Углежжение. 
Недревесная продукция леса

Костровое (кучное) углежжение. Костровое углежжение — это старинный способ химической переработки древесины для получения древесного угля. Жидкие продукты при этом способе обычно не улавливались. Для устранения свободного доступа воздуха костер покрывался снаружи плотной покрышкой из дерна, земли, соломы и угольной мелочи (патьи).

По способу укладки костры подразделяют на стоячие (вертикальные) и лежачие. Вертикальные костры выкладывают в виде стога сена. Поленья в костре ставят вертикально в 2—3 яруса. В лежачих кострах дрова укладывают горизонтально и ширина костра равна длине поленьев (2,5 м и более). Для стоячих костров длина поленьев установлена 1—1,5 м. При этом нельзя смешивать сосну с елью, осину с березой. Толстые поленья ставят в середине костра, а промежутки между ними заполняют мелочью. Объем костра от 10 до 400 и до 1000 м³.

Костры устраивают вблизи водоема на рыхлом суглинке. В центре выбранного места под костер вбивают кол и вокруг него в соответствии с выбранным объемом костра описывают окружность. Площадку выравнивают и утрамбовывают. Одна сторона площадки должна быть выше другой на 15—20 см. Если, кроме угля, хотят получить смолу, то основание костра должно быть воронкообразным. На низ костра укладывают помост из поленьев, устраивают вертикальный и горизонтальный зажигательные каналы. Для устройства вертикального зажигательного канала вокруг вбитого кола втыкают 3—4 жерди высотой, равной высоте костра. Пространство между жердями заполняют легко воспламеняющимся материалом (лучиной, берестой и т. п.). Горизонтальный канал устраивают из двух крышеобразно уложенных досок. В верхней части костра укладывают мелкие дрова почти горизонтально. Костер укрывают 2-слойной покрышкой толщиной 15—20 см. Нижний слой делают из хвороста, соломы, мха, наружный — из земли, угольной мелочи (патьи). В нижней части покрышки по окружности делают 12—14 отверстий.

После зажигания костра горение распространяется от центра к периферии и сверху вниз. При этом объем костра уменьшается, образуются провалы, которые заполняют дровами, т. е. проводят так называемое «кормление» костра.

Интенсивность переугливания регулируют с помощью специальных отверстий в покрышке и ее толщиной. Отверстия сначала пробивают вверху кучи, а когда из них пойдет синеватый дым, отверстия закрывают, а ниже пробивают новые. Так поступают вплоть до основания костра. После окончания обугливания все отверстия закрывают, покрышку разравнивают и утолщают, защищая уголь от соприкосновения с воздухом. Через 1—2 дня костер разбирают. Длительность переугливания зависит от объема костра, породы древесины и ее влажности. Костры объемом 10—30 м³ обугливаются за 3—5 дней.

В лежачих кострах дрова укладывают на лежни. Покрышку с боков делают из досок, пространство между дровами и досками засыпают землей, зажигают дрова с передней стороны (подошвы) по всей ширине кучи в двух зажигательных каналах. Качество угля из лежачих куч несколько ниже, чем из стоячих.

Выход угля при кучном углежжении по объему полусухих хвойных дров 60—65%, березовых 45—50%, из сырых хвойных 55%, березовых 40—45%.

Печное углежжение. В настоящее время, как правило, используют печное углежжение. Углевыжигательные печи бывают переносными (передвижными) и стационарными. Стационарные печи по принципу действия подразделяются на печи непрерывного и периодического действия.

Рассмотрим устройство и принцип работы периодически действующей уральской камерной печи емкостью 100 м³. Печь обогревается дымовыми газами, образующимися при сжигании топлива в специальной топке. В печь загружают дрова: в нижнюю часть — горизонтально, в среднюю — вертикально, сверху укладывают мелкие дрова. Дымовые газы поступают под свод печи и через дрова опускаются вниз и уходят через четыре дымовые трубы. Переугливание начинается сверху. Жидкие продукты стекают по наклонному поду в деревянные чаны. Появление прозрачного дыма свидетельствует об окончании переугливания. После этого герметически закрывают все отверстия печи, и печь охлаждается. Уголь выгружают вручную через двери. Переугливание сырых дров продолжается 89—96 ч, воздушно-сухих — от 66 до 90 ч. Время охлаждения печи 60—80 ч.

