Το φαινόμενο της πυρόλυσης συνοδεύει πάντα την καύση στερεών καυσίμων σε φούρνους θέρμανσης και λέβητες. Η κλίμακα της διαδικασίας εξαρτάται από δύο παράγοντες - τη λειτουργία καύσης και το σχεδιασμό του θερμοηλεκτρικού σταθμού. Προσφέρουμε μια λεπτομερή ματιά στην πυρόλυση ξύλου ή άνθρακα, επιλογές για χρήση σε βιομηχανικές και οικιακές συνθήκες. Ο στόχος είναι να διαλύσει τους μύθους που εφευρέθηκαν από τους πωλητές και τους τεχνίτες κατασκευαστές ακριβού εξοπλισμού "πυρόλυσης" που έχει σχεδιαστεί για τη θέρμανση ιδιωτικών σπιτιών.
Τι είναι η πυρόλυση - περιγραφή της διαδικασίας
Θεωρητικά, οποιαδήποτε ουσία συμπεριλαμβανομένων ενώσεων άνθρακα με υδρογόνο μπορεί να καεί, για παράδειγμα:
- κάρβουνο;
- φυσικό αέριο (μεθάνιο, προπάνιο και ούτω καθεξής) ·
- βιομάζα - φρέσκο, ξηρό
- προϊόντα ξύλου, κυτταρίνη, συνηθισμένο ξύλο ·
- διάφορα είδη πλαστικών?
- καουτσούκ από φυσικό ή τεχνητό καουτσούκ ·
- λάδι, τα παράγωγά του ·
- άλλα απόβλητα που περιέχουν άνθρακα.
Στην έξοδο, πάρτε μια ορισμένη ποσότητα θερμικής ενέργειας, ανάλογα με την αρχική περιεκτικότητα σε υγρασία της καμένης μάζας. Για να περιγράψουμε τις διαδικασίες, χρησιμοποιούμε τον χημικό τύπο:
Η καύση είναι μια γρήγορη αντίδραση οξείδωσης. Υπό ιδανικές συνθήκες, κάθε άτομο άνθρακα συνδυάζεται με δύο σωματίδια οξυγόνου και 2 άτομα υδρογόνου αλληλεπιδρούν με 1 σωματίδιο οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται αβλαβείς ενώσεις - διοξείδιο του άνθρακα CO2 και νερό. Το τελευταίο εξατμίζεται όταν θερμαίνεται, αφαιρώντας μέρος της απελευθερούμενης θερμότητας.
Ένα σημαντικό σημείο. Σε πραγματικές συνθήκες, δεν βρίσκουν όλα τα άτομα υδρογόνου και άνθρακα σύντροφο λόγω της έλλειψης μορίων οξυγόνου. Επομένως, η σύνθεση των προϊόντων καύσης περιλαμβάνει ένα μικρό κλάσμα επιβλαβών καύσιμων ενώσεων - μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ελεύθερο υδρογόνο (Ν2) και άνθρακα με τη μορφή αιθάλης.
Η πυρόλυση είναι μια αντίδραση αποσύνθεσης μιας ουσίας που συμβαίνει όταν θερμαίνεται και έλλειψη ελεύθερου οξυγόνου. Η αναφερόμενη αρχή χρησιμοποιείται σε μονάδες παραγωγής αερίου:
- Το καύσιμο (ιδίως το ξύλο) τοποθετείται μέσα σε ένα κλειστό μεταλλικό δοχείο - αντιδραστήρα.
- Η χωρητικότητα θερμαίνεται εξωτερικά στους 500 ... 900 βαθμούς, μέσω ειδικών ανοιγμάτων - παρέχεται μετρημένη ποσότητα αέρα.
- Υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας, η ουσία αποσυντίθεται σε 3 κύρια συστατικά - μονοξείδιο του άνθρακα (CO), υδρογόνο (N2) και στερεό ή υγρό υπόλειμμα άνθρακα. Μικρή ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών σχηματίζονται παράλληλα.
