Процесс углежжения
В качестве древесного сырья используются не только дрова различных пород дерева, но и отходы деревообрабатывающего или мебельного производства: сучки, пеньки, опилки. В болотистых местностях используется торф.
Древесина в процессе обугливания проходит три стадии: предварительную сушку, термическое разложение и охлаждение.
Первоначальная сушка и нагрев сырья в камере происходит за счет тепла, подаваемого извне. Собственный процесс выделения тепла (химическая экзотермическая реакция) начинается, когда температура древесины достигает 280°C. Дальше подвод тепла уже не нужен.
Готовый уголь после выжига охлаждается до температуры, при которой невозможно самовозгорание угля, то есть ниже 40°C.
В течение первых суток в смеси дымовых газов и продуктов обугливания еще много паров воды, которые выделяются в процессе сушки. Потом смесь становится суше и ее можно использовать как дополнительное топливо в той же печи или, что более эффективно, в рядом стоящей.
Оборудование для выжигания угля
Для производства древесного угля используют печи углевыжигательные различной мощности. Получается такой уголь в процессе пиролиза, то есть древесина прожигается без доступа кислорода.
Углевыжигательные печи для производства древесного угля выпускаются стационарные и мобильные.
Стационарное оборудование используется достаточно крупными производителями для непрерывного процесса пиролиза больших объемов древесины.
Большие печи намного производительней мобильных, в них можно использовать несколько видов топлива, но к ним предъявляются высокие требования по экологической безопасности.
Мобильные печи малопроизводительны, имеют небольшие размеры, и используются либо на местах, где есть сырье, например, на лесозаготовительных участках, либо там, где нужен конечный продукт, например, на строительных площадках.
В мобильных печах топливом служат те же отходы древесины, из которых уголь и производят.
Если печь работает на отходах, то выгода получается двойная, и уголь производится без дополнительных затрат на топливо, и перерабатываются отходы, которые все равно пришлось бы утилизировать, затратив на это средства и время. Такой вид производства древесного угля самый дешевый.
Применяемое оборудование
Производство древесного угля требует применения оборудования:
- генератор электрической энергии;
- устройство для колки дров гидравлического типа;
- углевыжигательная печка;
- бензопила;
- весы.
Основным оборудованием для производства древесного угля является углевыжигательная печь. Она представляет собой механизм, в котором происходит прогорание древесины до образования углей.
Особенность технологии заключается в необходимости использовать специальную печь с пиролизом. В процессе пиролиза углерод разлагается при малом количестве кислорода.В специальных углевыжигательных печах применяется технология пиролиза, при которой древесина прогорает, но не сгорает до конца, превращаясь в уголь.
Минимальная стоимость таких печей составляет 20-100 тысяч рублей. Подобные расценки касаются оборудования, уже бывшего в употреблении. Новые печи с высокой производительностью обойдутся в несколько раз дороже. Их цена достигает 2 миллионов рублей. Современные модели способны перерабатывать древесину вплоть до образования угольной пыли, пользующейся высоким спросом в ряде производственных сфер.
Стоимость стандартного генератора электроэнергии составляет 20 тысяч рублей. Минимальная цена бензопилы и весов начинается от 5 тысяч рублей. Средняя стоимость всего оборудования составляет 150-450 тысяч рублей. Конечная цена зависит от качества и производительности оборудования.
Углевыжигательное оборудование непрерывного действия
Отдельную группу составляют печи углевыжигательные, в которых дымовые газы от сгорающего топлива попадают в камеру, проходят через древесину, присоединяют к себе пары и газы, являющиеся продуктами сушки и обугливания древесного сырья, и выходят наружу. В них процесс пиролиза проходит наиболее равномерно, поскольку древесина непосредственно контактирует с теплоносителем, подающимся снизу. Но в пирогазах содержатся в большой концентрации химические соединения, которые являются продуктами разложения древесины, поэтому нужно устанавливать дополнительное оборудование для полезного использования или сжигания побочных продуктов пиролиза.
