Состояние и перспективы производства древесного угля

  Россия в лучшие периоды производила около 300 тыс.т/год древесного угля, сейчас по приближенным подсчетам около 50 тыс.т/год. Для сравнения: потребление угля в большинстве европейских стран превышает 20 кг на человека в год, в Японии свыше 60 кг, в России - не более 0,4 кг. Потенциально российский рынок может потребить на два порядка больше угля, чем сейчас.
  В условиях рыночной экономики производство древесного угля на крупных российских предприятиях сделалось нерентабельным. Поскольку сырье вблизи предприятий было выбрано, возникла необходимость завозить его издалека, и возросшие транспортные расходы сделали сырье дорогим. В настоящее время наблюдается неудовлетворенный спрос на древесный уголь и появление на внутреннем рынке импортного угля.
  Предприниматели пытаются восполнить дефицит при минимальных капиталовложениях, вследствие чего получили распространение примитивные установки, такие как УВП-4, УВП-5, "полевая реторта" и др. Эти установки отличаются дешевизной, они просты в эксплуатации, но их главный недостаток - это выброс парогазов, образующихся при термическом разложении древесины, в окружающую среду. Эти парогазы содержат фенолы, метанол, уксусную кислоту и другие вещества, оказывающие вредное влияние на природу и людей. Из-за неэффективной организации теплового режима на отопление расходуется много дров и в воздух выводится дымовой газ, содержащий окись углерода. Жидкие продукты частично конденсируются и попадают в почву. В результате, окружающий лес в течение нескольких лет засыхает, а люди получают профессиональные заболевания.
  Традиционным сырьем для углежжения является стволовая древесина твердолиственных пород. В нынешних экономических условиях производителям древесного угля при закупках сырья трудно конкурировать с мебельщиками, фанерной или целлюлозно-бумажной промышленностью, поэтому возникает необходимость в создании углевыжигательных установок, удовлетворяющих следующим условиям:
    - В качестве сырья должны использоваться лесосечные отходы, нетоварная древесина, отходы лесопиления и деревообработки.
    - Производительность установки должна ограничиваться количеством отходов, образующихся вблизи нее.
    - При небольшой производительности (до 15 тыс.скл.куб.м/год по сырью) экономически не выгодно улавливать и перерабатывать жидкие продукты пиролиза. Целесообразно сжигать их, используя тепло на производственные нужды.
    - Производство должно быть экологически чистым.
    - Установка должна быть дешевой и простой в изготовлении.
    - Установка должна быть простой в обслуживании, не требовать персонала высокой квалификации.
    - Издержки производства должны быть минимальными.

  В Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии создана установка с выемными ретортами "ПОЛИКОР", удовлетворяющая этим условиям. Она проста в обслуживании и ориентирована на получение товарного древесного угля из лесосечных и других древесных отходов.
  Первая установка семейства "Поликор" пущена в эксплуатацию в мае 1999 года под Выборгом (Ленинградская область). Испытания показали, что установка управляема и может работать в различных температурных режимах от 450 до 650 градусов С. При использовании в качестве сырья осиновой древесины влажностью свыше 50% отн. выработка угля составляет в пересчете 23-26 т/месяц; при использовании воздушно сухих березовых дров выработка до 45 т/месяц, на хвойных дровах выработка зависит от влажности. При переработке хвойной древесины влажностью 45-55% производительность составляет до 25 т угля в месяц, при переработке сухостоя до 35 т/месяц.
  Впервые достигнуто высокое качество древесного угля, производимого из древесных отходов. По разработанной технологии, в зависимости от предъявляемых потребителями требований, может производиться уголь с разной степенью прокалки и различающийся по другим показателям. Во всех случаях получается уголь, соответствующий требованиям ГОСТ 7657-94. В настоящее время большая часть произведенного на этой установке угля отправляется на экспорт.
  Производство древесного угля состоит из пяти последовательных этапов:
    - механическая подготовка древесины и ее хранение;
    - сушка сырья;
    - пиролиз древесины;
    - охлаждение угля;
    - сортирование и упаковка готовой продукции.