Непрерывно действующей печью является, например, двухканальная циркуляционная вагонеточная печь профессор В. Н. Козлова. Печь состоит из камеры сушки, приемного тамбура, камеры обугливания, среднего тамбура, камеры охлаждения и выводного тамбура. Печь вмещает 16 вагонеток: по 1 в приемном, среднем и выводном тамбурах, 7 в камере обугливания и 6 в камере охлаждения. Камеры выложены из кирпича, а камера охлаждения на 2/3 длины сделана из листовой стали. Дрова сжигают в двух топках, горячие газы движутся навстречу вагонеткам в камере обугливания и далее отводятся в конденсационную систему. Продолжительность одного цикла 40—50 ч.

Передвижные углевыжигательные печи можно перемещать. Такой печью является периодически действующая печь УПВ-5, состоящая из цилиндрической двухстенной камеры углежженения с внутренним обогревом древесины топочными газами, получаемыми при сжигании топлива в выносной топке. Размер печи: длина 6 м, диаметр 2,33 м. Для удобства выгрузки угля печь имеет механизм поворота. Полный цикл работы печи 60 ч, производительность 100—120 т угля в год. Парогазовая смесь не улавливается и не используется.

Переносные углевыжигательные печи используют для переугливания отходов лесозаготовок на лесосеках. Наиболее широко применяется печь конструкции ЦНИИМЭ объемом 2,6 м³ и циклом переугливания около суток. Выход угля (по объему) при печном углежжении существенно выше, чем при костровом, и составляет 78—90% из еловых дров, 74—85% — из сосновых и 60—65% — из березовых.

Применение древесного угля. Древесный уголь состоит в основном из летучего углерода и почти не содержит серы и фосфора. Березовый уголь и уголь твердолиственных пород используются для получения активированного угля. Древесный уголь применяют в кузнечном деле, в процессе выплавки металлов из руд, в производстве сероуглерода, черного пороха, в медицине как противоядие при отравлении солями металлов, в сельском хозяйстве как сорбент при откормке птиц, для осветления жидкостей в сахарной, винокуренной и других отраслях промышленности.

Газификация древесины

Газификация древесины — это процесс ее превращения в газообразное топливо, которое имеет ряд преимуществ перед твердым: возможность транспортировки на дальние расстояния, легкость регулировки процесса горения, хороший процесс горения и высокая температура пламени. Реакция образования генераторного газа выражается уравнением.

и идет при ограниченном доступе воздуха, достаточном только для образования окиси углерода. При избыточном поступлении воздуха образуется двуокись углерода С0₂. При введении водяного пара в газогенератор его реакция с углеродом идет с поглощением тепла при t > 900 °С:

При температуре менее 900 °C реакция имеет вид

Кроме того, углерод может взаимодействовать с С0₂:

а в слое раскаленного угля реакция идет в сторону образования окиси углерода.

Различают два основных процесса газификации — прямой и обращенный (рис. 17.1).

Рис. 17.1. Схема работы газогенератора прямого (о) и обращенного (б) процессов газификации

При прямом процессе воздух вводится снизу зоны горения и поток газов направлен вверх, продукты сухой перегонки (органические кислоты, спирты, смолистые вещества, углекислый газ) не сгорают и могут быть извлечены в очистной системе. При обращенном процессе воздух вводится выше зоны горения, а продукты газификации отводятся снизу. В данном случае продукты сухой перегонки сгорают и газ не требует очистки.

Вопросы для самопроверки

• 1. Какие существуют способы получения целлюлозы?
• 2. Как получают талловую канифоль?
• 3. При каком способе целлюлозного производства получают этиловый спирт?
• 4. Какие продукты получают при гидролизном производстве?
• 5. Что представляет собой печное углежжение?
• 6. Какие есть способы получения древесного угля?
• 7. В чем различие пиролиза и газификации древесины?