Доступная цена на природный газ и расширение сетей магистральных газопроводов вывели котлы на этом топливе в лидеры продаж. Несмотря на все преимущества, обеспечить полную автономию дому такое оборудование не может. Коммунальные службы могут прекратить подачу газа, на трубопроводах иногда случаются аварии. В новых коттеджных поселках голубое топливо появляется далеко не сразу, а в небольших деревнях, куда все чаще перебираются горожане, уставшие от мегаполисов, о газопроводах только мечтают. По этим причинам не стоит списывать со счетов твердотопливные котлы, особенно инновационные модели.

В средние века было подмечено, что наиболее высокая температура выделяется ни при сгорании дров, а в процессе догорания углей. Появилась профессия углежогов, которые в ямах без доступа воздуха, получали древесный уголь, используемый в дальнейшем в кузницах, домах для отопления. Подобный процесс в наше время назвали пиролизом, а котлы, использующие для нагревания воды принципы средневековых углежогов, стали называть пиролизными.

Отопительное оборудование данного типа состоит из двух камер, первая – загрузочная, в нее помещают сухие дрова и поджигают. После того, как пламенем охватывается весь объем топлива, котел выходит на режим. В камере ограничивают подачу воздуха, в результате чего горит только часть дров и при этом выделяется пиролизный (топливный) газ. Образовавшийся газ нагнетается во вторую камеру, получившую название камеры дожига. Сюда нагнетается при помощи насосов воздух, в богатой кислородом среде топливный газ сжигается с выделением большого количества тепла. Процесс очень похож на сгорание природного газа, что делает удаленное управление отоплением максимально простым. В результате сгорания топлива и пиролизного газа выделяется большое количество тепла и КПД оборудования может достигать 70-100%.

Отопительное оборудование данного типа имеет высокую стоимость, требовательно к влажности топлива и является энергозависимым. Все это компенсируется следующими преимуществами пиролизных котлов:

• Полное сгорание топлива с минимальным количеством золы;
• Возможность использования неколотых дров;
• Регулируемый процесс горения;
• Высокий уровень автоматизации;
• Продолжительность горения 8-12 часов.

Укомплектованный gsm-термометром котел этого типа позволит осуществлять контроль температуры в доме с помощью смартфона.

Пиролизные котлы могут использовать принцип длительного горения, иметь водяной контур. Эффективность такого инновационного оборудования увеличивается, а обслуживание упрощается. В отличие от твердотопливных котлов прямого горения, экономия дров увеличивается в 2-3 раза. Контроль за сгорающим топливным газом обеспечивает равномерный нагрев теплоносителя.

Использовать пиролизные котлы можно на производстве, в частных домах. Так как топливо должно быть достаточно сухим (влажность не более 20%), то наиболее идеальные условия для применения этого оборудования – в столярных мастерских, мебельных цехах. В котлах можно сжигать отходы этого производства, параметры которых полностью соответствуют требованиям используемой технологии.

В частном секторе лучше использовать пиролизные котлы, работающие на пеллетах. Этот вид топлива, созданного из отходов мебельного, столярного, лесоперерабатывающего производства, отличается доступной ценой и эффективностью.

Пеллеты удобно хранить, а их компактность позволяет устанавливать котлы с небольшими камерами горения. Такое оборудование отличается небольшими габаритами, предъявляет меньше требований к организации котельной в доме. Если есть возможность организовать дополнительную сушку дров – то ограничения при выборе пиролизного котла полностью снимаются и можно приобретать любую понравившуюся модель.

Принцип работы пиролизного котла длительного горения

В этой статье мы поговорим о пиролизном котле. Обсудим принцип его работы, попытаемся разобраться в преимуществах и недостатках его применения для отопления частного дома или коттеджа. Как обычно, начнем с определения.

Пиролизный котел: что это такое?

Пиролизный котел (другое название «газогенераторный») — твердотопливный отопительный аппарат, который нагревает теплоноситель в системе отопления при помощи сжигания пиролизного газа.

Котел поделен внутри на камеры:

• Загрузочная камера — в нее загружается топливо (дрова или прессованные брикеты). В ней же происходит температурное разложение древесины на газ и древесный уголь.
• Камера сгорания — в ней происходит сгорание образовавшихся пиролизных газов. Для усиления горения в эту камеру подводится наружный воздух.

Под камерой сгорания может располагаться зольный ящик, в который попадает шлак оставшийся после сгорания.

Принцип работы пиролизного котла

Для лучшего понимания принципа работы, рассмотрим следующий рисунок:

1. Панель управления.
2. Рычаг задвижки загрузочной камеры.
3. Дверь загрузочной камеры.
4. Загрузочная камера.
5. Ручка регулировки притока первичного воздуха.
6. Ручка регулировки притока вторичного воздуха.
7. Дверь камеры сгорания.
8. Горелка.
9. Керамический отражатель.
10. Камера сгорания.
11. Окно прочистки.
12. Газоход.
13. Задвижка загрузочной камеры.
14. Вентилятор с возможностью регулирования скорости вращения.
15. Аварийный теплообменник.
16. Патрубок подачи.
17. Патрубок подключения аварийного теплообменника.

Итак, из верхнего рисунка видно, что горение в таком котле происходит странным, на первый взгляд, образом — сверху вниз.

Это становится возможным благодаря наличию в составе котла вентилятора (позиция 14).

Он создает тягу, которая заставляет пиролизные газы идти в камеру сгорания, где после смешивания их в определенной пропорции с вторичным воздухом происходит их воспламенение.

Приток вторичного воздуха регулируется при помощи специальной ручки (позиция 6).

Такую конструкцию имеют многие отопительные аппараты. В частности:

• Buderus logano.
• Caldera Megatherm.
• Eko-vimar Orlanski.

Но существуют конструкции, работающие на естественной тяге.

В них для работы не требуется наличие вентилятора, что делает такой отопительный аппарат энергонезависимым.

Однако, управлять режимом работы такого котла становится трудно.

Он будет работать по сути как обычный твердотопливный. А в нарисованной выше конструкции есть возможность управления процессом сгорания газа при помощи изменения скорости вращения вентилятора, что повышает КПД всей системы. В этой статье мы не будем подробно на них останавливаться.

Газогенераторный котел работает при высоких температурах и поэтому должен быть изготовлен из высококачественных жаропрочных сталей.

Кроме этого, камера сгорания покрывается шамотными кирпичами. Они защищают металл от разрушения высокими температурами.

Нужно следить, чтобы после чистки камеры сгорания все шамотные кирпичи были уложены ровно без зазоров.

Также, для чистки предусмотрены специальные лючки, расположенные по разным сторонам котла.

Чистку стоит производить согласно рекомендациям производителя, которые изложены в паспорте на изделие.

Котлы ведущих производителей обязательно комплектуются блоками управления (на рисунке позиция 1).

Блок осуществляет контроль за температурой теплоносителя и в зависимости от нее может включать аварийный теплообменник (аварийный перегрев) или уменьшать скорость вращения вентилятора, что уменьшает тягу и приглушает тем самым горение.

Требования к топливу пиролизного котла

Газогенераторный отопительный аппарат привередлив к используемому топливу.

Для достижения максимального КПД котла необходимо использовать сухие дрова (влажность не больше 15-20%).

При использовании дров с влажностью больше 30% КПД газогенераторного котла становится таким же как у обычного твердотопливного котла.

Это создает определенные трудности для потребителя. Например, если вы храните дрова в поленнице на улице, то их влажность может доходить до 50%. Для сушки дров необходимо будет сделать специальное помещение.

Если вы применяете специальные топливные брикеты заводского производства, тоже стоит иметь ввиду, что при их неправильно хранении они легко становятся влажными.

Работать на каменном угле пиролизный котел тоже может, но количество выделяемых пиролизных газов в этом случае будет гораздо меньше, чем при использовании сухих дров из плотных пород дерева (бук, дуб, береза).

Не рекомендуется использовать в качестве топлива пластмассы, резины и прочие твердые бытовые отходы.

При их сгорании могут выделяться едкие вещества, которые ускорят коррозию металлических частей котла.

Пиролизный котел своими руками

Пиролизный котел штука технологически сложная и дорогая. Высокая цена заводских отопительных аппаратов порождает у некоторых людей желание сделать их самостоятельно. Таким людям могу посоветовать внимательно отнестись к выбору материалов.

Если вы сделаете котел из обычной нежаропрочной стали и не будете использовать шамотные кирпичи, то ваш отопительный аппарат не прослужит долго. Пройдет 2 или 3 отопительных сезона и дно камеры сгорания прогорит.

Кроме того, самодельный газогенераторный котел может быть небезопасен для жизни!!!! Из-за ошибок в конструкции возможно выделение угарного газа в помещение.

Поэтому советую найти хорошие чертежи и всю остальную конструкторскую документацию, если вы до сих пор не передумали делать такой агрегат самостоятельно.

Сравнение пиролизного котла с твердотопливным котлом

Газогенераторный отопительный аппарат обладает более высоким КПД по сравнению с обычным аппаратом на твердом топливе (например, на буром или каменном угле).

КПД обычного твердотопливника не превышает 80%. Такой результат тоже притянут за уши.

А у газогенераторного аппарата КПД превышает 90% (в оптимальном режиме работы).

Однако, такие «печки» гораздо дороже стоят, привередливы к топливу и требуют большего ухода.

Эти три факта, по моему мнению, говорят, что лучше купить хороший твердотопливный аппарат, например, тот же Buderus или Bosch, чем переплатить в 2 раза за их газогенераторный аналог. Но это только мое мнение, не обязательно правильное.

Резюме

Пиролизный или газогенераторный котел дорогая и интересная игрушка с высоким КПД.

Для большей части пользователей его применение, по моему мнению будет экономически не оправдано.

Если все же решили, что вам нужен именно «пиролизник», тогда лучше купить дорогой зарубежный котел.

Он прослужит вам долго и даже может успеет окупиться.

На этом все. Вопросы пишем в комментариях, не забываем делиться с друзьями в социальных сетях.

Принцип работы и устройство котлов длительного горения с водяным контуром

Добрый день, дорогие друзья! В этой статье я коротко расскажу вам основные принципы работы котлов длительного горения.

Здесь я буду говорить о тех отопительных аппаратах, к которым можно не подходить продолжительное время.

Выды котлов длительного горения

Итак, перейдем непосредственно к делу и для начала определимся с видами обсуждаемых котлов:

• Пиролизные котлы.
• Котлы на дровах.
• Котлы на угле.
• Пеллетные котлы.

Начнем рассматривать все виды котлов по порядку.

Принцип работы пиролизного котла длительного горения

В таком котле используется физическое явление под названием пиролиз — термическое разложение вещества в условиях недостатка кислорода.

Внутри пиролизный котел состоит из двух камер. В первую загружают топливо (чаще всего это сухие дрова, иногда бурый или каменный уголь), а во второй происходит воспламенение и сгорание смеси из пиролизного газа и воздуха.

Принцип работы доходчиво поясняет следующая картинка:

Стрелками на рисунке показано направление движение газов внутри котла.

Обеспечивается такое направление при помощи принудительной тяги (вентилятор-дымосос).

Камера сгорания пиролизных газов расположена ниже, чем камера с топливом. Это обеспечивает обратный приток тепла к дровам и поддерживает процесс пиролиза.

При всей внешней простоте пиролизный котел — высокотехнологичное и дорогое устройство.

Дело тут не только в автоматике, управляющей работой вентилятора, но и в качестве стали элементов камеры сгорания.

Она должна выдерживать высокие температуры длительное время.

Кроме этого, на уровень КПД в таких котлах зависит от влажности топлива. Например, для дров влажность не должна превышать 25-30%.

Что касаемо длительности горения таких котлов, то она зависит не только от объема топлива, но и от режима горения.

В режиме полной мощности котел может работать до 12 часов, а в режиме поддержки до 30 часов.

Существуют также пиролизные котлы, в которых камера дожига газов находится сверху.

Принцип их работы можно посмотреть на следующем видео:

Котел длительного горения на дровах: принцип работы

Что такое котел длительного горения на дровах проще всего объяснить на примере котла фирмы Stropuva.

Чтобы было понятно о чем идет речь сразу приведу рисунок:

Главной «фишкой» котлов Stropuva является верхнее горение топлива.

Обеспечивается оно при помощи оригинального устройства в виде металлического диска, диаметр которого на чуть меньше внутреннего диаметра котла.

