate areas in which the temperature of the preheated biomass is kept almost constant at the desired torrefaction temperature for the desired torrefic time and where the desired torrefaction temperature is in the range from 220 to 600 ° C, and the torrefaction zone includes cooling means that are connected to a vessel or unit containing a cooling medium, where the cooling medium is water. (RF patent No. 2615169 , published on 04.04.2017).
В известном устройстве наличие шнека, перемещающего древесную массу через зону нагревания, торрефикации и охлаждения, требует высокого расхода электроэнергии и затрат на преодоление трения древесного сырья относительно поверхностей шнека и трубы.In the known device, the presence of a screw moving the wood pulp through the heating, torrefaction and cooling zone requires a high energy consumption and the cost of overcoming the friction of wood raw materials relative to the surfaces of the screw and pipe.
В г. Онега, Архангельской области построен завод по производству торрефицированных топливных гранул, которые получают из древесных лигниносодержащих отходов. Оборудование разработано и произведено в Финляндии. Энергоемкость процесса получения готового продукта также чрезвычайно высокая за счет электромеханического привода механизмов перемещения сырья.In Onega, the Arkhangelsk region, a plant for the production of torrefied fuel pellets, which are obtained from wood lignin-containing waste, was built. The equipment is designed and manufactured in Finland. The energy intensity of the process of obtaining the finished product is also extremely high due to the electromechanical drive of the mechanisms of movement of raw materials.
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является реактор для торрефикации древесного сырья при низкой температуре, который содержит корпус с камерой нагрева и камерой торрефикации, которые снабжены барабанами, выполненными с возможностью вращения (патент на изобретение РФ № 2559491, опубл. 10.08.2015 г.).The closest technical solution selected by the applicant as a prototype is a reactor for torrefaction of wood raw materials at low temperature, which contains a housing with a heating chamber and a torrefaction chamber, which are equipped with rotary drums (patent for the invention of the Russian Federation No. 2559491, publ. 10.08 .2015).
Данное устройство обеспечивает достаточно высокое качество продукта, однако имеет высокие энергозатраты и значительные массово-габаритные размеры.This device provides a fairly high quality product, however, it has high energy consumption and significant mass-overall dimensions.
Технической задачей изобретения является снижение энергоемкости при получении торрефицированной древесины.An object of the invention is to reduce the energy intensity upon receipt of torrefied wood.
Технический результат - снижение энергоемкости устройства для получении торрефицированной древесины с одновременным обеспечением высокого качества торрефиката.EFFECT: reduced energy intensity of a device for producing torrefied wood while ensuring high quality of torreficate.
Техническая задача достигается тем, что реактор для торрефикации древесного сырья содержит корпус с камерой нагрева и камерой торрефикации, в которых с возможностью вращения размещены барабаны со съемными крышками, отличающийся тем, что реактор дополнительно снабжен наклонными направляющими, обеспечивающими возможность вращения барабанов путем их скатывания под действием силы тяжести, дополнительно за камерой торрефикации выполнен участок охлаждения, при этом направляющие на границах камеры нагрева, торрефикации и участке охлаждения содержат отсекатели, выполненные с возможностью вертикального перемещения, в верхней части реактора выполнена труба для отвода газов, отходящих из реактора, причем по оси каждого барабана установлена перфорированная труба, которая образует кольцевую полость для загрузки исходного сырья и взаимодействует одним торцом со съемной крышкой, выполненной с возможностью отвода газообразных продуктов из полости барабана.The technical problem is achieved in that the reactor for torrefaction of wood raw materials contains a housing with a heating chamber and a torrefaction chamber, in which the drums with removable covers are rotatably disposed, characterized in that the reactor is additionally equipped with inclined guides that enable the drums to rotate by rolling them under the action gravity, in addition to the torrefaction chamber, a cooling section is made, while the guides at the boundaries of the heating chamber, torrefaction and the section are cooled They contain cut-offs made with the possibility of vertical movement, in the upper part of the reactor there is a pipe for exhausting gases leaving the reactor, and a perforated pipe is installed along the axis of each drum, which forms an annular cavity for loading the feedstock and interacts with one end face with a removable cover made with the possibility of removal of gaseous products from the cavity of the drum.
