Зміст:
- Піроліз деревини
- Сфера застосування піролізу
- Про піролізних котлах
- Котел з природною подачею кисню
- Висновки
Мало хто з домовласників добре розуміє, що таке піроліз і яким чином він відбувається. Зате всі чули про піролізних котлах, чиї неймовірно високі показники нам невпинно рекламують їх виробники та продавці. Але рядові користувачі вже стали звикати до подібного роду рекламним кампаніям, які супроводжують практично будь-який товар, і ставляться до них з осторогою. Мета даної статті – пояснити, як насправді протікає процес піролізу, у яких сферах застосовується, а також оцінити його використання в твердопаливних котлах.
Піроліз деревини
Як хімічний процес це явище супроводжується горіння будь біомаси. У цьому неважко переконатися, якщо провести простий досвід: покласти на розпечену металеву поверхню невеликий шматок сухої деревини. Багатьом з нас і так відомо, що буде далі, навіть досвід проводити не потрібно. Спочатку дерево обвуглиться, стане диміти, а потім може спалахнути і згоріти або просто истлеет.
Від впливу високої температури відбувається термічне розкладання (деструкція) деревини, в результаті якого виділяються різні горючі гази. Їх кількість залежить від температури нагріву, ось чому скіпа на гарячій поверхні займається далеко не завжди. Коли температура не перевищує 450 °С, газів виділяється небагато, вони не досягають потрібної концентрації і не спалахують. Процес розкладання тріски затягнеться на тривалий час і закінчиться жменькою попелу.
Оптимальна температура піролізу деревини, при якій утворюється велика кількість горючих газів, лежить в діапазоні 600-900 °с. Якщо поверхня під тріскою розігріта до такої міри, то займання деревини неминуче завдяки високій концентрації газів. Після спалаху процес різко прискориться, оскільки тепер він підживлює теплом сам себе і скіпа швидко истлеет. Якщо ж обмежити до неї доступ кисню, то вибуху не відбудеться, а розклад буде йти з колишньою швидкістю. Це дає можливість відвести утворюються гази і використовувати для різних цілей.
Треба розуміти, що дерево ніколи не горить сама по собі, займаються утворюються піролізні гази, для чого потрібна висока температура. Ось чому від сірника не вдасться розпалити товсте поліно, занадто мало підводиться тепла. Для тонкої тріски його буде достатньо, реакція з виділенням газу почнеться швидко, що й призведе до появи полум’я.
Отже, піроліз – це хімічна реакція деструкції речовини, що викликається впливом високої температури. У природних умовах вона протікає спільно з горінням. Послідовність ходу процесу покажемо на прикладі деревини:
- нагрів речовини від зовнішнього джерела тепла;
- при температурі близько 300 °С починається процес розкладання речовини та виділення горючих вуглеводнів;
- так як доступ кисню не обмежується, а тепло підводиться у вигляді відкритого полум’я, при досягненні 500 °С кількість газів зростає і відбувається їх займання;
- реакція горіння протікає самостійно, без зовнішнього джерела тепла. Спалюються вуглеводні забезпечують потрібну кількість теплоти для подальшого термічного розкладання деревини.
Сфера застосування піролізу
В ідеальному варіанті піроліз деревини відбувається в закритому просторі без надходження кисню і з постійним підведенням тепла ззовні. Щоб не витрачати для цієї мети дорогі енергоносії, для підтримки процесу використовують частину кінцевого продукту – суміш горючих газів. До складу суміші входить метан, чадний газ (СО) і водень, з негорючих речовин у ній присутні вуглекислий газ і азот.
Отримання газоподібного пального з різних відходів деревообробки – це і є основна сфера застосування піролізу деревини у промисловості.
Основне обладнання для технологічного процесу — це піролізні печі (газогенератори), блоки охолоджувачів і фільтрів. Сировина у вигляді тирси, стружки та інших відходів завантажується в піч і там спалюється при мінімальній подачі повітря. Оскільки продуктивність установки безпосередньо залежить від температури, то в промисловості найчастіше застосовують так званий швидкий піроліз, коли сировина розігрівається з високою швидкістю. Суміш газів проходить охолодження і фільтрацію, після чого закачується в резервуари для подальшої обробки.
