- Печи для производства древесного угля
- Процесс пиролиза или углежжение — производство древесного угля
- Производство древесного угля — Национальный исторический комплекс «Горчица Хоупвелл» (Служба национальных парков США)
- Искусство изготовления древесного угля в печи Хоупвелл Национальный исторический музей Историческое место в Пенсильвании, где одной из ключевых работ было изготовление древесного угля для растопки железной печи. Том Страка, профессор лесного хозяйства Университета Клемсона в Южной Каролине, также работает волонтером-угольщиком на этом историческом месте. В следующем посте он объясняет процесс изготовления древесного угля.
Печи для производства древесного угля
Технология изготовления древесного угля известна человечеству много веков. Еще в древности люди заметили, что уголь намного эффективней, чем дрова. Сначала угольки собирали в местах лесных пожарищ, потом стали делать древесный уголь самостоятельно. Для этого выкапывали яму в земле, складывали туда бревна, присыпали землей, а поверх разводили огонь, который поддерживали долгое время. Через несколько дней в яме образовывались угли. Секрет заключается в том, что при недостатке кислорода древесина не сгорает, а превращается в уголь – процесс пиролиза. Этот способ взяли на вооружение современные производители углевыжигательных печей. Они усовершенствовали процесс, так чтобы добиться повышения выхода готовой продукции и сделать углежжение безосным для окружающей среды и людей. Печи для производства древесного угля бывают разных модификаций, малогабаритные бытовые и большие углевыжигательные печи и комплексы, состоящие из одной, двух или трех камер.
Более подробно ознакомиться со всеми комплектациями и характеристиками печей углежжения: Углевыжигательные печи
Древесный уголь производят в печах под действием высокой температуры без доступа кислорода в результате пиролиза древесины. древесный уголь – это горючее, твердое пористое (до 80%) вещество черного цвета, с характерным синеватым блеском. В зависимости от плотности достаточно хрупкий, может ломаться и крошиться при механических воздействиях.
Бытовые печи для производства древесного угля
Небольшие недорогие печи для производства древесного угля можно использовать в частном хозяйстве, установить в огороде или во дворе частного дома. Небольшие затраты на оборудование позволят получать качественный древесный уголь, который можно использовать для приготовления шашлыка и блюд на углях, а также продавать соседям. Небольшие партии угля позволят обеспечить себя высокоэффективным топливом. В некоторых хозяйствах углем топят камины, что намного выгодней, чем топить дровами.
Древесный уголь дает устойчивый жар, не искрит, обеспечивает тепло в доме. Еще уголь в частном хозяйстве можно использовать для кузнечной ковки. Если есть горн и наковальня, то уголь собственного производства, изготовленный в углевыжигательной печи, с лихвой обеспечит потребности небольшой мастерской. Малогабаритные печи для угля занимают мало места, они оборудованы системой дожига пиролизных газов, поэтому не выделяют в атмосферу дым и вредные примеси. Процесс работы печки прост и понятен. Этому легко научиться. В составе древесного угля присутствуют минеральные примеси, такие как оксиды и карбонаты кальция, калия, марганца, натрия, железа, алюминия и др., а также кислород и водород. Наилучшими показателями по прочности и плотности обладают угли из твердолиственных пород деревьев: дуб и береза.
Промышленные печи для производства древесного угля
Если есть возможность организовать крупное предприятие по производству древесного угля, то можно приобрести крупногабаритную углевыжигательную печь или углевыжигательный комплекс. Углевыжигательные печи могут быть с одной или двумя камерами. Источник тепла газогенераторный котел, который обеспечивает равномерный нагрев печной камеры. Камера герметична, есть модели печей для угля с разным объемом камер. Чем больше объем камеры, тем больше требуется сырья для загрузки, тем больше будет выход готовой продукции. Такие печи также имеют систему дожига пиролизных газов, поэтому безопасны для окружающей среды. Принцип работы промышленный печей для производства древесного угля не отличается, от бытовых печей. Весь набор операций будет идентичен. Сначала в камеру загружают сырье. Лучше использовать дрова из березы, так как березовый уголь считается самым ценным. Дальше печь топят. Тепло высушивает древесину, после чего в условиях недостатка кислорода начинается процесс пиролиза. Пиролизные газы отводятся в топку, где дожигаются, что позволяет экономить на топливе. Потом печь остывает и можно выгружать готовый уголь.
