Костровое (кучное) углежжение. Костровое углежжение – это старинный способ химической переработки древесины. Служит для получения древесного угля. Жидкие продукты при этом способе обычно не улавливаются. Для устранения свободного доступа воздуха костер покрывается снаружи плотной покрышкой из дерна, земли, соломы и угольной мелочи («патьи»).
По способу укладки костры бывают стоячие (вертикальные, рис. 1) и лежачие (рис. 2). 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 м3. Костры устраивают вблизи водоема на рыхлом суглинке. В центре выбранного места под костер вбивают кол и вокруг него в соответствии с полученным 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.
Процесс обугливания делится на две фазы: высушивание и переугливание. Во время сушки выделяются взрывоопасные газы и пары желто-серого цвета. При повреждении покрышки взрывами ее восстанавливают, высохшую покрышку увлажняют.
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, т.е. здесь применяется правило, когда воздух должен поступать через дрова (нижние продухи), а газы выходить через отверстия из зоны обугливания. 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.
Печное углежжение. Кроме кострового углежжения, используют и печное. Углевыжигательные печи бывают переносными 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 отогревается 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 проф. 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 выходном тамбурах, 7 в камере обугливания и 6 в камере охлаждения. Камеры выложены из кирпича, а камера охлаждения на 2/3 длины сделана из лис-товой 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.
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.
Применение древесного угля. Древесный уголь состоит в основном из летучего углерода и почти не содержит серы и фосфора. Березовыйуголь 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.