Барабаны и перфорированные трубы выполнены металлическими.Drums and perforated pipes are made of metal.
Перфорированные трубы имеют сквозные отверстия диаметром предпочтительно 1-3 мм.Perforated pipes have through holes with a diameter of preferably 1-3 mm.
Направляющие установлены под острым углом к горизонту, предпочтительно под углом от 7-10.The guides are installed at an acute angle to the horizon, preferably at an angle of 7-10.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:Comparison of the claimed technical solution with the prototype shows that it differs in the following features:
- реактор дополнительно снабжен наклонными направляющими;- the reactor is additionally equipped with inclined guides;
- барабаны установлены на наклонных направляющих с возможностью вращения путем скатывания под действием силы тяжести;- the drums are mounted on inclined rails with the possibility of rotation by rolling under the action of gravity;
- в реакторе дополнительно за камерой торрефикации выполнен участок охлаждения;- in the reactor, in addition to the torrefaction chamber, a cooling section is made;
- направляющие на границах камеры нагрева, торрефикации и участка охлаждения содержат отсекатели;- guides at the borders of the heating chamber, torrefaction and the cooling section contain cutoffs;
- в верхней части реактора выполнена труба для отвода отходящих газов;- in the upper part of the reactor a pipe is made for the removal of exhaust gases;
- по оси каждого барабана установлена перфорированная труба;- a perforated pipe is installed along the axis of each drum;
- перфорированная труба образует в барабане кольцевую полость для загрузки сырья;- the perforated pipe forms an annular cavity in the drum for loading raw materials;
- перфорированная труба взаимодействует одним торцом со съемной крышкой, выполненной с возможностью отвода газообразных продуктов из полости барабана.- the perforated pipe interacts at one end with a removable lid, made with the possibility of removal of gaseous products from the cavity of the drum.
Поэтому можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Therefore, we can assume that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
Изобретение может быть реализовано с использованием известных технических средств, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».The invention can be implemented using well-known technical means, therefore it meets the criterion of "industrial applicability".
При оценке изобретательского уровня заявителем приняты во внимание следующие дополнительные материалы.When evaluating the inventive step, the applicant took into account the following additional materials.
Диссертация на соискание степени кандидата технических наук Тимербаевой А.Л, научный руководитель д.т.н., Сафин Р.Р., «Термическая обработка измельченной древесины в реакторах тарельчатого типа», в которой приводится подробный анализ теплообменных процессов, которые происходят в конструкции разных реакторов. Аннотация на основе анализа патентной информации в которой рассмотрены объекты интеллектуальной собственности в области торрефикации энергетической древесины, запатентованные в России в 2013-2018 годах. Автор: Горностаев Виталий Николаевич ведущий инженер, начальник отдела защиты интеллектуальной собственности и изобретательства ФГБOУ ВО «Петрозаводский государственный университет» г. Петрозаводск, Республика Карелия.The dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences A. Timerbaeva, supervisor, Doctor of Technical Sciences, Safin RR, “Heat treatment of crushed wood in plate-type reactors”, which provides a detailed analysis of the heat exchange processes that occur in the design different reactors. An abstract based on the analysis of patent information which examines intellectual property in the field of energy wood torrefaction, patented in Russia in 2013-2018. Author: Gornostaev Vitaliy Nikolaevich Leading Engineer, Head of the Department of Intellectual Property and Invention Protection, Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Republic of Karelia.
Анализ вышеописанного предшествующего уровня техники, а также других известных реакторов для термической обработки измельченного древесного сырья показал, что у них есть общие проблемы, а именно - высокие энергозатраты для обеспечения работы установок для торрефикации.An analysis of the aforementioned prior art, as well as other known reactors for heat treatment of ground wood raw materials, showed that they have common problems, namely, high energy costs for ensuring the operation of torrefaction plants.
