Пиролиз котел: Пиролизный котел — что это?

Содержание

Пиролизный котел в быту, или когда цена на газ не имеет значения / Хабр

Можно ли построить систему отопления собственного жилища без газовой трубы так, чтобы это было комфортно, не утомительно и даже увлекательно? И что может получиться, если приправить всё это информационными технологиями?
Давайте вместе в этом разберемся.

Немного теории

Системы отопления (СО) с твердотопливным котлом (ТТК) – это системы периодического действия, в которых котел генерирует тепло только когда в нем есть топливо. В этой связи, владельцы ТТК, рано или поздно, обзаводятся теплоаккумуляторами, которые накапливают излишек тепла, генерируемый в процессе работы ТТК и отдают его дому уже после того как топливо в котле закончилось.

ТТК принято делить на классические (колосниковые) и пиролизные (газогенераторные). Классический вариант подразумевает обыкновенное сгорание топлива с выделением тепла. Твердотопливные пиролизные котлы отличаются тем, что топливо и горючий газ, выделяемый при его горении, сжигаются раздельно.

Это обеспечивает более высокий КПД, широкий диапазон мощности, простоту требований к дымоходу.

Под «обыкновенным сгоранием топлива» подразумевается, что топливо в таких котлах сгорает в камере загрузки, где одновременно идут все те же процессы что и при пиролизе древесины. По этой причине в классических (колосниковый) котлах нет возможности получить качественное (полное) сгорание топлива. В результате неполного сгорания топлива на теплообменнике котла оседают деготь, смолы, (продукты пиролиза), сажа, зола и образуется теплоизолирующий слой, что в свою очередь вынуждает котел щедро делится, вырабатываемым теплом с окружающей средой.

Как преимущество классических котлов иногда указывают то, что в них, якобы, можно сжигать дрова с высокой влажностью, но как по мне, топить сырыми дровами – себя не уважать.

Не важно, в каком котле, пиролизном или традиционном, дрова, прежде чем начать давать тепло, должны пройти начальные стадии пиролиза, а именно нагрев и испарение влаги.

Значит если мы используем для отопления дрова с влажностью 20% (это на 10 кг. сухих дров вылить сверху 2 литра воды), то есть пятая часть по весу в них балласт, на нагрев и испарение которого также придется потратить часть топлива, которая уже не будет использовано для отопление дома.


Если уж быть абсолютно точным, то топливо не горит «напрямую», горят газообразные продукты пиролиза. Это означает, что прежде чем дрова начнут гореть, то есть окислятся кислородом воздуха с выделением тепла, они должны быть нагреты до температуры испарения влаги в них, после этого должен пройти сам процесс испарения этой влаги, а уже потом начнется собственно пиролиз и горение пиролизных газов. Причем, процессы первой и второй стадии идут с поглощением тепла, так необходимого для пиролиза самой древесины, без которого не будет и самого процесса горения.
Мой выбор

Если после прочитанного, вы уже не планируете топить сырыми дровами, то исходя из своего жизненного опыта, я бы рекомендовал именно пиролизный котел.

До этого, у меня уже был двухлетний опыт эксплуатации шахтного колосникового котла KALVIS–2-70. Из выявленных недостатков отмечу, что его теплообменник невозможно было почистить от осевших на нем смол без предварительного разогрева до температуры выше 60°С. В конечном итоге, осознав все технологические изъяны этой конструкции, я решил обратиться к специалистам для её радикальной переделки. В результате этой глубокой модернизации я и стал обладателем пиролизного котла.

Установка

Котел лучше располагать в специально отведенном для него помещении, так как я еще не встречал котлов, которые не дымят в помещении при догрузке топливом (а мой, к тому же, иногда дымит еще и по причине несовершенства конструкции).
Кроме того котлы обычно комплектуются дымососом или вентилятором наддува, которые обычно, довольно прилично шумят. Остальные механизмы управления узлами СО (циркуляционные насосы, приводы воздушных заслонок, заслонка дымохода и шаровые краны с электроприводами) работают почти бесшумно.

Кроме прочего, нужно учитывать, котел для своей работы потребует большого притока воздуха в то помещение, в котором он находится, что станет причиной возникновения холодных сквозняков. Из всего выше сказанного, котел лучше располагать в отдельном помещении в теле дома.

Дымоход у меня расположен вертикально без изгибов и является частью внутренней стены дома, и во время работы котла дополнительно излучает тепло в дом.

Так как котел – это агрегат, в котором генерируемое тепло передается теплоносителю воде, то на его поверхности нет «раскаленных» частей, так как он не нагревается выше температуры кипения воды. Кроме того водяная рубашка снаружи, обычно защищена кожухом, температура которой редко превышает 30 — 35 град.

Заготовка дров и не только.

Основным видом топлива для пиролизного котла является древесина.

Годятся любые дрова: хвойные, лиственные, сосновые, дубовые, березовые и т.д. Все они имеют примерно одинаковую теплотворную способность. Твердые породы, такие как дуб, имеют теплотворную способность выше, но они и стоят дороже, так что гонятся за ними я особого смысла не вижу. Для заготовки отлично подходит любое мертвое дерево, упавшее или сухостой. Главное, что бы дрова были не сырые и не дорогие, лучше лично заготовленные, и для кошелька и для здоровья полезнее (можно запросто сэкономить на абонемент в фитнес-клуб). Отчасти потому, что при покупке на стороне трудно соблюсти все выше перечисленные условия, я и не люблю покупать дрова. Мне как-то в первый отопительный сезон привезли машину дров из лесхоза, так их остатки весной выпустили побеги и укоренились у меня во дворе. С тех пор, дрова заготавливаю только самостоятельно.

