Феноменът на пиролиза винаги съпътства изгарянето на твърдо гориво в пещи и котли. Мащабът на процеса зависи от два фактора - режим на горене и дизайн на домашната топлоцентрала. Предлагаме подробен поглед върху пиролизата на дърва или въглища, опциите за използването й в промишлени и битови условия. Целта е да се разсеят митовете, измислени от продавачи и занаятчийски производители на скъпо оборудване „пиролиза“, предназначено за отопление на частни домове.
Какво е пиролиза - описание на процеса
Теоретично можете да изгорите всякакви вещества, включително съединения от въглерод с водород, например:
- въглища;
- природен газ (метан, пропан и т.н.);
- биомаса - свежа, суха;
- изделия от дърво, целулоза, обикновена дървесина;
- различни видове пластмаси;
- каучук от естествен или изкуствен каучук;
- масло, неговите производни;
- други отпадъци, съдържащи въглерод
На изхода вземете определено количество топлинна енергия, в зависимост от първоначалното съдържание на влага в изгорената маса. За да опишем процесите, използваме химическата формула:
Изгарянето е бърза реакция на окисляване. При идеални условия всеки въглероден атом се комбинира с две кислородни частици, а 2 водородни атома взаимодействат с 1 кислородна частица. В резултат се образуват безобидни съединения - въглероден диоксид CO2 и вода. Последният се изпарява при нагряване, отнемайки част от освободената топлина.
Важен момент. В реални условия не всички водородни и въглеродни атоми намират половинка поради липса на кислородни молекули. Следователно, съставът на продуктите от горенето включва малка част от вредните горими съединения - въглероден оксид (CO), свободен водород (N2) и въглерод под формата на сажди.
Пиролизата е реакция на разлагане на вещество, която възниква при нагряване и липса на свободен кислород. Посоченият принцип се използва в газогенериращи агрегати:
- Горивото (в частност дървесината) се поставя вътре в затворен метален съд - реактор.
- Капацитетът се нагрява външно до 500 ... 900 градуса, през специални отвори - туиери се подава дозирано количество въздух.
- Под влияние на висока температура веществото се разлага на 3 основни компонента - въглероден оксид (CO), водород (N2) и остатък от твърд или течен въглерод. Малко количество въглероден диоксид и водна пара се образуват паралелно.
- Летливите продукти съставят пиролизен газ - горима смес от водород и въглероден оксид, оставяйки резервоара през отделен тръбопровод. Освободеното газообразно гориво се почиства, охлажда и след това се изпомпва в резервоара.
Референтен. При производствени условия полученият синтез-газ се изпраща за загряване на същия капацитет на газовия генератор.
Изгарянето и пиролизата са 2 различни процеса, които могат да протичат едновременно. Пример: по време на интензивно изгаряне на дърва за огрев, в пещта на котела се образува малко количество въглероден окис, безвреден CO.2 много по-голям. И обратно, при тлеещия режим на дърва за огрев се отделя много водород и изпарения, част от които успява да се превърне в СО2 - окислява. Тоест, всичко зависи от количеството кислород, участващо в реакцията.
Ефектът на висока влажност
Високото съдържание на влага в изходния материал еднакво влияе върху реакциите на горене и пиролиза. Разгледайте като пример процесите на изгаряне на дърва:
- При изгаряне освободената енергия се изразходва за изпаряване на водата, която се съдържа в дървесината. Количеството топлина на изхода значително се намалява, горивото се губи.
- Влагата значително забавя топлинното разлагане на веществото.Изпарената вода отнема част от топлината, изразходвана за отопление; необходимата температура (минимум 500 ° C) не е постигната. Пиролизата на дървесина, съдържаща повече от 50% влага, е почти невъзможна.
Най-добрият показател за влажност за плодотворно изгаряне или разлагане на дървесина в газогенератор е 8 ... 15%. В домашни условия е нереалистично да се постигнат такива показатели, продължителното сушене на дърва за огрев под навес ви позволява да постигнете 20-25% съдържание на влага.
Референтен. При производството на горивни пелети и брикети в завода дървени стърготини се сушат до показател 8-10%. Максималната влажност на готовите гранули е 15%.
Защо да използвате термично разлагане
Обхватът на пиролитичните процеси е доста широк:
- Производство на пропилен и етилен за химическата промишленост чрез преработка на течни въглеводородни суровини (нефт).
- Получаване на дървени въглища по метода на безкислородно разлагане на дървообработващите отпадъци.
- Същият технологичен процес, но с ограничено подаване на въздух позволява генерирането на горим синтез от дърво - смес от метан, водород, въглероден окис и неутрален азот.
- Пиролиза на въглища - кафяви и каменни - цяла област на обработка. Получените съединения са синтетичен бензин, кокс, амоняк, въглен катран. Толуен, бензен, нафталин и различни феноли, използвани в химическата промишленост, се добиват от последните.
- Нови разработки - търговско използване на твърди битови отпадъци, автомобилни гуми, пластмаси, органични вещества.
Забележка. Тук са изброени най-известните методи за използване на пиролитични реакции. В действителност има много повече случаи на употреба. Уикипедия твърди, че процесите на пиролиза не са напълно разбрани, много проекти са в процес на разработка.
За термично разлагане в промишлеността се използват пиролизни пещи и различни реактори. Диаграмата по-горе показва газогенератор, който преработва дървесни отпадъци и дървени стърготини в газообразно гориво. Основната роля тук играе реакторът за директна суха дестилация, където подготвените суровини се преработват в синтетичен газ чрез бавно изгаряне.
Важен нюанс. Преди да се зареди в пиролизна печка или газов генератор, дървесината винаги се натрошава и изсушава до съдържание на влага 10% или по-малко.
