Автор: Мало кто из владельцев дома прекрасно понимает, Что такое пиролиз и как он происходит. Зато все наслышаны о котлах с двумя камерами, чьи неимоверно большие показатели нам бесперерывно рекламируют их производственники и продавцы. Но обычные пользователи уже стали пристраститься к подобного рода маркетинговым кампаниям, сопровождающим почти что любой товар, и относятся к ним с настороженностью. Цель этой статьи – объяснить, как в действительности течет пиролизный процесс, в каких областях используется, а еще оценить его применение в котлах работающих на твёрдом топливе.
Пиролиз древесины
Как химический процесс явление это сопровождает горение любой биомассы. В этом несложно удостовериться, если провести примитивный опыт: уложить на раскаленную поверхность металла не очень большой кусочек сухой древесины. Большинству из нас и так известно, что будет дальше, даже опыт проводить не надо. Сначала дерево обуглится, станет дымиться, а Впоследствии может вспыхнуть и сгореть либо просто истлеет.
От влияния большой температуры происходит термическое разложение (деструкция) древесины, из-за которого выделяются разные горючие газы. Их кол-во зависит от температуры нагрева, вот почему лучина на горячей поверхности воспламеняется абсолютно не всегда. Когда температура не будет больше 450 °С, газов выделяется немножко, они не могут достигать необходимой концентрации и не вспыхивают. Процесс гниения щепки затянется на продолжительное время и окончится горсткой пепла.
Комфортная температура пиролиза древесины, при которой появится множество горючих газов, находится в диапазоне 600—900 °С. Если поверхность под щепкой разогрета до такой степени, то загорание дерева неминуемо благодаря большой концентрации газов. После вспыхивания процесс резко ускорится, так как сейчас он подпитывает теплом сам себя и лучина быстро истлеет. Если же уменьшить к ней доступ кислорода, то загорания не случится, а разложение будет идти с прошлой скоростью. Это позволяет отвести образовывающиеся газы и применять для разных целей.
Нужно понимать, что дерево никогда не горит само по себе, возгораются образовывающиеся газогенераторные газы, зачем необходима высокая температура. Вот почему от спички не удастся распалить толстое полено, очень мало подводится тепла. Для тонкой щепки его вполне достаточно, реакция с выделением газа начнется быстро, что и приводит к возникновению пламени.
Итак, пиролиз – это хим. реакция деструкции вещества, вызываемая влиянием большой температуры. В природных условиях она течет одновременно с горением. Очередность хода процесса покажем на примере древесины:
- нагрев вещества от внешнего источника тепла;
- при температуре примерно 300 °С начинается процесс гниения вещества и выделения горючих углеводородов;
- так как доступ кислорода не исчерпывается, а тепло подводится в виде открытого пламени, при достижении 500 °С кол-во газов увеличивается и происходит их загорание;
- реакция горения течет своими силами, без внешнего теплового источника. Сжигаемые углеводороды дают необходимое кол-во теплоты для последующего термического разложения древесины.
Область использования пиролиза
В оптимальном варианте пиролиз древесины происходит в пространстве закрытого типа без поступления кислорода и с неизменным подведением тепла снаружи. Чтобы не тратить для такой цели не дешёвые источники энергии, для поддерживания процесса применяют часть итогового продукта – смесь горючих газов. В смесь входит метан, монооксид углерода (СО) и водород, из негорючих веществ в ней присутствуют углекислый газ и азот.
Получение газообразного горючего из разных отходов обработки дерева – это и есть главная область использования пиролиза древесины в промышленности.
Главное оборудование для тех. процесса — это пиролизные печи (газогенераторы), блоки охладителей и фильтров. Сырье в виде опилок, щепы и других отходов загружается в печь и там сжигается при небольшой подаче воздуха. Так как продуктивность установки зависит от температуры, то в промышленности очень часто используют говоря иначе быстрый пиролиз, когда сырье разогревается с большой скоростью. Смесь газов проходит охлаждение и фильтрацию, после этого закачивается в резервуары для последующей отделки.
