> Техника, страница 44 > Древесный уголь

Древесный уголь

Древесный уголь, продукт, получаемый из древесины путем ее нагревания до высоких ί° (350—600°) без доступа или при незначительном доступе воздуха. Чем больше доступ воздуха при углежжении, тем ниже выход угля из древесины, тем рыхлее и легче самый уголь (смотрите Дерево, сухая перегонка). Настоящий черный Д. у., вполне пригодный для употребления, получается при ί° 350° и выше. Содержание углерода в Д. у. зависит не от породы дерева, а исключительно от темп-ры переугливания.

Влияние температуры на разложение древесины и химический состав получающегося угля представлены в таблице 1, по новейшим данным В. А. Коробкина.

Таблица 1 .—В лияние 1° обугливания на состав угля.

	Химич. состав орга-нич. части в %
Темпе ратура	угле род	ВОДО РОД	кислород с азотом (0,1%)	Примечания
110	50	6	44	Высушенная древесина
150	52	6	42
200	54,5	5,5	40
250	60,5	5	34,5	Бурый уголь
300	73	4	23
350	76	4	20	Черный уголь печной
400	80	3,5	16,5
450	85	3	12
500	89	3	8
600	94,5	2	3,5	Черный уголь костровый
700	95,5	1,5	3
800	97	1	2
900	97,3	1	1,7
1 000	97,6	0,7	1,7
1 135	98,1	0,3	1,6
1 500	99,7	0,1	0,2

Отсюда видно, что даже при 1 500° нельзя нацело освободить уголь от газовых составных частей древесины—водорода и кислорода, в обычном же угле их содержание немногим меньше 25%. Из этой таблицы следует, что поднимать ί° углежжения выше 600° нерационально, т. к. последующие интервалы в 100° незначительно увеличивают содержание ценного углерода. Объемный уд. в.значительно колеблется в зависимости от спосо ба, ί° и скорости обжига, составляя в среднем для угля из печей Шварца Нижне-Тагильского округа на Урале: елового 0,235, соснового 0,267, осинового 0,289 и березового 0,365 с колебаниями до 50%. Истинный уд. в., определенный на мелкоистолченном угле, дает для тех же углей величины ок. 1,3—1,4. Вычисленная пористость угля составила 70—80%. В табл. 2 приведены соотношения между содержанием углерода, пористостью и уд. весом угля из разных пород леса. При прямом соприкосновении с водой уголь впитывает ее от 200 до 300%, считая по весу высушенного при 105° угля. Вес лежалого угля из печей Шварца составляет в среднем: елового 120 килограмм, соснового 140 килограмм, осинового 150 килограмм на один складочный ж³. Ме-ханич. прочность угля (из печей Шварца) на сжатие приблизительно в четыре раза меньше первоначальной крепости соответственного дерева. Теплопроизводительность Д. у. вдвое выше теплопроизводительности древесины, из которой он получен, и для хороших сортов превышает 7 000 Cal. Пирометрии. эффект сжигания угля тоже значительно выше дров. В табл. 3 приведены химии, состав и физич. свойства печного угля. На тепловых свойствах Д. у. и на его химии, составе (отсутствие примесей, вредящих качеству продукта, низкое содержание неспе-кающейся и не требующей флюса золы) основано употребление угля в доменных печах для выплавки чугуна из железных руд, для вагранок при чугунном литье, для производства цементной стали, для кузнечных горнов при горячей обработке и сварке железа. Лучшим углем для доменной плавки считается сметничный уголь—смесь березового, соснового и елового углей. Хороший Д. у. по внешнему виду отличается блестящим черным цветом, плотностью, издает при падении звенящий звук, горит без пламени и дыма и не пачкает рук.

По способу получения различают: 1) я м-ный Д. у., 2) костровый, или кучной, 3) печной и 4) ретортный, или казанный. Эти угли значительно отличаются друг от друга по своим химич., физич. и механич. свойствам.

Ямный способ. В сухом грунте вырывается круглая яма диам. около 2 ж и глубиной 1,5 метров На дно забрасывают мелкие сухие сучья и зажигают костер. Когда сучья разгорятся, на них наваливают обугливаемый материал и, постепенно подбавляя его, наполняют всю яму горящей древесиной. После этого сверху "накидывают дерн и землю, уплотняют покрышку трамбованием и

Таблица 2.—С о п о с т а в л е н и е данных о составе, пористости и уд. в для угля из разных пород леса.