В предлагаемом устройстве поднятый на определенную высоту барабан, заполненный исходным сырьем, под действием силы тяжести скатывается по наклонным направляющим, последовательно без какого либо электромеханического привода, дискретно вращается и проходит последовательно через зоны сушки сырья, термообработки и участок охлаждения.In the proposed device, a drum raised to a certain height, filled with feedstock, rolls along inclined guides under the action of gravity, sequentially without any electromechanical drive, rotates discretely and passes sequentially through the drying zones of the raw materials, heat treatment and the cooling section.
Следует отметить, что нагрев барабана осуществляется путем теплообмена как с его наружной поверхности, так и с внутренней поверхности через установленную по оси барабана перфорированную трубу. При этом в барабане происходит постоянное и интенсивное перешивание сырья, при котором не возникает слипания сырья в комки, и снижается вероятность пережога или недожога готового продукта, а также отсутствует пригорание сырья к стенкам барабана.It should be noted that the drum is heated by heat exchange both from its outer surface and from its inner surface through a perforated pipe mounted along the axis of the drum. At the same time, a constant and intensive alteration of the raw material occurs in the drum, in which there is no sticking of the raw material into lumps, the likelihood of burnout or underburning of the finished product is reduced, and there is no burning of the raw material to the walls of the drum.
Инженерные расчеты показывают, что энергоемкость в предлагаемом устройстве в 2,5 - 3 раза ниже, чем у вышеуказанных способов термообработки. А именно, установка (г. Шелехов) - затраты при производительности 3,6 тонн/час, при цене электроэнергии 6 руб/кВт составляют 180 рублей на тонну продукта. На заводе в г.Онега, затраты составляют 175 рублей на тонну продукта.Engineering calculations show that the energy intensity in the proposed device is 2.5 to 3 times lower than that of the above heat treatment methods. Namely, the installation (the city of Shelekhov) - costs at a productivity of 3.6 tons / hour, with an electricity price of 6 rubles / kW amount to 180 rubles per ton of product. At the plant in Onega, costs are 175 rubles per ton of product.
При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков, обеспечивающая заявленный технический результат, выявлена не была, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».When conducting patent information research, the claimed combination of features, providing the claimed technical result, was not identified, therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
На Фиг.1 схематично показано заявляемое устройство, где А - участок сушки, В - участок торрефикации, С - участок охлаждения, D - канал для подачи барабанов, на Фиг.2 показан барабан, на Фиг.3 показано запорное устройство барабана, на Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8 показана экспериментальная установка для проведения опытных испытаний, на Фиг. 9, 10 показан готовый продукт, который был получен на экспериментальной установке из щепы сосны, на Фиг.11 - готовый продукт, полученный из опила осины.Figure 1 schematically shows the inventive device, where A is the drying section, B is the torrefaction section, C is the cooling section, D is the channel for supplying the drums, Figure 2 shows the drum, Figure 3 shows the locking device of the drum, .4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8 shows an experimental setup for conducting pilot tests; FIG. 9, 10 shows the finished product, which was obtained in an experimental installation from pine chips, Fig.11 - finished product obtained from sawdust aspen.