Кроме дров пиролизный котел с удовольствием потребляет солому, пеллету, стружку, торфяные брикеты и обычный торф, сортированные бытовые отходы (бумага, пластик, упаковка, все кроме ПВХ) и все это приправленное отработанным маслом или любыми другими отходами жидких углеводородов.

Но лучшим топливом для котла может стать автомобильная покрышка. Теплотворная способность автомобильной покрышки значительно превышает теплотворную способность лучших пород древесины и составляет 32 ГДж/т.

Сравнится с ней может, разве что, теплотворная способность высококачественного угля. Ко всему этому покрышка имеет нулевую влажность, что тоже является положительным моментом. Ну а если у кого-то еще есть сомнения в том, что покрышка может довольно прилично гореть, можете глянуть на выходящие газы из моей трубы и на огонь в пиролизной камере.

Газы от сжигаемых покрышек
Огонь горящих покрышек
Так выглядят, подготовленные к загрузке в котел, автомобильные шины
То, что не только я расцениваю шину как прекрасное топливо, можно оценить по количеству
объявлений, которые предлагают металлокорд, остающийся после ее сжигания. Экологические нормы и их нарушение

Также должен акцентировать внимание на том, что ни в ком случае не призываю к повсеместному сжиганию автомобильных шин в домашних отопительных агрегатах. Живя в обществе среди людей, обустраивая свой быт, мы не должны причинять неудобства своим соседям, в том числе наши действия не должны нарушать законодательства государств, гражданами которых мы являемся.


Шина как топливо упоминается мною в этой статье только как частный удачный опыт, который стал возможен после основательной модернизации серийного бытового котла, при условии постоянного пристального контроля за процессом горения через видеокамеру и оперативного управления.


Для обеспечения пожарной безопасности в котельной я на ее потолке разместил два автоматических порошковых огнетушителя типа Буран 2,5 и автономный датчик дыма.
Розжиг

Котел легче разжечь небольшим количеством дров (такая закладка осуществляется через нижнее окно загрузи дров), но при желании можно запустить котел и с полной загрузкой (для такой загрузки используется верхнее окно загрузки дров).

При запуске с полной загрузкой разжигаю котел через пиролизную горелку с помощью заранее вставленного в нее фитиля из гофрокартона (вид сверху на пиролизную горелку через нижнее окно загрузки топлива). Также облегчает розжиг небольшое количество отработанного моторного масла и мелкие дровяные щепки.

Продукты сгорания

Пиролизную камеру котла (он же зольник), чистить приходится каждый раз после отопительного цикла (примерно 10 – 12 часов непрерывной работы), так как объем ее ограничен, а пиролизным газам все же нужно где-то гореть.Теплообменники котла я стараюсь чистить через отопительный цикл, то есть примерно два раза в месяц, так как от степени их чистоты зависит эффективность отбора тепла сгенерированного в пиролизной камере. Обычно, после одного цикла отопления остается ведро золы и почти чистый металлокорд от шин. И зола и металлокорд, как оказалось, являются ценным продуктом для дальнейшего использования.

Продуктами полного сгорания топлива ТТК являются углекислый газ, вода и зола. Вот именно водяной пар и окрашивает дым в белый цвет на непрогретом дымоходе. Продуктом неполного сгорания топлива ТТК может стать сажа. Значительное ее количество может окрашивать дым в черный цвет, а незначительное, в смеси с водяным паром, в различные оттенки серого.

Конструкция котла

На фронтальной стороне моего котла расположены три дверцы:

  • Верхняя дверца нужна для того, чтобы увеличить объем разовой загрузки. Чем больше за один раз удается загрузить дров, тем реже приходится это делать.
  • Средняя дверца нужна для обслуживания котла (чистка от золы, подготовка к новой растопке), через самую верхнюю дверцу этого просто невозможно сделать. За ней находится камера загрузки.
    Внешний вид камеры загрузки     Эта камера ещё называется газогенераторной, так как именно в ней и происходит процесс пиролиза дров.
  • За нижней дверцей находится камера сгорания пиролизных газов.Некоторые подробности про расположение камеры сгоранияКамера сгорания (камера дожига) расположена под камерой загрузки топлива для того, чтобы локализовать определенный объем топлива участвующего в процессе горения. То есть, в пиролизном котле горят только те дрова, которые находятся в зоне охвата воздушных заслонок (это ниже средней дверцы и немного на высоте самой средней дверцы), остальное топливо — просто запас, который по мере выгорания опускается в зону горения. Если же пиролизную камеру расположить сверху, а топливо поджигать снизу, то пламя подымаясь снизу вверх по дровам будет пиролизовать все топливо сразу и вместо горения мы получим много дыма и как следствие смолистые вещества на теплообменнике.