- Τα πτητικά προϊόντα αποτελούν το αέριο πυρόλυσης - ένα εύφλεκτο μείγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα, αφήνοντας τη δεξαμενή μέσω ενός ξεχωριστού αγωγού. Το απελευθερούμενο αέριο καύσιμο καθαρίζεται, ψύχεται και στη συνέχεια αντλείται στο ρεζερβουάρ.
Αναφορά. Υπό συνθήκες παραγωγής, το προκύπτον αέριο σύνθεσης αποστέλλεται για θέρμανση της ίδιας χωρητικότητας της γεννήτριας αερίου.
Η καύση και η πυρόλυση είναι 2 διαφορετικές διαδικασίες που μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα. Παράδειγμα: κατά τη διάρκεια έντονης καύσης καυσόξυλου, σχηματίζεται μια μικρή ποσότητα μονοξειδίου του άνθρακα, ένα ακίνδυνο CO στον κλίβανο του λέβητα2 πολύ μεγαλύτερο. Και το αντίστροφο, στο σιγοκαίρωμα του καυσόξυλου απελευθερώνεται πολύ υδρογόνο και αναθυμιάσεις, μέρος των οποίων καταφέρνει να μετατραπεί σε CO2 - οξειδώνουν. Δηλαδή, όλα εξαρτώνται από την ποσότητα οξυγόνου που εμπλέκεται στην αντίδραση.
Η επίδραση της υψηλής υγρασίας
Η υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία στο αρχικό υλικό επηρεάζει εξίσου τις αντιδράσεις καύσης και πυρόλυσης. Εξετάστε τις διαδικασίες καύσης ξύλου ως παράδειγμα:
- Κατά την καύση, η απελευθερούμενη ενέργεια δαπανάται για την εξάτμιση του νερού που περιέχεται στο ξύλο. Η ποσότητα θερμότητας στην πρίζα μειώνεται σημαντικά, σπατάλη καυσίμου.
- Η υγρασία επιβραδύνει σημαντικά τη θερμική αποσύνθεση μιας ουσίας.Το εξατμισμένο νερό λαμβάνει μέρος της θερμότητας που καταναλώνεται για τη θέρμανση · η απαιτούμενη θερμοκρασία (τουλάχιστον 500 ° C) δεν επιτυγχάνεται. Η πυρόλυση του ξύλου που περιέχει περισσότερο από 50% υγρασία είναι σχεδόν αδύνατη.
Ο καλύτερος δείκτης υγρασίας για καρποφόρα καύση ή αποσύνθεση ξύλου σε μια γεννήτρια αερίου είναι 8 ... 15%. Στο σπίτι, δεν είναι ρεαλιστικό να επιτευχθούν τέτοιοι δείκτες, η παρατεταμένη ξήρανση καυσόξυλων κάτω από ένα κουβούκλιο σας επιτρέπει να επιτύχετε 20-25% περιεκτικότητα σε υγρασία.
Αναφορά. Κατά την κατασκευή σφαιριδίων καυσίμου και μπρικετών στο εργοστάσιο, το πριονίδι ξηραίνεται σε δείκτη 8-10%. Η μέγιστη υγρασία των τελικών κόκκων είναι 15%.
Γιατί να χρησιμοποιήσετε θερμική αποσύνθεση
Το πεδίο των πυρολυτικών διεργασιών είναι αρκετά ευρύ:
- Παραγωγή προπυλενίου και αιθυλενίου για τη χημική βιομηχανία με επεξεργασία υγρών πρώτων υλών υδρογονανθράκων (λάδι).
- Λήψη ξυλάνθρακα με τη μέθοδο της χωρίς αποσύνθεση οξυγόνου αποβλήτων επεξεργασίας ξύλου.
- Η ίδια τεχνολογική διαδικασία, αλλά με περιορισμένη παροχή αέρα επιτρέπει την παραγωγή καύσιμου συνθετικού αερίου από ένα δέντρο - ένα μείγμα μεθανίου, υδρογόνου, μονοξειδίου του άνθρακα και ουδέτερου αζώτου.