В центр диска находится труба, по которой воздух попадает к топливу из камеры подогрева вверху котла.

По мере сгорания дров диск постепенно опускается ниже до полного прогорания топлива.

На мой взгляд, это очень сложная конструкция с подвижными частями является потенциальным источником проблем.

После прогорания топлива этот диск поднимается вручную при помощи цепочки, что тоже весьма опасно.

Ведь он тяжелый, а цепочка под действием температуры может стать хрупкой и оборваться.

В конструкции котла предусмотрена специальная биметаллическая воздушная заслонка, перекрывающая поток воздуха при нагреве его поверхности до определенной температуры.

Это весьма оригинальный и даже странный способ защиты от перегрева и больше его никто не применяет

Еще одной интересной особенностью Stropuva является цилиндрическая форма котла.

По сути он представляет собой бочку с двойными стенками, между которыми циркулирует теплоноситель.

Такая конструкция, по мнению производителя, позволяет увеличить площадь поверхности, на которой происходит теплообмен, а значит и увеличивается КПД котла.

Тут спорить не буду, есть бойлеры косвенного нагрева, в которых реализована похожая схема «бак в баке» и она показывает хорошие результаты

А самое странное, что есть в конструкции этого котла — у него нет дна.

Его нужно устанавливать на бетонное основание и крепить на раствор. Зачем так сделано лично для меня не понятно.

Длительность работы котлов Stropuva определяется следующими факторами:

• Режим работы — чем менее интенсивно горит топливо, тем на большее время его хватит.
• Вид топлива —  (по словам производителя) на дровах возможно поддерживать горение до 30 часов, а на топливных брикетах до 48 часов, а на угле до 5 суток.

Недостатки Stropuva:

1. Высокая стоимость — они дороже обычных котлов в 1,5-2 раза.
2. Сложность конструкции — в котле есть много потенциально проблемных узлов.
3. Отсутствие дна — тут без комментариев.
4. Котел невозможно остановить пока он не прогорит полностью — то есть хотите вы того или нет, он будет выделять тепло. И его нужно будет куда-то девать.

Предлагаю вам посмотреть следующее видео. Там все проблемы рассматриваются детально.

Принцип работы пеллетных котлов

Главной особенностью таких котлов является топливо, на котором они работают.

Пеллеты — это гранулы из прессованных опилок, которые хранятся в специальном бункере и подаются в горелку при помощи металлического шнека. Смотрим вниз на картинки:

Из рисунка видно, что сжигание пеллет происходит в малом объеме горелки, а тепло снимается дальше в дымоотводящих трубах.

Дым на выходе из пеллетного котла будет иметь температуру не больше 200 градусов Цельсия.

Это может стать причиной появления конденсата в дымоходе со всеми вытекающими последствиями.

Горением топлива в пеллетных котлах управляет автоматика, главным элементом которой можно считать вентилятор принудительной подачи воздуха или дымосос (в зависимости от модели).

Наличие электроники означает, что вам нужно будет оборудовать котел источником бесперебойного питания.

То же самое касается и циркуляционных насосов. В случае остановки циркуляции котел может получить повреждения

Длительность работы котла на одной загрузке здесь зависит от режима работы котла и объема бункера.

Обычно, бункер выбирают так, чтобы не подходить к котлу несколько дней.

Сами пеллеты тоже могут быть изготовлены из разного сырья и давать разное количество тепла при сжигании.

Их главным недостатком для России и СНГ является их экзотичность. Нельзя гарантировать, что их можно будет купить всегда, как каменный уголь или дрова.

Предлагаю вам посмотреть видео, посвященное пеллетным котлам:

Котлы длительного горения на угле

Давайте рассмотрим два вида котлов, работающих на одной загрузке топлива продолжительное время:

1. Полуавтоматические котлы — пользователь загружает топливо в котел и производит розжиг. Последующим процессом горения уже управляет автоматика (контроллер с вентилятором).
2. Автоматические котлы — здесь ко всему описанному выше добавляется подача топлива из бункера. В подразделе о пеллетных котлах как раз описан автоматический котел.

Автоматический котел имеет более сложное техническое устройство, чем полуавтоматический.

Например, сгорание топлива внутри автоматического котла происходит не в большом объеме топки, а в маленькой ретортной горелке.

Топливо к этой горелке подается из бункера при помощи шнека.

Чтобы вся эта техника работала без перебоев, необходимо использовать уголь определенной фракции.

А в нашей стране это не всегда удобно. Сегодня он есть в наличии, а завтра нет.

Смотрим обзор автоматического котла:

Преимуществом полуавтоматических котлов является их более простое устройство.

В общем, если снять с такого котла вентилятор, то он ничем не будет отличаться от обыкновенного.

Некоторые модели полуавтоматических котлов можно переоборудовать под энергонезависимые системы отопления.

Для этого на него вместо вентилятора устанавливается термостатический регулятор тяги с цепочкой.

Для полной энергонезависимости в система отопления должна быть гравитационной, то есть в ней теплоноситель должен циркулировать без применения насосов.

Видео о таком котле смотрите ниже:

Кроме этого, разные модели полуавтоматических котлов работают по схеме с верхним или с нижним горением топлива.

Верхнее горение топлива имеет ряд недостатков, которые описаны выше в подразделе о котлах на дровах. Тут все остается тем же самым кроме топлива.

Теперь перейдем к описанию недостатков этих котлов:

• Большая стоимость — хороший полуавтоматический котел будет стоит как минимум в 1,5 раза больше своего «обычного» собрата. Автоматические котлы дороже в 3-4 раза и их применяют в основном на больших объектах.
• Техническая сложность — здесь «чемпионами» являются автоматические котлы, в которых есть множество проблемных узлов. Например, шнек бункера часто клинит из-за плохого качества топлива.Обслуживать такие отопительные аппараты может только сервисный инженер. В полуавтоматических котлах проблемы могут возникать из-за поломок вентилятора или контроллера.
• Большие габариты и вес — например, «полуавтомат» мощностью 25 кВт может весить больше 250 кг. А у автоматических котлов вес может легко преодолевать 500 кг, не считая веса топлива в бункере.

Выводы

Современные котлы на твердом топливе действительно могут работать долгое время на одной загрузке топлива. Весь вопрос тут в количестве выделяемой энергии.

Долго котел может работать только в режиме поддержки. При этом длительное горение можно сделать и на обычном котле, установив контроллер или регулятор тяги. На этом пока все. Жду ваших комментариев и вопросов.

плюсы и минусы, принцип действия

На долгие годы твердое топливо (газ, дрова и др.) Уступило место жидкому топливу и газу. Это связано с тем, что сжигание твердого топлива менее эффективно — слишком много энергии уходит на разрыв связей между молекулами, которые всегда сильнее в твердом теле, чем в жидкости или газе. Казалось, чуть больше, и место твердому топливу останется только в воспоминаниях о старинных очагах и архаичных паровозах.Однако списывать со счетов твердое топливо еще рано; пиролизный котел позволяет повысить эффективность его сжигания. долгое горение.

Что такое пиролиз?

Еще в средние века люди понимали, что сжигание древесины — не лучший способ высвободить солнечную энергию, хранящуюся в древесине. Сжигание древесного угля оказалось намного эффективнее, и угольные пожары были захламлены по всей Европе. Колльеры, популярные герои европейских сказок, знакомые каждому читателю братьев Гримм, не знали, что технология, с помощью которой они сжигали древесный уголь, в будущем будет называться пиролизом.

Пиролиз — процесс разложения органических веществ под действием высоких температур. Чтобы термическое разложение не превратилось в обычное горение, к материалу, подвергающемуся пиролизу, искусственно ограничивается доступ кислорода. В древности для этого использовали угольные карьеры. Серьезным недостатком этого метода является то, что энергия, выделяемая при сжигании древесного угля (так называемое первичное сжигание), тратится впустую. Полностью утилизировать энергию пиролиза помогают специальные устройства, получившие множество положительных отзывов — газогенераторы или пиролизные твердотопливные котлы.

Устройство и принцип работы котла

Первичная камера сгорания или камера пиролиза по устройству напоминает топку обычной печи. Твердое топливо (дрова, опилки, древесные или торфяные брикеты, пеллеты) размещается через загрузочное окно на массивной огнеупорной решетке — решетке, которая подает воздух к топливу, называемому первичным.

Топливо поджигают и ждут, пока весь объем топлива не будет охвачен пламенем.Это называется выходом из режима котла газогенератора. Именно с этого момента и начинаются отличия от обычных печей и котлов, или, как их еще называют, печей и котлов прямого горения. После выхода котла в режим доступ первичного воздуха существенно ограничивается, в результате чего горение практически прекращается. Только часть топлива продолжает гореть. Вырабатываемого ими тепла достаточно, чтобы разложить остаток топлива с выделением пиролизного газа — смеси летучих органических веществ.

Пиролизный газ принудительный, реже под действием силы тяжести поступает во вторичную камеру — камеру сгорания или камеру дожигания, в которую подается достаточное количество воздуха, которая называется вторичной. От контакта с кислородом, нагретым до высоких температур (более 300 градусов Цельсия), газ мгновенно вспыхивает и горит с выделением большого количества тепла. Выполняется основная функция котла — нагрев теплоносителя.

Принцип работы пиролизного котла подробно показан на видео.

Преимущества газогенераторных котлов

Газогенераторные твердотопливные котлы имеют ряд преимуществ перед котлами прямого горения.

В пиролизных котлах топливо сгорает практически полностью, поэтому регулярная очистка котла от сажи не требуется.

Но главное преимущество полного сгорания не в этом. Всем известно, насколько неприятным и едким может быть дым от сжигания продуктов жизнедеятельности. На самом деле продуктом сгорания любого органического вещества является углекислый газ и обычная вода.Безвредные вещества без цвета и запаха. Опасность представляет собой органическое «несгоревшее» — множество токсичных и неприятно пахнущих веществ, образующихся при разложении органических отходов, попадающих в атмосферу с дымом. За счет полного сгорания топлива выброс органических отходов пиролизными котлами сведен к минимуму.

Во-первых, это делает газогенераторы намного более экологичными, чем котлы прямого сжигания, во-вторых, позволяет использовать для пиролиза не только специализированные виды топлива, но и швейные, кожевенные, меховые и другие отходы.производство. Таким образом достигается двойной эффект: выгода от отходов за счет участия в нагреве теплоносителя в котле, и при этом решается вопрос безвредной утилизации отходов на месте, без вывоза на полигон, что потребует дополнительных затрат.

Более эффективное использование топлива позволяет котлу работать на одной топливной закладке длительное время — 12 часов и более (против 4-5 часов для котлов прямого горения). Конечно, это способствует значительной экономии.

Из-за специфики твердого топлива, в частности неравномерного горения, работа твердотопливных приборов всегда была менее зависимой от регулирования и контроля, чем работа печей и котлов на жидком или газообразном топливе. Принцип пиролиза решает эту проблему, поскольку основной процесс сгорания происходит в камере дожигания, где сгорает пиролизный газ. Это дает возможность сделать работу пиролизных котлов полностью управляемой и поддающейся автоматизации.

Недостатки газогенераторных котлов

Если вы решили купить газовый котел, конечно, нужно знать о его недостатках.

Использование котлов в быту

Идеальные условия для пиролизного котла — столярное производство, отходы которого просто идеальное топливо для газогенератора. Но что делать, если вы собираетесь установить пиролизный котел для отопления частного дома и при этом не хотите обустраивать дровяной сарай или возиться с сушкой дров из открытой груды дров? В этом случае ваш выбор — пеллетный котел.

Пеллетный газогенераторный котел представляет собой водогрейный агрегат, использующий в качестве топлива горючие пеллеты. Гранулы пеллеты производятся из измельченных и прессованных отходов столярного производства (стружка, опилки, кора, веточки), масличной продукции (лузга подсолнечника), торфа, навоза (сушеный навоз). В чем преимущество гранулированного твердого топлива?

• пеллеты хранить и хранить намного проще, чем дрова
Гранулированное топливо
• готово к немедленному использованию, не требует дробления и сушки.
• для пиролиза топливных гранул — это достаточно малая первичная камера.
Стандартный размер пеллет
• позволяет полностью автоматизировать процесс подачи топлива.

Комбинация газогенератора с бойлером косвенного нагрева позволит использовать бытовой пиролизный котел не только для отопления, но и для горячего водоснабжения.