Воздух на топливо в моем ТТК подается через три воздушные заслонки в разные зоны котла, что дает возможность получить наиболее эффективное сгорание топлива.

Наличие 3-х воздушных заслонок, графика температуры в дымоходе и видеокамеры в пиролизной камере позволяет минимизировать тепловые потери и получить наиболее эффективное сгорание не только различных видов древесины, но и более калорийного топлива, такого как сортированные бытовые отходы и изношенные автомобильные шины.

Немного теории

Обычно в ТТ пиролизные котлы воздух подается в строгом заранее спроектированном соотношении без учета особенности топлива, его фактической влажности и стадий, которые оно проходит по мере его выгорания в котле. Это приводит к тому, что иногда воздуха вполне достаточно для эффективного сгорания проектного топлива (к примеру сосновых дров), но чаще воздуха либо меньше чем нужно, (и тогда продукты неполного сгорания топлива конденсируются на теплообменнике ТТК в виде дегтя), либо больше чем нужно (и тогда лишний воздух не участвующий в процессе горения остужает теплообменник, и уносит в атмосферу драгоценное тепло которое сгенерировал ТТК).


Мой котел, как и большинство пиролизных котлов, родился с одной заслонкой (сейчас она средняя по высоте, она же и основная). Заслонка расположена на фронтальной части котла, ниже нижней двери загрузки топлива.

Воздух через нее подается на топливо, расположенное, над горелкой и охватывает примерно 100 см3 дров. Это тот объем топлива, который участвует в основном процессе горения. Этот же объем топлива формирует угольную подушку, на которой воспламеняются пиролизные газы.

Верхняя заслонка расположена под обшивкой, выше нижней двери загрузки топлива. Она появилась уже позже, в ее задачу входит формирование дополнительного объема пиролизных газов, уже после того как топливо расположенное в зоне охвата средней заслонкой прошло с первой по третью стадии пиролиза, и уже не выделяет в достаточном количестве горючих газов, по отношению к подаваемому через нее (среднюю заслонку) объему воздуха.

Верхняя заслонка
Нижняя заслонка появилась уже последней по причине необходимости подачи дополнительного объема воздуха при сжигании более калорийного топлива, чем дрова, к примеру, автомобильная шина. Расположена нижняя заслонка над дверью камеры сгорания и подает дополнительный воздух в камеру сгорания.Средняя и нижняя заслонки
В качестве приводов для этих заслонок используются недорогие, но вполне пригодные для этой цели сервомашинки MG996R 15кг.
Система отопления

Обычно, счастливые обладатели ТТК, проходят естественные стадии эволюции:
  1. Приобретение котла и познание первой радость от тепла, принесенного им в дом. Кормят его маленькими порциями дров, кормят часто и с удовольствием.
  2. Потом пытаются растянуть время между кормежкой. Потом пытаются экспериментировать с различными видами корма: топят исключительно дубом, акацией, и даже редким в наших краях, углем.
  3. В конце концов, приходит понимание, что «котел существует для меня», а не «я для котла».
  4. После этого владелец котла начинает подыскивать в доме место под теплоаккумулятор (ТА).

Мне повезло больше чем остальным, еще в процессе проектирования дома я спланировал себе место под ТА, благополучно миновав эту начальную стадию.

В качестве теплоаккумулятора можно использовать любую емкость, которая выдержит давление в Вашей СО (у меня оно не превышает 1,5 кг/см2), либо сделать ТА косвенного нагрева (водяной контур такого ТА обменивается теплом с контуром котла через дополнительный теплообменник), тогда его будет легче вписать в пространство комнаты. Здесь можно подробнее ознакомится с моим.

Необходимо также учитывать, что температура воды в ТА нередко доходит до 94°С, поэтому материал из которого изготовлен ТА и труба подводящая в него теплоноситель должны выдерживать эти температуры.

Теплоаккумулятор не обязательно ставить в котельной рядом с ТТК (даже лучше за ее пределами), монтировать его можно в любом удобном для Вас помещении дома (можно даже так).

Также пришлось приобрести Ладдомат 21, хотя вполне можно было обойтись трехходовым смесительным клапаном и циркуляционным насосом контура котла.

Понадобились так же термостатические смесительные клапаны для контура теплого пола и контура радиаторов, хотя жизнь в последствии показала, что радиаторы в СО с ТТК и ТА бессмысленны.

Оказался не лишним в СО с ТТК и бойлер косвенного нагрева, ну и дальше уже по мелочи: расширительный бак, кран шаровый с электроприводом контура ТА, контура котла и контура бойлера. Насосы циркуляционные для контуров бойлера косвенного нагрева, теплых полов и радиаторов.