Реактор смонтирован на опорах 1, 2, 3, на которых под острым углом к горизонту от 7-10 жестко установлены направляющие 4.The reactor is mounted on
Барабаны 5 могут скатываться по направляющим 4 под действием силы тяжести. В барабанах 5 помещено древесное сырье, преимущественно отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки в виде мелкокусковой щепы и опила или их смеси.The
Для контролируемого удержания барабанов 5 от скатывания под действием силы тяжести по направляющим 4, предусмотрены отсекатели 6, 7, 8, выполненные с возможностью вертикального перемещения путем их опускания и поднятия. При опускании отсекателей 6,7,8 обеспечивается скатывание барабанов 5 вниз.To control the retention of the
Реактор закрыт сверху и с боков металлическим ограждением с утеплителем 9.The reactor is closed at the top and sides with a metal fence with a
Для удаления из реактора дымовых газов, образующихся в том числе от топочных котлов 14 , 15, реактор снабжен дымовой трубой 10.To remove flue gases from the reactor, including those generated from
Температура дымовых газов в камере торрефикации древесного сырья измеряется и регулируется датчиками температуры 11, а в камере нагрева - датчиками температуры 12.The temperature of the flue gases in the chamber of torrefaction of wood raw materials is measured and regulated by
Загрузка барабанов 5 древесным сырьем и выгрузка готовой торрефицированной продукции осуществляется манипулятором и далее барабаны 5 подаются в реактор вилочным погрузчиком 13 с левой стороны и этим же вилочным погрузчиком 13 с правой стороны реактора барабаны 5 с готовой продукцией извлекаются.The loading of the
Для обеспечения требуемой температуры сушки используется топочный котел 14, а для торрефикации сырья -топочный котел 15.To ensure the required drying temperature, a
Для ограничения самопроизвольного скатывания барабанов 5 служит ограничительный упор 16, имеющий прорези для лап вилочного погрузчика 13, с целью снятия барабанов с направляющих 4.To limit the spontaneous rolling of the
На Фиг. 2 показан барабан 5, который выполнен из листовой нержавеющей стали в виде сварного цилиндра диаметром от 1.0 до 2.5 метра, длиной 2.0-3.0 метра и имеющим днище 17, герметично приваренное к цилиндрическому основанию барабана 5.In FIG. 2 shows a
К днищу 17 барабана 5 приварена перфорированная труба 18 диаметром 70-120 мм, в которой по всей длине выполнены сквозные отверстия 19 диаметром 1-3 мм, через которые из древесного сырья удаляется влага, а также пиролизные газы, образующиеся в процессе торрефикации.A
Перфорированная труба 18 образует в барабане 5 кольцевую полость для загрузки древесного сырья, поэтому нагрев древесного сырья происходит одновременно путем теплообмена как через внешнюю поверхность барабана 5, так и через стенки перфорированной трубы 18.The
Открытая торцевая часть барабана 5 снабжена съемной крышкой 21, имеет штампованный или приваренный подгубник 20, наружный диаметр которого соответствует диаметру съемной крышки 21.The open end part of the
В центре съемной крышки 21 выполнено отверстие 22, которое при установке съемной крышки 21 на перфорированную трубу 18, фиксируется диаметральным запорным устройством 23, хорошо известным в практике реторт использования бочек со съемной крышкой.In the center of the
Диаметральное запорное устройство 23 представляет из себя П-образный гибкий хомут, который накидывается по периметру съемной крышки 21, установленной на подгубник 20 барабана 5 со стороны открытой его торцевой части и свободного торца перфорированной трубы 18. Диаметральное запорное устройство 23 установлено вертикально и плотно фиксирует съемную крышку 21 с помощью крючка 24, на который накидывается хомут рычага-фиксатора 25. Натягиванием диаметрального запорного устройства 23 и хомута рычага-фиксатора 25, обеспечивается надежная фиксация съемной крышки 21 и, соответственно, обеспечивается герметичность барабана 5. После фиксации съемной крышки 21, на перфорированную трубу 18 устанавливается заглушка 26. Для предотвращения попадания в перфорированную трубу 18 древесного сырья, заглушка 26 устанавливается на перфорированную трубу 18 при загрузке барабана 5. После фиксации крышки 21 диаметральным запорным устройством 23, и загрузке барабана 5 заглушка 26 снимается, открывая отверстие 22 и открытый торец перфорированной трубы 18.The
На участке охлаждения С, где барабаны 5 с готовым продуктом остывают до температуры 80°С, предусмотрены форсунки 27 для распыления охлаждающей воды.At the cooling section C, where the
Для моделирования процесса термообработки в реакторе и получения результатов и режимов термомодификации, торрефикации измельченных древесных отходов, размером в поперечном сечении предпочтительно не более 5 мм и длиной до 50-60 мм, таких как щепа и опил, была разработана, изготовлена и прошла полный цикл экспериментальных исследований экспериментальная установка (далее - ЭУ) которая представлена на Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7, Фиг. 8.To simulate the heat treatment process in the reactor and obtain the results and modes of thermal modification, torrefaction of crushed wood waste, preferably not more than 5 mm in cross section and 50-60 mm long, such as wood chips and sawdust, a complete experimental cycle was developed, manufactured and passed research experimental installation (hereinafter - EU) which is presented in Fig.4, Fig.5, Fig.6, Fig.7, Fig. 8.