Название угля	Химический состав					Пористость В %	Уд. вес в куске
	Углерод			М м а н V о >> OJ δ| R> и	Щ о со
		• о а ч а о >> 3 Н	о Сн Q О й
Березовый кучной. Березовый печной. Сосновый печной. Еловый печной.	5,63 7,37 8,86 12,18	83,22 78,02 73,41 64,37	88,85 85,39 82,27 76,55	16,10 21,07 25,62 34,80	0,68 0,50 0,97 0,83	80 72,8 80,6 84,7	0,438 0,370 0,230 0,190

Таблица 3.—Химический состав и физике ства печного елового угля.

Химический состав					Теплотв. способность, Cal	Раздавл. груз, кг/см2
н20	зола	с	Н	0 + Ν		вдоль волокон	поперек волокон
1,78	1,13	68,54	4,54	23,98	5 989	68,0	10,0
1,32 1,69	1,01	72,66	4,34	20,67	6 370	64,8	10,0
	0,92	77,42	3,98	16,00	6 826	56,4	9,5
1,96	1,17	81,90	3,63	11,34	7 176	45,8	7,5
2,32	0,90	87,20	3,17	6,41	7 715	57,5	7

оставляют яму закрытой. Через сутки можно уже выгребать готовый уголь. Сохранившиеся очаги тлеющего угля заливают при выгребе водой. Уголь получается мелкий, рыхлый с низким уд. в Выходы по весу составляют 10—12%, а по объёму 30—35%. Такой уголь употребляется для деревенских кузниц и для домашних надобностей. Кустари-углежоги в южных частях РСФСР употребляют для ямного способа только сучья и вершины деревьев. В Ленинградской области и в Центрально-промышленном районе на углежжение идут дрова, причем здесь ямный способ видоизменен: дрова укладывают плотными рядами в продолговатую яму, покрывают их ветвями и дерном и уже после этого зажигают через оставленное в покрышке отверстие. Под конец процесса отверстие засыпают, поверхность ямы утрамбовывают и, когда уголь остыл, выгребают его. При этом способе улучшается качество угля и увеличивается выход.

Костровый спо с о б углежжения дает промышленный металлургии, уголь лучших качеств. Тем не менее на Урале костровый уголь в настоящее время выжигается только в размере 5%, тогда как в Швеции, где потребление Д. у. металлургией немногим уступает Уралу, до сих пор еще более двух третей всего угля производится костровым способом. Костры, или кучи, бывают стоячие, с вертикальным положением дров, или лежачие, с горизонтальным расположением. Наиболее распространенными и более совершенными являются стоячие костры. На Урале очень часто встречается тип костра, изображен-

Фигура 1.

ный в разрезе на фигуре 1. На специально выбранном сухом участке выравнивают ток и в центре его забивают высокий кол. Если место сыровато, то необходимо обрыть место костра канавой, а под самый костер устроить настил из расколотых дров—мо-стовник а (фигура 1 и 2), во избежание получения большого количества плохо обугленного копытника. В одну сторону от кола дрова укладывают так, чтобы образовался зажигательный канал б. Дрова для костра берутся сухие, годовалые, длиной в 1 метров Самый верхний ярус в носит название свой- чепца, но иногда его не делают, укладывая дрова третьего яруса с большим наклоном к центру костра. По укладке дров поверхность костра покрывают хвойными ветвями и на них укладывают еще земляную покрышку. Вверху слой покрышки тоньше, чем на боках. От состава покрышки зависит успех углежжения и наилучшим — считается суглинистая земля, смешанная с золой и мелким углем, оставшимися от предыдущего углежжения. Глинистая земля растрескивается, а песчаная при высыхании осыпается с боков. Обычно уральский костер вмещает 100—120 м³ дров. Зажигание костра производится через канал б. В первое время из дров обильно выделяется влага, которая частично оседает на покрышке (потение костра). Если высыхание дров совершается медленно, то углежог снимает часть земляной покрышки с чепца, а внизу у мостовншса пробивает с подветренной стороны отверстия (подвал ы, или пороги) для увеличения доступа воздуха. Когда желтый дым сменяется прозрачным, синеватым и вершина костра начинает оседать, процесс углежжения в вершине костра закончен; углежог увеличивает здесь слой покрышки, стремясь прекратить доступ воздуха к готовому углю. Огонь переводят во второй ярус дров, уменьшая здесь слой покрышки или пробивая в ней ряд мелких отверстий. Здесь тоже сначала получается желтый дым, к-рый постепенно синеет, и тогда огонь переводят в нижний ярус, регулируя ход углежжения в последней стадии открыванием или засыпкой подвалов. В первой стадии процесса в разных частях костра могут образоваться смеси газов, и костер «стреляет», сбрасывая местами покрышку и выкидывая иногда дрова. При неправильной кладке костра или при недостатке надзора уголь в нек-рых местах выгорает, и получаются провалы. Во всех таких случаях углежог должен тотчас яге заполнить свежими дровами образовавшиеся пустоты (кормление костра) и возобновить полностью первоначальный слой покрышки. По окончании обжига засыпают все подвалы, дают куче охладиться, на что требуется 1—2 суток, и приступают к разборке кучи, начиная с чепца. Разборка производится только в сухую погоду, чтобы не испачкать готового угля. Когда уголь окончательно охладится, на грохоте отсеивают мелочь (п а т ь я) и укладывают уголь либо в рогожные кули либо в плетеные из прутьев короба для отвозки на чугуноплавильные з-ды. Короб на Урале слуягит учетной единицей, вмещая 2 ж³ угля. Углежжение про-долясается, в зависимости от погоды, 8—10 дней, да еще столько же уходит на устройство кучи, ломку и уборку угля. Всего для костра в 120 ж³ требуется до 50 чв-д.