З точки зору отримання корисних хімічних сполук дерево не так цікаво, як вугілля. Якщо останній піддати обробці таким же способом, то можна отримати багато цінних речовин. Правда, щоб викликати повноцінний піроліз вугілля, необхідно забезпечити більш високу температуру. Зате після проведення певних технологічних процесів виробляються наступні продукти:
- кокс: незамінний компонент, що бере участь в плавці сталі;
- аміак: необхідний для виробництва добрив;
- толуол: вихідний елемент для виготовлення різних барвників, а ще – вибухівки (тринітротолуолу);
- анілін: входить до складу фарб та емалей, виготовлених хімічним шляхом.
Перераховані продукти піролізу вугілля – лише мала частина списку, більш повна картина показана на ілюстрації:
Про піролізних котлах
Ця група твердопаливних агрегатів відрізняється від традиційних котлів прямого горіння наявністю двох камер замість однієї. За задумом, в первинній камері спалювання йде процес газифікації твердого палива при подачі недостатньої кількості кисню, а в другій – допалювання виділяються піролізних газів при додаванні вторинного повітря. Але чи так це відбувається технологія спалювання насправді? Щоб це зрозуміти, треба розглянути конструкцію теплогенератора.
На даний момент існує 2 види піролізних котлів, розберемо пристрій кожного докладніше. Найпопулярніша конструкція – коли первинна топка знаходиться над вторинною. Між ними є форсунка прямокутного перерізу, зроблена з вогнетривкої цегли. А тепер увага: повітря в головну топку нагнітається за допомогою вентилятора, частково потрапляючи і в нижню камеру для допалювання газів. Тобто, принцип піролізу порушений спочатку, так як замість обмеження по кисню вентилятор створює його надлишок.
Що це дає? Повне і ефективне спалювання дров, так що і золи не залишається. Але цьому є пояснення: сухе дерево не залишає після себе золи, а тільки легкий попіл, половина якого просто видувається вентилятором через форсунку в димохід. За всіма ознаками даної конструкції можна присвоїти назву «котел верхнього дуття», оскільки вентилятор нагнітає повітря у верхню камеру. За рахунок цього зростає температура горіння, збільшується вихід газу, але він тут же згоряє, проходячи через форсунку. Подібний алгоритм роботи має мало спільного з хімічною реакцією піролізу.
Котел з природною подачею кисню
В іншому типі теплогенераторів камери розташовані навпаки: головна топка знизу, вторинна – над нею. Форсунки немає, замість неї влаштований звичайний газохід, що з’єднує камери між собою. Вентилятора тут немає, повітря в обидві топки подається природним шляхом – за рахунок тяги димаря. Причому подача здійснюється за роздільним каналах. Слід зазначити, що в даному випадку процес піролізу деревини організовано краще, горіння в пальнику відбувається з малою витратою повітря, його надходження обмежена заслінкою.
Проблема тут в іншому: при закритій повітряній заслінці падає і температура процесу, вихід газу знижується. Повітря для вторинної камери теж не вистачає, так що вона перетворюється в звичайний газохід, де продукти горіння віддають своє тепло стінках водяної сорочки. Якщо ж відкрити заслінку, горючих газів утворюється більше, але вони будуть горіти в основний топці, потрапляючи в другу лише частково. Подібні піролізні котли більше нагадують агрегати прямого горіння, де димові гази роблять кілька ходів для кращої тепловіддачі. Та й за відгуками користувачів вони не можуть похвалитися підвищеною ефективністю.
Висновки
Хімічна реакція термічного розпаду вуглеводнів широко застосовується у промисловості не тільки для отримання газоподібного палива, але і з метою синтезу всяких корисних речовин. Організувати піроліз деревини в домашніх умовах цілком реально, але доцільність цього заходу вкрай низька. А ось дров’яні котли, звані піролізного, мають до цього процесу досить посереднє відношення, хоча коштують набагато дорожче звичайних.