Легенда

1. Заслонка подачи воздуха
2. Привод заслонки подачи воздуха TowerPro MG996R
3. Датчик температуры воды на входе в котел ( температура обратки) — ds18b20
4. Привод заслонки дымохода
5. Дымосос
6. Датчик температуры дыма — (ТХА)
7. Кран шаровый с электроприводом контура котла
8. Датчик температуры воды на выходе из котла ( температура подачи) — ds18b20
9. Насос циркуляционный контура котла, входящий в состав Ладдомат 21
10. Датчик температуры воды нижней части ТА №1 — ds18b20
11. Теплоаккумулятор №1 — 4м3
12. Датчик температуры воды в верхнем патрубке ТА №1 — ds18b20
13. Кран шаровый с электроприводом контура ТА
14. Расширительный бак
15. Насос циркуляционный бойлера косвенного нагрева
16. Вход системы водоснабжения
17. Бойлер косвенного нагрева
18. Термостатический смесительный клапан контура радиаторов
19. Радиаторы отопления
20. Насосы циркуляционные контура теплых полов и контура радиаторов
21. Теплый пол
22. Термостатический смесительный клапан контура теплого пола
23. Датчик температуры воды нижней части ТА №2- ds18b20
24. Датчик температуры воды в верхнем патрубке ТА №2 — ds18b20
25. Кран шаровый подпитки водой системы отопления
26. Теплоаккумулятор №2 (косвенного нагрева) — 4м3
27. Показания температуры с устройства «Комнатный термостат».
28. Показания температуры с устройства «Шлагбаум»


Автоматика

По мере эксплуатации своей СО постепенно пришло понимание, что система, в том виде в котором она родилась, имела существенные недоработки.

Оказалось, что системах отопления на базе ТТК + ТА, есть смысл соблюсти ряд условий:

  1. Стремится отправлять в ТА только излишек тепла от ТТК.
  2. Отсекать ТТК от остальной системы отопления (СО) после прекращения им генерации тепла, так как после выгорание топлива нем, ТТК из генератора тепла превращается в его потребителя и начинает высасывать ранее запасенное тепло из ТА.

Поначалу приходилось вручную подключать ТТК к СО во время запуска и так же вручную его отключать от нее. Вручную делить тепловые потоки как в начале запуска ТТК, так и уже в процессе работы котла, когда формируется избыток тепла. К тому же штатный регулятор воздушной заслонки был слишком инерционен и не справлялся с поставленными перед ним задачами.

И тогда некоторые свои простые функции по управлению котлом было решено переложить на хрупкие плечи автоматики. Использование электронного блока управления (БУ), избавило меня от выполнения множества рутинных операций. Также, попутно, БУ справляется с такой тривиальной задачей как, защита ТТК от перегрева, то есть делает то, что делают подавляющее большинство фабричных БУ ТТ котлов.

Мой первый блок управления ТТК был далёк от совершенства.

Принципиальная схема

Каждый раз, когда мне нужно было подправить или изменить логику работы СО у меня пухла голова когда я смотрел на эту схему и пытался понять как же она работает.

В конце концов, при участии добрых людей, БУ приобрел тот вид, который он имеет сегодня, а также столь необходимый для меня функционал.
На экране в графическом виде отображается текущее состояние основных узлов СО, которые необходимо контролировать. При этом экран не перегружен информацией, и она легко читается.
Дополнительную информацию о том, какое оборудование в данный момент задействовано блоком управления можно получить от светодиодов блока реле.

Схемотехника

БУ моего котла собран на базе модуля Arduino Mega 2560. Выбор пал на Ардуино, потому что широко распространено, легко доступно, хорошо документировано, в сети множество уроков по его программированию, огромное дружелюбное интернет-сообщество, которое поможет, подскажет, научит.

Именно Ардуино позволяет реализовать функционал Вашего устройства, ограниченный лишь Вашей фантазией. К примеру, Ваш БУ зимой может управлять ТТК, но достаточно сменить в нем прошивку и подключить разъем силовых устройств к другой группе, и он станет управлять системой полива Вашего приусадебного участка или, к примеру, теплицей. С фабричным БУ ТТК таких фокусов не проделаешь.

Список элементов блока управления1. Arduino Mega 2560
2. Arduino Ethernet Shield W5100
3. Графический дисплей QC12864B
4. 4-канальный реле модуль – 2 шт.
5. DC-DC конвертер понижающий 4…38В в 1.25…32В для питания блока реле и дисплея.
6. DC-DC конвертер понижающий 4.5…28 В в 0.8…20 В 3А на MP1584 для отдельного питания «бутерброда» Arduino Mega 2560 + Arduino Ethernet Shield W5100
7. Цифровой усилитель термопары MAX31855
8. Термопара ТХА
9. Датчик температуры Dallas DS18B20 – 4 шт.
10. Привод заслонки подачи воздуха TowerPro MG996R
11. Резистор металлопленочный 4. 7 кОм

Для питания БУ используется 12 вольтовый аккумулятор, который в свою очередь подключён к инвертору (600Вт). Он же обеспечивает работоспособность циркуляционных насосов СО.

Программное обеспечение

Мой блок управления котла, подключён к облачному сервису, это позволяет удаленно контролировать состояние системы, и при необходимости, так же удаленно, вносить корректировки в работу котла и системы отопления в целом. Зачем спрашивается удаленный контроль системы отопления и в частности удаленный контроль за работой ТТК? Полагаю, что только очень смелый человек может себе позволить оставить работающий котёл только под присмотром БУ стоимостью чуть больше 100 долларов. Я же приобрел уверенность в необходимости удаленного контроля, по мере приобретения своего личного восьмилетнего опыта эксплуатации ТТК.

