Pyrolyysi-ilmiö liittyy aina kiinteän polttoaineen polttamiseen lämmitysuuneissa ja kattiloissa. Prosessin laajuus riippuu kahdesta tekijästä - palotilasta ja kodin lämpövoimalaitoksen suunnittelusta. Tarjoamme yksityiskohtaisen kuvan puun tai hiilen pyrolyysistä, vaihtoehdoista sen käytölle teollisuus- ja kotimaisissa olosuhteissa. Tavoitteena on hävittää myytit, jotka myyjät ja käsityöläiset ovat keksineet kalliiden "pyrolyysi" laitteiden, jotka on suunniteltu lämmittämään yksityiskoteja.
Mikä on pyrolyysi - prosessin kuvaus
Teoriassa mikä tahansa aine, mukaan lukien hiiliyhdisteet vedyn kanssa, voidaan polttaa, esimerkiksi:
- hiili;
- maakaasu (metaani, propaani ja niin edelleen);
- biomassa - tuore, kuiva;
- puutuotteet, selluloosa, tavallinen puu;
- erityyppiset muovit;
- luonnonkumista tai tekokumista valmistettu kumi;
- öljy, sen johdannaiset;
- muut hiiltä sisältävät jätteet.
Saada poistumistietä tietty määrä lämpöenergiaa riippuen palaneen massan alkuperäisestä kosteuspitoisuudesta. Prosessien kuvaamiseksi käytämme kemiallista kaavaa:
Palaminen on nopea hapettumisreaktio. Ihanteellisissa olosuhteissa jokainen hiiliatomi yhdistyy kahden happipartikkelin kanssa, ja 2 vetyatomia ovat vuorovaikutuksessa yhden happipartikkelin kanssa. Seurauksena muodostuu vaarattomia yhdisteitä - hiilidioksidia CO2 ja vettä. Jälkimmäinen haihtuu kuumennettuaan poistaen osan vapautuneesta lämmöstä.
Tärkeä asia. Todellisissa olosuhteissa kaikki vety- ja hiiliatomit eivät löydä perämiestä happimolekyylien puutteen vuoksi. Siksi palamistuotteiden koostumus sisältää pienen osan haitallisista palavista yhdisteistä - hiilimonoksidista (CO), vapaasta vedystä (N2) ja hiiltä noen muodossa.
Pyrolyysi on aineen hajoamisreaktio, joka tapahtuu kuumennettaessa ja vapaan hapen puute. Ilmoitettua periaatetta käytetään kaasua tuottavissa yksiköissä:
- Polttoaine (erityisesti puu) sijoitetaan suljetun metalliastian - reaktorin sisään.
- Kapasiteetti lämmitetään ulkoisesti 500 ... 900 asteeseen erityisten aukkojen kautta - tuyeres syötetään mitattu määrä ilmaa.
- Korkean lämpötilan vaikutuksesta aine hajoaa 3 pääkomponentiksi - hiilimonoksidiksi (CO), vedyksi (N2) ja kiinteä tai nestemäinen hiilijäännös. Pieni määrä hiilidioksidia ja vesihöyryä muodostuu samanaikaisesti.
- Haihtuvat tuotteet muodostavat pyrolyysikaasun - palavan vedyn ja hiilimonoksidin seoksen, jättäen säiliön erillisen putkilinjan kautta. Vapautunut kaasumainen polttoaine puhdistetaan, jäähdytetään ja pumpataan sitten säiliöön.
Viite. Tuotanto-olosuhteissa syntyvä synteesikaasu lähetetään lämmittämään sama kaasugeneraattorin kapasiteetti.
Palaminen ja pyrolyysi ovat kaksi erilaista prosessia, jotka voivat tapahtua samanaikaisesti. Esimerkki: polttopuun voimakkaan palamisen aikana kattilan uuniin muodostuu pieni määrä hiilimonoksidia, vaaratonta CO: ta2 paljon suurempi. Ja päinvastoin, hajuvan polttopuun tilassa vapautuu paljon vetyä ja höyryjä, joista osa onnistuu muuttumaan hiilidioksidiksi2 - hapettaa. Toisin sanoen, kaikki riippuu reaktiossa mukana olevan hapen määrästä.
Korkean kosteuden vaikutus
Lähtöaineen korkea kosteuspitoisuus vaikuttaa yhtä hyvin palamis- ja pyrolyysireaktioihin. Tarkastele esimerkiksi puun polttamisprosesseja:
- Poltettaessa vapautuva energia kuluu puun sisältämän veden haihtumiseen. Lämmön määrä poistoaukossa vähenee merkittävästi, polttoaine menee hukkaan.
- Kosteus hidastaa huomattavasti aineen lämpöhajoamista.Haihtunut vesi vie osan lämmitykseen käytetystä lämmöstä; vaadittua lämpötilaa (vähintään 500 ° C) ei saavuteta. Yli 50% kosteutta sisältävän puun pyrolyysi on melkein mahdotonta.