Так работают непрерывно действующие вертикальные реторты, в камере которых сушится древесина вверху, пиролиз проходит в среднем слое, прокалка угля и его остывание – в самом низу.
Непрерывно работают и печи углевыжигательные со сменными контейнерами или ретортами. Принцип действия таких установок состоит в том, что каждая последующая партия сырья нагревается до необходимой температуры за счет экзотермической реакции в предыдущей.
При этом процесс образования угля происходит в каждой реторте независимо от остальных, а печь, в топку которой отводятся пиролизные газы, располагается отдельно от сменных камер.
Реторты и камеры для пиролиза изготавливаются из металла с теплоизоляцией.
Ретортные печи для производства древесного угля
Преимущество бизнеса, основанного на использовании очень дешёвого или бесплатного сырья, заключается в высокой рентабельности и быстрой окупаемости производства.
Природа в достаточном количестве «производит» древесину, поэтому предприятие по изготовлению угля может функционировать круглогодично и с полной загрузкой производственных мощностей.
К тому же, в отличие от деревообрабатывающей промышленности, качество сырья имеет небольшое значение, что позволяет использовать валежник и деревья, которые высохли и находятся в вертикальном положении.
В этой статье будет рассмотрен подробный план организации бизнеса на переработке древесного сырья в высококачественный уголь для шашлыка или для дальнейшего использования в медицинских целях.
Наша оценка бизнеса:
Стартовые инвестиции – от 300000 руб.
Насыщенность рынка – средняя.
Сложность открытия бизнеса – 5/10.
Оборудование для производства древесного угля
Если добыча сырья для производства древесного угля будет обходиться предпринимателю очень дёшево, то на приобретение качественного оборудования потребуется затратить немало денег. Даже открывая небольшой бизнес с производительностью до 0,5 т. в сутки не обойтись без приобретения следующих устройств и механизмов:
- Пиролизная печь.
- Гидравлический колун.
- Бензопилы.
Пиролизные печи для производства древесного угля бывают двух видов:
Углевыжигательная печь для производства древесного угля позволяет наладить безостановочный процесс производства.
Для установки такого оборудования понадобится арендовать или построить помещение, а сырьё нужно будет подвозить к месту переработки на автотранспорте.
Несмотря на некоторые сложности в процессе налаживания производства, такой вариант углевыжигательного оборудования приобретает большая часть предпринимателей, решивших организовать бизнес на производстве древесного угля.
Современная углевыжигательная печь
Современные установки представляют собой ретортные печи для древесного угля, в которых теплоноситель полностью отделён от рабочей камеры. Такое оборудование позволяет в значительной степени автоматизировать циклы производства, что позволяет ещё больше снизить издержки.
Мобильная установка представляет собой автомобильный прицеп, на который устанавливается пиролизная печь.
Такая печь не позволяет наладить безостановочный процесс производства угля, а выход готовой продукции в единицу времени будет значительно ниже чем у стационарных установок.
Достоинство мобильной печи заключается в том, что производство можно перемещать непосредственно к месту лесозаготовок.
Мини-завод по производству древесного угля невозможно обеспечить достаточным количеством сырья используя только труд наёмных рабочих.
Для того чтобы максимально оптимизировать расходы при подготовке поленьев для термической обработки, потребуется приобрести дополнительное оборудование.
Применение даже одного гидравлического колуна позволит производить достаточное количество поленьев для функционирования стационарной печи в безостановочном режиме.
Управление таким устройством может осуществляться одним оператором, поэтому достаточно нанять 2 – 3 человек, чтобы безостановочный цикл производство древесного угля.
Гидравлический колун может работать от электрической сети 220 или 380 вольт или приводиться в движение с помощью двигателя внутреннего сгорания. С помощью гидравлического колуна с бензиновым двигателем, установленным на шасси, можно обеспечить достаточным количеством измельчённого сырья пиролизные печи мобильного типа.
Бензопилы необходимы для спиливания стволов деревьев, а также для разделки их на более мелкие брёвна.