Свежеприготовленный древесный уголь в объемах более 100 дм3 при обычных условиях склонен к самовозгоранию. До отправки потребителю древесный уголь должен быть стабилизирован для предотвращения самовозгорания. Древесный уголь необходимо предохранять от взаимодействия с сильными окислителями, не допускается скопления угольное пыли.
Трехкамерные углевыжигательные комплексы
Трехкамерные углевыжигательные комплексы позволяют организовать непрерывный процесс производства древесного угля. Это поможет повысить выход готовой продукции и избежать длительных простоев в работе. Три камеры работают от одного источника тепла. Пока в одной камере происходит сушка древесины, в другой идет пиролиз, а в третьей уголь остывает. Сначала необходимо загрузить сырье в три камеры. Источник тепла дает жар, который регулируется задвижками. Сначала тепло идет в одну камеру, где осуществляется сушка древесины, потом, когда в ней начнется пиролиз, с помощью задвижки основной жар уходит в другую камеру, где снова запускается процесс сушки древесины. В это время в первой камере получается уголь и ее можно оставить остывать, а жар с помощью задвижки перенести на третью камеру, где снова начнется процесс сушки.
При работе с древесным углем должны соблюдать правила безопасности для предприятий лесохимической промышленности. В случае возгорания древесный уголь следует тушить водой или пеной. Упаковка, маркировка, транспортировка и хранение древесного угля регламентирует ГОСТ 28670.
Ретортные печи для производства древесного угля
Ретортные печи для производства древесного угля стоят дороже, чем обычные печи, но работать с ними легче. Главное их отличие в том, что печные камеры оснащены сменными ретортами и механизмом передвижения реторт (рельсами). В этом случае загрузка сырья осуществляется в реторту, это что-то вроде съемного контейнера, который можно вкатить и выкатить из печной камеры.
Процесс пиролиза или углежжение — производство древесного угля
Дешевые синтетические нефтепродукты всё активнее вытесняют проверенный временем древесный уголь. Однако, по статистике спрос на него совсем не падает, а стабильно растет. Благодаря технологии углежжения или по-научному пиролизу получают уксусную кислоту, ацетатные растворители, формалин и, конечно же, сам уголь, который используется в качестве топлива, а также в производстве сероуглерода, кристаллического кремния, активного угля, электроугольных изделий и т. д.
Процесс пиролиза был изучен ещё в 19 веке. В 20-м он был поставлен на широкую ногу, тогда же стали известны и основные проблемы, связанные с ним: не самый высокий процент выхода готового продукта и, плюс к этому, загрязнение окружающей среды. Однако в начале нового тысячелетия ученым не только удалось добиться максимального выхода древесного угля, но и сделать углевыжигание более экологичным.
Виды и устройство углевыжигательных печей
Половину производимого в России угля получают с помощью специальных печей. Как правило, это маломощные стационарные установки, устаревшей конструкции. Тем не менее, даже на них научились производить уголь первого и высшего сортов, имеющий продолжительное горение и ровный, высокий жар.
И всё же современное производство вынуждает углежогов переходить на более производительные, а главное – мобильные установки. Первые – вертикальные реторты непрерывного действия считаются наиболее прогрессивными и обычно дополнительно оснащаются линиями подготовки древесного сырья, а также утилизации и переработки жидких продуктов пиролиза. Вторые не отличаются производительностью, но их основное преимущество в возможности перемещения печи к месту хранения сырья. Да и начинающему, неопытному углежогу лучше осваивать данный бизнес, имея небольшую установку. Кстати, перевозить их можно на прицепе легкового автомобиля, либо в кузове небольшого грузовичка (типа ГАЗель).