Paras kosteuden indikaattori hedelmälliselle polttamiselle tai puun hajoamiselle kaasugeneraattorissa on 8 ... 15%. Kotona on epärealistista saavuttaa tällaisia indikaattoreita. Pitkäaikainen polttopuun kuivaaminen katos alla antaa sinulle mahdollisuuden saavuttaa 20-25% kosteuspitoisuutta.
Viite. Polttoainepellettien ja -brikettien valmistuksessa tehtaalla sahanpuru kuivataan indikaattoriksi 8-10%. Valmiin rakeiden enimmäiskosteus on 15%.
Miksi käyttää lämpöhajoamista?
Pyrolyyttisten prosessien soveltamisala on melko laaja:
- Propeenin ja eteenin tuotanto kemianteollisuudelle käsittelemällä nestemäisiä hiilivetyraaka-aineita (öljyä).
- Puuhiilen saaminen puunkäsittelyjätteiden happea aiheuttamattomalla hajotusmenetelmällä.
- Sama teknologinen prosessi, mutta rajoitetulla ilmansyötöllä mahdollistaa palavan synteesikaasun tuottamisen puusta - metaanin, vedyn, hiilimonoksidin ja neutraalin typen seoksen.
- Kivihiilen - ruskean ja kivin - pyrolyysi - koko prosessisuunta. Tuloksena olevat yhdisteet ovat synteettistä bensiiniä, koksia, ammoniakkia, kivihiilitervaa. Jälkimmäisestä louhitaan tolueeni, bentseeni, naftaleeni ja kemianteollisuudessa käytetyt erilaiset fenolit.
- Uusi kehitys - kiinteän yhdyskuntajätteen, autonrenkaiden, muovien, orgaanisten tuotteiden kaupallinen hyödyntäminen.
Merkintä. Tässä luetellaan tunnetuimmat menetelmät pyrolyyttisten reaktioiden käyttämiseksi. Todellisuudessa käyttötapauksia on paljon enemmän. Wikipedia väittää, että pyrolyysiprosesseja ei ymmärretä täysin, monia projekteja on kehitteillä.
Termisessä hajoamisessa teollisuudessa käytetään pyrolyysiuuneja ja erilaisia reaktoreita. Yllä oleva kaavio näyttää kaasugeneraattorin, joka prosessoi puujätteet ja sahanpuru kaasumaiseksi polttoaineeksi. Tärkeintä tässä on suora kuiva tislausreaktori, jossa valmistetut raaka-aineet prosessoidaan synteesikaasuksi hitaalla palamisella.
Tärkeä vivahdus. Ennen lataamista pyrolyysiuuniin tai kaasugeneraattoriin puu murskataan ja kuivataan aina kosteuspitoisuudeksi, joka on 10% tai vähemmän.
Teollisuuskemiassa käytetään myös nopeaa pyrolyysitekniikkaa, kun reaktoria kuumennetaan lämpötilaan 700 ... 900 ° C lyhyen ajan. Tavoitteena on lisätä laitteiden tuottavuutta ja nopeuttaa prosessointia.
Kotikäyttö
Kotitalouden tasolla pyrolyysi auttaa ratkaisemaan seuraavat ongelmat:
- uunin tai rasvakeittimen puhdistaminen tahmeilta rasvakerroilta, joita ei voida poistaa mekaanisesti;
- hiilen tuotanto;
- lämmitys omakotitalossa pyrolyysi-kiinteän polttoainekattilan avulla.
Paras tapa puhdistaa astia on asettaa se uuniin, asettaa lämpötila 200 ... 250 ° C: seen ja antaa seistä puoli tuntia. Ilman happea sedimenttien tuhoaminen tapahtuu, vain tuhkaa jää, ja liesituuletin poistaa pyrolyysikaasut.
Viite. On olemassa malleja uuneja, joissa on sisäänrakennettu pyrolyyttinen puhdistustoiminto. "Paahtamisen" lopussa jää vain puhdistamaan sisäpinnat ja hävittämään syntynyt tuhka.
Puuhiiliä käytetään grillamiseen, seppien valmistamiseen ja eksoottisiin tarkoituksiin - autokaasugeneraattorin tankkaamiseen (kuinka se toimii, luemme erillisessä materiaalissa). Menetelmä puujätteen polttamiseksi suljetussa astiassa, toisin sanoen hidas pyrolyysi.
Tarjoamme sinulle analysoida yksityiskohtaisesti pyrolyysipuun lämmönkehittimiin liittyviä ongelmia.
Myyttejä pyrolyysi-TT-kattiloista
Kaasugeneraattorilämmittimen ja perinteisen suorapolttokattilan tärkein rakenteellinen ero on 2 kammiota yhden sijaan.Molempien palokammioiden väliin on sijoitettu keraaminen suutin, tuuletin pakottaa ilman. Pyrrolyysiyksikön metalliseinät on suojattu tulenkestävällä tiilivuoralla. Kuinka hän toimii:
- Polttopuut tai kivihiili asetetaan yläkammioon (ensisijainen) ja sytytetään.