Компактные бытовые пеллетные котлы занимают мало места в доме и не требуют сложных процедур запуска и эксплуатации, так как обладают высокой степенью автоматизации.Удобство бытовых пиролизных котлов подтверждено многочисленными положительными отзывами.

Качественный газогенератор в условиях эксплуатации прослужит вам долгие годы и позволит сэкономить значительные средства.

Котлы длительного горения — это совершенно уникальная и совершенно новая конструкция котельного оборудования, принцип работы которой основан на использовании твердого топлива для отопления. При этом для полноценного функционирования необходимо использовать только то твердое топливо, влажность которого не будет превышать 20 процентов.Уровень производительности такого устройства составляет 50, 70, а иногда и целых 100 процентов!

Принцип действия

Твердым топливом для котлов длительного горения являются дрова, торфяные брикеты или уголь. Подача кислорода в камеру для топки с водяным контуром крайне ограничена, поэтому процесс тления топлива идет очень медленно. Также замедляется процесс сжигания инертного газа, образующегося из топливного ресурса.

Таким образом, традиционное горение трансформируется в довольно медленное тление.При этом объема исходных ресурсов достаточно, чтобы получить на выходе генераторный газ, который обладает очень высокой теплопроводностью, и затем проложить путь к огнеупорной керамической форсунке для выхода в камеру сгорания, где происходит активное горение. процесс продолжается, поддерживается дополнительным воздухом. Момент воспламенения начинается, когда воздух смешивается с газом, и усиливается за счет использования катализатора. Сам генераторный газ в это время выгорает с сажей и тяжелыми соединениями.

Когда топливо сгорает в котельной, сгорание становится очень поверхностным, и тяжелые соединения, окись углерода и другие вредные вещества, загрязняющие окружающую среду, неизбежны. Однако с точки зрения химии эти продукты обеспечивают отличное горение и экономичность. для собственника котельной.

Процесс тления, сопровождающийся недостатком кислорода, задерживает внутри котла длительного горения наиболее ценные продукты, способствующие максимальной энергоэффективности, а негорючие и практически нетоксичные элементы, образующие абсолютно безвредный дым, попадают в дымоход. .

Хотя дрова являются наиболее распространенным и даже традиционным видом твердого топлива, гораздо более выгодной и практичной альтернативой являются торфяные брикеты, влажность которых даже при неправильном хранении составляет всего 18 процентов, а время горения — 12 часов. За счет этого достаточно пополнять камеры сгорания не чаще одного раза в два, а то и три дня, при этом дров горит не дольше 6 часов В результате интервалы между закладками новых порций топлива заметно сокращаются .

Проект

Такой котел длительного горения по своей конструкции является стандартным однокотловым котлом , применяемым исключительно в качестве системы отопления с принудительной циркуляцией. При этом производство и подача горячей воды следует полностью исключить из бытового потребления.

Преимущества

Технические характеристики и меры предосторожности

Выбор котла по индивидуальным потребностям

Безусловно, квалифицированные продавцы помогут подобрать котел длительного горения на несколько дней с учетом индивидуальных потребностей покупателя, однако большинство профессионалов заинтересованы в продаже определенных типов и моделей котлов.Именно поэтому будет целесообразно подготовить к покупке заранее и как минимум при выборе твердотопливного отопительного котла учитывать следующие ключевые факторы.

Важным моментом при выборе котла является его назначение и предполагаемое использование, так как твердотопливные котлы могут использоваться как в качестве основного, так и дополнительного источника отопления.

При использовании котла длительного горения в качестве основного функционального агрегата лучше найти качественную модель с оптимальным соотношением цены и качества.Цена определяется в основном надежностью установки и ее качественными характеристиками. Выбор недорогих устройств чаще всего приводит к снижению КПД и нарушению стабильности работы оборудования.

Если котельная установка планируется как дополнительный источник отопления, выбор можно остановить на вполне бюджетных моделях устройства.

Следующий критерий — это виды топлива, подходящие для заправки различных моделей котлов длительного горения.Допустим, в деревне, городском поселке или просто в небольшом поселке продается большое количество дешевых дров. Целесообразно отдать предпочтение этому материалу и, соответственно, установке, которая будет поддерживать режим работы на этом виде топлива. Не следует забывать, что именно уголь обладает наибольшей энергоемкостью и калорийностью. Исходя из этого, также можно выбрать универсальный тип котельной , обеспечивающий одновременное сжигание дров и угля.

Несмотря на то, что на западном рынке, в том числе европейском, твердотопливные котлы, оснащенные системой автоматической подачи и контроля топлива, являются лидерами продаж, на внутреннем рынке к ним относятся настороженно и потребительским спросом практически не пользуются. . Высокая стоимость оборудования пугает массового покупателя, но такие высокотехнологичные установки имеют массу преимуществ и очень выгодны в эксплуатации , потому что вложения окупаются невероятно быстро, а котел прослужит долгие годы.

Вероятность поломок и других неудобств очень мала. Причем автоматические котлы длительного горения следует загружать не чаще одного раза в 6-7 дней, так как дозаправки хватает почти на недельный режим работы без перебоев.

Заключение

Современные отопительные котлы длительного горения обладают высокой степенью эффективности, удобства и производительности. Последние модели котельного оборудования и все приспособлены для работы на двух видах твердого топлива одновременно (например, на древесных продуктах, угле или обычной древесине).Благодаря компактности твердотопливных котлов становится особенно удобно использовать их в небольших помещениях как жилого, так и коммерческого типа. Заметную популярность такие котлы приобрели еще и благодаря простоте эксплуатации и отсутствию сложных условий обслуживания.

Работа электрического котла может вызвать короткое замыкание , которое часто приводит к пожарам или другим чрезвычайным ситуациям, связанным с материальными отходами или даже с человеческими жертвами. В отличие от обычных газовых и дизельных агрегатов твердотопливные котлы длительного горения абсолютно безопасны в эксплуатации, так как риск взрыва сведен к нулю.Таким образом, устройство, работающее на твердом топливе, не только экономично и производительно, но и является гарантией безопасности.

Несмотря на появление новых методов отопления, жители как Западной Европы, так и США и СНГ, особенно те, кто по тем или иным причинам не имеет доступа к природному газу, продолжают отапливать свои дома самым доступным топливом — углем. торф или дрова. Это правда, что традиционные котлы и пиролизные котлы заменили современные печи — современные и эффективные, оснащенные системами автоматического управления.Они работают на доступном по цене твердом топливе, которое горит практически без остатка, обеспечивает высокую мощность и эффективность и может работать с одной или двумя нагрузками до 24 часов и обеспечивает минимальные тепловые потери.

Газогенераторные пиролизные котлы длительного горения — это домашние лаборатории, извлекающие из древесины газ, который в дальнейшем используется для отопления. Пиролиз как физико-химический экзотермический процесс давно используется в различных отраслях промышленности. Его суть заключается в разложении сложных органических соединений (нефть, уголь, древесина) в условиях высоких температур и ограниченного доступа кислорода к простым веществам — твердым, жидким и газообразным.

Таким образом, пиролизный котел представляет собой двухкамерный нагревательный прибор, в верхней камере которого при температуре от 200 до 800 ° С происходит экзотермическая реакция пиролиза древесины, в результате которой она распадается на фракции: древесный уголь и пиролизный газ, в основном CO 2, количество CO 2. Смесь пиролизного газа и воздуха подается в нижнюю камеру сгорания и при горении при температуре 1100-1200 ° C выделяет очень большое количество тепла, которое используется. для отопления.

Ступени пиролизного котла

В результате пиролизные твердотопливные котлы для выработки тепловой энергии фактически сжигают не дрова, а газ, обеспечивая высокий КПД 85-90%.Сжигание газа, как известно, легче контролировать, а это, в свою очередь, позволяет автоматизировать процесс управления системой отопления.

Конструктивно топка пиролизного котла состоит из двух отдельных камер, разделенных решеткой. В верхней загрузочной камере газификации при высокой температуре и недостатке кислорода топливо медленно тлеет и пиролизуется. Отвод тепла из верхней камеры мешает топливо, лежащее на решетке, через слой которой сверху вниз проходит слабый поток первичного воздуха.

Устройство и схема пиролизного котла

Генерирующий газ, выделяющийся в процессе одновременно с потоком вторичного воздуха, поступает в нижнюю камеру сгорания, нижняя часть которой представляет собой сопло из жаропрочной керамики — шамота. Топки отопительных котлов этого типа отличаются повышенным аэродинамическим сопротивлением, поэтому в них используется принудительная тяга, которая реализуется не вентилятором, а дымососом.

Продолжительность работы газогенераторных котлов на одной нагрузке зависит от температуры снаружи и в помещении, качества утепления дома, вида топлива и его влажности, грамотного проектирования отопительной системы, но всего прочего. равных, их работа намного эффективнее по сравнению с традиционными твердотопливными аналогами.

На практике пиролизные котлы на твердом топливе могут эффективно работать на любом виде твердого топлива, будь то древесина, торф, бурый уголь или каменный уголь. Конечно, продолжительность полного сгорания каждого вида топлива разная и выглядит так:

• мягкая древесина — время горения не более 5 часов;
• массив дерева — время горения около 6 часов;
• бурый уголь горит примерно за 8 часов;
• каменный уголь горит до 10 часов.

Интересно в этом плане мнение пользователей, красноречиво отражающее их отзывы: пиролизные котлы наиболее эффективны при работе на сухой древесине.Это сухие дрова длиной 45-65 см, влажность которых не превышает 20%, не только обеспечивают максимальную мощность котла, но и продлевают срок его службы.

Сухие дрова длиной 45-65 см обеспечивают максимальную мощность котла и продлевают срок его службы.

Конечно, при отсутствии качественной древесины для генерации газа в котле подойдет любое ископаемое топливо с высоким выходом летучих фракций, при условии, что это разрешено производителем котла:

• древесина трата;
• пеллеты и брикеты топливные;
• некоторые виды торфа;
• целлюлозные отходы пищевой промышленности;
• уголь.

Важно: Пиролизный газогенератор горит почти белым цветом, практически не выделяя побочных продуктов сгорания, при условии правильной стоимости первичного и вторичного воздуха и влажности топлива не более 20-30%.

Если влажность топлива выше допустимой, процесс горения будет сопровождаться выделением большого количества водяного пара, а это чревато образованием сажи, смолы, снижением теплотворной способности пиролизный газ и даже затухание котла.

Особенности запуска и работы

При запуске твердотопливного пиролизного котла следует учитывать особенности, отличающие его от традиционных твердотопливных котлов. Все понимают, что работа агрегата в режиме газогенератора происходит за счет двух камер, оборудованных специальными заслонками-регуляторами — затворами, но не все помнят, что, в отличие от традиционных котлов, загрузочный бункер пиролизного котла должен иметь предварительный подогрев.

Как только температура в нем, в зависимости от вида топлива, достигнет оптимальных 500-800 ° С, можно начинать загрузку твердого топлива и только после этого переводить заслонку в режим работы пиролиза и запускать вытяжной вентилятор.

Чистое желтовато-белое пламя свидетельствует о правильной настройке газогенератора и отсутствии токсичных продуктов сгорания в дымовой смеси.

При такой последовательности действий при пуске обеспечивается медленное бескислородное горение топлива, эффективный выброс и горение пиролизного газа с чистым желто-белым цветом и постоянная комфортная температура в отапливаемом помещении в течение дня.

Приобрести пиролизные отопительные котлы, не сомневаясь в эффективности их работы, смело могут те, у кого есть возможность купить сухие дрова или хотя бы сушить их при повышенной влажности.

Если нет уверенности в такой возможности, можно выбрать современный высокотехнологичный отопительный котел, в топке которого совмещено 80% высокоэффективного сжигания пиролизного топлива и 20% традиционного. Современные комбинированные котлы обеспечивают качественное сжигание не только дров, но и древесных отходов, торфа, угля или любой их смеси влажностью до 50%.

Комбинированный котел оборудован очень большой загрузочной камерой и может сжигать 80% топлива в режиме пиролиза и 20% в режиме обычного твердотопливного котла

При прочих равных рекомендуется: выбрать котел, объем загрузочной камеры которого способен вместить дрова длиной до 65 см.Причем обе камеры должны быть покрыты качественным керамобетоном: он обеспечивает оптимальную температуру внутри аппарата, качественное сгорание топлива и предохраняет его стенки от выгорания. Хороший котел должен обеспечивать продолжительность горения топлива до 10 часов и прослужить не менее 20 лет.