Как правило, гидравлические колуны позволяют работать с отрезками древесины длиной до 60 см, поэтому применение этих устройств позволит также уменьшить трудовые затраты при подготовке древесины к измельчению.
Изготовление древесного угля: производственный процесс
Технология производства древесного угля состоит из нескольких этапов:
Сушка сырья
Даже в том случае, если для приготовления древесного угля используются высохшие стволы, остаточное количество влаги всё равно присутствует в таком материале. Поэтому сразу после измельчения древесина подвергается процессу сушки.
Для эффективной сушки сырьё закладывается в специальные бочки для древесного угля, в которых удаление влаги осуществляется с помощью горячего дыма.
Чтобы максимально снизить затраты сушильную установку размещают в непосредственной близости от пиролизной печи, из которой и происходит отбор тепла.
Углевыжигательное оборудование периодического цикла
Простейшей конструкцией углевыжигательной печи является обычная двухсотлитровая металлическая бочка, в которую укладывается и поджигается древесина. Дополнительное тепло не подводится, а парогазы выводятся через специальное небольшое отверстие. Производство низкокачественного угля, причем выход продукции меньше пятнадцати процентов, грязное, но практически беззатратное.
Существуют сегодня конструкции углевыжигательных печей, в которых нагреваются теплоносителем стенки камеры, от которых тепло передается к дровам в ней. Это, как правило, углевыжигательные печи периодического цикла, где через определенные промежутки времени происходит весь процесс выжигания угля: дрова загружаются, переугливаются, готовый уголь выгружается, опять загружаются дрова, и так далее.
В аппаратах смешанного действия периодически производится загрузка древесины и выгрузка готового угля, но какая-то часть древесины все время находится в процессе пиролиза.
Печи могут выполняться тоже из металла или кирпича.
Трехкамерная углевыжигательная печь
Парогазовая смесь, которая отводится из пиролизной камеры, при остывании конденсируется. Пиролизная жидкость (жижка) и неконденсируемые газы, поскольку широкого применения пока не находят, используются как дополнительное топливо в топочной камере. Вывод побочных продуктов для дожигания предусматривается конструкцией печи. Эффект такой конструкции не только в экономии топлива, но и в защите окружающей среды.
Трехкамерные печи углевыжигательные обеспечивают непрерывный цикл производства угля. В каждой камере проходит отдельно один из этапов цикла, причем начальная сушка сырья происходит за счет тепла, которое получается при горении пиролизных газов. Кроме экономии топлива, такие печи имеют массу других преимуществ. Поскольку загрузка древесины и выгрузка готового угля происходят в разное время, то обслуживающий персонал загружен более равномерно. Стоимость трехкамерной печи ниже, чем однокамерной такого же объема, а эффективность и срок службы выше за счет распределения нагрузки.
Такое оборудование рассчитано на длительную эксплуатацию в крупных производствах, а если его укомплектовать газогенераторным котлом, то в качестве топлива можно использовать опилки и стружку.
Виды углевыжигательных печей
Усовершенствование технологии получения древесного угля привело к появлению специальных печей. Они имеют разную мощность и могут перерабатывать промышленное количество сырья. Различают такие виды:
- Стационарные. Рассчитаны на большие объемы древесины, могут работать на разных видах топлива.Устанавливаются крупными производителями. Минус такого варианта – необходимость соответствия нормам экологической безопасности.
- Мобильные. Это компактные устройства небольших размеров, которые легко перемещаются, устанавливаются и просты в эксплуатации. Ими пользуются на лесозаготовительных площадках, в местах строительства. В них удобно использовать древесные отходы в качестве основного источника конечного продукта.
Переработка отходов приносит большую выгоду, так как одновременно утилизируются остатки, и уголь добывается без расходов на топливо.
Мобильная углевыжигательная печь
Оборудование непрерывного действия
Распространенный вид углевыжигательных печей, обеспечивающих цикличность процесса, называют непрерывным. В них образующиеся в результате пиролиза газы снова направляются в древесину, соединяются с парами и газами, еще выделяющимися, и выходят из печи. Эти меры требуются для более равномерного дополнительного прогревания. Минус метода – высокая итоговая концентрация химических соединений. Чтобы их нейтрализовать,желательно установить дополнительное оборудование, которое будет сжигать их. Оно должно располагаться отдельно от основных печей.