С точки зрения получения полезных химических соединений дерево не так интересно, как уголь. Если последний подвергнуть отделке аналогичным способом, то можно получить много ценных веществ. Правда, чтобы вызвать настоящий пиролиз угля, требуется обеспечить более большую температуру. Зато в результате проведения конкретных тех. процессов вырабатываются следующие продукты:
- древесный уголь: незаменяемый элемент, участвующий в плавке стали;
- нашатырный спирт: нужен для изготовления удобрений;
- толуол: исходный компонент для производства различных красителей, и вдобавок – взрывчатки (тринитротолуола);
- анилин: входит в состав красок и эмалей, изготавливаемых химическим путем.
Перечисленные продукты пиролиза угля – лишь небольшая часть перечня, более полная картина показана на иллюстрации:
О котлах с двумя камерами
Эта группа твердотопливных агрегатов выделяется от конвекционных котлов прямого горения наличием 2-ух камер взамен одной. По задумке, в первой камере сжигания идет процесс газификации твёрдого топлива при подаче маленького количества кислорода, а во второй – дожигание выделяющихся газогенераторных газов при добавлении вторичного воздуха. Но так ли это происходит методика сжигания в действительности? Чтобы это осознать, нужно рассмотреть конструкцию теплового генератора.
Сейчас есть 2 вида пиролизников, рассмотрим устройство каждого подробно. Наиболее распространенная конструкция – когда первичная топочная камера будет над вторичной. Между ними есть распылительное устройство сечения с прямыми углами, выполненная из шамотного кирпича. А сейчас важно: воздух в главную камеру сгорания нагнетается при помощи вентилятора, отчасти попадая и в нижнюю камеру для дожигания газов. Другими словами, принцип пиролиза нарушен с самого начала, так как взамен ограничения по кислороду вентилятор выполняет его излишек.
Что это даёт? Полное и эффективное сжигание дров, так что и золы не остается. Однако данному есть изъяснение: сухое дерево не после себя оставляет золы, а исключительно не тяжелый пепел, половина которого просто выдувается вентилятором через распылительное устройство в дымотвод. По всем признакам этой конструкции можно присвоить наименование «котел верхнего дутья», так как вентилятор нагнетает воздух в верхнюю камеру. Благодаря этому увеличивается температура горения, возрастает выход газа, однако он здесь же горит, проходя через распылительное устройство. Аналогичный метод работы имеет мало общего с химической реакцией пиролиза.
Котел с естественной подачей кислорода
В ином типе тепловых генераторов камеры размещены наоборот: главная топочная камера снизу, вторичная – над ней. Распылительные устройства нет, взамен нее устроен обыкновенный газоход, объединяющий камеры между собой. Вентилятора тут нет, воздух в две камеры сгорания подается настоящим путем – за счёт тяги дымоотвода. Причем подача выполняется по раздельным каналам. Нужно сказать, что в этом случае процесс пиролиза древесины организован лучше, горение в топливнике происходит с небольшим расходом воздуха, его поступление ограничено заслонкой.
Проблема тут в ином: при закрытой воздушной заслонке падает и температура процесса, выход газа уменьшается. Воздуха для вторичной камеры тоже не хватает, так что она преобразуется в обыкновенный газоход, где продукты горения отдают собственное тепло стенкам водяной сорочки. Если же заслонку открыть, горючих газов появится больше, однако они станут гореть в ключевой камере сгорания, попадая во вторую только отчасти. Аналогичные котлы с двумя камерами больше похожи на агрегаты прямого горения, где дымовые газы выполняют несколько ходов для лучшей отдачи тепла. Да и по впечатлениям клиентов они не могут похвалиться очень высокой эффективностью.
Выводы
Хим. реакция термического распада углеводородов повсеместно используется в промышленности не только для получения газообразного топлива, но и с целью синтеза всяких полезных веществ. Организовать пиролиз древесины дома вполне возможно, но правильность этого мероприятия очень низка. А вот дровяные котлы, именуемые газогенераторными, имеют к данному действию очень неособенное отношение, хотя стоят очень дорого обыкновенных.