Список достоинств и недостатков

В заключение приведем неоспоримые «достоинства» газогенераторных отопительных приборов и «минусы», из которых пока нет пиролизного котла — отзывы пользователей.

Итак, плюсы:

1. Простота обслуживания и при отсутствии газоснабжения остается лучшим вариантом отопления.
2. Легкость загрузки: раз в 10-15 часов, то есть по сравнению с традиционными твердотопливными котлами в 2 раза меньше.
3. Высокая экологичность: топливо сгорает практически полностью, дымовые газы практически не содержат токсичных продуктов сгорания, а при работе газогенератора концентрация CO 2 в 3 раза ниже соответствующего показателя обычного твердотопливного котла. .
4. Небольшое количество золы в топке и внутри дымохода после завершения работ облегчает очистку и последующую дозаправку газогенератора.
5. Очень высокая скорость нагрева теплоносителя, воды или воздуха, до комфортной температуры 60 ° C.

Недостатки:

1. Высокая стоимость газогенераторных котлов: в 1,5- «раза дороже традиционных твердотопливных аналогов.
2. Все модели пиролизных подогревателей представляют собой одноконтурные агрегаты, не нагревающие воду для бытовых нужд.
3. Слишком требовательны к топливу: не работайте на топливе с высокой влажностью.
4. Не работает в полностью автоматическом режиме: необходимо вручную загружать топливо.

Видео о правилах эксплуатации пиролизных систем

Тем не менее, высокая экологичность, экономичность и экономичность, достигаемая за счет полного сгорания топлива и мизерных тепловых потерь, полностью компенсируют недостатки пиролизных газогенераторных котлов и круг их поклонников неуклонно растет.

Все имеет высокий уровень эффективности, благодаря конструкции и принципу работы устройства. На этой странице мы рассмотрим и попробуем разобраться, как работают твердотопливные котлы. Основное отличие обычных твердотопливных котлов в том, что во втором случае сгорание длится гораздо дольше из-за принципа сгорания. Так что рассмотрим принцип работы твердотопливных котлов и как работают твердотопливные котлы, чтобы понять.

Принцип работы котла длительного горения твердотопливного.

Как правило, такие твердотопливные котлы работают по принципу «верхнего горения». Как работает котел длительного горения? Прежде чем кислород попадет непосредственно в топку, где происходит горение, он нагревается. Его нагревают, чтобы со временем уменьшить количество сжигаемых отходов: сажи, золы. Кислород подается не снизу вверх, а сверху вниз. Таким образом, горит только верхний слой, уложенный в топку. Из-за того, что воздух поступает сверху, он не проникает вниз и там процесс горения невозможен.Горит только верхний слой топлива. Когда горит верхний слой, включается подача нижнего слоя. Так постепенно по мере того, как воздух для горения течет все ниже и ниже. Благодаря такому подходу верхний слой горючего всегда горит, а тот, который остается неповрежденным, остается на месте, пока не дойдет до своей очереди. Это позволяет очень экономно расходовать топливо и контролировать процесс сгорания. Именно по этой технологии твердое топливо горит очень долго.

Такие котлы не только экономичны, но и экологичны.Конечно, при условии использования, которое не только обеспечит максимальную эффективность котла, изолируя тепло, но и обезопасит от возможных возгораний.

Понять, как работает пиролизный котел, наглядно можно из этого видео:

Как работает пиролизный котел? Устройство и принцип работы пиролизного котла.

Принцип действия основан на процессе разложения твердого топлива на пиролизный газ и кокс. Это достигается за счет недостаточной подачи воздуха.Из-за слабой подачи воздуха топливо медленно тлеет, но не горит, в результате чего образуется пиролизный газ. В результате газ соединяется с воздухом. происходит горение и выделяется тепло, которое нагревает теплоноситель. Благодаря этому процессу в дыме очень мало вредных веществ, а сажа и зола незначительны. Так что в случае с пиролизными котлами тоже можно говорить об экологичности.

Итак, давайте подробнее рассмотрим принцип работы пиролизного котла.

• Что такое пиролиз? Пиролиз — процесс горения в условиях недостатка кислорода. Результатом такого горения являются твердые продукты сгорания и газ: твердые отходы — это зола и смесь летучих углеводородов плюс диоксид углерода.
• Принцип работы газогенератора (или пиролизного котла) заключается в том, что такой твердотопливный котел разделяет процесс нагрева на два процесса. Первый — обычный, при этом ограничивая подачу кислорода.При нехватке воздуха твердое топливо очень медленно тлеет, выделяя газ. Ограничивает подачу кислорода, котел очень простой, механический вентиль, который в зависимости от количества воздуха в топке либо открывается, либо закрывается. В этом случае можно вручную «поддаться жару», открыв вентиль.
• Вторая часть процесса горения топлива, это сжигание летучих отходов процесса горения в первой печи. Во второй топке прогорает так называемый пиролизный газ — результат сгорания твердого топлива в первой топке.
• Регулировка одновременно, как и в случае подачи воздуха в первую топку, очень проста. Термостат контролирует процесс горения и изменяет работу котла ровно настолько, насколько это необходимо для выработки необходимого количества тепла. По принципу работы не сильно отличается от.
• КПД пиролизных котлов. На сегодняшний день наиболее эффективными являются котлы, в которых горение происходит сверху вниз.Конечно, это создает определенные трудности, например, в таких котлах приходится делать принудительную тягу, потому что вторая камера дожигания пиролизного газа находится под колосниковой решеткой. Если проще: топливо рассыпается в отходы процесса сгорания — в золу. При этом образуется газ, который также перегорает. Результат: максимальное тепловыделение при практически безотходном процессе сжигания. Кроме того, золу можно использовать в качестве удобрения.

Принцип работы пиролизного котла спроектирован таким образом, что помимо наиболее эффективного сжигания топлива мы имеем минимальные отходы процесса горения .Главный минус — цена пиролизных котлов, но положительных моментов на самом деле много:

• Минимум отходов и минимальная очистка топки по сравнению с другими твердотопливными котлами.
• Длительный срок службы батареи без дополнительной зарядки благодаря экономичной подаче воздуха.
• Автоматизация процесса горения . Котел сам регулирует, когда увеличивать горение, а когда уменьшать.
• Крупное твердое топливо подходит для таких котлов, так как в любом случае дожигание топлива происходит практически полностью.

Автоматика и механика твердотопливных котлов.

Несмотря на все уровни контроля процессов горения и безопасности эксплуатации в целом, твердотопливные котлы практически не содержат сложных автоматических устройств. Из-за того, что чаще всего температура регулируется механиками, ломаться в котлах практически нечего. К тому же конструкция котла проста и надежна. Поэтому выполнить реально, но лучше обратиться к специалистам.Даже возможно, но зачем лишние проблемы, если все можно доверить профессионалам?

Пиролизный котел длительного горения. Самодельные пиролизные котлы длительного горения

Если вы задумываетесь, какой источник тепла использовать зимой в доме, где нет доступа к газовой магистрали, можно обратить внимание на российские пиролизные котлы длительного горения. Даже если у вас есть доступ к газопроводу, стоимость топлива может быть довольно высокой. Использование угля или дров очень неудобно, а электричество стоит дорого.

Когда использовать пиролизный котел?

Если у вас есть возможность применить в качестве топлива прессованные брикеты или древесину, то оптимальным решением будет установка, использующая принцип пиролизного горения. КПД такого устройства достаточно высок, но приобрести промышленный образец может быть проблематично, так как цены на эти агрегаты сегодня высоки. Если вы один из тех мастеров, для которых изготовление такой конструкции — несложный процесс, стоит присмотреться к этому вопросу повнимательнее.

Что такое пиролизное сжигание?

Если вас интересует пиролизный котел длительного горения, то его можно назвать очень оправданным. В качестве топлива использовать дрова не очень удобно, так как в обычных условиях они расходуются быстро, а значительная часть тепла при этом не используется. Это влечет за собой необходимость постоянно загружать их в топку или котел. Пиролиз предполагает создание таких условий, при которых топливо расходуется очень медленно, выделяя большое количество тепла.Подобного эффекта можно добиться, если процесс протекает при низком уровне кислорода. Это позволяет получить горючий газ, кокс и золу. Газ в описываемой установке смешивается с кислородом и горит при высоких температурах, выделяя большое количество тепла. Таким образом, принцип работы котла включает две ступени. Сначала при ограниченном поступлении воздуха дрова горит, после чего вступает в реакцию газо-воздушная смесь. В этом двухступенчатом принципе работы используется не только пиролизный котел длительного горения, но и дровяные печи, а также твердотопливные генераторы.

Если у вас пиролизный котел, вам необходимо будет правильно отрегулировать его работу, что исключает возможность повреждения системы отопления дома. Высокую стоимость заводских агрегатов можно назвать оправданной, это связано с тем, что в них используется качественный материал, способный выдерживать высокие температуры. Это про 8-миллиметровую легированную сталь, жаропрочное железо и шамот, но этот список нельзя назвать полным. Второй фактор, влияющий на высокую стоимость, — это довольно сложная система управления, обеспечивающая эффективность работы.Для достижения максимального эффекта горения необходимо учитывать исходную влажность древесины и температуру разогрева, так как процесс испарения воды влияет на количество выделяемой энергии. Чтобы контролировать процесс, нужно следить за объемом воздуха, который подается в устройство. Пиролизный котел длительного горения имеет вентилятор, за счет которого подается воздух. Для работы обязательный доступ к электричеству. Наличие этого элемента превращает устройство в электрически зависимый агрегат.При отключении используется источник бесперебойного питания или подобное устройство.

Конструктивные особенности пиролизного котла

Если вы собираетесь стать пиролизным котлом длительного горения, вам следует ознакомиться с его особенностями. Среди основных элементов можно выделить камеру сгорания, трубы для отвода и подвода воды, место для установки вентилятора, вентиляционные отверстия, дымовые каналы, регуляторы. Для частного дома рекомендуется использовать оборудование мощностью 40 кВт.Если этот показатель нужно уменьшить или увеличить, то следует изменить параметры агрегата. Если это небольшой дом, мощность может варьироваться от 25 до 30 кВт. Если вы производите небольшие агрегаты, вы можете сэкономить не только деньги, но и время.

Подготовка к сборке

Лучший пиролизный котел длительного горения — это тот, который вы делаете сами. В конце концов, вы будете точно знать, какими функциями он обладает, чтобы при необходимости заняться ремонтом. Для изготовления такого сложного устройства потребуется подготовить широкий спектр материалов и инструментов, в том числе электродрель, электроды, шлифовальный круг диаметром 125 миллиметров, металлические листы 4 мм, набор профильных труб, вентилятор и сварочный аппарат.В последнем случае лучше всего использовать модель постоянного тока. Вам понадобится болгарка, отрезной круг диаметром 230 миллиметров и набор труб разного диаметра. Мастеру необходимо подготовить несколько стальных полос, каждая из которых должна иметь разную толщину и ширину.

Совет специалиста

Пиролизные котлы длительного горения, цена на которые может составлять 40 000 рублей, должны изготавливаться из стали достаточно толстой, для этого следует использовать листы толщиной 4 мм. Но в целях экономии на корпус можно использовать сталь 3 мм.

Технология работы

В котлах этого типа загрузочное отверстие должно располагаться немного выше по сравнению с обычными твердотопливными котлами. Важно установить ограничитель, позволяющий контролировать количество воздуха, попадающего внутрь топливной камеры. С его помощью вы сможете оперативно сообщить о брикетах и ​​дровах. Для изготовления ограничителя можно использовать трубу диаметром 70 миллиметров, ее длина должна превышать длину корпуса агрегата. Самодельные пиролизные котлы длительного горения должны иметь стальной диск, который снизу крепится к пробке с помощью сварки.Этот диск будет образовывать зазор со стенками трубы, он должен составлять 40 миллиметров. Для установки ограничителя в крышке прибора нужно проделать отверстие. Что касается топливозаборника, то он должен иметь прямоугольную форму. Он закрывается дверцей со специальной металлической накладкой, которая обеспечит надежную фиксацию. Внизу должна быть дыра для удаления золы. Труба, по которой будет двигаться теплоноситель внутри котла, должна иметь изгиб, что улучшит отдачу тепла. Есть возможность регулировать объем теплоносителя, поступающего в котел через вентиль, он устанавливается снаружи.