- Πυρόλυση άνθρακα - καφέ και πέτρα - μια ολόκληρη περιοχή επεξεργασίας. Οι προκύπτουσες ενώσεις είναι συνθετική βενζίνη, κοκ, αμμωνία, πίσσα άνθρακα. Το τολουόλιο, το βενζόλιο, το ναφθαλίνιο και διάφορες φαινόλες που χρησιμοποιούνται στη χημική βιομηχανία εξορύσσονται από την τελευταία.
- Νέες εξελίξεις - εμπορική αξιοποίηση αστικών στερεών αποβλήτων, ελαστικών αυτοκινήτων, πλαστικών, οργανικών.
Σημείωση. Οι πιο διάσημες μέθοδοι για τη χρήση πυρολυτικών αντιδράσεων παρατίθενται εδώ. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν πολλές περισσότερες περιπτώσεις χρήσης. Η Wikipedia ισχυρίζεται ότι οι διαδικασίες πυρόλυσης δεν είναι πλήρως κατανοητές, πολλά έργα βρίσκονται υπό ανάπτυξη.
Για θερμική αποσύνθεση, χρησιμοποιούνται φούρνοι πυρόλυσης και διάφοροι αντιδραστήρες στη βιομηχανία. Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει μια γεννήτρια αερίου που επεξεργάζεται απόβλητα ξύλου και πριονίδι σε αέρια καύσιμα. Ο κύριος ρόλος εδώ διαδραματίζει ο αντιδραστήρας άμεσης ξηρής απόσταξης, όπου οι έτοιμες πρώτες ύλες υποβάλλονται σε επεξεργασία σε αέριο σύνθεσης με αργή καύση.
Μια σημαντική απόχρωση. Πριν από τη φόρτωση σε κλίβανο πυρόλυσης ή σε γεννήτρια αερίου, το ξύλο συνθλίβεται πάντα και στεγνώνει σε περιεκτικότητα σε υγρασία 10% ή μικρότερη.
Στη βιομηχανική χημεία, χρησιμοποιείται επίσης τεχνολογία ταχείας πυρόλυσης, όταν ο αντιδραστήρας θερμαίνεται σε θερμοκρασία 700 ... 900 ° C για σύντομο χρονικό διάστημα. Ο στόχος είναι να αυξηθεί η παραγωγικότητα του εξοπλισμού και να επιταχυνθεί η επεξεργασία.
Οικιακή χρήση
Σε επίπεδο νοικοκυριού, η πυρόλυση βοηθά στην επίλυση των ακόλουθων προβλημάτων:
- Καθαρισμός του φούρνου ή της φριτέζας από κολλώδη λίπη που δεν μπορούν να αφαιρεθούν μηχανικά.
- παραγωγή άνθρακα;
- θέρμανση ιδιωτικής κατοικίας με λέβητα πυρόλυσης στερεών καυσίμων.
Η καλύτερη μέθοδος για να καθαρίσετε το τηγάνι είναι να το τοποθετήσετε στο φούρνο, να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία στους 200 ... 250 ° C και να το αφήσετε για μισή ώρα. Χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο, θα συμβεί καταστροφή ιζημάτων, θα παραμείνει μόνο τέφρα και η κουκούλα της κουζίνας θα αφαιρέσει τα αέρια πυρόλυσης.
Αναφορά. Υπάρχουν μοντέλα φούρνων με ενσωματωμένη λειτουργία πυρολυτικού καθαρισμού. Στο τέλος του "ψησίματος", μένει μόνο να σκουπίσετε τις εσωτερικές επιφάνειες και να απορρίψετε την προκύπτουσα τέφρα.