Экспериментальная установка выполнена в виде термоизолированного корпуса из листового металла толщиной 3 мм, в полости которого помещен утеплитель, например, перлит (Фиг. 4, сечение G-G).The experimental setup is made in the form of a thermally insulated casing of sheet metal with a thickness of 3 mm, in the cavity of which a heater, for example, perlite, is placed (Fig. 4, section G-G).
ЭУ выполнена на трубном основании 28, в виде полозьев, которые позволяют путем скольжения перемещать ЭУ в нужное место.The control unit is made on the
Трубное основание 28 жестко приварено к днищу нижней части корпуса 29, к которому через шарнир 30 крепится верхняя часть корпуса, выполненная в виде подъемной крышки 31.The
Подъемная крышка 31 имеет возможность подъема относительно шарнира 30 с помощью кронштейна 32, к которому крепится трос 33 и имеется возможность поднимать и опускать подъемную крышку 31 для загрузки и выгрузки двух барабанов 5.The lifting
Подъем и опускание подъемной крышки 31 производится механической лебедкой 34, которая передает усилие на трос 33 через вертикальную стойку 35 и блок 36.Raising and lowering the lifting
В cечении G-G (Фиг. 4) на верхней и нижней части ЭУ видно, что верхняя 31 и нижняя 29 части корпуса ЭУ выполнены в два слоя из металла 37 с помещенной внутрь термоизоляцией 9, например, в виде хорошо известного утеплителя - перлита, который засыпан между сварных и герметичных листов металла 37 толщиной 3 мм.In section GG (Fig. 4) on the upper and lower parts of the EU, it is evident that the upper 31 and lower 29 parts of the EU housing are made in two layers of
В подъемной крышке 31 установлен термодатчик 12, который передает электрический сигнал на цифровой пульт управления 38.A
Для регулировки требуемой температуры в диапазоне температур 130-350°С служит электрический вентилятор поддува 39, который в зависимости от требуемой температуры заданной на цифровом пульте управления 38, устанавливает и регулирует требуемую температуру горения дров в нижней части камеры сгорания 40, расположенной в нижней части корпуса 29, где имеется клапан подачи воздуха 41, регулируемый рычагом 42, который либо полностью закрыт и препятствует подаче воздуха, либо частично или полностью открыт для подачи воздуха клапаном 41 и интенсификации горения дров.To adjust the required temperature in the temperature range 130-350 ° C, an
Загрузка дров или любого другого вида твердого топлива для обеспечения требуемой для термомодификации температуры (130-190°С) или температуры торрефикации (230-290°С) производится через загрузочный люк 43, который смонтирован на шарнирах 44 и имеет возможность откидываться до упора в землю для удобства загрузки дров и фиксируется в закрытом положении после загрузки требуемого количества дров с помощью опускающегося и вращающегося упора - защелки 45, выполненной в виде Г-образной подвижной щеколды.The loading of firewood or any other type of solid fuel to ensure the temperature required for thermal modification (130-190 ° C) or torrefaction temperature (230-290 ° C) is made through the
Для вращения барабанов 5, выполненных для экспериментальной установки из стандартных бочек 200 литровой емкости со съемной крышкой 21, и диаметральным запорным устройством 23, который за счет рычага-фиксатора 25 защелкивается на крючке 24, предусмотрено три вращающихся вала 46. На одном торце трех вращающихся валов 46 установлены три вращающихся звездочки 47, которые за счет цепной передачи 48 от приводной звездочки 49, приводится во вращение от мотор редуктора 50, имеющего возможность регулирования нужной частоты вращения кольцеобразных барабанов 5 заполненных мелкоизмельченным древесным сырьем в виде щепы и/или опила.To rotate the
Вращение барабанов 5 производится по заданной программе, полностью моделирующей процесс термомодификации и торрефикации сырья в заявляемом реакторе.The rotation of the
В качестве котла, который обеспечивает необходимую для термомодификации и торрефикации древесного сырья температуру, используется камера сгорания 40.As a boiler, which provides the temperature necessary for thermal modification and torrefaction of wood raw materials, a
В подъемной крышке 31 установлена дымовая труба 10, через которую отводятся дымовые газы от сгорания дров, газообразные продукты, выделяющиеся из барабанов 5 и излишки тепла.A
В Таблице 1 приведены режимы термообработки древесного сырья которые применялись на ЭУ.Table 1 shows the modes of heat treatment of wood raw materials that were used on EU.
