Помимо производства, установки для сжигания древесного угля также выполняют функцию рециклинга и, таким образом, приносят двойную пользу. По этой причине мобильные печи для сжигания мусора могут использоваться непосредственно на лесозаготовках для безотходного производства, а также на строительных площадках.
Производство древесного угля
Их собирали с костров или специально готовили, засыпая раскаленные угли золой, а затем используя их в качестве несгоревшего топлива для защиты от непогоды в пещерах. Вероятно, первый металл был выплавлен случайно, когда камни, покрывавшие камин с раскаленными углями, оказались рудой. С начала бронзового века древесный уголь был одной из основ развивающейся цивилизации. Уже в 15 и 16 веках плавильщики железа знали, как производить древесный уголь для своих нужд. К концу шестнадцатого века металлургия в основном развивалась на основе древесного угля.
Фактически, европейские страны, особенно Англия и Франция, потеряли свои леса для производства древесного угля. Металлургия нашего «каменного пояса», Урала, также развивалась на основе угля.
Сегодня Бразилия является пионером в производстве высококачественного чугуна, используя уголь в качестве восстановителя. Он используется в десятках технологий и в различных сферах жизни. Уникальное свойство угля — отсутствие угарного газа в продуктах сгорания — сделало его предпочтительным бытовым топливом во многих случаях. В предыдущей работе сообщалось, что в последние годы в развитых странах резко возросло использование древесного угля в сельском хозяйстве. Эксперты рассматривают его использование как новую «зеленую революцию» — очередной переворот в интенсификации сельскохозяйственного производства.
Нагрев — это способ, с помощью которого к материалу добавляется тепло. Существует множество способов нагрева материала (индукция, лучистое тепло и т.д.), но при выжигании древесного угля обычно используется либо прямой нагрев потоком горячего газа, проходящего через лежанку и омывающего поверхность каждого куска, либо косвенный нагрев через стенки машины. В последнем случае теплопередача менее эффективна.
Прямой нагрев. Этот метод передачи тепла по своей сути более эффективен, чем другие методы, но имеет некоторые технические проблемы, которые будут рассмотрены позже. Движение газа внутри слоя неравномерно распределено по сечению. При вертикальном восходящем движении поток у стенок всегда больше, чем через ложе. В стенках всегда больше пустот и, следовательно, меньше сопротивление потоку. Тепло от горячего газа — теплоносителя — передается холодной древесине через поверхность пеллет. Чем площе нагруженный материал, тем больше удельная площадь поверхности. Но меньше и размер каналов — зазоров между отдельными частями. Если мы загружаем опилки в машину слоями, то фильтрация потока через слои незначительна. Поток будет двигаться вдоль стенок и образовывать каналы в слое. Большая часть частиц не будет вымыта. Замкнутые пустоты между частицами делают опилки плохим проводником тепла (не случайно в сельской местности опилки часто бросают в нижние стены домов для утепления зимой). Это затрудняет передачу тепла через слой. Поэтому сушка и измельчение опилок и других мелких материалов в матрасе неэффективны.
Распределение потока внутри слоя имеет некоторые особенности, которые зависят от ориентации устройства, точек входа и выхода теплоносителя и соотношения высоты и длины устройства. Необходимо учитывать, что при низких скоростях потока на поверхности образуются застойные зоны, которые нагреваются хуже, чем другие участки.
Технологические проблемы, связанные с прямым нагревом. Трудно изготовить теплоноситель, не содержащий кислород. При сжигании природного газа также требуется избыток воздуха для обеспечения полного сгорания. Для нормального сгорания других видов топлива требуется больший избыток воздуха, чем для природного газа. Поэтому в теплоносителе всегда присутствует кислород. Можно предусмотреть дополнительную систему для отделения кислорода от теплоносителя, но это усложняет технологию и создает дополнительный элемент, который необходимо контролировать и обслуживать.
Если теплоноситель, насыщенный кислородом, поступает в сушилку, требуется более строгий контроль, так как высушенная древесина в сушилке может загореться. Когда насыщенная кислородом охлаждающая жидкость поступает в пиролизное устройство, неизбежно происходит окисление части углерода. Поэтому выход древесного угля в этом случае ниже. Жидкие и газообразные продукты разложения древесины смешиваются с негорючими дымовыми газами; образующиеся газы имеют низкую теплотворную способность и трудно сжигаются. Если их можно сжечь с помощью топлива с более высокой теплотворной способностью, то тепловой КПД будет низким, поскольку газы разбавлены. Для возврата продуктов сгорания в камеру крекинга необходимо использовать горячий дымоход, который должен быть изготовлен из кислотостойкого металла, так как кислоты из продуктов разложения могут попасть в дымоход. Еще одна трудность: отопительный газ содержит зловонные вещества, а уголь имеет неприятный запах. Чтобы избежать этого, зона охлаждения угля должна быть интегрирована в независимый контур и охлаждаться отдельным потоком газа, который не содержит компонентов, вызывающих неприятный запах.
Отопление через стену. При сжигании угля широко используется внешний нагрев емкостей, встроенных в отопительные системы (топки, печи), в которых происходит сушка и пиролиз. Тепло подводится к стенкам этих сосудов обычно потоком охлаждающего газа, а иногда прямым излучением от горящего топлива и раскаленных стенок печи.