- Automaatio käynnistää puhaltimen.
- Kun lämpötila takkalaatikossa nousee 500 asteeseen, pyrolyysikaasujen vapautuminen alkaa.
- Polttoainetuotteiden yleisen virtauksen mukana, nämä haihtuvat yhdisteet tulevat ala-sekundaariseen kammioon, missä ne poltetaan hapen läsnä ollessa (oletettavasti).
Itse asiassa syntyvä synteesikaasu alkaa palaa jopa primaariuunissa, koska puhallin syöttää ylimääräistä ilmaa. Vain liekki taskulamppu suunnataan toiseen kammioon ... ja se on se. Lisäksi palamistuotteet liikkuvat lämmönvaihtimen lämpöputkien läpi, kuumentavat jäähdytysnestettä ja lentää savupiippuun.
Lisäys. Lämmittimiä on myös toinen malli - ilman tuuletinta toisiokammio sijaitsee yläosassa. Pyrolyysin kannalta käsite on toimimaton, yksikkö toimii tavallisena puulämmitteisen kuumavesikattilan avulla, vaikka se maksaa kaksi kertaa niin paljon kuin klassiset vastaavat.
Pyrolyysilämpögeneraattorien kannattajat (kuten näiden laitteiden valmistajat, myyjät ja kotityöt) omistavat TT-kattiloilleen seuraavat edut:
- polttoaine poltetaan kokonaan, tuhka-astian loppuosa on käytännössä nolla;
- palamisaika - 10 tuntia tai enemmän;
- pieni määrä haitallisia päästöjä ilmakehään;
- korkea hyötysuhde johtuen 86 ... 90%: n hyötysuhteesta (valmistajan indikaattorit) verrattuna perinteisiin kattiloihin, joiden hyötysuhde on 75%.
Yritetään ymmärtää yllä olevien lausumien todenmukaisuus. Ensimmäinen hetki: jos takka on täynnä kuivaa puuta (tällainen vaaditaan lämmittimen käyttöohjeiden mukaan), hieno tuhka pysyy palamisen jälkeen. Tuulettimen luoma ja suuttimessa kiihdyttävä ilmavirta puhaltaa kevyesti jäännöstä savupiippuun.
Tuloksena on melkein tyhjä tuhkakuppi, illuusio täydellisestä palamisesta. Jos asetat kuivan puun klassiseen turboahdettuun TT-kattilaan, saat samanlaisen jäännöksen - pienen tuhkan alaosassa. Eli palamisen täydellisyys riippuu polttoaineen laadusta eikä lämpögeneraattorin suunnittelusta.
Kommentti. Raakapolttopuun asettaminen yli 50% kosteudella antaa negatiivisen tuloksen kaikissa kattiloissa. Tällaisten vaihtoehtojen harkitseminen on turhaa.
Anna lyhyesti vastaukset jäljellä oleviin lausuntoihin:
- 10–12 tunnin palamisaika vastaa todellisuutta. Toinen asia on, että indikaattori saavutetaan polttoainekammion koon vuoksi (100 litraa tai enemmän), johon sijoitetaan paljon polttopuita. Pyrolyysillä ei ole mitään tekemistä sen kanssa.
- Kattilan ympäristövakuus on totta. Puhallin pumppaa ylimääräistä ilmaa; erittäin vähän myrkyllisiä kaasuja muodostuu. Valmiustilassa happi ei pääse uuniin, polttopuut sulaa hitaasti ja haitallisten päästöjen määrä kasvaa.
- Kattilan hyötysuhde 90% on satu. Aktiivisessa palamismuodossa kattilan toimintaperiaate on samanlainen kuin perinteisten yksiköiden turboahdettujen versioiden kanssa, joiden hyötysuhde ei ylitä 75%. Kun tuuletin kytketään pois päältä, liekki kuolee, hiukkaset lähettävät vähän lämpöä.
Päätelmät. Kiinteän polttoaineen kattilan kaasua tuottavan mallin hankinta on erittäin kyseenalainen yritys. Yksikkö on kolme kertaa kalliimpaa kuin tavalliset versiot ja kaksi kertaa raskaampi vuorauksen takia. Kotitekoiset lämpögeneraattorit ovat yleensä luotettavampia ja halvempia kuin tehdasgeneraattorit, mutta liian tilaa vieviä. Tehokkuuden ja muiden ominaisuuksien suhteen ne eivät ylitä klassisia TT-kattiloita, joissa on turbiini tai ketjun luistonesto.
Tunnettu asiantuntijaharjoittaja vahvistaa mielipiteemme videossaan:
Johtopäätös
Yleensä pyrolyysi on melko hyödyllinen ilmiö, jota käytetään laajasti teollisessa kemiassa.Kotitalouden tasolla pyrolyyttisiä prosesseja käytetään harvoin, vaikka palavia kaasuja syntyy missä tahansa puuhella tai kattilassa. Joten on turhaa ostaa kalliita pyrolyysimalleja.