На Фиг. 9, 10 показан готовый продукт, который был получен на ЭУ из щепы сосны, на Фиг. 11 - готовый продукт из опила осины.In FIG. 9, 10 shows the finished product, which was obtained on EU from pine chips, FIG. 11 - finished product from sawdust aspen.
Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.
Для загрузки древесным сырьем барабана 5 съемная крышка 21 снимается. Для этого снимается диаметральное запорное устройство 23, путем открытия рычага-фиксатора 25 и снятия его с крючка 24 . Барабан 5 ставится на днище 17, а на свободный торец перфорированной трубы 18 надевается заглушка 26, которая при загрузке древесного сырья препятствует его попаданию в перфорированную трубу 18.To load the wood raw material of the
Загрузка древесного сырья в барабан 5, который устанавливается вертикально на днище 17, осуществляется на специальном загрузочном транспортере (на рисунке не показан) через трубу дозатора, который засыпает в кольцевую полость барабана 5 строго определенное количество сырья, уровень которого должен доходить до уровня подгубника 20. Далее надевается съемная крышка 21. При этом, с перфорированной трубы 18 снимается заглушка 26 и перфорированная труба 18 вставляется в отверстие 22 на съемной крышке 21. Затем одевается диаметральное запорное устройство 23. На крючок 24 накидывается хомут рычага - фиксатора 25 и съемная крышка 21 надежно фиксируется на барабане 5, препятствуя попаданию в него атмосферного кислорода, и, как следствие, обеспечение такой герметичности внутри барабана 5, которая препятствует самовозгоранию сырья при высоких температурах 130-290°С (максимально до 350°С).The loading of wood raw material into the
Для обеспечения непрерывного цикла, общее количество барабанов 5 должно быть как минимум в два раза больше, чем количество барабанов 5, находящихся на участках сушки А, термомодификации или торрефикации В и охлаждения С, и предпочтительно должно составлять 50-60 штук.To ensure a continuous cycle, the total number of
Барабаны 5, заполненные древесным сырьем, погрузчик 13 помещает в канал D на направляющие 4. При этом отсекатель 6 опущен, а отсекатель 7 поднят и барабаны 5 скатываются до отсекателя 7 и далее погрузчик 13 загружает следующие барабаны полностью заполняя участок сушки А до зоны D.The
Перед загрузкой первого барабана 5, топочные котлы 14, 15 соответствующих участков сушки и термомодификации - торрефикации, запускаются в работу, обеспечивая прогрев до заданной температуры. Топочные котлы 14, 15 работают на отходах древесины, взятых например в виде дров, срезки.Before loading the
Температура теплового потока на участке сушки А должна находиться в диапазоне 150-190°С, а на участке термомодификации и торрефикации сырья - 200-300°С.The temperature of the heat flow in the drying section And should be in the range of 150-190 ° C, and in the area of thermal modification and torrefaction of raw materials - 200-300 ° C.