По такой схеме работают:
- вертикальные реторты.Снизу происходит прокаливание, в середине – пиролиз, сверху – сушка;
- печи с заменяемыми контейнерами:
Реторты и камеры для углевыжигания собирают из металла с обязательной теплоизоляцией.
Агрегаты периодического цикла
Самым простым вариантом углевыжигательной печи является обычная бочка на 200 л. В ней производится розжиг заложенного сырья, она не подразумевает использование дополнительного тепла. Пар и газ выводятся через отверстие в емкости. Результатом является продукт низкого качества с выходом около 15%, загрязненный, но практически беззатратный.
Еще один вид углевыжигательной печи – с нагревом стен камеры, которая передает тепло закладке. Как правило, это конструкция периодического цикла. В ней происходит следующая последовательность действий:
- загрузка древесины;
- переугливание;
- выгрузка;
- повторение цикла с загрузки.
В таком устройстве часть древесины все время находится в процессе пиролиза.
Переносная углевыжигательная печь периодического цикла действия
Трехкамерная печь
Печь углевыжигательная на 3 камеры позволяет экономно расходовать топливо и не наносит вред окружающей среде. В ней газопаровая смесь выводится из основной камеры, остывает и конденсируется. Образуемая жижка и другие не поддающиеся конденсации газы используются в виде дополнительного источника тепла, добавляясь в топку.
Трехкамерные печи относятся к непрерывным – в каждом отсеке происходит свой этап. Важно то, что в первой камере сушка достигается за счет тепла от горения пиролизных смесей газов. Помимо экономии топлива, такие печи полезны:
- равномерностью использования рабочего персонала, так как загрузка и выгрузка происходят в разное время;
- длительностью использования. При установке на крупных предприятиях и дооснащении газогенераторным котлом оборудование рассчитано на использование опилок для топливного источника;
- наиболее доступной ценой по сравнению с однокамерными вариантами такого же объема, но большей эффективностью за счет распределения нагрузки на разные участки.
Заводская мобильная углевыжигательная печь для домашнего использования
Однокамерная печь
Однокамерные печи позволяют перерабатывать до 8 тонн сырья ежемесячно. Полный цикл требует от 1 до 3 дней работы. Их приобретают как для индивидуального использования, так и для промышленных производств с целью переработки отходов пищевой промышленности, остатков с дерево-перерабатывающих предприятий.
Разница между промышленными образцами и вариантами поменьше для однокамерных печей заключается только в объемах перерабатываемого сырья и легкости транспортировки оборудования. В некоторых странах углевыжигательные печи используют в домашних условиях – такой уголь потом применяют для приготовления блюд на огне.
Схема простейшей углевыжигательной переносной печи
Однокамерная углевыжигательная печь
Древесный уголь в небольших количествах (до 8 тонн в месяц) можно производить в однокамерной печи. Полный цикл производства зависит от модели аппарата и может занимать 1-3 дня.
Такая печь может использоваться в частном хозяйстве, в предприятиях общественного питания, с целью утилизации отходов производства и некондиционной продукции на небольших деревообрабатывающих предприятиях.
Принцип производства в них и крупногабаритных промышленных печах не отличается. Однокамерные печи обычно меньших размеров, загружается сырья в них тоже меньше, но и места занимают меньше, их легко при необходимости перевозить.
За рубежом давно существует производство углевыжигательных печей для домашнего использования. Блюда на гриле или барбекю готовятся на экологически чистом древесном угле.