На что обратить внимание

Бытовые пиролизные котлы длительного горения после того, как производство может быть запущено, отсутствие окиси углерода в продуктах сгорания будет свидетельствовать о том, что конструкция функционирует правильно и является точной. В процессе эксплуатации нужно будет регулярно следить за состоянием швов, очищая структуру от скопившейся сажи и золы. Специалисты советуют использовать пиролизные котлы с системами воздушного отопления, заменив их водяным отоплением. Воздух будет проходить по трубопроводу, возвращаясь по полу.Такая система не замерзнет при понижении температуры, что может произойти при уходе хозяев. В этом случае потребуется слить охлаждающую жидкость.

Заключение

В продаже вы сможете встретить пиролизные котлы длительного горения Atmos, их стоимость может быть равна 65000 руб. Однако вы можете изготовить такое оборудование самостоятельно.

Пиролизный котел своими руками: экономичное изготовление и эксплуатация

Пиролизный котел своими руками

Проблема отопления при отсутствии дешевой электроэнергии и угля, как правило, решается с помощью дров.Из-за удорожания такого природного ресурса, как природный газ, его использование может существенно сказаться на семейном бюджете. Люди, столкнувшиеся с газификацией своего частного дома, начинают искать альтернативные источники тепла. И на помощь приходит пиролизный котел, сделанный своими руками, из подручных материалов — дровяной котел, работающий на самом дешевом виде топлива.

Содержание

• Концепция и конструкция пиролизного котла

• Принцип работы газового котла
• Дровяной котел — основные преимущества
• Каков КПД пиролизного котла
• О топливе для газа котел

Концепция и конструкция пиролизного котла

пиролизный котел предназначен для отопления различных помещений за счет сжигания древесины — прессованных брикетов, бревен и отходов.По своей конструкции газовый котел отличается от классического твердотопливного оборудования, которое также сжигает дрова. Почему выгодно установить пиролизный котел: принцип работы поможет разобраться!

Конструктивная схема и принцип работы пиролизного котла

Топка в пиролизных котлах разделена на две части. В камере газификации или загрузочной камере (первая часть) при недостатке кислорода дрова сгорают и пиролизуются, а выделяющиеся газы выгорают в камере сгорания (вторая часть), в которую подается вторичный воздух.Отвод тепла от загрузочной камеры сведен к минимуму.

Эти пространства разделены колосником, на котором расположены брикеты. Первичный воздух проходит через слой древесины сверху вниз. Таким образом, основным отличием газогенераторных котлов от других бытовых приборов считается верхняя дутье.

Топки таких конструкций отличаются повышенным аэродинамическим сопротивлением, поэтому их тяга в большинстве случаев вынужденная. Иногда это реализуется по технологическим причинам с использованием дымоудаления, а не за счет нагнетательного вентилятора, что более характерно для небольших котлов.

Принцип работы газового котла

Принцип работы дровяного котла основан на принципе термического разложения древесины, суть которого заключается в том, что сухая древесина может разлагаться на твердый остаток (уголь) и летучие вещества. часть (газ) под воздействием внешних факторов.

Как работает пиролизный котел?

Во время процесса, происходящего в загрузочной камере в условиях высокой температуры и недостатка кислорода, генераторный газ выделяется из ресурса.Древесный газ проходит через сопло, смешивается со вторичным воздухом и сгорает в камере при температуре, близкой к 1200 градусам Цельсия. Дымовые газы проходят через конвективную часть теплообменника, отдавая свое тепло рабочему телу, а затем удаляются через дымоход.

Загрузочная камера пиролизного котла имеет огнеупорную футеровку, которая значительно повышает температуру внутри аппарата и создает идеальные условия для эффективного и качественного сжигания дров.

Котел на дровах — основные преимущества

Сегодня для сжигания дров используют разные устройства: печи-аккумуляторы, воздушные и водогрейные котлы. Из всего оборудования наибольший интерес для потребителей представляют пиролизные (газогенераторные) котлы. Основное отличие пиролизных котлов от простых твердотопливных моделей заключается в том, что они сжигают не сами дрова, а образующийся древесный газ. При горении совсем не образуется сажа, а зола появляется в минимальном количестве, поэтому аппарат требует меньше чистки.

Неоспоримым преимуществом пиролизного котла является его способность поддерживать заданную температуру дольше, чем традиционные котлы, благодаря более высокому КПД и увеличенной загрузочной камере. Некоторые конструкции на одной и той же вкладке топлива могут работать в течение дня.

Пиролизный котел требует меньше очистки

В выхлопных газах меньше канцерогенов. Во время горения пиролизный газ взаимодействует с активированным углем, поэтому дымовые газы на выходе в основном представляют собой смесь водяного пара и диоксида углерода..

Еще одним преимуществом газогенераторных котлов является возможность регулирования мощности — 30 — 100%. Аппарат пиролиза может утилизировать некоторые отходы, практически не загрязняя окружающую среду. К таким отходам относятся резина, пластмассы и полимеры. Но при этом дровяные котлы требовательны к топливу, нуждаются в электроснабжении и имеют большие габариты.

Каков КПД пиролизного котла

Время работы дровяного котла измеряется в широком диапазоне, зависящем от многих факторов — температуры наружного воздуха, желаемой температуры помещения, изоляции дома, влажности и типа топлива, а также точности проектирования систем отопления.Но одно можно сказать наверняка — газовые котлы намного эффективнее традиционных.

Резину и полимеры можно утилизировать в топке пиролизного котла без вреда для атмосферы.

При сжигании древесины, в том числе мокрой, невозможно достичь таких высоких температур, как при сжигании древесного газа, полученного из них. Кроме того, для сжигания газа требуется меньше вторичного воздуха, из-за чего повышается температура, а следовательно, увеличивается время и эффективность горения.Кроме того, процесс сжигания пиролизного газа легче контролировать.

О топливе для газового котла

Для сжигания используется древесина, длина которой составляет от 380 до 450 миллиметров, а диаметр от 100 до 250 миллиметров. Топливные брикеты должны иметь такой размер — 30 на 300 миллиметров. Мелкие древесные отходы и опилки можно сжигать одновременно с дровами, но это стоит не более 30% от объема загрузочной камеры. Такие котлы могут сжигать дрова, для которых характерна влажность до 40%.

Топливо для пиролизного котла

Пиролизные котлы следует топить на более сухой древесине, только в этом случае установка будет работать на максимальной мощности, а срок службы увеличится. Древесина с влажностью 20% характеризуется теплотворной способностью 4 кВт в час на килограмм древесины, древесина с содержанием воды 50% характеризуется теплотворной способностью 2 кВт в час на килограмм дров.

Таким образом, теплотворная способность топлива зависит от наличия воды в древесине: полезная энергия брикетов значительно уменьшается с увеличением содержания воды.При этом расход топлива увеличивается вдвое.

Делаем пиролизный котел своими руками

Котлы с пиролизным сжиганием дров в последнее время стали более популярными, так как снята зависимость от нестабильных тарифов на природный газ. Конечно, на рынке есть хорошие газогенераторные установки с хорошими характеристиками, но их стоимость все равно достаточно высока, что сбивает покупателей с толку. На прошлой строительной выставке простой котел отечественного производства стоил не менее тысячи долларов.Именно поэтому многие потребители предпочитают делать пиролизные котлы своими руками.

Инструмент для работы

Чтобы самостоятельно изготовить котел на дровах, достаточно иметь желание и необходимый инструмент! Конечно, сил придется потратить немало. Но все возможно.

Схема движения дровяного газа в котле

Для начала стоит собрать максимум информации об этом отопительном приборе и его особенностях. Необходимо заранее рассчитать и решить, какой вид горения будет оптимальным для конкретного здания — на решетке или с щелевой горелкой.Затем следует посетить специализированный магазин и приобрести необходимые запчасти. Для изготовления пиролизного котла потребуются такие материалы:

• труба стальная толщиной 4 мм;
• лист стальной 4 мм;
• несколько профильных труб;
• электроды
• пруток круглый 20 мм;
• вентилятор центробежный;
• кирпич шамотный;
• автоматика, контролирующая температуру;
• гайки и болты;
• асбестовый шнур.

Чертежи и схемы газового котла

Точное количество материала можно рассчитать исходя из чертежей.В Интернете на эту тему есть много платных рисунков и литературы. Если руководствоваться этим материалом, получится сносный агрегат. На схеме пиролизного котла нужно указать топку, теплообменник и место подачи воды. Не стремитесь создать схему аппарата на дереве с нуля, лучше воспользоваться принципиальной схемой и внести в нее лишь некоторые корректировки и изменения.

Чертеж пиролизного котла на древесине

Изготовив газогенераторный котел своими руками, можно взять за основу схему нагревательного аппарата 40 кВт, разработанную конструктором Беляевым, а затем оптимизировать ее для лазерной резки меньшего количества деталей. использовал.Вы можете изменить конструкцию устройства так, чтобы его внутренний объем оставался неизменным.

При этом желательно, чтобы рубашка теплообменника значительно увеличилась. Далее необходимо соединить все детали будущего пиролизного котла, четко следуя чертежу. В этом случае в качестве теплоносителя используется воздух, и он может обогреть помещение без потерь тепла.

Обеспечивать герметичность труб не нужно, т.к. для котла на дровах протечки и возможность замерзания системы отопления нехарактерны.Таким образом, данное устройство считается идеальным решением для установки в загородном доме, где его нужно отапливать лишь изредка.

Принципиальная схема пиролизного котла

Собрав котел по схеме, можно приступать к его установке и дальнейшим испытаниям. Правильно сделанный газовый котел должен быстро выйти на требуемый режим, а система отопления должна прогреться максимум за тридцать минут. Температура в помещении обычно повышается очень быстро.

Преимущества пиролизного котла «Благо»

Котел «Благо» разработан изобретателем Благодаровым Ю.П., заявивший о преимуществах своего творения. По продолжительности горения дров на максимальной теплотворной способности газогенераторный аппарат Благо превосходит другие котлы.

В этой модели решетки решетки полностью закрывают дно топливных бункеров. Следовательно, при естественной тяге наблюдается высокая теплота сгорания топлива и более длительный период горения из-за расположения топливных бункеров, что позволяет увеличивать объем топливных бункеров без ущерба для эффективности.

Конструкция котла Благо

Устройство пиролизного котла позволяет горючее сжигать в одной из двух камер сгорания, а в третьей — сжигать. Blago энергонезависим и всегда обеспечивает необходимую мощность. Осуществляется полное сгорание соединений фенольных групп — дегтя, смол, спиртов, эфирных масел.

Установленные в камере сгорания направляющие выступают в качестве хороших теплоотводов. Торфяные брикеты, опилки и уголь можно сжигать в пиролизном котле. В период низких температур можно постоянно закладывать топливо в камеру сгорания, поддерживая оптимальную температуру в помещении.

Таким образом, несмотря на то, что двор — это 21 век, люди до сих пор обращаются к дровам как к природному ресурсу для отопления. Теперь понятно, почему из всех твердотопливных устройств пиролизные котлы для населения вызывают наибольший интерес.

Реактор пиролиза — обзор

Газификация и пиролиз

При нагревании топливо из биомассы разлагается на ряд газообразных и конденсируемых частиц, оставляя после себя твердый углеродистый остаток, известный как уголь.Это ранняя стадия горения, и светящееся пламя, наблюдаемое при сжигании древесины и другой биомассы, является результатом окисления летучих соединений, выделяемых во время пиролиза и газификации сырья, и теплового излучения от частиц сажи от пламени, дающего характерный желтый цвет. .

Когда отношение эквивалента топлива к воздуху, ϕ , уравнения [6] существенно больше единицы (богатое топливо), топливо будет только частично окисляться из-за недостатка кислорода, а продукты реакции не будут состоять из только углекислый газ и вода, но большие количества окиси углерода и водорода в дополнение к различным количествам газообразных углеводородов и конденсируемых соединений (смол и масел), а также полукокса и золы.Другие окислители, включая водяной пар, также можно использовать вместо воздуха, и в этом случае набор продуктов реакции будет отличаться. Условия реакции могут быть изменены для максимального увеличения производства топливных газов, жидких топливных веществ или полукокса (как для древесного угля), в зависимости от предполагаемого энергетического рынка или рынков. Термин «газификация» применяется к процессам, которые оптимизированы для производства топливного газа (в основном CO, H ₂ и легких углеводородов). При нагревании без добавления окислителя сырье подвергается пиролизу.Реакторы пиролиза обычно проектируются так, чтобы максимально увеличить производство жидкостей за счет быстрого, а не медленного нагрева, хотя растущий интерес к биоугля или сажи теперь меняет предпочтительную смесь продуктов. Катализаторы иногда используются для ускорения различных реакций, особенно крекинга высокомолекулярных углеводородов, образующихся во время газификации, а также в химическом каталитическом синтезе жидких углеводородов и других продуктов при производстве транспортного биотоплива.