Стационарные углевыжигательные печи по своей конструкции могут быть однокамерные и трехкамерные. Однокамерный аппарат – это вариант для углежога, решившего начать с малого и пока не задумывающегося о перспективе. Трехкамерные печи дороже, но экономичнее и долговечнее. Во-первых, тратят на 40% меньше дров, т. к. в каждой камере идет своя стадия углежжения: пиролиз-сушка-остывание. Во-вторых, снижается пиковая нагрузка на печь, да и работа обслуживающего персонала распределяется равномернее.
Производственный процесс пиролиза
В процессе пиролиза обычно используют древесину лиственных пород, реже – хвойных. При 15-процентной влажности сырья на выходе получается 25% готового древесного угля, жидких продуктов – 55%, остальное – газы. Лучше использовать большие древесные куски для улучшения качества угля. Но важно не переборщить, т. к. при усадке происходит растрескивание и образование мелких частиц. Их объем может достигать 20% от готового продукта. Качественным считается уголь, размер фракции которого не менее 12 мм.
При переработке жидких пиролизных остатков получают до 10% древесной смолы, а также различные её компоненты: 6-9% уксусной кислоты, до 4,5% метанола и 5-6 процентов прочих соединений (альдегидов, кетонов, эфиров и др.).
Обзор установок
Наибольшее распространение на российском рынке получили печи на базе ППУ (печь передвижная углевыжигательная). Так в Нижнем Новгороде выпускается модель УПП-2 М, в Северодвинске – «СОЛЗА», в Москве – ПУМ-6. Все установки похожи друг на друга: вес каждой – около 2,5 тонн; все узлы легкоразборны; производительность – порядка 80 тонн в год.
Общей особенностью моделей является реверсивное движение теплоносителя, что обеспечивает практически полное сжигание продуктов разложения древесины внутри печи до оксида углерода (II). Днище из толстого металла позволяет эксплуатировать установки практически на любом грунте, даже на торфяниках. Печи просты в эксплуатации и легко управляются. Есть, правда, и недостатки. К основным можно отнести: слабую теплоизоляцию и невысокий выход готового угля.
Кстати, аналогичную по производительности установку, но в мобильном исполнении выпускают на Украине. Углевыжигательная печь «Грильбон» способна выпускать до 6 тонн древесного угля ежемесячно. Один цикл пиролиза длится 3 суток. Весит установка всего 1800 кг, а обслуживают её три человека. Главным её достоинством является возможность получения угля ресторанного качества.
Теперь о мощных печах. Имеет смысл обратить внимание на серию российских установок «Поликор». Производительность – 400-2000 тонн/год, в сутки – до 5,2 тонн. Эти стационарные модели дешевы в строительстве и просты в обслуживании.
Однако для тех, кто думает о будущем, лучше сразу брать новейшую установку из семейства «Эколон». Отличает её суперэкологичность (0% выбросов), высокое энергосбережение и способность производить хороший уголь из древесины любой породы и даже древесных отходов. Доказательством этому является тот факт, что печь «Эколон» умеет изготавливать мечту владельцев каминов – «угольные поленья», полностью сохраняющие форму дров.
Аналогичную, но менее мощную углевыжигательную печь (выход – 1,5 т/сутки) выпускают в Вологде. Имя у неё фантастическое – «Фантастика». Комплекс оборудован системой дожига газов, системой удаления влаги. Процесс пиролиза идет всего 6 часов, благодаря быстрому прогреву сырья в камерах и удалению (а не стандартному выпариванию) влаги.
А вот пример того, что Кулибины никогда не переведутся в нашей стране. Энтузиастами разработана простейшая углевыжигательная печь с забавным названием «Кузнечик». Печурку можно собрать буквально «на коленке» из подручных материалов. Абсолютно экологичная, производительность для такого малыша отменная – 50 тонн угля в год. Обслуживать её может один человек. Разработчики, правда, советуют использовать при сборке не самый тонкий металл, иначе через год ваш «кузнечик» просто сгорит и ему потребуется капитальный ремонт. Всю информацию по установке вы можете найти по ссылке (http://bioenergy-spb.narod.ru/kuznechik.html). Она находится в открытом доступе и никакими авторскими правами не ограничивается.
