СХЕМА ВИРОБНИЦТВА ДЕРЕВНОГО ВУГІЛЛЯ
Існує кілька різновидів деревного вугілля, пов'язаних з різною технологією виготовлення та особливостями сировини.
Наприклад, у Японії дуже великий попит на так зване «біле» вугілля, яке випалюється з далекосхідного залізного дуба. Деякі зарубіжні фірми виготовляють як паливо для камінів та грилів «червоне вугілля», що отримується м'яким вугледженням за невисокої температури.
Переважною сировиною для вуглепалення є твердолистяна деревина. З неї виходить більш міцне і щільне вугілля. У нових умовах сировиною для вуглепечіння частіше стають відходи хвойних порід, осика, чагарникові. Зробити з них якісне вугілля можна, якщо виробляти вугілля за відпрацьованою технологією та брикетувати.
При термічному розпаді деревини, крім деревного вугілля, утворюються рідкі та газоподібні продукти. Рідкі продукти виходять з гарячої зони частково в краплинній фазі, частково в парах, утворюючи разом з газами, що не конденсуються парогазову суміш. До другої третини 20 століття ці продукти були менш затребувані, ніж вугілля. Але наприкінці століття вони були витіснені дешевшими, що виготовляються на основі синтезу з нафтопродуктів та природного газу. Ця обставина і зміна транспортних тарифів зробили заводи, що існували, нерентабельними, і вони перепрофілювалися або припинили існування.
Режим піролізу визначальним чином впливає на вихід і склад продуктів, але за інших рівних умов вихід залежить від породи деревини, що переробляється, і частини дерева, схильної до піролізу. У промисловому виробництві вихід вугілля часто буває значно менше, ніж розрахунковий. Найпоширеніші причини - це попадання кисню повітря в апарат, внаслідок чого відбувається вигоряння частини вугілля, а такожособливості режиму та втрати при перевантаженнях, виключення з балансу відсіяного та спаленого на своєму виробництві вугільного пилу. Якісним вважається для більшості напрямків споживання вугілля, прокалювання якого завершено при 450...550 градусів С.
Технологія виробництва деревного вугілля відносно проста, але вимагає певної культури виробництва. Інакше вихід вугілля знижується, вугілля виходить тріщинуватий, дрібний, що пахне смолами, недопалений.
Апаратів для термічного розкладання деревини створено багато. Деякі їх працюють нині. Інші ще зовсім недавно використовувалися у промисловості, але тепер втратили своє значення. Ще більше таких, що залишились у патентах, конструкторських розробках, досвідчених установках.
Настав час, коли інтуїтивне винахідництво, засноване на «смаковому» сприйнятті конструкції, що вибирається, має відійти в минуле. Накопичених знань достатньо, щоб не винаходити нові вуглевипалювальні апарати, а суворо і точно розраховувати варіант, який відповідає вимогам конкретного замовника – складу та кількості сировини, особливостей попиту та інших параметрів.
Схема, що систематизує всі вже винайдені та майбутні вуглевипалювальні апарати.
На нинішньому етапі розвитку найбільш прийнятні ті технологічні рішення, які можуть бути використані в умовах лісопромислового підприємства та дозволяють переробити відходи. При цьому вуглевипалювальні апарати повинні відповідати таким умовам:
1.Продуктивність по сировині відповідає обсягу відходів для підприємства (зазвичай, 3…20 тис. куб м/рік). Таким чином, виключаються дальні перевезення сировини, що дорожчає виробництво. 2.При невеликій продуктивності недоцільно переробляти рідкіпродукти. Вони повинні спалюватись, покриваючи потреби процесу в теплі. 3.Установка має бути екологічно чистою. Необхідно виключити викиди у навколишнє середовище та забруднення. 4.Установка повинна бути простою у виготовленні. Транспортабельний варіант повинен мати можливість переміщення під час передислокації лісозаготівель. 5.Установка повинна бути проста в управлінні, вибухо- та пожежобезпечна.
Історично, вуглеціння було екологічно брудним процесом. Вуглевипалювальні купи та всілякі примітивні «бочки» та ями забезпечували вугіллям і промисловість, і населення. Слід врахувати, що з кінця 19 століття завдяки успіхам медицини відбулося різке збільшення чисельності населення, особливо збільшилася його щільність у Європейській частині країни та західному Заураллі. В останньому столітті швидко зростав попит на товари, для виготовлення яких було потрібне деревне вугілля. Через війну, тиск на природу, вироблене екологічно брудними технологіями, стало загрозою виживання самої природи.