Технология газификации была разработана более 200 лет назад (Kaupp and Goss, 1984), а в последнее время была усовершенствована в первую очередь с целью обеспечения доступа твердого топлива (биомасса, уголь и кокс) к некоторым из тех же коммерческих рынков, что и природные. газ и нефть.Газификаторы уже давно используются для преобразования твердого топлива в топливные газы для работы двигателей внутреннего сгорания, как с искровым зажиганием (бензин), так и с воспламенением от сжатия (дизели). Их также можно использовать для устройств внешнего сгорания, таких как котлы и двигатели Стирлинга. Наиболее распространенными типами являются газификаторы прямого действия, в которых частичное окисление сырья в топливном слое дает тепло для реакций пиролиза и газификации, которые в основном являются эндотермическими. В газификаторах непрямого действия и в реакторах пиролиза используется внешний теплообмен для обеспечения тепла, необходимого для пиролиза топлива.Тепло может быть произведено путем сжигания некоторого количества исходного топлива из биомассы или путем сжигания выходящих топливных газов, жидкостей или полукокса. Аллотермические реакторы были разработаны для подачи тепла за счет внутреннего, но раздельного сжигания фазы полукокса после газификации сырья, в основном в системах с двумя реакторами (Wilk and Hofbauer, 2013). Газификаторы могут иметь меньше проблем со шлакованием золы из-за более низких рабочих температур по сравнению с камерами сгорания, хотя шлакование, засорение и агломерация слоя остаются проблемами с некоторыми видами топлива (например.г., солома).

Когда в газификаторы прямого действия подается воздух для реакции с сырьем, топливные газы будут содержать большое количество азота, а теплотворная способность или содержание энергии в газе будет низким (3–6 МДж м ^–3 ) по сравнению с природный газ (сравните с метаном 36,1 МДж м ⁻³ ) и другие более традиционные виды топлива. Двигатели без наддува, работающие на таком газе, будут иметь пониженную выходную мощность по сравнению с их работой на бензине или дизельном топливе (Jenkins and Goss, 1988).В случае дизельных двигателей газ нельзя использовать в одиночку, и для обеспечения надлежащего зажигания и выбора момента впрыскивается пилотное количество дизельного топлива. Для двигателей с искровым зажиганием выходная мощность двигателя примерно вдвое меньше, чем у того же двигателя на бензине, потому что объем воздуха в двигателе (количество воздуха, всасываемого в цилиндр двигателя во время такта впуска) уменьшается из-за большого занимаемого объема. топливным газом, и поэтому во время каждого цикла может сгореть не так много топлива (Jenkins and Goss, 1988).Частично это можно преодолеть с помощью наддува двигателя. Для двухтопливных дизельных двигателей газ, как правило, может обеспечивать до 70% общей энергии топлива, не сталкиваясь с серьезным ударом, который возникает из-за длительной задержки зажигания, связанной с генераторным газом, тем же свойством, которое дает газу отличное октановое число ( Chancellor, 1980; Ogunlowo et al ., 1981). Те же свойства генераторного газа, которые приводят к позднему воспламенению и детонации в дизельном двигателе, делают его достаточно устойчивым к детонации в двигателе с искровым зажиганием, поэтому можно использовать степени сжатия значительно выше 10.При правильной конструкции головки блока цилиндров и увеличенной степени сжатия эффективность двигателя может быть улучшена по сравнению с бензиновым двигателем, что компенсирует некоторое снижение характеристик из-за уменьшения объема воздуха.

Если в реакторе газификации используется обогащенный или чистый кислород, полученный топливный газ или синтез-газ будет более высокого качества. Однако стоимость производства кислорода высока, и такие системы обычно предлагаются для более крупных масштабов или для производства более дорогих товаров, таких как химикаты и жидкое топливо.Метанол, жидкое спиртовое топливо, CH ₃ OH, образуется в каталитической реакции

[7] CO + 2h3 = Ch4OH

Этой реакции способствует низкая температура (400 ° C), но высокое давление (30–30 ° C). 38 МПа). Оксид цинка и оксид хрома являются общими катализаторами. Используя медь в качестве катализатора, можно снизить температуру и давление реакции (260 ° C, 5 МПа), но медь чувствительна к отравлению серой и требует хорошей очистки газов (Probstein and Hicks, 1982). Реакции Фишера-Тропша можно использовать для получения ряда химических веществ, включая спирты и алифатические углеводороды.Снижены требования к температуре и давлению, а выбор катализатора может быть получен с большей селективностью.

Жидкости, такие как бензины, могут производиться косвенными путями, включающими газификацию или пиролиз твердой биомассы для получения реакционноспособных промежуточных продуктов, которые можно каталитически улучшить (Kuester и др. ., 1985; Prasad and Kuester, 1988; Kuester, 1991; Браун, 2011). Жидкости, произведенные непосредственно путем пиролиза, обычно коррозионно-агрессивны, страдают окислительной нестабильностью и не могут быть напрямую использованы в качестве моторного топлива.Многие продукты также канцерогены. Для получения товарных соединений обычно требуется какая-либо очистка. Несмотря на это, реакторы быстрого пиролиза, использующие биомассу и другие виды топлива, находятся в стадии коммерческого запуска для производства бионефти (Ensyn Corp, 2014). Жидкое топливо также можно производить прямыми термохимическими способами, такими как гидрирование в растворителе с присутствующим катализатором (Elliott и др. ., 1991; Bridgwater and Bridge, 1991).

Одним из основных технических препятствий, особенно в малых масштабах, при применении газификаторов для целей, отличных от прямого сжигания сырого газа, является очистка и очистка газа.Удаление твердых частиц и смол из газа имеет решающее значение для последующего производства электроэнергии и синтеза топлива. Смолы представляют собой класс тяжелых органических материалов, которые особенно трудно удалить или обработать. Существуют системы для производства газа приемлемого качества, но, как правило, они основаны на некоторой комбинации влажной и сухой очистки и фильтрации, что увеличивает расходы на систему конверсии. Маломасштабные газификаторы, используемые для удаленного производства электроэнергии, часто применялись без надлежащих процедур обращения с гудроном, отделенным от газа.Очистка газа и обработка гудрона остаются критическими инженерными задачами для более широкого внедрения технологии во всех масштабах.

Расширенные возможности производства электроэнергии из биомассы включают использование газификатора биомассы для производства топливного газа для газовой турбины в интегрированной системе с комбинированным циклом газификации (Рисунок 17; Меерман и др. ., 2013). Эффективность этих систем может быть значительно выше, чем у традиционных систем выработки электроэнергии с циклом Ренкина. Основные инженерные задачи включают очистку горячего газа для получения газа надлежащего качества, чтобы избежать загрязнения турбины, а также разработку надежных реакторов или компрессоров высокого давления и систем подачи топлива.Считается, что использование газогенератора является преимуществом по сравнению с камерой сгорания с прямым сгоранием, поскольку потери тепла в системе газоочистки вызывают меньшее беспокойство, поскольку большая часть энергии топлива находится в форме химической энергии получаемого газа. Другие преимущества газификаторов перед камерами сгорания включают способность работать при более низких температурах и меньшие объемы газа на единицу преобразованного сырья, что способствует удалению соединений серы и азота для снижения выбросов загрязняющих веществ. Системы этого типа в настоящее время находятся в стадии разработки, и несколько крупномасштабных демонстрационных проектов были завершены, но эта технология еще не была внедрена в коммерческих целях для биомассы, хотя она применяется для угля в более крупных масштабах (Stahl and Neergaard, 1998).Фиг.17 также иллюстрирует возможное использование впрыска пара для уменьшения тепловых выбросов NO _x и увеличения выходной мощности газовой турбины. Высокая теплоемкость пара по сравнению с продуктами сгорания приводит к увеличению мощности, а добавление пара снижает температуру пламени, что способствует снижению термического образования NO _x (Weston, 1992). Многие другие варианты термохимической конверсии находятся в стадии разработки (Brown, 2011).

Рис. 17. Передовая концепция выработки электроэнергии с комбинированным циклом с интегрированной газификацией. Показана газификация сжатым воздухом. Также показан вариант газовой турбины с впрыском пара (IG / STIG).

Пиролиз — обзор | Темы ScienceDirect

2.1.2 Пиролиз

Пиролиз биомассы — это процесс термического расщепления макромолекул биомассы на небольшие молекулы при повышенной температуре в инертной или обедненной кислородом атмосфере с образованием трех основных продуктов: бионефти, горючего газа и biochar.Как правило, выход продуктов бионефти, биоугля и газа составляет 50–70, 13–25 и 12–15 мас.% Соответственно (Mohan et al., 2006). На выход и состав продуктов пиролиза влияет множество рабочих параметров, таких как виды биомассы, предварительная обработка, температура пиролиза, скорость нагрева и атмосфера (Hu and Gholizadeh, 2019).

Пиролиз биомассы можно разделить на медленный пиролиз, быстрый пиролиз и мгновенный пиролиз, в зависимости от различных рабочих температур, скоростей нагрева и времени пребывания (Perkins et al., 2018; Chen et al., 2019), как показано в таблице 1 (Perkins et al., 2018; Chen et al., 2019; Singh et al., 2019).

Таблица 1. Характеристики различных процессов пиролиза биомассы (Mohan et al., 2006; Hu and Gholizadeh, 2019; Perkins et al., 2018; Chen et al., 2019; Singh et al., 2019; Bridgwater, 2012; Вамвука, 2011; Ли и др., 2010; Ахтар, Амин, 2012; Батлер и др., 2011).

В пиролизе биомассы использовалось несколько типов реакторов, включая реакторы с неподвижным слоем, реакторы с барботажным псевдоожиженным слоем, реакторы с циркулирующим псевдоожиженным слоем, вращающиеся конусы, шнеки, абляторы, пиролизеры для измельчения и печи пиролиза для измельчения ( Hu and Gholizadeh, 2019; Perkins et al., 2018; Chen et al., 2019; Bridgwater, 2012; Vamvuka, 2011; Li et al., 2010; Akhtar, Amin, 2012; Butler et al., 2011).

По сравнению с другими технологиями преобразования биомассы, технология пиролиза биомассы предлагает, среди прочего, такие преимущества, как высокая эффективность преобразования, простые устройства и простота эксплуатации. Однако низкое качество (например, низкая теплотворная способность, стабильность и высокая кислотность) и меньшее количество применений пиролизных биомаслей остаются основными техническими проблемами пиролиза биомассы (Hu and Gholizadeh, 2019).

Что такое пиролиз? : USDA ARS

Введение Наши исследования Что такое пиролиз? Исследователи бионефти

Объекты Наши партнеры Публикации в новостях Ссылки

Что такое пиролиз?

Пиролиз — это нагревание органического материала, такого как биомасса , , в отсутствие кислорода.Из-за отсутствия кислорода материал не воспламеняется, но химические соединения (например, целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин), составляющие этот материал, термически разлагаются на горючие газы и древесный уголь. Большинство этих горючих газов может конденсироваться в горючую жидкость, называемую пиролизным маслом (бионефть), хотя есть некоторые постоянные газы (CO ₂ , CO, H ₂ , легкие углеводороды). Таким образом, пиролиз биомассы дает три продукта: один жидкий, био-масло , один твердый продукт, биоуглерод и один газообразный (синтез-газ).Доля этих продуктов зависит от нескольких факторов, включая состав сырья и параметры процесса. Однако при прочих равных, выход био-масла оптимизируется, когда температура пиролиза составляет около 500 ° C и скорость нагрева высока (т.е. 1000 ° C / с), то есть в условиях быстрого пиролиза. В этих условиях выход бионефти 60-70 мас.% Может быть достигнут из типичного исходного сырья биомассы с выходом биоуглерода 15-25 мас.%. Остальные 10-15 мас.% Составляют синтез-газ.Процессы, в которых используется более низкая скорость нагрева, называются медленным пиролизом, и биоуглерод обычно является основным продуктом таких процессов. Процесс пиролиза может быть самоподдерживающимся, поскольку сгорание синтез-газа и части бионефти или биоуглерода может обеспечить всю необходимую энергию для запуска реакции.

Схема процесса быстрого пиролиза.