Этот сервис предоставляет чрезвычайно полезную возможность графического представления данных с температурных датчиков, расположенных в ключевых точках СО, что в свою очередь не только дает представление о текущем статическом состоянии СО, но и о динамике развития происходящих там процессов. Так в частности данные полученные из вкладки «Графики» дают представление о текущем состоянии СО, корректность работы отдельных ее составляющих в соответствии заданной БУ программой, и в отличие от данных полученных с монитора БУ, дают представление о динамике этих данных, скорость изменения и направления движения (рост или понижение), что особенно важно в момент пороговых (критических) значений температур.

Произошла ли подпитка ТТК холодной водой из ТА или нет, мы можем удаленно, оперативно отследить на графике «Котел вход», а имела ли эта подпитка ожидаемый результат по защите котла от перегрева можем отследить на графике «Котел выход». Если же ожидаемого снижения температуры воды на входе/выходе из котла не произошло, значит по какой-то причине не открылся кран контура ТА и владельцу котла нужно принять адекватные меры по защите ТТК.

Так же данные полученные с этих графиков позволяю оперативно заметить и устранить ошибки котельщика допущенные при управление котлом.

В частности, благодаря графику «Дымовая труба» я вовремя заметил, что забыл вернуть в рабочее положение распределительную заслонку, которая направляет продукты сгорания топлива минуя теплообменник котла в дымоход (обычно ее переводят в такое положение при догрузке топлива, для снижения дымления в помещение), что в свою очередь привело к забросу температуры в дымоходе выше 250°С.

Графики работы Ладдомата

Противофазное поведение температур на графиках «Котел выход» и «Котел вход» обусловлено особенностями работы такого узла СО как Ладдомат 21 (на схеме обозначен № 9). Дело в том, что в его обязанность входить обеспечение поддержания температуры теплоносителя (в нашем случае вода) на входе в котел выше 55°С. Эта функция обеспечивается термостатическим клапаном, который входит в состав Ладдомат 21.
Так как система ТТК + Ладдомат 21 достаточна инерционна, то мы и наблюдаем на графике противофазное колебание температур. Такое колебание температур, на графиках «Котел выход» и «Котел вход» свидетельствует о нормальной работе СО в целом.

Графики работы теплообменника

По достижении пороговой температуры на выходе из котла выше 85°С. БУ ТТК дает команду на открытие шарового крана (№13), при этом горячая вода поступает уже не только в отопительные приборы дома (теплый пол и радиаторы), но и в ТА (№12), при этом холодная вода выходящая из ТА поступает на вход в ТТК, что в свою очередь приводит к снижению температуры на выходе из котла. Другими словами, всё избыточное тепло направляется в теплоаккумулятор.

Графики защиты от перегрева

Если обычной меры (подпитки котла водой из ТА) оказалось не достаточной и температура на выходе из котла продолжает расти, то БУ ТТК даёт команду на закрытие воздушных заслонок и заслонки дымохода. Это позволяет снизить мощность котла и нормализовать температуру воды на его выходе. Таким образом происходит защита котла от перегрева.

Графики ручного регулирование воздушных заслонок

График температуры в дымовой трубе, дает представление о стадии в которой находится ТТК (розжиг, активный пиролиз или выгорание остатка топлива) и в совокупности с видео, получаемым из пиролизной камеры, позволяет сделать вывод о состоянии пиролизной камеры и при необходимости удаленно (через сайт) откорректировать положение воздушных заслонок управляющих качеством сгорания топлива.
Так к примеру через 85 минут после запуска котла, уменьшилось выделение пиролизных газов в зоне охвата средней воздушной заслонкой, что привело к снижению температуры дыма. После смены положение заслонок, верхней — с 0% на 48% и средней — с 100% на 50% (где 0 – полностью закрыта, 100% — полностью открыта) температура дымовых газов снова выросла.

Графики начала активной стадии пиролиза
На этой части графика отображено начало активной стадии пиролиза шины, это видно по стремительному росту температуры дыма и температуры теплоносителя на выходе из котла, и как следствие увеличичение мощности котла. В этот момент нужно откорректировать положение воздушный заслонок на период активной стадии пиролиза шины.
График дымохода

Глядя на этот график можно сделать вывод, что продолжительность работы котла составила примерно 20 часов 30 минут. После розжига котел перешел в активный режим (температура дыма более 110°С) примерно через 30 минут поджога дров. Еще через 30 минут температура дыма перешла границу 135°С и котел перешел в режим свободной тяги (БУ отключил дымосос и открыл заслонку дымохода). Далее котел работал на максимальной своей мощности, примерно, до 14 часов 30 минут (в это время, скорее всего, была произведена догрузка котла топливом).
В таком режиме котел доработал до 5 часов утра следующего дня и при понижении температуры в дымоходе ниже 110 град. БУ ТТК перевел котел в спящий режим (отключил циркуляционный насос («Ладдомат 21»), №9, закрыл шаровый кран контура котла №7, выключил дымосос №5, закрыл заслонку дымососа №4, открыл кран шаровый контура ТА №13).
Далее БУ снабжал дом теплом из ТА. У меня всего два ТА, каждый объемом, примерно по 4 м3. Разряжал я их поочередно, тепла накопленного в них мне хватило примерно на пять дней.