Ο ξυλάνθρακας χρησιμοποιείται για τηγάνισμα μπάρμπεκιου, σιδηρουργίας και για πιο εξωτικούς σκοπούς - ανεφοδιασμό σε γεννήτρια αερίου αυτοκινήτων (πώς λειτουργεί, διαβάστε σε ξεχωριστό υλικό). Η μέθοδος απόκτησης - καύσης απορριμμάτων ξύλου μέσα σε κλειστό δοχείο, δηλαδή αργής πυρόλυσης.
Προτείνουμε να αναλύσουμε λεπτομερώς τα προβλήματα που σχετίζονται με την παραγωγή θερμότητας ξύλου πυρόλυσης.
Μύθοι για τους λέβητες πυρόλυσης TT
Η κύρια διαρθρωτική διαφορά μεταξύ ενός θερμαντήρα γεννήτριας αερίου και ενός παραδοσιακού λέβητα άμεσης καύσης είναι 2 θάλαμοι αντί για έναν.Ένα κεραμικό ακροφύσιο είναι τοποθετημένο μεταξύ των δύο θαλάμων πυρκαγιάς · ο αέρας αναγκάζεται από έναν ανεμιστήρα. Τα μεταλλικά τοιχώματα της μονάδας πυρόλυσης προστατεύονται από πυρίμαχη επένδυση από τούβλα. Πώς λειτουργεί:
- Το καυσόξυλο ή ο άνθρακας τοποθετείται στον άνω (πρωτογενή) θάλαμο και καίγεται.
- Ο αυτοματισμός ξεκινά τον ανεμιστήρα ώθησης.
- Όταν η θερμοκρασία στο τζάκι αυξάνεται στους 500 βαθμούς, αρχίζει η απελευθέρωση αερίων πυρόλυσης.
- Απομακρύνονται από τη γενική ροή προϊόντων καύσης, αυτές οι πτητικές ενώσεις εισέρχονται στον κατώτερο δευτερεύοντα θάλαμο, όπου καίγονται παρουσία οξυγόνου (υποτίθεται).
Στην πραγματικότητα, το προκύπτον αέριο σύνθεσης αρχίζει να καίει ακόμη και στον πρωτογενή κλίβανο, καθώς ο ανεμιστήρας τροφοδοτεί υπερβολικό αέρα. Μόνο ένας φακός φλόγας κατευθύνεται στον δεύτερο θάλαμο ... και αυτό είναι. Επιπλέον, τα προϊόντα καύσης κινούνται μέσω των σωλήνων θερμότητας του εναλλάκτη θερμότητας, θερμαίνουν το ψυκτικό και πετούν στην καμινάδα.
Πρόσθεση. Υπάρχει ένας άλλος σχεδιασμός θερμαντήρων - χωρίς ανεμιστήρα, ο δευτερεύων θάλαμος βρίσκεται στην κορυφή. Από την άποψη της πυρόλυσης, η ιδέα δεν λειτουργεί, η μονάδα λειτουργεί σαν κανονικός λέβητας ζεστού νερού με ξύλα, αν και κοστίζει διπλάσιο από τους κλασικούς ομολόγους.
Οι υποστηρικτές των γεννητριών θερμότητας πυρόλυσης (όπως οι κατασκευαστές αυτού του εξοπλισμού, οι πωλητές και οι οικιακοί τεχνίτες) αποδίδουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματά τους στους λέβητες TT:
- το καύσιμο καίγεται εντελώς, το υπόλοιπο στο ταψί είναι σχεδόν μηδέν.
- χρόνος καύσης - 10 ώρες ή περισσότερο
- χαμηλή ποσότητα επιβλαβών εκπομπών στην ατμόσφαιρα ·
- υψηλή απόδοση λόγω της απόδοσης 86 ... 90% (δείκτες κατασκευαστών) σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς λέβητες με απόδοση 75%.
Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε την αλήθεια αυτών των δηλώσεων. Την πρώτη στιγμή: εάν το τζάκι είναι γεμάτο με ξηρό ξύλο (αυτό απαιτείται σύμφωνα με τις οδηγίες χρήσης του θερμαντήρα), τότε θα παραμείνει λεπτή τέφρα μετά την καύση. Η ροή του αέρα που δημιουργείται από τον ανεμιστήρα και επιταχύνεται στο ακροφύσιο απλώς φυσάει ένα ελαφρύ υπόλειμμα στην καμινάδα.
