Пиролиз в бытовых твердотопливных котлах – мифы и реальность

Явление пиролиза всегда сопровождает горение твердого топлива в отопительных печах и котлах. Масштаб процесса зависит от двух факторов – режима сжигания и конструкции домашней теплосиловой установки. Предлагаем детально рассмотреть пиролиз древесины либо каменного угля, варианты его применения в промышленных и бытовых условиях. Цель — развеять мифы, придуманные продавцами и кустарными изготовителями дорогостоящего «пиролизного» оборудования, предназначенного для обогрева частных домов.

1 Что такое пиролиз — описание процесса

2 Влияние повышенной влажности

3 Для чего используют термическое разложение

4 Применение в быту

5 Мифы о пиролизных ТТ-котлах

6 Заключение

Что такое пиролиз — описание процессаТеоретически можно сжечь любое вещество, включающее соединения углерода с водородом, например:

уголь;

природный газ (метан, пропан и так далее);

биомасса – свежая, сухая;

изделия из дерева, целлюлозы, обычные дрова;

различные виды пластмасс;

резина из натурального либо искусственного каучука;

нефть, ее производные;

прочие углеродосодержащие отходы.

На выходе получите определенное количество тепловой энергии, зависящее от первоначальной влажности сжигаемой массы. Для описания процессов воспользуемся химической формулой:

Горение – это реакция быстрого окисления. В идеальных условиях каждый атом углерода соединяется с двумя частицами кислорода, а 2 атома водорода взаимодействует с 1 частицей кислорода. В результате образуются безвредные соединения – углекислый газ СО2 и вода. Последняя испаряется при нагреве, отнимая часть выделяющейся теплоты.

Важный момент. В реальных условиях далеко не все атомы водорода и углерода находят себе пару из-за недостатка молекул кислорода. Поэтому в состав продуктов горения входит небольшая доля вредных горючих соединений – угарный газ (СО), свободный водород (Н2) и углерод в виде сажи.

Пиролиз — это реакция разложения вещества, протекающая при нагреве и нехватке свободного кислорода. Указанный принцип используется в газогенераторных установках:

Топливо (в частности, дерево) помещают внутрь закрытого металлического сосуда – реактора.

Емкость подогревается извне до 500…900 градусов, сквозь специальные отверстия — фурмы подается дозированное количество воздуха.

Под воздействием высокой температуры вещество разлагается на 3 основных компонента – угарный газ (СО), водород (Н2) и твердый или жидкий углеродный остаток. Параллельно образуется небольшое количество углекислого газа и водяного пара.

Летучие продукты составляют пиролизный газ – горючую смесь водорода и окиси углерода, покидающую емкость через отдельный трубопровод. Выделенное газообразное топливо очищается, охлаждается, потом закачивается в резервуар.

Справка. В условиях производства полученный синтез-газ направляется на подогрев той же емкости газогенератора.

Горение и пиролиз – 2 разных процесса, могущих протекать одновременно. Пример: во время интенсивного сжигания дров в топке котла образуется малый объем угарного газа, безвредного СО2 значительно больше. И наоборот, в режиме тления дрова выделяют много водорода и угара, часть которого успевает превратиться в СО2 — окислиться. То есть, все зависит от количества участвующего в реакции кислорода.

Влияние повышенной влажностиБольшое содержание влаги в исходном материале одинаково пагубно влияет на реакции горения и пиролиза. Рассмотрим процессы на примере сжигания древесины:

При горении выделяемая энергия тратится на испарение воды, содержащейся в дровах. Количество теплоты на выходе существенно уменьшается, топливо сжигается впустую.

Влага сильно замедляет термическое разложение вещества. Часть затрачиваемой на прогрев теплоты отнимает испаряющаяся вода, нужная температура (минимум 500 °C) не достигается. Пиролиз древесины, содержащей свыше 50% влаги, практически невозможен.

Современные котлы, работающие на твердом топливе, все чаще, в своей работе используют процесс пиролиза. Принцип работы отопительного оборудования, основанный на способности древесины, при сгорании, выделять большое количество углекислого газа.

Пиролизный котел длительного горения аккумулирует тепло, получаемое в процессе сжигания топлива из древесины или ее отходов, и дожига выделяемого газа.

Как работают пиролизные котлы с длительным временем горения

Твердотопливный пиролизный котел длительного горения, отличается от классических теплогенераторов несколькими конструкционными различиями и внутренним устройством. Изменения затронули рабочие процессы, топочную камеру и дымовой канал.

В результате модификаций и конструкторских решений, были достигнуты следующие преимущества и характеристики:

Время работы от одной закладки топлива, от 8 до 120 часов, в зависимости от модели и качества топлива.