Таким образом, графики во вкладке «История» дают возможность анализировать работу всей системы за уже прошедшие периоды и прогнозировать очередной запуск ТТК в соответствии с потребностями жильцов дома. Кроме того, такой взгляд со стороны даёт понимание для дальнейшего совершенствования системы отопления.
Заключение

Иногда у меня спрашивают, почему я выбрал дровяное отопление? Я отвечаю, мне просто повезло что у меня не было рядом газовой трубы. Теперь я счастливый человек, я не знаю, сколько стоит «газ для населения», не принимаю участия в обсуждении тарифов за отопление, меня просто это не беспокоит.

Справится ли женщина или подросток с твердотопливным котлом? Думаю, да, особенно если не будет другой альтернативы. Справлялись ведь как-то раньше, пока не развилась всеобщая «газовая зависимость».

Справляются и сейчас в далеко не бедных странах, к примеру, Германии или Испании.

К слову сказать, я как-то, на всякий случай (ну там болезнь одолеет, или откровенно лень будет) установил дополнительно к ТТК еще и электрокотел на 45кВт, но за 6 лет я включал его только один раз, когда проверял после монтажа.

Мои хорошие знакомые, беспокоясь обо мне, иногда спрашивают: «Не в тягость ли тебе вся это возня? Не возникало ли желания бросить всё и переехать туда, где есть центральное отопление?». Так вот, не в тягость, наоборот, для меня это очень увлекательное занятие для реализации своих творческих потребностей. Я, видите ли, пою ужасно, танцую плохо, картины вовсе не пишу, чем спрашивается еще можно скрасить долгие зимние вечера?

виды, устройство, обзор лучших производителей


Годы идут, наука и техника двигаются вперед, а твердые виды топлива по-прежнему остаются востребованными. Сжигать дрова в традиционной печи или в буржуйке не слишком эффективно, но ситуацию изменили пиролизные котлы отопления – агрегаты отличаются высоким КПД и относительно простой эксплуатацией.

Согласитесь, это достаточно значимые аргументы при обустройстве автономного отопления. Если вы подыскиваете эффективный котел для дома, то стоит внимательнее присмотреться к пиролизным котлам.

Мы расскажем, как устроены и работают агрегаты длительного горения, в чем их технико-эксплуатационные особенности, а также приведем обзор наиболее рейтинговых моделей отечественных и зарубежных производителей.

Содержание статьи:

Что такое пиролиз

Дрова – это, пожалуй, самое первое топливо в человеческой истории. Практически каждому известно, как быстро они сгорают на открытом воздухе, и что тепла при этом выделяется не так уж и много. Но ситуация кардинально изменяется, если создать иные условия для процесса сгорания.

Так называемое пиролизное горение осуществляется в закрытых камерах. Туда загружают дрова или иное твердое топливо подобного типа: пеллеты, опилки, отходы древесного производства и т.п.

Топливо поджигают и затем сокращают количество воздуха, поступающего в камеру.

Галерея изображений

Фото из

К пиролизным котлам относят все твердотопливные теплогенераторы длительного горения, перерабатывающие твердый тип топлива

Значительную часть тепловой энергии, поставляемой котлами длительного горения, дает процесс сгорания пиролизных газов

В пирокотле сложные химические соединения расщепляются на более простые компоненты под воздействием высокой температуры без применения реагентов

В результате термической обработки топливо выделяет газ, который проще и легче горит. Потому пиролизные котлы относят к разряду газогенераторных

В пиролизном агрегате непрерывно происходит выделение огромного количества тепловой энергии, а отбираться может только необходимый ее объем

Желающим сделать пирокотел собственными руками следует учесть, что из-за непрерывно происходящих процессов высокотемпературного горения для изготовления топки нужна жаростойкая футеровка

По схеме горения пиролизные котлы делят на агрегаты естественного и принудительного типа. Естественные дешевле, но менее эффективны, чем принудительные, оборудованные наддувом

По специфике обслуживания систем пирокотлы делятся на одно-и двухконтурные. Первые предназначены только для отопления, вторые обслуживают отопление и ГВС

Пиролизные котлы заводского производства

Схема увеличения производительности агрегата

Принцип действия и эффективность пиролизного котла

Газогенераторная основа работы оборудования

Экономические преимущества пирокотла

Специфическая особенность самоделок

Естественный и принудительный тип горения

Одноконтурное пиролизное оборудование

Как известно, при горении происходят окислительные процессы, один из главных участников которых – кислород, содержащийся в воздухе. Если кислорода мало, реакция замедляется и дрова сгорают медленно, фактически в таких условиях они просто тлеют. При этом выделяется некоторое количество тепловой энергии, зола и горючий газ.

Процесс пиролиза на этом не заканчивается. Полученный при сжигании первичного топливо газ смешивается с воздушными массами и также сгорает. В итоге тепловой энергии выделяет значительно больше, чем при работе стандартных теплогенераторов.

Поэтому пиролизные котлы демонстрируют очень приличный КПД по сравнению со своими чисто , а также нередко предоставляют возможность заметно сэкономить на отоплении.

Преимущество отопительной техники этого типа состоит в том, что принцип ее работы и устройства относительно не сложен. Количество воздуха, поступающего в камеры сгорания, регулируется обычной механической заслонкой. Простая конструкция обеспечивает надежность устройства, поломки для пиролизных котлов – явление не частое.