  Древесное сырье в виде сортиментов подвозится лесовозами с манипулятором, который перегружает сортименты на площадку для разделки сырья. Сортименты распиливают бензиномоторной пилой на чурбаки и раскалывают цепным колуном. Подготовленное сырье сбрасывают в контейнер. Краном перемещают контейнер к складу тюльки и высыпают из контейнера на склад.
  Склад сырья представляет собой кучу тюльки, насыпанную на открытом воздухе на твердое основание с бортами. Запас сырья на складе обеспечивает 2 недели непрерывной работы установки.
  Дрова вручную загружают в реторту, установленную краном на опрокидывателе. Реторта устанавливается наклонно открывающейся (нижней) стороной вверх. Реторта выполнена в виде стального цилиндра диаметром 1 м и длиной 3,3 м. Верхнее днище реторты приварено к цилиндру, а нижнее может быть откинуто на петлях и в закрытом положении фиксируется запором. Нижнее дно неплотно примыкает к стенкам цилиндра, оставляя кольцевой зазор для выхода парогазов. Заполненную реторту закрывают, краном переворачивают и переносят в кассету для реторт с сырьем.

  Процесс сушки сырья осуществляется в два этапа: естественная подсушка колотых и пиленых дров на открытом складе сырья и принудительная сушка в ретортах.
  Реторты из кассеты по мере освобождения ячеек в сушилке переносятся в эти ячейки краном. Температура теплоносителя на входе в сушилку составляет 280-300 градусов С, на выходе 180-200 градусов С. Температура внутри реторты постепенно поднимается, и происходит сушка сырья. Водяной пар через зазоры в крышке выходит внутрь сушилки и удаляется из нее вместе с дымовыми газами. Продолжительность пребывания реторты в сушилке в зависимости от начальной влажности дров, породы древесины, температуры окружающей среды и некоторых других факторов составляет от 8 до 12 часов.

  Реторты с высушенным сырьем вынимают из сушилки краном и устанавливают в пиролизер. Нижние кромки реторт утапливаются в песок, насыпанный на под пиролизера, что обеспечивает уплотнение в точке соприкосновения реторты подом. Под каждой ретортой имеется колодец, соединенный прямолинейной трубкой с топкой. Топочные газы, разбавленные воздухом до температуры 650 градусов С, поступают в пиролизер и нагревают реторты. В экзотермической стадии тепло, выделяющееся в ходе реакции через стенки реторты, передается теплоносителю.
  В топке парогазы сгорают, обеспечивая процесс теплом. Реторты с дровами находятся в пиролизере 6-9 часов, в зависимости от свойств исходного сырья и требований к конечному продукту. Горячие реторты с углем вынимают краном из пиролизера и устанавливают в кассету с песчаным уплотнением для охлаждения. В кассете реторта остывает до температуры 40-50 градусов С.

  Остывшую реторту перемещают краном в устройство для выгрузки угля. Крышка реторты откидывается, и уголь высыпается по лотку на стол для сортирования. Мелочь с размерами частиц менее 12 мм отсортировывается, а кусковой уголь затаривается в бумажные мешки. Мешки складываются на поддоны. Масса груженого поддона 200-250 кг. Пакет на поддоне затягивается усадочной пленкой. Вилочным погрузчиком поддоны подаются в транспортные средства для вывозки. Технологическая схема предусматривает полное термическое обезвреживание парогазов.
  В настоящее время учеными Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии разработан усовершенствованный вариант, получивший название "ПОЛИКОР 2", и выполнен полный рабочий проект этой установки.
  В этом варианте две секции сушилки располагаются по сторонам пиролизера, что позволило упростить конструкции стен пиролизера, так как теплопотери через стенки выводятся теперь в сушилку. За счет этого ожидается и экономия тепла, которая позволит получить в калорифере больше горячей воды для бытовых целей. В настоящее время две такие установки строятся в Ленинградской области.