Владислав Пермин, специально для Equipnet.ru
Производство древесного угля — Национальный исторический комплекс «Горчица Хоупвелл» (Служба национальных парков США)
Лафайет Хоук, последний известный угольщик Хоупвелла, продемонстрировал производство древесного угля Гражданскому корпусу охраны природы в 1936 году. два других — железная руда и флюс, обычно известняк. Из трех это единственный возобновляемый ресурс, но и самый дорогой для приобретения. Его нельзя просто добыть, его необходимо создать с помощью трудоемкого и деликатного процесса. Для поддержания работы печи размером с Хоупвелл требовалось огромное количество древесного угля. Когда она работала «в дутье», печь потребляла 800 бушелей древесного угля в день. Заправка печи Хотя антрацит на короткое время опробовали в Хоупвелле, он так и не прижился здесь, как в других местах, из-за расходов на транспортировку угля в Хоупвелл. Печь просуществовала как печь для древесного угля более четырех десятилетий после того, как большая часть черной металлургии перешла с древесного угля на антрацитовый уголь, но в 1883 году печь Хоупвелла «выгорела» в последний раз, уступив в бизнесе более дешевым антрацитовым печам.
Подъем топоров и запах угля Хотя может показаться, что это большое количество дров, при преобразовании в древесный уголь этого хватило только на то, чтобы печь работала около 2 1/2 часов. В среднем печь для древесного угля потребляла 30 корд дров для производства около 1100 бушелей древесного угля, что достаточно для работы печи в течение 1 1/2 дня. Годовая потребность в древесном угле в Хоупвелле потребляла от 5000 до 6000 корд древесины, или более 200 акров лесных массивов ежегодно. Несмотря на распространенные мифы, производство древесного угля не привело к вырубке лесов в этом районе. Лучшей древесиной для изготовления древесного угля были лиственные деревья возрастом 20-25 лет. Печь с примерно 6000 акрами леса могла бы создать систему, в которой дровосеки будут вырубать то, что им нужно, на определенной площади, затем принимать меры, чтобы скот не поедал новые «побеги», а 20 лет спустя лесорубы возвращались обратно. вокруг этой области и сократить снова.
Производство древесного угля
Сохранение традиции |
Последнее обновление: 19 августа 2020 г.
Искусство изготовления древесного угля в печи Хоупвелл Национальный исторический музей Историческое место в Пенсильвании, где одной из ключевых работ было изготовление древесного угля для растопки железной печи. Том Страка, профессор лесного хозяйства Университета Клемсона в Южной Каролине, также работает волонтером-угольщиком на этом историческом месте. В следующем посте он объясняет процесс изготовления древесного угля.
Национальное историческое место Хоупвелл Фернейс является примером плантации древесного угля. Древесный уголь был топливом для железной печи, и его производство было неотъемлемой частью плантации. Несколько раз каждое лето на небольшой огороженной территории к западу от угольного амбара угольщики или угольщики практикуют искусство производства древесного угля с помощью угольной ямы.
Это традиционный метод производства древесного угля, который используется в печи Хоупвелл с 1771 года. Сжигание древесного угля обычно запланировано на май и август. Любознательных посетителей часто привлекает большая черная насыпь, производящая много дыма, а угольщики привыкли к тому, что их спрашивают, чем они на самом деле занимаются. Ниже приведены типичные вопросы, которые часто задают посетители, а затем ответы угольщиков.
1. Что ты делаешь?
Мы производим древесный уголь, топливо, используемое в производстве железа. Человек, отвечающий за производство древесного угля, назывался угольщиком.
2. Что такое древесный уголь?
Древесный уголь представляет собой твердые отходы черной древесины, образующиеся при сжигании древесины в закрытых помещениях с ограниченным доступом воздуха (кислорода).
Диорама открытого угольного карьера. Обратите внимание на три яруса дерева и дымоход, построенный в центре, с грязевым покрытием, чтобы изолировать дерево от воздуха. /Даг Пейдж)
3. Что горит внутри этой черной насыпи?