Эта схема наглядно демонстрирует все этапы процесса пиролизного горения. Температура внутри устройства может достигать 1200°С (+)

Еще один “плюс” пиролизных котлов – длительный период горения. Полная загрузка устройства топливом позволяет не вмешиваться в процесс в течение нескольких часов, иногда и более суток, т. е. нет необходимости постоянно подбрасывать дрова в топку, как это происходит при открытом горении.

Конечно, это не означает, что пиролизный котел можно оставлять без присмотра. Как и в отношении прочей отопительной техники, здесь имеются строгие правила техники безопасности.

Стоит помнить, что пиролизный котел не всеяден – влажность топлива должна быть невысокой. Иначе часть драгоценной тепловой энергии уйдет не на подогрев теплоносителя, а на высушивание топлива.

Котлы пиролизного горения, особенно выполненные из чугуна, обладают значительным физическим весом, поэтому они всегда представлены только напольными моделями

При реализации пиролизного горения топливо сгорает почти полностью, чистить устройство придется гораздо реже, чем при эксплуатации традиционного твердотопливного котла. Мелкую золу, полученную после очистки, используют в качестве удобрения. Горение топлива в таких котлах осуществляется по направлению сверху вниз.

Поэтому возможности для естественной циркуляции воздуха в топке заметно ограничены. Использование принудительного нагнетания воздуха с помощью вентилятора значительно улучшает эффективность работы устройства, но при этом делает котел энергозависимым, поскольку для работы вентилятора необходима электроэнергия.

Устройство и работа пиролизного котла

Топка пиролизного котла разделена на два отделения. В первой сгорают дрова, а во второй производится вторичное сгорание смеси пиролизных газов и воздуха. Отделяет первую камеру от второй колосниковая решетка, на которую и укладывают топливо.

Воздух обычно нагнетается принудительно с помощью небольшого вентилятора. Хотя в небольших моделях иногда для создания тяги используют дымосос.

На этой схеме представлено устройство пиролизного котла нижнего горения. Дрова медленно сгорают при малом количестве кислорода и выделяют горючий газ (+)

Наличие принудительной вентиляции можно считать основным отличием пиролизного котла от классической твердотопливной модели. Корпус устройства состоит из двух частей, вставленных друг в друга. Пространство между стенками заполняют теплоносителем, роль которого традиционно выполняет вода.

Сначала в первое отделение топки пиролизного котла загружают топливо, затем включают вентилятор и поджигают топливо. Образующиеся в результате горючие газы перемещаются во второе отделение, смешиваются с воздухом и сгорают.

Температура горения может достигать 1200°С. Вода, находящаяся в наружном теплообменнике, нагревается и циркулирует по системе отопления дома. Остатки продуктов сгорания удаляются через дымоход.

В упрек устройствам, в работе которых используется пиролизный принцип горения, можно поставить относительно высокую цену. Обычный твердотопливный котел стоит значительно меньше. Но в котлах длительного горения дрова сгорают практически полностью, чего о классическом котле не скажешь.

К дровам для пиролизного котла предъявляют определенные требования по размерам и влажности. Подробную информацию можно найти в инструкции изготовителя

Выбирая пиролизный котел, следует помнить, что недорогие модели малой мощности обычно рассчитаны только под дрова. Дорогие модификации способны работать на разных .

Причем загружать топливо в устройство придется по максимуму, снижение нагрузки приводит к повышенному образованию золы и сажи, а также негативно сказывается на работе агрегата в целом.

Котлы верхнего горения

Один из вариантов пиролизного устройства – котел верхнего горения. Принцип действия этих двух агрегатов очень схож.

Точно так же в топку загружают большое количество твердого топлива низкой влажности, воздух нагнетают принудительно и обеспечивают тление топлива при пониженном количестве кислорода. Задвижку, которая регулирует поток кислорода, устанавливают в нужном положении.

Схема устройства котла верхнего горения. Топка такого котла имеет глухое дно, частички продуктов горения удаляются через дымоход (+)

Но котлы длительного горения не имеют ни зольника, ни колосника. Дно представляет собой глухую металлическую плиту. Такие котлы устроены так, чтобы древесина сгорала полностью, а оставшееся в топке малое количество золы выдувалось воздухом.

Такие устройства отличаются высоким КПД и также работают при температурах более 1000°С.

Основная особенность таких устройств – они действительно обеспечивают длительный срок работы при полной загрузке. Топливная камера в таких устройствах обычно выполнена в форме цилиндра.

В нее сверху загружают топливо, сверху же, по центру, нагнетается необходимый для горения воздух.

В котлах верхнего горения устройство для нагнетания воздуха – это подвижный элемент, который опускается вниз по мере прогорания дров

Таким образом осуществляется медленное тление верхнего слоя топлива. Топливо постепенно сгорает, его уровень в топке понижается. Одновременно изменяется и положение устройства для подачи воздуха в топку, этот элемент в таких моделях подвижен и он практически лежит на верхнем слое дров.

Второй этап горения осуществляется в верхней части топки, которая отделена от нижнего отделения толстым металлическим диском. Горячие пиролизные газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива внизу, расширяются и перемещаются вверх.

Здесь они смешиваются с воздухом и сгорают, дополнительно передавая теплообменнику солидную порцию тепловой энергии.