В индустриалната химия се използва и технологията за бърза пиролиза, когато реакторът се нагрява до температура от 700 ... 900 ° C за кратък период от време. Целта е да се увеличи производителността на оборудването и да се ускори обработката.
Домашна употреба
На ниво домакинство пиролизата помага за решаване на следните проблеми:
- почистване на фурната или фритюрника от лепкави мастни натрупвания, които не могат да бъдат отстранени механично;
- производство на дървени въглища;
- отопление на частна къща с пиролизен котел на твърдо гориво.
Най-добрият метод за почистване на тигана е да го поставите във фурната, да настроите температурата на 200 ... 250 ° C и да оставите да престои половин час. Без достъп на кислород ще се случи разрушаване на утайката, ще остане само пепелта, а аспираторът ще отнеме пиролизните газове.
Референтен. Има модели фурни с вградена пиролитична функция за почистване. В края на "печенето" остава само да избършете вътрешните повърхности и да изхвърлите получената пепел.
Въгленът се използва за пържене на барбекю, ковачество и по-екзотични цели - зареждане с автомобилен газов генератор (как работи, прочетете в отделен материал). Методът за получаване - изгаряне на дървесни отпадъци вътре в затворен контейнер, тоест бавна пиролиза.
Предлагаме да анализираме подробно проблемите, свързани с пиролизните топлинни генератори.
Митове за пиролизните ТТ котли
Основната структурна разлика между нагревател на газов генератор и традиционен котел с директно горене е 2 камери вместо една.Между двете камери е разположен керамичен накрайник, въздухът се принуждава от вентилатор. Металните стени на пиролизния блок са защитени от огнеупорна тухлена облицовка. Как работи:
- Дървата за огрев или въглищата се полагат в горната (първичната) камера и се подпалват.
- Автоматизацията стартира усилващия вентилатор.
- Когато температурата в камината се повиши до 500 градуса, започва отделянето на пиролизни газове.
- Пренесени от общия поток от горивни продукти, тези летливи съединения влизат в долната вторична камера, където се изгарят в присъствието на кислород (уж).
Всъщност полученият синтетичен газ започва да гори дори в първичната пещ, тъй като вентилаторът доставя излишен въздух. Във втората камера е насочена само факла с пламък ... и това е всичко. Освен това продуктите от горенето се движат през топлинните тръби на топлообменника, загряват охлаждащата течност и летят в комина.
Добавяне. Има и друг дизайн на нагреватели - без вентилатор, вторичната камера е разположена в горната част. От гледна точка на пиролизата, концепцията е неработеща, агрегатът функционира като обикновен котел за гореща вода, въпреки че струва два пъти повече от класическите колеги.
Привържениците на пиролизните топлинни генератори (като производителите на това оборудване, продавачите и домашните майстори) приписват следните предимства на своите TT котли:
- горивото се изгаря напълно, остатъкът в съда за пепел е практически нулев;
- време на изгаряне - 10 часа или повече;
- ниско количество вредни емисии в атмосферата;
- висока ефективност поради ефективността от 86 ... 90% (показатели на производителите) в сравнение с традиционните котли с ефективност от 75%.
Нека се опитаме да разберем истинността на тези твърдения. Първият момент: ако камината е заредена със суха дървесина (такава е необходима според инструкциите за използване на нагревателя), след изгарянето ще остане фина пепел. Въздушният поток, създаден от вентилатора и ускоряващ се в дюзата, просто издухва лек остатък в комина.
Резултатът е почти празен съд с пепел, илюзия за пълно изгаряне. Ако положите суха дървесина в класически TT бойлер с турбо, получавате подобен остатък - малко пепел на дъното. Тоест, пълнотата на изгарянето зависи от качеството на горивото, а не от дизайна на топлинния генератор.
Коментар. Полагането на сурова дърва за огрев с влажност над 50% ще даде отрицателен резултат във всеки котел. Обмислянето на такива опции е безсмислено.
Накратко дайте отговори на останалите твърдения:
- Времето на изгаряне от 10-12 часа съответства на реалността. Друго нещо е, че индикаторът се постига благодарение на размера на горивната камера (100 литра или повече), където се поставя много дърва за огрев. Пиролизата няма абсолютно нищо общо.
- Екологичната сигурност на котела е вярна. Вентилаторът изпомпва излишния въздух; образуват се много малко токсични газове. В режим на готовност кислородът не влиза в пещта, дървата за огрев бавно тлее и количеството на вредните емисии се увеличава.
- Ефективността на котела от 90% е приказка. В режим на активно горене принципът на работа на котела е подобен на версиите с турбокомпресор на традиционните агрегати, чиято ефективност не надвишава 75%. Когато вентилаторът е изключен, пламъкът умира, жарките излъчват малко топлина.
Заключение. Придобиването на модел за производство на газ на котел на твърдо гориво е много съмнително начинание. Агрегатът е три пъти по-скъп от обикновените версии и два пъти по-тежък поради облицовката. Домашните топлинни генератори като правило са по-надеждни и по-евтини от фабричните, но са твърде обемни. По отношение на ефективността и други характеристики те не превъзхождат класическите TT котли с управление на турбината или веригата на сцепление.
Известен практикуващ експерт ще потвърди нашето мнение във видеото си:
Заключение
По принцип пиролизата е доста полезен феномен, който се използва широко в индустриалната химия.На ниво домакинство пиролитичните процеси се използват рядко, въпреки че образуването на горими газове се случва във всяка печка или котел, изгаряща дърва. Така че е безсмислено да купувате скъпи модели за пиролиза.