Био-масло представляет собой плотную сложную смесь кислородсодержащих органических соединений.Его топливная ценность обычно составляет 50-70% от стоимости топлива на нефтяной основе, и его можно использовать в качестве котельного топлива или преобразовать в возобновляемые виды топлива для транспорта. Его плотность составляет> 1 кг. L ^-1 , что намного больше, чем у исходного сырья биомассы, что делает его более экономичным для транспортировки, чем биомасса. Поэтому мы представляем себе модель распределенной обработки, в которой многие мелкомасштабные пиролизеры (например, в масштабе фермы) скрывают биомассу в бионефть, которая затем транспортируется в централизованное место для переработки. Наши исследования показывают, что при использовании в распределенных системах «в масштабе фермы», питающих центральную газификационную установку (для производства жидкостей Fisher Tropsh), одной экономии транспортных расходов достаточно, чтобы компенсировать более высокие эксплуатационные расходы и затраты на биомассу.

Распределенная переработка биомассы методом быстрого пиролиза.

Кроме того, произведенный биоуглерод можно использовать на ферме в качестве отличного средства для улучшения почвы, которое может связывать углерод.Биоуголь обладает высокой абсорбирующей способностью и, следовательно, увеличивает способность почвы удерживать воду, питательные вещества и сельскохозяйственные химикаты, предотвращая загрязнение воды и эрозию почвы. Внесение биоуголь в почву может улучшить как качество почвы, так и стать эффективным средством связывания большого количества углерода, тем самым помогая смягчить последствия глобального изменения климата за счет связывания углерода. Использование биогольца в качестве улучшения почвы устранит многие проблемы, связанные с удалением растительных остатков с земли.

Изоляция углерода путем внесения в почву биоуглерода.

7. Исследование процессов пиролиза биомассы

7.1. Общее введение
7.2. Система пиролиза биомассы
7.3. Продукты и их характеристики
7.4. Предварительная обработка и определение характеристик исходного сырья
7.5. Установлен пилотный реактор с вращающимся конусом в САУ

7.1.1 Что такое пиролиз?

Пиролиз — это термическая деградация либо при полном отсутствии окислителя, либо с такой ограниченной подачей, что газификация не происходит в значительной степени или может быть описана как частичная газификация. Применяются относительно низкие температуры от 500 до 800 ° C по сравнению с 800 до 1000 ° C при газификации. Обычно производятся три продукта: газ, пиролизное масло и древесный уголь, относительные пропорции которых очень сильно зависят от метода пиролиза, характеристик биомассы и параметров реакции.Быстрый или мгновенный пиролиз используется для максимального увеличения количества газообразных или жидких продуктов в зависимости от используемой температуры.

7.1.2 История пиролиза биомассы

Чем интересен пиролиз?

Есть несколько способов использовать энергию, содержащуюся в биомассе, от прямого сжигания до газификации и пиролиза. Выбор наиболее прибыльного метода рекуперации энергии из биомассы определенного типа является и наиболее важным шагом на пути к прибыльным инвестициям.

Прямое сжигание — это старый способ использования биомассы. Биомасса полностью превращается в тепло, но эффективность составляет всего около 10 процентов. Газификация доводит до максимального уровня крекинг биомассы, полностью превращая ее в горючий газ перед сжиганием. Производство древесного угля, медленный пиролиз древесины при температуре 500 ° C — это процесс, который производители древесного угля использовали на протяжении тысячелетий. Древесный уголь — бездымное топливо, которое до сих пор используется для отопления.Его первое технологическое применение можно отнести к железному веку, когда древесный уголь использовался при плавке руды для производства железа. Производство древесного пара обычно связано с копчением, которое является одним из старейших методов консервирования пищевых продуктов, вероятно, применяемым с момента развития кулинарии на огне. Эти пары, содержащие природные консерванты, такие как формальдегид и спирт, использовались в качестве исходного сырья. Главное преимущество — небольшие и очень простые установки, которые можно сделать с очень низкими инвестиционными затратами. Недостаток — довольно низкая выработка энергии и загрязнение воздуха.

Пиролиз биомассы привлекателен тем, что управлять твердой биомассой и отходами очень сложно и дорого. легко превращается в жидкие продукты. Эти жидкости, такие как сырая бионефть или суспензия древесного угля из воды или масла, имеют преимущества при транспортировке, хранении, сжигании, модернизации и гибкости в производстве и сбыте. Плотность энергии сведена в Таблицу 7.1.

Неочищенное пиролизное масло — это холостой флюид, который часто называют бионефть, пиролизное масло или просто нефть.Другой основной продукт — это суспензия, которую можно приготовить из отходов и древесного угля с добавлением химикатов для стабилизации суспензии. Сообщалось о стабильной и подвижной концентрации до 60 мас.%. Суспензии также можно приготовить из масла и древесного угля.

На пилотной установке газ обычно сжигается на факеле, но в промышленном процессе он будет использоваться для управления процессом или для сушки топлива или выработки электроэнергии.

При транспортировке важна насыпная плотность, некоторые расчетные значения приведены в таблице 7.1 Смеси нефти и навозной жижи имеют явное преимущество перед древесной щепой и соломой по объемной плотности при транспортировке и заметны по удельной энергии.

Для сбора биомассы на большие расстояния эта разница может быть решающим фактором.

Хранение и транспортировка могут быть важны из-за сезонных колебаний производства, и всегда будет требоваться некоторое хранение. Помимо насыпной плотности и учета энергии, важно, чтобы сырая биомасса ухудшалась во время хранения из-за процесса биологического разложения.Однако уголь очень стабилен и биологически не разлагается. Еще одним важным фактором является обращение с жидкостью, при котором жидкости имеют значительные преимущества перед твердыми веществами.

Обычно жидкие продукты легче контролировать в процессе сгорания, и это важно при модернизации существующего оборудования. Существующие горелки, работающие на жидком топливе, не могут полностью работать на твердой биомассе без какой-либо модификации устройства, что может не быть заинтересовано в неопределенных рынках топлива. Тем не менее, бионефти, суспензии полукокса и воды, вероятно, потребуются лишь относительно небольшая переделка оборудования или даже не потребуется в некоторых случаях.Горелки для угля с электроприводом относительно легко могут принять древесный уголь в качестве частичной замены топлива, если содержание нарушения совместимо с конструкцией горелки.

На электростанциях газовые турбины могут легко работать на биомасле и суспензионном топливе, хотя требуется щелочная зола в полукоксовом составе пульпы. Некоторые модифицированные двигатели могут использоваться для использования модернизированного масла. В некоторых странах. существует рынок кусков древесного угля и брикетов для отдыха и промышленного использования.

Табл.7.1 Энергетические и плотностные характеристики

7.1.3 Общее введение в процесс пиролиза биомассы

На сегодняшний день существует множество видов процессов пиролиза биомассы, таких как обычные, мгновенные или быстрые, которые зависят от параметров реакции. Однако типичный процесс пиролиза можно описать следующим образом:

Биомассу предварительно измельчают и сушат, чтобы полностью контролировать процесс. Таким образом, биомасса подается в реактор с воздухом, достаточным для сжигания той части биомассы или теплоносителя (песка или другого), обеспечивающего тепло, необходимое для процесса.Система циклонов и конденсаторов позволяет восстанавливать продукты. Вообще говоря, система пиролиза биомассы имеет дело со многими аспектами: посадка биомассы, предварительная обработка, процесс пиролиза, использование и обновление продуктов, стоимость и экономическая оценка. Ниже будут рассмотрены новейшие технологии пиролиза биомассы в странах Европы и США

7.2.1 Классификация пиролиза

Пиролиз применялся на протяжении веков для производства древесного угля.Это требует относительно медленной реакции при очень низких температурах для максимального увеличения выхода твердого вещества. Совсем недавно исследования механизмов пиролиза предложили способы существенного изменения пропорций газа, жидких и твердых продуктов путем изменения скорости нагрева, температуры и времени пребывания.

Высокие скорости нагрева, до заявленных 1000 ° C / с или даже 10000 ° C / с, при температуре ниже примерно 650 ° C и с быстрым охлаждением, вызывают конденсацию жидких промежуточных продуктов пиролиза до того, как дальнейшая реакция развалится. частицы с более высокой молекулярной массой в газообразные продукты.Высокие скорости реакции также сводят к минимуму образование полукокса, и при некоторых условиях, по-видимому, не образуется никакого полукокса. При высокой максимальной температуре основным продуктом является газ. Пиролиз при таких высоких скоростях нагрева известен как быстрый или мгновенный пиролиз в зависимости от скорости нагрева и времени пребывания, хотя различия нечеткие. В другой работе была предпринята попытка использовать сложные механизмы разложения путем пиролиза в необычной среде. Основные варианты пиролиза перечислены в таблице 7.2, а характеристики основных моделей пиролиза сведены в таблицу 7.3.

Таблица 7.2 Вариант технологии пиролиза

Таблица 7.3 Характеристики пиролизных технологий

7.2.2 Текущее состояние технологий

В Европе демонстрационная установка производительностью 500 кг / ч в настоящее время работает в Италии для производства жидкости. Планируется, что на основе этой технологии появятся небольшие коммерческие предприятия в Италии, Испании и Греции в качестве проектов LEBEN. Пилотная установка производительностью 250 кг / ч, основанная на процессах Ватерлоо, построена в Испании. Несколько заводов работают на демонстрационном уровне для отстоя сточных вод и бытовых отходов в Западной Германии с производительностью до 2 т / ч на основе медленного пиролиза.

В других странах ряд демонстрационных установок для мгновенного пиролиза работает в Северной Америке с производительностью до 25 кг / ч с планами по нескольким коммерческим разработкам с производительностью до 40 кг / ч, включая коммерческую установку, запланированную в Калифорнии на основе абляционный пиролиз и пиролиз осадка сточных вод SERI в Канаде и Австралии. Примеры текущих исследований и разработок перечислены в Таблице 7.4. Некоторые свойства, о которых было сообщено, суммированы и сравниваются в Таблице 7.5.

A. Реактор с неподвижным слоем

Древесный уголь можно производить с помощью реактора с неподвижным слоем, в котором сырье биомассы частично газифицируется воздухом. Компания Bio-Alternative SA использовала газогенератор с нисходящим потоком с неподвижным слоем газа диаметром 1 м и высотой 3 м (Bridgwater and Bridgw, 1991). с производительностью по биомассе 2000 кг / ч. Продуктами этого процесса являются газ, вязкие смолы и древесный уголь, выход которых максимален. Для древесины пихты и бука был достигнут выход древесного угля 300% по весу в пересчете на загружаемую древесину.Все продукты используются как энергоносители.

Таблица 7.5. Характеристики различных технологий пиролиза бионефти

Таблица 7.4 Сравнение технологий процесса пиролиза: ранжирование по желаемым продуктам

B. Реактор с псевдоожиженным слоем

Хорошо известная технология реакторов с псевдоожиженным слоем была применена Kosstrin (1980), Gourtay et al (1987) и Scott et al (1988). Выходы смолы, производимые реактором с псевдоожиженным слоем среднего масштаба (100 кг / ч), довольно низкие из-за крекинга паров в больших объемах слоя и надводного борта.Технология реакторов с псевдоожиженным слоем предлагает хорошие возможности для газификации сырья биомассы с минимальным образованием смол. В этом случае материал слоя следует выбирать на основе оптимальных характеристик каталитического крекинга гудрона. Однако, если продуктом является деготь, следует применить некаталитический неглубокий псевдоожиженный слой с последующим немедленным гашением газообразных продуктов.

C. Специфические технологии производства бионефти.

Производство бионефти максимально при средних температурах процесса (450-650) и коротком времени пребывания паров в реакторе.Полезными критериями для выбора технологий пиролиза для производства бионефти являются: i) выход биомасла на единицу массы древесины, который должен быть как можно более высоким, ii) мощность реактора процесса должна быть достаточно большой, чтобы ограничить количество шагов по увеличению мощности до полной мощности завода. Технологии пиролиза, включенные в следующий обзор, выбираются на основе этих критериев. Соответственно, было решено рассматривать только процессы с выходом биомасла более 50 мас.% В пересчете на сухую древесину и производительностью установки более 10 кг / ч.Схематическое расположение четырех известных технологий представлено на рис. 7.1; их особенности приведены в таблице 5 вместе с характеристиками «процесса вращения конуса Твенте».