Το αποτέλεσμα είναι ένα σχεδόν άδειο ταψί, μια ψευδαίσθηση πλήρους καύσης. Εάν τοποθετείτε ξηρό ξύλο σε έναν κλασικό λέβητα TT με υπερσυμπιεστή, θα έχετε παρόμοιο υπόλειμμα - λίγο τέφρα στο κάτω μέρος. Δηλαδή, η πληρότητα της καύσης εξαρτάται από την ποιότητα του καυσίμου και όχι από το σχεδιασμό της γεννήτριας θερμότητας.
Σχόλιο. Η τοποθέτηση ακατέργαστου καυσόξυλου με υγρασία άνω του 50% θα δώσει αρνητικό αποτέλεσμα σε κάθε λέβητα. Η εξέταση τέτοιων επιλογών είναι άσκοπη.
Δώστε εν συντομία απαντήσεις στις υπόλοιπες δηλώσεις:
- Ο χρόνος καύσης 10-12 ωρών αντιστοιχεί στην πραγματικότητα. Ένα άλλο πράγμα είναι ότι ο δείκτης επιτυγχάνεται λόγω του μεγέθους του θαλάμου καυσίμου (100 λίτρα ή περισσότερο), όπου τοποθετούνται πολλά καυσόξυλα. Η πυρόλυση δεν έχει καμία απολύτως σχέση με αυτό.
- Η περιβαλλοντική διασφάλιση του λέβητα είναι αλήθεια. Ο ανεμιστήρας αντλεί υπερβολικό αέρα · σχηματίζονται πολύ λίγα τοξικά αέρια. Σε κατάσταση αναμονής, το οξυγόνο δεν εισέρχεται στον κλίβανο, καυσόξυλα σιγά σιγά και η ποσότητα των επιβλαβών εκπομπών αυξάνεται.
- Η απόδοση του λέβητα 90% είναι ένα παραμύθι. Στη λειτουργία ενεργής καύσης, η αρχή λειτουργίας του λέβητα είναι παρόμοια με τις υπερσυμπιεσμένες εκδόσεις παραδοσιακών μονάδων, των οποίων η απόδοση δεν υπερβαίνει το 75%. Όταν ο ανεμιστήρας είναι απενεργοποιημένος, η φλόγα πεθαίνει, οι χοίροι εκπέμπουν λίγη θερμότητα.
Συμπέρασμα. Η απόκτηση ενός μοντέλου παραγωγής λέβητα στερεού καυσίμου είναι πολύ αμφίβολη επιχείρηση. Η μονάδα είναι τρεις φορές ακριβότερη από τις κανονικές εκδόσεις και διπλάσια βαρύ λόγω της επένδυσης. Οι οικιακές γεννήτριες θερμότητας, κατά κανόνα, είναι πιο αξιόπιστες και φθηνότερες από τις εργοστασιακές, αλλά πολύ ογκώδεις. Όσον αφορά την αποδοτικότητα και άλλα χαρακτηριστικά, δεν ξεπερνούν τους κλασικούς λέβητες TT με στρόβιλο ή αλυσίδα ελέγχου πρόσφυσης.
Ένας γνωστός ειδικός επαγγελματίας θα επιβεβαιώσει τη γνώμη μας στο βίντεό του:
Συμπέρασμα
Γενικά, η πυρόλυση είναι ένα μάλλον χρήσιμο φαινόμενο που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική χημεία.Σε επίπεδο νοικοκυριού, οι πυρολυτικές διεργασίες χρησιμοποιούνται σπάνια, αν και η παραγωγή καύσιμων αερίων συμβαίνει σε οποιαδήποτε σόμπα ή λέβητα που καίει ξύλο. Είναι άσκοπο λοιπόν να αγοράζετε ακριβά μοντέλα πυρόλυσης.