Тим часом попит на деревне вугілля зростає. Підприємці, зацікавлені лише у прибутку, взяли на озброєння насамперед дешеві печі УВП-5. Їх обслуговування потребує важкої ручної праці. Головний їхній недолік полягає в тому, що всі парогази викидаються в атмосферу, забруднюючи довкілля. Печі не мають ізоляції, тому тепловтрати великі. Температура поверхні печі у стадії екзотерми досягає 300 градусів, що є грубим порушенням нормативів техніки безпеки. Вихід вугілля з кубометра дров удвічі нижчий, ніж у раціонально організованих установок. Разом з тим, завдяки щільному ручному укладанню дров, вони відносяться до найбільш ефективних по виходу вугілля на одиницю об'єму апарату і на тонну витраченого металу. Як правило, ціпечі обслуговують держстарбайтери. Коли вони підривають здоров'я та їдуть додому, їм на зміну приїжджають інші такі самі. Наші традиції, що сягають радянської системи, дозволяють виправдовувати це винищення природи та людей виробничою необхідністю. Потрібно було розірвати це порочне коло.
Ця конструкція в її спрощеному вигляді була використана в Індії. Там за її допомогою переглюють різні сільськогосподарські залишки. Отримане вугілля брикетують. Наразі в Індії працює близько 400 таких установок.
Удосконалення цієї технології вилилося у створення сімейства апаратів з виємними ретортами, які отримали загальну назву «ПОЛІКОР». На відміну від попередніх конструкцій установки цієї серії мають окремо рознесені зони сушіння та піролізу. Це дозволяє раціональніше використовувати тепло, спрямовуючи гарячі димові гази спочатку в зону піролізу, а потім в сушарку. Наразі в Україні працює 6 установок типу «Полікор». Подальший розвиток цього напряму дозволив створити печі «ЕКОЛОН», у яких усунуто виявлені при експлуатації «ПОЛІКОРІВ» недоліки.
Піч Еколон
1 топка; 2 піролізна камера; 3 сушильна камера; 4 реторти із дровами; 5 реторти з остигаючим вугіллям; 6 витяжна труба
Показники
Існує потреба і в установках іншого типу – невеликих, транспортабельних, здатних пересуватися до місць накопичення відходів.
Такі установки можуть стати в нагоді для утилізації деревини рубок догляду в лісгоспах, у складі автопоїздів при прокладанні багатолісними районами різних трас і т.п. Розроблено та спроектовано дві установки цього призначення. Це «КОРВІТ» та «ПОЛІВКА». «КОРВІТ» у форматі транспортного контейнера у зменшеному вигляді повторює конструктивні рішення «ЕКОЛОН». «ПОЛІВКА» конструктивно вирішена інакше. Горизонтальне розташування реторт дозволяє замінити підйомний пристрій лебідкою. У зменшеному варіанті це може бути ручна лебідка і тоді установка виходить повністю енергонезалежною. І та, й інша установки збудовані, пройшли вже дослідну експлуатацію і можуть поставлятися виробниками замовникам у готовому вигляді. Проектна продуктивність "Полівки" до 250 т/рік вугілля (2000 куб. м/рік деревних відходів), "Корвета" до 350 т/рік (3000 куб. м/рік дров).
В даний час розробляється новий тип стаціонарної установки продуктивністю до 600 т/рік вугілля. Така установка потрібна там, де об'єм відходів не перевищує 7000 куб. м/рік. В установку закладено принцип, апробований у мобільній установці «Полівка» – горизонтальне переміщення контейнерів, що виймаються. Завершено експериментальні роботи зі створення лінії, що включає брикетування тирси та виробництво з них вугілля. Таке вугілля користується підвищеним попитом і в Європі та в низці Азіатських країн.
Тирса, що не використовується, стала тягарем для багатьох лісопильних і деревообробних.підприємств, та його перетворення на товарну продукцію в такий спосіб вимагає незмірно менших капіталовкладень проти виробництвом пелет. Вдвічі менше за енерговитрати, т.к. виключається розмелювання тирси в борошно. При цьому можна створити ефективне виробництво, яке переробляє від 40 куб. м/добу тирси. Це досить великий обсяг, але, якщо залучити у виробництво відходи кількох пилорам, можна отримати ефективне виробництво на практично некид сировину. Брикети мають густину 1100 – 1200 кг/куб. м і можуть безпосередньо використовуватись як елітне паливо. З брикетів, виготовлених на вітчизняному верстаті, випущено дослідну партію вугілля. Отримане вугілля задовольняє всім вимогам, які пред'являються за ГОСТ 7657-94, вищому сорту марки А, хоча виготовлений з хвойної тирси.
З поточною ситуацією та прогнозом розвитку українського ринку деревного вугілля можна ознайомитись у звіті Академії Кон'юнктури Промислових Ринок«Ринок деревного вугілля в Україні».
Ю. Юдкевич, к.т.н. гол. технолог ТОВ "Біоенергія"