а. Реактор с увлеченным потоком

Пиролиз биомассы в проточном реакторе с увлеченным потоком был изучен Гортоном и др. (1990) в Технологическом институте Джорджии, Атланта, Джорджия, США. Технологическая схема их процесса представлена ​​на рис. 7.1a. Вертикальная трубка реактора имеет длину 6,4 м и внутренний диаметр 0 мкм.15м. Воздух и пропан вводятся стехиометрически и сгорают в нижней части их реактора. Полученный горячий дымовой газ течет вверх по трубе, проходя через точку сбора биомассы. Таким образом, тепловая энергия горючего газа используется для нагрева частиц биомассы и, при необходимости, для обеспечения тепла реакции пиролиза. Типичные рабочие условия — отношение массового расхода газа-носителя к массовому потоку пиролиза около 4, температура на входе в реактор 900 ° C, атмосферное давление в реакторе и пропускная способность реактора 500 кг.час Недостатком является то, что для этого требуется большое количество газа-носителя (азота).

б. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем.

Реактор с восходящим потоком циркулирующей жидкости эксплуатируется компанией Ensyn в Оттаве, Канада (Graham, 1988). Рис. 7.1b показывает, что частицы биомассы и предварительно нагретый песок подаются вместе в нижнюю часть реактора с циркулирующей жидкостью. К сожалению, в литературе нет данных о размерах и расходах предварительно нагретого газа-носителя и песка для этого процесса.Обычно этот реактор работает при температуре 600 ° C и производительности по биомассе 100 кг / ч. Утверждается, что 60% биомасла можно получить из древесины тополя в качестве исходного сырья. Использование песка в качестве теплоносителя дает преимущество компактной конструкции из-за высокой скорости передачи тепла от песка к частицам биомассы. Еще одно преимущество — короткое время пребывания газа, за счет которого подавляется вторичный крекинг гудрона. Когда этот реактор становится масштабным, особое внимание следует уделять быстрому смешиванию частиц биомассы с твердым теплоносителем.И снова потребность в газе-носителе является недостатком.

г. Вакуумная печь реактор

Вакуумный пиролиз полярной осины в многоподовом реакторе был изучен Роем и др. (1992, 1993) в Университете Лаваля, Квебек, Канада. Шесть обогреваемых подов диаметром 0,7 м установлены наверху общей высотой 2 м как часть реактора, показанного на рис. 7.1c. Древесина подается в верхний отсек реактора и транспортируется вниз под действием силы тяжести и скребков, которые в настоящее время находятся в каждом отсеке.Если биомедицина полностью преобразована, нижнее отделение будет содержать только древесный уголь, который можно легко удалить из реактора. Температура верхнего пода составляет около 200 ° C и увеличивается по направлению к нижней части реактора, где она достигает 400 ° C для получения максимального количества бионефти. Вакуумный насос используется для поддержания давления в реакторе на уровне 1 кПа. Трудность увеличения размера реактора связана с установкой вакуумного насоса большой мощности, который чувствителен к загрязнению, а также является очень дорогим.

г. Вихревой реактор

Вихревой реактор был построен Diebold and Power (1988) в Исследовательском институте солнечной энергии, Голден, Ко. США. Этот реактор имеет диаметр трубы 0,13 м и длину 0,7 м. Для правильной работы реактора частицы биомассы должны быть увлекаются потоком азота со скоростью 400 м / с и входят в трубку реактора по касательной (см. рис. 7.1d). В таких условиях частицы биомассы испытывают высокие центробежные силы, которые вызывают высокие скорости абляции частиц на нагретой стенке реактора (625 ° C).Абляционные частицы оставляют на стенке жидкую пленку биомасла, которая быстро испаряется. Если древесные частицы не преобразованы полностью, они могут быть переработаны с помощью специального контура рециркуляции твердых частиц. В своей статье Диблод и Пауэр (1988) оценивают количество циклов, необходимых для достижения полного преобразования частиц биомассы, примерно в 15, что считается слишком высоким. Однако до сих пор было получено 80 мас.% Биомасла на основе сухой древесины.

В зависимости от используемого процесса первичные продукты могут быть газовыми, жидкими и твердыми.Большинство проектов заинтересованы в жидких продуктах из-за их высокой энергоемкости и потенциала замещения нефти.

Жидкость при образовании приближается к биомассе по элементному составу с немного более высокой теплотворной способностью 20-25 МДж / кг и состоит из очень сложной смеси кислородсодержащих углеводородов. Сложность возникает из-за разложения лигнина и широкого спектра фенольных соединений. Жидкость часто называют маслом, но она больше похожа на деготь. Это также может быть разложено до жидкого углеводородного топлива.Неочищенная жидкость пиролиза представляет собой густую смолистую жидкость с содержанием воды до 20% и вязкостью как тяжелая нефть.

Твердым продуктом процесса пиролиза является уголь, который имеет ограниченное применение в развитых странах для металлургии и отдыха. Альтернативный подход к жидким продуктам заключается в измельчении автомобиля и замачивании его водой со стабилизатором. Сообщалось о стабильной и подвижной концентрации до 60 мас.%. Суспензию также можно приготовить из биомасла и полукокса, но максимальная концентрация твердого вещества составляет 30%.

Газовый продукт пиролиза обычно представляет собой горючий газ MHV около 15-22 МДж / м.ми. ³ . или низковольтный топливный газ с концентрацией около 4-8 МДж / Нм ³ от частичной газификации в зависимости от параметров подачи и обработки.

Рис. 7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. A. Реактор с увлеченным потоком (GIT)

Рис. 7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. Б. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем (ENSYN)

Фиг.7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. C. Многоподовый реактор (Университет Лаваля)

Рис. 7.1 Схематическое расположение четырех известных технологий. D. Вихревой реактор (SERI)

Сырье, обычно рассматриваемое для термохимической переработки, — это древесина и древесные отходы, энергетические культуры, такие как лесное хозяйство с коротким оборотом и сладкое сорго, сельскохозяйственные отходы и мусор. Основными техническими критериями пригодности для термохимической обработки являются влажность, зольность и характеристики.Основными экономическими критериями являются стоимость, которая включает производство, сбор и транспортировку, и количество, которая включает доступность. Существует также вопрос о конкурирующих применениях, таких как производство целлюлозы и картона, сжигание, рециркуляция или рекуперация материалов, а не рекуперация энергии.

7.4.1 Сушка исходного сырья

Обычно для пиролиза требуется сырье с влажностью менее 15%, но существует оптимизация между содержанием влаги и эффективностью процесса конверсии.Фактическое содержание влаги, необходимое для процесса конверсии, очень мало между конверсионными установками. Полученная биомасса обычно имеет влажность в диапазоне 50-60% (влажная масса).

Пассивная сушка во время летнего хранения может снизить это количество примерно до 30 %. Активная сушка силоса позволяет снизить влажность до 12%. Сушка может осуществляться либо очень простыми средствами, такими как сушка вблизи окружающей среды, солнечная сушка или потоки отходящего тепла, либо с помощью специально разработанных сушилок, работающих на месте.Коммерческие сушилки доступны во многих формах и на разных площадках, но наиболее распространенными являются вращающиеся печи и сушилки с неглубоким псевдоожиженным слоем.

7.4.2 Характеристики исходного сырья

Основные физические характеристики биомассы приведены в Таблице 7.6. Отличительные особенности: довольно высокое содержание влаги, низкая насыпная плотность и широкий диапазон размеров частиц.

Таблица 7.6 Типичные свойства исходного сырья

7.4.3 Производство пиролиза, связанное с составом биомассы

Пиролиз древесины приводит к образованию газа, смолы и полукокса (твердого вещества). Конечно, выход этих продуктов напрямую зависит от состава биомассы.

Биомасса состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Целлюлоза представляет собой прямую и жесткую молекулу со степенью полимеризации приблизительно 10.000 единиц глюкозы (сахар C6). Гемицеллюлоза — это полимеры, построенные из сахаров C5, C6 со степенью полимеризации около 200 единиц сахара.И целлюлоза, и гемицеллюлоза могут испаряться с незначительным образованием полукокса при температурах выше 500 ° C. Лигнин представляет собой трехмерный разветвленный полимер, состоящий из фенольных единиц. Из-за ароматического содержания лигнина он медленно разлагается при нагревании и составляет большую часть Образование угля. Помимо основного состава клеточной стенки, такого как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, биомасса часто содержит различные количества видов, называемых «экстрактивными веществами». Эти экстрактивные вещества, которые растворимы в полярных или неполярных растворителях, состоят из терпенов, жирных кислот, ароматические соединения и эфирное масло.Состав различных материалов биомассы представлен в таблице 7.7.

Таблица 7.7 ​​Состав различных типов биомассы

примечание: CL — целлюлоза; HCL-гемицеллюлоза; LIG-лигнин

Фиг.7.2 показывает процессы, которые управляют пиролизом частиц биомассы. Первое тепло переносится к поверхности частицы за счет теплопроводности. Нагретый объемный элемент внутри частицы биомассы впоследствии разложился на обугленные и паровые фрагменты, которые состоят из значительных газов (бионефти) и незначительных газов. Из-за объемного образования пара внутри пористой частицы создается давление, которое достигает максимума в центре частицы и уменьшается по направлению к поверхности частицы. Пары, образующиеся внутри пор биомассы, подвергаются дальнейшему растрескиванию, что приводит к образованию полукокса, газов и термически стабильных смол.Длительное время пребывания паров внутри крупных частиц s при низких температурах пиролиза объясняет образование древесного угля в корпусе. Однако этот механизм отсутствует, если размер частиц 1 меньше 1 мм. Когда газообразные продукты покидают частицу биомассы, они попадают в окружающую газовую фазу, где могут разлагаться дальше. Каждый из этих элементарных процессов анализируется ниже с точки зрения свойств частиц, условий процесса и конструкции реактора.

Рис. 7.2. Эскиз разлагающейся древесной частицы, в том числе задействованные пути реакции

Пилотный реактор пиролиза биомассы с вращающимся конусом спроектирован и поставлен Университетом Твенте, Нидерланды.Его производительность 50 кг / час. Вращающийся конус — это реактор нового типа для мгновенного пиролиза биомассы с целью максимального увеличения производства бионефти. Частицы древесины, подаваемые на дно вращающегося конуса вместе с избытком частиц инертного теплоносителя, преобразуются, перемещаясь по спирали вверх вдоль горячей стенки конуса. Геометрия конуса, используемого в работе, определяется верхним углом 90 градусов радиан и максимальным диаметром 650 мм. Наиболее важными преимуществами технологии атмосферного вращающегося конуса являются ее высокая селективность по отношению к бионефти и отсутствие разбавляющего газа.Выход бионефти сопоставим с выходом других технологий производства бионефти.

Отличительными особенностями этого реактора являются: быстрый нагрев (5000 К / с) твердых веществ, короткое время пребывания твердых частиц (0,5 с) и небольшое время пребывания в газовой фазе (0,3 с). Продукты, полученные в результате мгновенного пиролиза древесной пыли во вращающемся конусном реакторе, представляют собой неконденсируемые газы, бионефть (гудрон) и полукокс. Поскольку не требуется газа-носителя (снижение затрат), продукты пиролиза будут образовываться в высоких концентрациях.Если необходимо. уменьшение объема газовой фазы внутри вращающегося конуса возможно за счет перекрытия части объема внутри вращающегося конуса; он сокращает время пребывания газовой фазы в реакторе, за счет чего подавляется крекинг смолы в газовой фазе. На рис. 7.3 показано поперечное сечение реактора, в котором виден вращающийся конус.

Рис. 7.3 Поперечное сечение реактора с вращающимся конусом

Выводы и проблемы

Пиролиз является наиболее универсальной системой преобразования биомассы, предлагает высокие выходы жидких продуктов, которые можно использовать напрямую или модернизировать, эта технология открывает большие перспективы для топлива и химикатов, постоянные исследования и разработки необходимы для реализации потенциала.

Для продуктов с более высокой жидкостью используются более продвинутые процессы в Университете Твенте, Альтене, Ватерлоо, Тюбингенском университете и Исследовательском институте солнечной энергии.

Для интегрированной системы. еще предстоит выполнить следующие работы:

— Сбор данных о процессах производства, сбора, переработки и улучшения биомассы;
— Сбор данных о затратах на транспортировку и обработку биомассы и производных продуктов
— Продолжение технико-экономических оценочных исследований для оптимизации системы.
— Спроектируйте установку в направлении более низкой стоимости и простоты эксплуатации.