Под этим черным материалом находится плотно упакованная груда дерева, называемая угольной ямой. Черный слой изолирует древесину от воздуха, позволяя ей «запекаться или поджариваться», и в результате неполного сгорания образуется древесный уголь.
4. Что это за черный слой и какой он толщины?
Этот черный слой представляет собой угольную пыль, оставшуюся от старых угольных ям. Двухэтапный процесс покрытия древесного ворса называется листованием и опылением. Сначала накладывается тонкий слой листьев, чтобы грязь не попала на уголь и не загрязнила его. Во-вторых, яма заделывается тонким слоем грязи или угольной пыли.
5. Почему они разместили печь здесь?
Рядом есть все четыре необходимых ингредиента для производства железа: железная руда, известняк для флюса, проточная вода и деревья для производства древесного угля.
6. Почему они не использовали просто уголь в качестве топлива?
В то время древесный уголь, работающий в печи Хоупвелл, был единственным подходящим топливом для чугунной печи.
7. Почему бы просто не использовать в качестве топлива дрова вместо древесного угля?
Для выплавки чугуна дутье должно было постоянно гореть очень горячим. Древесный уголь горит намного горячее, чем древесина (даже выдержанная древесина) и при более постоянной температуре.
8. Как устроена свая?
Под угольной пылью и листьями лежит аккуратно сложенная стопка дров. Небольшой треугольный дымоход посередине обеспечивает опору для сваи, вентиляцию и место для разведения огня. Затем к дымоходу были сложены четырехфутовые куски дерева, слегка наклоненные внутрь, чтобы груда дров могла быть насыпью, которая удерживала бы слой угольной пыли. Яма для древесного угля может иметь два или три яруса дерева (таким образом, она может быть высотой 8 или 12 футов).
9. Это место, где изначально располагалась угольная яма?
Нет. Древесный уголь делали в лесу, где росли деревья. Древесный уголь гораздо легче транспортировать и хранить, чем древесину, так как он весит в три раза меньше и в два раза меньше объема.
10. Как вы его освещаете?
Угольная яма поджигается в верхней части дымохода лопатой или двумя горящими углями от костра. Как только огонь разгорается, дымоход накрывают деревянной плитой (бридженом), а сверху засыпают листьями и грязью.
11. Что произойдет, если огонь в дымоходе погаснет?
При необходимости в дымоход подбрасывали горящие угли, чтобы «подзарядить» огонь.
12. Как долго будет гореть угольная яма?
Зависит от размера угольной ямы. В демонстрации Хоупвелла мы используем небольшие угольные ямы, всего в несколько шнуров, которым потребуется около недели, чтобы «сгореть» или «встать на ноги» («пропечься» до дна печи). куча).
13. Вся ли древесина превращается в углерод?
Если работа выполнена хорошо, большая часть древесины превратится в углерод.
14. Какова история производства древесного угля? Как далеко это датируется?
Человек использовал древесный уголь с незапамятных времен. Во французских пещерах есть рисунки углем, которым более 10 000 лет.
15. Значит, ни одно дерево на самом деле не «сжигается» в угольной яме?
Древесина обожжена, а не сожжена. Как только яма достигает примерно 518 ° F (270 ° C), процесс карбонизации становится самоподдерживающимся.
16. Насколько сильно нагревается угольная яма?
Пиковая температура составляет около 750°F. При правильных условиях она может превышать 1000°F.
Горящая угольная яма; яму только что подожгли, поэтому из дров идет пар./Пат Страка
17. Что за дым идет из костра?
Если все идет как надо, дым будет представлять собой летучие газы, образующиеся при карбонизации. Сначала от костра идет белый дым, так как отгоняется водяная влага.
18. Что происходит, когда в крышке угольной ямы образуются дыры?
Любые трещины в крышке ямы от грязи и листьев (что является нормальным явлением в цикле производства древесного угля из-за перемещения внутри штабеля и погодных условий) должны быть немедленно загерметизированы, чтобы предотвратить попадание слишком большого количества воздуха (кислорода) в штабель и вызывая «выгорание».
19. Вы забираетесь на угольную яму по этой лестнице, чтобы засыпать ямы. Это опасно?