Таблица 3: Выбросы от завода «Эколон» (в сравнении с параметрами, разрешенными законодательством ЕС).
Стоячая куча — один из самых старых и примитивных методов производства древесного угля. Он до сих пор используется в слаборазвитых странах. Опять же, некоторые российские предприниматели пытаются прибегнуть к этой технологии, несмотря на риски для работников и окружающей среды. Поддержание такой кучи — это также опасная работа, с риском смерти во время так называемой подачи кучи — подачи дров для сжигания угля.
Не только в России, но и в некоторых других странах, включая Европу, стали популярны «экологически грязные» устройства в виде горизонтальных и вертикальных бочек с присоединенными камерами сгорания. Во всех этих установках горячие, богатые кислородом дымовые газы поступают в дровяную топку. Разложение происходит в потоке газа. Кислород в нагревательной среде сжигает часть атмосферного газа, а также углерод. Особенно большое количество углерода теряется на последних стадиях процесса. Эти установки не только наносят вред окружающей среде, но и дают меньший выход угля, поскольку часть угля сжигается. В некоторых случаях уголь тонкий и трещиноватый, поскольку на этапе сушки образуются более высокие температуры, а пар, выходящий из древесины, разрушает объем. В этих печах более 70 % исходной массы древесины выбрасывается в окружающую среду. Выбросы содержат фенолы, кислоты, спирты, смолы, альдегиды, кетоны и другие вещества, отравляющие человека и природу. Деревья вблизи этих растений высыхают, и люди заболевают легочными заболеваниями.
Особо следует отметить ситуацию на Дальнем Востоке. Китайское правительство запретило кустарную добычу угля в Китае, и теперь кустарные шахтеры из Китая работают на российской территории. Они приезжают нелегально и работают при попустительстве местных администраций, уничтожая монументальные леса (железный дуб) и делая невыносимой жизнь в соседних поселениях. Число постоянных жителей в Приморье ежегодно сокращается на 16-20 тысяч человек, в то время как более 320 тысяч иностранцев, 75% из которых китайцы, приезжают в эту страну каждый год. Они получают уголь по обычным каналам. Конечно, инопланетяне не заинтересованы в сохранении природы России…..
Для того чтобы создать действительно экологически чистую установку по сжиганию угля, необходимо следовать следующим принципам:
Сырьем для этого должна быть древесина (остатки от лесозаготовок, деревообработки и производства мебели), которая не пригодна для переработки или использования в других целях.
Технология должна быть бескомпромиссно экологичной.
В двадцатом веке жидкие продукты разложения древесины были более востребованы, чем уголь. В последней четверти века на рынке появились продукты органического синтеза, которые были дешевле и качественнее. Спрос на жидкие продукты пиролиза древесины упал до нуля. Также необходимо исключить выброс продуктов разложения в окружающую среду.
Тепло, выделяющееся при сгорании летучих продуктов, должно использоваться для удовлетворения потребностей процесса карбонизации.
Крупные лесохимические заводы в СССР потребляли сырье, которое привозили издалека. В то время это было возможно, поскольку для них существовали особо выгодные транспортные тарифы. Необходимо было подобрать оборудование такой мощности, чтобы можно было снабжать завод сырьем в течение длительного периода времени, при этом радиус доставки не превышал 50-80 км.
Древесный уголь производится путем пиролиза древесины как сырья. В процессе пиролиза древесина нагревается при высоких температурах в аноксической атмосфере. Конечный продукт поставляется на предприятия и попадает на полки магазинов для массового потребления. Он продается в упакованном виде и может использоваться в домашних условиях как замена дров для барбекю или как топливо для биокамина.
К преимуществам продукта относятся:
- отсутствие в его составе вредных веществ (серы, фосфора);
- практически полное отсутствие выбросов в атмосферу: именно поэтому использовать топливо можно в декоративных каминах без дымохода;
- полное сгорание: не образуется большого количества золы;
- высокая теплотворность;
- возобновляемость: растительное сырье восстановимо в природе.
Сфера применения
Древесный уголь используется в промышленности для следующих целей:
- для применения в составе фильтров;
- для плавки кристаллического кремния;
- для использования в металлургии (насыщение стали углеродом, получение чистых сплавов);
- для производства стекла, некоторых видов пластмасс, красок;
- для изготовления натурального красителя для пищевой промышленности;
- для изготовления активированного угля;
- для использования в сельском хозяйстве;
- для применения в качестве удобного бытового топлива для печей, каминов, мангалов.
При сжигании в кухнях и каминах этот вид топлива горит практически без языков пламени и обеспечивает равномерное и интенсивное тепло. Самым высококачественным продуктом является класс А, который изготавливается из твердых пород дерева.
Это важно: если вы используете древесный уголь в помещении (для отопления или приготовления пищи), рекомендуется разжигать его без химических веществ для розжига. Это позволяет избежать неприятных запахов и переноса вредных веществ в пищу. В этом случае уголь разжигается с помощью бумаги и сухой ольхи.