В 3. Европе стоячие костры устраиваются немного иначе (фигура3).Ток делается на искусственном возвышении с подъемом к центру, причем мостовник а устраивается при всяком грунте. Зажигательный канал б делают вертикальный из четырех вбитых на нек-ром расстоянии кольев. В центре костра складывается значительное количество зажигательного материала в, для того чтобы сразу дать энергичный ход углежжению. Чепец г выкладывается с особой тщательностью, т. к.

его правильная форма способствует нормальному ходу процесса. Вместимость такого костра вдвое больше уральского (250 да³). Ведение углежжения в общем аналогично уральскому, но, благодаря особенностям устройства костра, распространение процесса образования угля идет по параболоиду (фигура 4). Надзор за ходом «немецкого» костра ведется более внимательно, и особенно часто практикуется кормление костра. Выход угля в уральских стоячих кострах составляет 20—22% по весу и 50—55% по объёму от воздушносухих годовалых дров; выход в немецких кострах выше, составляя 24% по весу и 60—65% по объёму. Хвойные породы, особенно ель, дают более высокие выходы; береза же дает ок. 18% по весу и 45% по объёму. Темп-pa углежжения в кострах 500— 600°, и в соответствии с этим костровый уголь содержит ок. 90% углерода по элементарному составу, причем количество нелетучего углерода составляет 82—84%. Последняя цифра особенно важна для доменного процесса, т. к. именно содержание нелетучего углерода обусловливает количественный выход чугуна, летучий же углерод способствует увеличению выхода и улучшению состава лишь колошниковых газов. Если эти последние не находят использования, то выход чугуна является единственным критерием для оценки качеств угля, и в этом отношении костровый уголь имеет наилучшие показатели. Объемный удельный вес кострового угля и механические свойства его выше, чем у других сортов Д. у.

Лежачие костры (фигура 5) устраивают между вбитыми по краям кольями. Ширина костра немного более длины поленьев, а длина м. б. произвольной (в 3—5 раз больше ширины); высота около 2 ж. К кольям присло-Фигура 5. няют доски и одно временно с укладкой поленьев между досками и торцами поленьев делают земляную засыпку. К одному концу костра дрова укладывают выше, чтобы создать направление тяги. Зажигание костра начинают с низкого края а, к-рый носит название подошвы, и направляют огонь к высокому краю б—п а р у с у, путем пробивания отверстий в верхней покрышке костра. При ведении процесса руководствуются теми же признаками, что и в стоячих кострах. Выходы угля получаются немно

гим меньше, чем в стоячих кострах, но самый уголь оказывается более измельченным, т.к. крепость его в направлении, перпендикулярном волокнам, приблизительно в 5 раз меньше по сравнению с крепостью в направлении, параллельном волокнам, и при горизонтальном расположении поленьев много готового угля раздавливается в нижних рядах.