После того, как сырье высушивается в течении 40-75 минут опускается отсекатель 7 и барабаны 5 по мере загрузки канала D скатываются до отсекателя 8.After the raw materials are dried within 40-75 minutes, the cutter 7 is lowered and the
Далее погрузчик 13 снова загружает барабаны 5 с древесным сырьем на участок сушки А через канал D. Термомодификация сырья осуществляется при температуре теплового потока от топочного котла 15 при температуре 200-220°С, продолжительностью 40-60 минут, а торрефикация сырья производится при температуре теплового потока 290-300°С, время торрефикации составляет 30-40 минут. Особенностью заявляемой конструкции является то, что теплоноситель для сушки и торрефикации одновременно подается как на внешнюю поверхность, так и вовнутрь барабанов 5 через перфорированную трубу 18, выполненных металлическими. Этим достигается равномерный прогрев сырья, причем через сквозные отверстия 19 перфорированной трубы 18 из полости барабанов 5 выводятся пиролизные газы и водяной пар, которые далее через трубу 10 выводятся из реактора.Next, the
После того, как древесное сырье в барабанах 5 прошло термомодификацию или торрефикацию отсекатель 8 опускается и барабаны 5 с готовой продукцией скатываются до упора 16 .After the wood raw material in the
На участке охлаждения С охлаждение барабанов 5 осуществляется, как правило, водой мелкодисперсионным струйно-капельным способом с помощью форсунок 27.In the cooling section C, the cooling of the
Когда температура готового продукта в барабане 5 достигает менее 80°С, при котором самовозгорание невозможно, погрузчик 13 забирает барабан 5 и отвозит ее на участок выгрузки готового продукта.When the temperature of the finished product in the
Средняя расчетная продолжительность цикла завершения процесса в реакторе с использованием заявляемых барабанов 5, полностью заполненных древесным сырьем, в качестве которого предпочтительно берут влажное мелкоизмельченное древесное сырье в виде щепы или опила, а также их смеси, определенная на основании опытного процесса, проведенного на экспериментальной установке, составляет 150-200 минут (с учетом охлаждения на участке охлаждения С).The average estimated cycle time of the completion of the process in the reactor using the
Это связано с тем, что реактор для термомодификации и торрефикации древесных отходов является устройством непрерывного действия, где, после скатывания одного барабана 5 до упора 16 участка охлаждения С, погрузчик 13 увозит его на склад готовой продукции для разгрузки готового продукта, и тут же пополняет барабан 5, заполненный свежим древесным сырьем, помещает его в канал D вместо скатившегося ранее (прошедшего полный цикл) барабана 5.This is due to the fact that the reactor for thermal modification and torrefaction of wood waste is a continuous device, where, after rolling one
Средняя продолжительность цикла торрефикации на участке В одного барабана составляет 20-30 минут, которая определена на основании проведенных исследований на экспериментальной установке.The average duration of the torrefaction cycle in section B of one drum is 20-30 minutes, which is determined on the basis of studies performed on an experimental installation.
В таблице 2 приведена сравнительная расчетная эффективность энергозатрат.Table 2 shows the comparative estimated efficiency of energy consumption.
На Фиг. 9, 10 и 11 показан полученный торрефикат из сосновой стружки и осинового опила, который имеет однородную структуру, получение которой возможно только в случае обеспечения равномерности прогрева исходного сырья в течение всего цикла тепловой обработки.In FIG. 9, 10 and 11 show the obtained torreficate from pine shavings and aspen sawdust, which has a homogeneous structure, which can be obtained only if the raw materials are uniformly heated throughout the heat treatment cycle.
Таким образом, в заявляемом техническом решении достигается высокая степень качества готового продукта, обеспечиваемая равномерностью прогрева, при существенном снижении энергозатрат. Снижение энергозатрат связано с тем, что энергия затрачивается только на нагрев барабанов, причем для нагрева используются отходы деревообработки (срезка, стружка и т.п.), и не тратится энергия на привод вращения барабанов и принудительное перемещение сырья по технологическим зонам, а эти энергозатраты, как показывают исследования, могут достигать 25-30%.Thus, in the claimed technical solution, a high degree of quality of the finished product is achieved, ensured by the uniformity of heating, with a significant reduction in energy consumption. The reduction in energy costs is due to the fact that energy is spent only on heating the drums, and woodworking waste (cutting, shaving, etc.) is used for heating, and energy is not wasted on driving the rotation of the drums and forced movement of raw materials through the technological zones, and these energy costs , studies show, can reach 25-30%.