Уменьшение расхода древесины – по сравнению с классической версией котла, затраты на топливо уменьшились на 15-20%.

Точность регулировки – используемый принцип действия и применяемая автоматика, обеспечивают точную регулировку интенсивности нагрева теплоносителя, с погрешностью не более 1°С.

Высокая теплоотдача – коэффициент полезного действия пиролизных моделей, варьируется, в зависимости от качества топлива и производителя, в пределах 80-92%.

Что такое процесс пиролиза топлива

Принцип работы пиролизного котла длительного горения, основан на естественных физических процессах и свойствах древесины:

Дерево, при нагревании начинает выделять углекислый газ.

После смешивания с кислородом, получается горючая газовоздушная смесь CO, которая в обычных условиях, попросту выходит в дымоходную трубу.

Стальные твердотопливные пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром, снабжены специальной камерой дожига.

Продуцируемый газ направляется в дополнительную топку, где сгорает при температуре 600-800°С.

Главной задачей пиролизного отопительного оборудования, является создание необходимых условий для максимального продуцирования углекислого газа:

высокая температура и ограниченный доступ воздуха.

Пиролизный котел отопления длительного горения.

Пиролизные котлы: технические характеристики, разновидности и способы монтажа.

Видео: пиролизный котел: мифы и реальность Экономное и эффективное отопление – мечта любого домовладельца.

Счастливы те, у кого есть возможность подключить газовые котлы, остальным приходится выбирать между твердотопливными котлами и электрическими.

Твердотопливные хороши тем, что относительно недорого получается отопление.

Их недостаток – необходимо постоянное присутствие для того, чтобы подкладывать топливо.

Но последние разработки – котлы длительного горения пиролизного типа – стали более удобны в этом плане.

На одной закладке топлива могут греть систему от 8 до 24 часов (в зависимости от топлива и температуры окружающей среды).

В промежуток между закладками дров возрастает вдвое, а можно проверять вообще раз в месяц – такое топливо может подаваться автоматически по мере необходимости.

Есть у них недостатки. Не без этого.

Два основных: оборудование дорогостоящее и очень часто энергозависимое (требуется гарантированное электропитание).

Цена окупается в процессе эксплуатации: на одной закладке дров греться дом вдвое дольше, а на закладке – вообще до суток.

К тому же есть котлы, которые сжигают все: даже строительный мусор и старые покрышки.

Все, что может гореть.

Принцип действия Как так получается, что от такого небольшого количества топлива получается столько энергии?

Все дело в том, что большая часть тепла в обычных котлах (их называют котлами прямого горения) буквально «вылетает» в трубу.

Если вы топите дровами или углем, вы знаете, что к трубе дотронуться невозможно – температура там и 300 o C может быть и 400 o C.

А в некоторых случаях (в банях, например) еще выше.

В пиролизных колах воздух из топки выходит с температурой 130-160 o C.

Это достигается за счет того, что используется не только энергия выделяемая дровами, но и дожигается тот газ, который они выделяют во время тления (для этого создается специальный режим).

Работа основана на том, что углеродсодержащее топливо (уголь, дрова, пеллеты) когда горят при недостатке кислорода, разлагается на большое количество газов и горючих веществ.

Из-за того, что в процессе тления из древесины или другого углеродосодержащего топлива, выделяется большое количество горючих газов, такие аппараты называют еще газогенераторными котлами.

Например, древесина в результате пиролиза преобразуется в: твердый остаток – , который сам является высококалорийным топливом; метиловый спирт; ацетон; различные смолы; уксусную кислоту.

Все эти вещества горят и выделяют при этом большое количество энергии.

Пиролизные котлы потому имеют две камеры: В камеру сгорания закладывают топливо и разжигают его для достижения нужной температуры.

В пиролизную камеру (камеру дожига) отводят выделившиеся при горении топлива газы. Они уже имеют высокую температуру, смешиваются с нагнетаемым туда воздухом, воспламеняются.

В обе камеры отдельно подается воздух, его количеством регулируется интенсивность горения и мощность котла на данном этапе.

Это единственная технология сжигания топлива, которая позволяет автоматизировать сжигание дров или угля.

Достоинства и недостатки Выделение газов при горении в условиях недостатка кислорода происходит очень активно.

Потому для эффективной работы такого оборудования важна автоматика, которая будет управлять процессом: ограничивать подачу кислорода после того, как дрова разгорелись и регулировать процесс в обеих камерах.

Вот в этом и состоит основной недостаток кола: для работы ему нужно гарантированное питание (чтобы автоматика работала).

Есть еще один положительный момент: пиролизные газы при горении взаимодействуют с углеродом.

В результате этих реакций на выходе из котла, дым состоит в основном из углекислого газа и паров воды с небольшим количеством других примесей.