Трудность управления ходом процесса при костровом углежжении, зависимость от погоды, краткость углевыжигательного сезона, необходимость каждый раз устраивать покрышку для костра, поддерживать ее в исправности во время углежжения и разбирать по окончании побудили техников ввести углевыжигательные печи. Примером такой печи может служить печь Шварца (фигура 6), которая представляет собою прямоугольную продолговатую камеру с топкой, расположенной под серединой продольной стенки. Топка без колосников находится под кирпичным подом печи, и топочные газы поступают в углевыжигательную камеру через отверстие в центре пода. Против топки в другой продольной стенке имеется загрузочное отверстие, вместо которого для ускорения загрузки иногда устраивают два отверстия в поперечных стенках печи. По углам печи имеются 4 вытяжных деревянных трубы. Печь перекрыта легкой крышей на деревянных столбах, которые вместе с тем служат и для связи печи. Плотно загрузив печь дровами,расположенными внизу вертикально (став), а под сводом горизонтально (ка), закрывают загрузочное отверстие железной заслонкой и швы промазывают глиной. В топке разводят огонь, и горячие, топочные газы, проникнув в печь, постепенно повышают ί° углевыжигательной камеры. Через вытяжные трубы сначала идет белый дым, потом желтый, а появление синеватого прозрачного дыма служит признаком окончания процесса, после чего топочные и вытяжные отверстия плотно закрываются, и печь стынет несколько дней. После выгрузки угля печь готова для новой загрузки. При емкости печи в 50 м³ дров она делает З¹/·, оборота в месяц; печь в 70 ж³ делает 3 оборота и печь в 100—120 да³—2¹/» оборота. Производительность выше у печей малого объёма, но обслуживание и затрата топлива на печах большого объёма дают более экономичные результаты, почему наиболее выгодными в среднем являются печи в 60—80 м³. Для топлива можно употреблять самые плохие дрова, сучья, щепу и тому подобное. Расход топлива составляет 6—10% от объёма загружаемых дров, и выходы угля, включая подтопочные дрова, достигают в печах Шварца для ели 88% по объёму и 26% по весу, для сосны соответственно—80 и 25% и для березы— 58 и 23%. Учет объёмного выхода производится коробами, в которых, однако, между кусками угля остается много пустот. Содержание общего углерода—76—80% при 67% нелетуч, углерода. Такое низкое содержание углерода в угле всецело обусловливается, как впервые указал Юон, низкой t° в печах

Фигура 6.

Шварца, составляющей только 350—400°, против 500—600°, достигаемых в кострах.

Для повышения ί° обжига в печах и улучшения качества угля прибегают к газовому топливу, имеющему более высокий пирометрии. эффект, при помощи газовиков, направляющих газообразные продукты разложения в топку, или устраивая газогенераторные топки. Ф. Н. Суханов усовершенствовал топку Шварца и ввел приспособление для дутья воздуха, благодаря чему газообразные продукты разложения древесины сгорают на месте их образования и тем сильно поднимают t° процесса; t° под сводом в этих печах превышает 700°, уголь получается качеством не ниже хорошего кострового, но объёмные и весовые выходы значительно ниже, чем в печах Шварца.

Тот же принцип утилизации образующихся горючих газов на нагрев древесины осуществлен в ретортных печах (смотрите Дерево, сухая перегонка).

Для увеличения массового выхода угля и удешевления его вводятся печи непрерывного действия с утилизацией жидких продуктов. На Урале стоимость угля из печей непрерывного действия превысила вдвое стоимость угля из печей Шварца, а утилизация а и уксусной кислоты была бы рентабельной только при березовых дровах. До 1914 г. Урал расходовал для выжигания древесного угля почти 12 млн. м³ древесины, и в 1928/29 г. потребление металлургии. угля составит уже ок. 85% этого количества. Если учесть, что сухая перегонка дерева лиственных пород по всей РСФСР потребляет только 400 000 м³ древесины, то становится понятным все значение Д. у. в народном хозяйстве Союза. Древесноугольный чугун при переработке дает специальные сорта железа и стали, которые по качеству значительно превосходят таковые из коксового чугуна.

Лит.: Филиппов Н. А., Лесная техноло гия. Пирогенетич. производства, стр. 9—44, СПБ, 1910; Арнольд Ф. К. Русский лес, т. 2, ч. 2, стр. 348—373, СПБ, 1899; Ю он Э., Древесный уголь и химия углежжения, «Горный журнал», М., 1908, 3; Надешин А. А., Основные виды топлив России и их характеристика, стр. 25—27, М., 1925; Н о-ги н К. И., Сухая перегонка дерева листв. и хвойных пород, стр. 82—132, Л., 1926; «Труды 1 Уральского съезда деятелей по углежжению», стр. 8—242, Сверд-• ловск, 1 926; Deni F., Die Holzverkohlung u. der Kohlereibetrieb, p. 5—290, W., 1910; Bergstrom H. och Wasslen G., Om Trakolning, p. 1—180, Stockholm, 1922. В. Петровский.