Таблица 1Table 1
Таблица 2table 2
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019122354A RU2714648C1 (en) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Reactor for wood raw material torrefication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019122354A RU2714648C1 (en) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Reactor for wood raw material torrefication |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2714648C1 true RU2714648C1 (en) | 2020-02-18 |
Family
ID=69625693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019122354A RU2714648C1 (en) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | Reactor for wood raw material torrefication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2714648C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101379167A (en) * | 2006-01-06 | 2009-03-04 | 荷兰能源建设基金中心 | Process and device for treating biomass |
RU2559491C2 (en) * | 2010-03-29 | 2015-08-10 | Торкаппаратер-Термиск Просессутрустнинг Аб | Method and device for biomass low-temperature pyrolysis |
RU2596683C1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" (ООО "ПРОМЕТЕЙ") | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex |
RU2615169C2 (en) * | 2011-05-18 | 2017-04-04 | Биоэндев Аб | Method of biomass torrefication including cooling step of torrefication reaction |
JP2017071722A (en) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 株式会社トムテック | Torrefaction device |
CN107434977A (en) * | 2017-04-05 | 2017-12-05 | 李艺 | Double heating highly effective reaction kettles inside and outside a kind of groove type of scrap tire and waste plastics life electronic waste pyrolysis |
-
2019
- 2019-07-16 RU RU2019122354A patent/RU2714648C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101379167A (en) * | 2006-01-06 | 2009-03-04 | 荷兰能源建设基金中心 | Process and device for treating biomass |
RU2559491C2 (en) * | 2010-03-29 | 2015-08-10 | Торкаппаратер-Термиск Просессутрустнинг Аб | Method and device for biomass low-temperature pyrolysis |
RU2615169C2 (en) * | 2011-05-18 | 2017-04-04 | Биоэндев Аб | Method of biomass torrefication including cooling step of torrefication reaction |
RU2596683C1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" (ООО "ПРОМЕТЕЙ") | System for continuous heat treatment of solid fine particles, mainly disperse wood materials and methods of heat treatment, implemented using said complex |
JP2017071722A (en) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 株式会社トムテック | Torrefaction device |
CN107434977A (en) * | 2017-04-05 | 2017-12-05 | 李艺 | Double heating highly effective reaction kettles inside and outside a kind of groove type of scrap tire and waste plastics life electronic waste pyrolysis |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4816572A (en) | Thermocondensed lignocellulose material, and a method and an oven for obtaining it | |
US8304590B2 (en) | Autothermal and mobile torrefaction devices | |
US8198493B1 (en) | High energy efficiency biomass conversion process | |
US8585997B2 (en) | Process and an apparatus for converting solid organic materials into carbon or activated carbon | |
US2973306A (en) | Process for producing charcoal and apparatus therefor | |
US20100162618A1 (en) | Biocoke producing apparatus and process therefor | |
WO2011149327A1 (en) | High-temperature lumber treatment system | |
CA2700104A1 (en) | Pyrolysis of biomass | |
RU2714649C1 (en) | Method for wood raw materials torrefication | |
CA2857246C (en) | Method and arrangement for torrefaction with controlled addition of cooling liquid to the torrefied material | |
EP2658948B1 (en) | Biochar machine and process for treating agricultural waste | |
RU2646917C1 (en) | Method of thermochemical conversion of organic containing raw material and the complex of thermochemical conversion including the rejector of conjugated heating for its implementation | |
RU2714648C1 (en) | Reactor for wood raw material torrefication | |
EP3134494A1 (en) | Torrefaction apparatus | |
RU192827U1 (en) | Wood raw material torrefaction drum | |
KR102262101B1 (en) | Hybrid system for drying and carbonizing organic matter | |
US4716054A (en) | Accelerated fixing of chromate-containing wood preservative salts | |
KR101168967B1 (en) | Apparatus for drying sludge | |
RU2784767C1 (en) | Modular pyrolysis plant for charcoal production | |
RU2429273C1 (en) | Plant for charcoal production | |
RU2270848C2 (en) | Vertical furnace for production of active carbon | |
WO2000009629A1 (en) | Continuous production closed retort charcoal reactor | |
KR102632237B1 (en) | Steam Coal Manufacturing System Using Sewage Sludge Odor Reduction Heat Treatment Electric Dryer | |
RU2806939C1 (en) | Chamber for drying wood waste in flue gas environment | |
RU2395557C2 (en) | Apparatus for producing charcoal |