Печь для древесного угля
Печь для углежжения достаточно сложна, повторить её конструкцию в домашних условиях весьма затруднительно. Корпус цилиндрической или прямоугольной формы имеет топочную камеру, поверх которой загружаются 2 закрытые емкости, заполненные сырьем – реторты. Нагрев древесины происходит извне, через стенки реторты, при этом в нем используется тепло, выделяемое деревом в процессе реакций. Работа печи на различных режимах показана на схеме:
Промышленная печь для изготовления древесного угля устроена таким образом, что пока в одной емкости проходит пиролиз, то во второй идет сушка, пиролизные газы дожигаются и проходят сквозь реторту с влажным сырьем. Такая очередность соблюдается и дальше, до получения конечного продукта. Получается, что внутренний объем каждого сосуда разделяется на зоны, в каждой из которых протекает определенный процесс:
После прокаливания емкости с углем выгружаются и в печь ставятся новые. Перед фасовкой и отправкой на склад изделие проходит операцию дробления до необходимого размера фракции, а при необходимости и брикетирование. Аппарат, где все операции выполняются по данной технологии — это печь для производства древесного угля непрерывного действия. Однако, есть и другая технология, но она более сложная и дорогостоящая, хотя и обеспечивает высокую производительность.
Характеристики и конструкция углевыжигательной печи
Производители углевыжигательных печей, как зарубежные, так и отечественные, в качестве первой характеристики указывают рабочий объем одной камеры и общее количество камер в печи. Потом обычно указывается объем дров с заданными размерами и влажностью, который можно в печь единовременно загрузить. Этот показатель важен для соблюдения следующего параметра – продолжительности в часах основного рабочего цикла.
Чтобы определить эффективность работы конкретной модели, задаются два параметра для древесины одной породы – расчетное количество загружаемых в пиролизную камеру дров и выход из них угля.
Последними указываются габаритные размеры печи и ее масса. Если устройство не предполагается перевозить, эти данные могут не играть особой роли, а вот при транспортировке могут стать определяющими.
Как правило, бытовая однокамерная печь представляет собой уложенную с небольшим уклоном или установленную на опоры металлическую бочку со встроенной в нижней части топкой.
Сама топка, корпус печи, короб трубы и дверца люка выполнены из стали толщиной не менее 3 мм, а наружная обшивка – 1 мм.
Двухсторонние сварные швы, которыми соединяются обечайки корпуса, усиливаются бандажами, которые выполняются из трубы прямоугольного сечения, придают жесткость конструкции и дополнительную прочность, если в емкости вдруг возрастет давление.
Для снижения теплопотерь между корпусом камеры и наружной обшивкой прокладывается термоизоляционный материал. Эта мера повышает КПД печи. Стенки топки изнутри выкладываются огнеупорным кирпичом.
Устройства для дожига продуктов обугливания может поставляться отдельно.
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.
Углевыжигательная печь своими руками
Бочка на подставке — простейшая конструкция, но для большей эффективности и пожарной безопасности бочку нужно устанавливать на негорючее основание или закапывать в яму.
Из кирпича или металла можно самостоятельно изготавливать углевыжигательные печи. Чертеж можно найти в интернете, как, впрочем, и достаточно подробные описания. Правда, при этом нужно понимать, что качество самодельной печи и конечного продукта значительно ниже, да и больших объемов угля не будет.
На дачном участке можно сделать угольную яму, а можно из бочек соорудить углевыжигательную печь. Для этого нужно выкопать яму такого диаметра, чтобы в нее поместилась бочка, которую нужно еще обложить кирпичом, в дне бочки прорезать отверстие диаметром приблизительно 100 мм и поставить ее в яму отверстием вниз.
Затем нужно обложить бочку кирпичами, щели вверху закрыть каким-нибудь несгораемым материалом, минеральной ватой утеплить верхнее днище. Вот и все, можно получать свой уголь для камина и мангала.
Конструкция из двух бочек более эффективна и надежна. Емкость, которая по объему в два раза меньше, ставят в большую, заполняют ее дровами и плотно закрывают крышкой, а в пространство между стенками засыпают мелкофракционные отходы древесины и поджигают их, затем большую бочку тоже закрывают крышкой, в которую вставлена труба. Но обе эти печи пригодны для использования только вне помещений и достаточно далеко от них.