Самый опасный аспект работы назывался «перепрыгнуть через яму». Угольщик должен был следить за слабыми местами или «муллами» на «голове» (верхней части) ямы и, если бы они произошли, он бы прыгнул в яму, чтобы заполнить пространство, созданное муллом.
20. Откуда взялась древесина?
Hopewell Furnace владела или контролировала от 4000 до 8000 акров леса вокруг печи, включая то, что сейчас является парком штата Френч-Крик.
21. Как платили угольщику?
В то время как дровосекам платили за шнур, угольщикам платили за бушель или, возможно, за повозку. Чем больше древесного угля добывали шахты, тем больше он зарабатывал.
22. Какую древесину вы используете?
Древесный уголь можно изготовить из любой породы дерева. «Твердая» древесина, такая как дуб, гикори, клен и каштан, делает горящий уголь в печи более горячим.
23. Каковы характеристики хорошего древесного угля?
Чатурведи (1943) определил это как: «Древесный уголь хорошего качества сохраняет текстуру древесины; он угольно-черного цвета с сияющим блеском на свежем поперечном разрезе. Он звонкий с металлическим звоном, не давит и не пачкает пальцы. Он плавает в воде, является плохим проводником тепла и электричества и горит без пламени».
Основными факторами были (1) тип древесины (лучше всего подходят лиственные деревья), (2) размер кусков древесины, (3) состояние древесины, (4) влажность древесины, (5) состояние почвы, (6 ) время года и (7) погодные условия и температура.
25. Имеет ли сам древесный уголь влажность?
Древесный уголь прямо из карьера содержит очень мало влаги, но она быстро увеличивается до 5-15 процентов, когда уголь подвергается воздействию воздуха.
Вагон с древесным углем под холодильной камерой печи Хоупвелл. Вагоны с древесным углем были построены таким образом, что, если уголь не был достаточно охлажден, дно фургона можно было очень быстро открыть, а груз горячего угля вывалить на тропу. Это нижнее отверстие также использовалось для опорожнения вагона при доставке / Пэт Страка 9.0006
26. Что происходит с угольной ямой, если идет дождь или ветер?
Как только огонь в дымоходе хорошо разожжен, ливень на самом деле служит для плотного уплотнения ямы, в результате чего куча прогорает хорошо, но быстрее.
27. Что происходит после того, как древесный уголь сделан в лесу?
После того, как уголь был выгребен из очага и остыл, его загружали в специально построенные вагоны для угля и отвозили в угольный сарай (или дом) рядом с печью.
28. Почему ваш уголь отличается от того, что я покупаю в мешках в магазине?
Большая часть древесного угля сегодня представляет собой древесно-угольные брикеты. Древесноугольные брикеты представляют собой композит, созданный из суспензии древесного угля, опилок, древесных отходов, угольной пыли и минералов.
29. Работали ли угольщики круглый год?
Зима была плохим временем для производства древесного угля, поэтому они работали с мая по октябрь.
30. Вы выгребаете уголь из шланга. Вода не повреждает уголь?
Настоящий древесный уголь (в отличие от брикетов) не портится под действием воды
31. Зачем использовать угольные ямы, если есть печи для обжига угля ?
Угольная печь представляет собой постоянное сооружение из камня или кирпича. Хотя их проще использовать, они дороги, а древесину нужно доставлять в печь. Рядом с дровами можно построить угольную яму.
32. Сколько древесного угля производит шахта и сколько древесины находится в яме?
Большая угольная яма может содержать 30 связок дров. Хороший угольщик может производить от 35 до 40 бушелей за шнур.
33. Кто вырубил всю древесину и сколько древесины было заготовлено за год?
На протяжении всей истории печи дровосеками была самая многочисленная группа работников печи. Из 213 наемных рабочих с 1835 по 1837 год 112 были дровосеками. Годовая потребность в древесном угле в Хоупвелле потребляла от 6000 до 7000 шнуров древесины, или 200 акров лесных массивов ежегодно.
34. Привела ли вся эта вырубка леса к обезлесению в этом районе?
Лес был вырублен с использованием системы устойчивого урожая.