Балка, удерживающая диск, который разделяет камеру сгорания на две части, как и сам этот диск, в процессе работы котла верхнего сгорания постоянно находится под воздействием высокой температуры. Со временем эти элементы сгорают, их придется периодически заменять.

На выходе из второй части топливной камеры обычно установлен регулятор тяги. Это автоматический прибор, который определяет температуру теплоносителя и в зависимости от полученных данных регулирует интенсивность движения горючего газа. Он защищает устройство от возможного перегрева.

Стоит отметить, что наружный теплообменник в таких котлах реагирует на изменение скорости циркуляции жидкости в теплообменнике, т.е. на колебания температуры. На поверхности устройства сразу же образуется слой конденсата, который вызывает коррозию, особенно если речь идет о стальных котлах.

Предпочтительнее брать устройство из чугуна, которое значительно лучше сопротивляется подобному воздействию.

Хотя топливо в пиролизных котлах длительного горения должно сгорать без остатка, на практике так бывает не всегда. Порой пепел спекается, образуя частички, которые трудно удалить с помощью потока воздуха.

Если в топке накопится большое количество таких остатков, может наблюдаться заметное снижение тепловой отдачи агрегата. Поэтому котел верхнего горения следует периодически все же прочищать.

Особенность устройств этого типа в том, что по мере сгорания топлива его можно догружать, не дожидаясь сгорания всей закладки топлива. Это удобно, когда нужно избавиться от горючего бытового мусора.

Существуют также разновидности котлов верхнего горения, которые работают не только на древесном топливе, но и на угле. Сложные узлы автоматического управления в пиролизных котлах этого типа отсутствуют, поэтому серьезные поломки наблюдаются крайне редко.

Конструкция котла верхнего горения позволяет загружать топку лишь частично, если это необходимо. Однако в этом случае выполнить розжиг верхнего слоя топлива может быть не просто. Само топлива должно быть подсушенным, дрова из открытой поленницы для такого котла не подходят.

Топливо крупных фракций также не следует использовать для этого вида техники, т.е. дрова придется обязательно колоть на небольшие части.

Особенности эксплуатации газогенераторных котлов

Эффективность работы пиролизного котла во многом зависит от типа и качества топлива. Технически в топку можно загрузить не только древесину, но и уголь, и даже торф, большинство современных моделей котлов рассчитаны на использование нескольких видов топлива.

Древесина сгорает примерно за 5-6 часов, в зависимости от сорта. Чем тверже дерево, тем дольше оно горит.

Современные модели котлов пиролизного горения могут работать на различных видах древесного топлива: дровах, брикетах, пеллетах, угле, торфе и т.п.

Около десяти часов уйдет на сгорание черного угля, а такое же количество бурого угля будет тлеть в течение восьми часов. На практике самую высокую теплоотдачу пиролизная техника демонстрирует при загрузке сухим деревом. Оптимальными считаются дрова влажностью не более 20%, а длиной около 45-65 см.

Если доступа к такому топливу не имеется, можно использовать уголь или другое органическое топливо: специальные и пеллеты из древесины, отходы, полученные при обработке дерева, торф, материалы с целлюлозой и т.п.

Перед началом эксплуатации котла следует внимательно изучить рекомендации производителя устройства в отношении топлива.

В котлах пиролизного горения поступление воздуха регулируется обычными механическими задвижками. Отсутствие сложной электроники обеспечивает высокую отказоустойчивость прибора

Слишком влажное топливо в таких устройствах недопустимо. При его сгорании в топке образуются дополнительные водяные пары, которые способствуют образованию таких побочных продуктов, как деготь и копоть.

Стенки котла загрязняются, теплоотдача снижается, со временем котел может даже прекратить работу, затухнуть.

Если использовать для котла пиролизного горения дрова со слишком высокой влажностью, внутри устройства возникнут условия для образования дегтя, который ухудшит теплоотдачу устройства и может привести к поломкам

Если в топку заложено сухое топливо и котел настроен правильно, пиролизный газ, полученный в результате работы устройства, будет давать пламя желто-белого цвета. Такое горение сопровождается ничтожным выделением побочных продуктов сгорания топлива.

Если цвет пламени окрашен иначе, имеет смысл проверить качество топлива, а также настройки прибора.

Пиролизные газы, смешанные с воздухом, горят ровным желто-белым пламенем. Если цвет пламени изменился, возможно, нужно проверить настройки котла или качество топлива

В отличие от обычных твердотопливных устройств, перед загрузкой дров в пиролизные котлы, работающие на твердом топливе, топку следует разогреть.

Для этого выполняют следующие шаги:

  1. Загружают на дно топки мелкую сухую растопку (бумагу, щепу и т.п.)
  2. Поджигают ее с помощью факела из подобных материалов.
  3. Закрывают дверцу камеры сгорания.
  4. Дверцу загрузочной камеры оставляют немного приоткрытой.
  5. Добавляют порции растопку по мере ее сгорания.
  6. Процесс повторяют до тех пор, пока на дне не образуется слой тлеющих углей.

К этому моменту топка уже прогревается примерно до 500-800°С, создавая условия для загрузки основного топлива. Не следует использовать для розжига растопки бензин, керосин или любые другие подобные жидкие вещества. Перед тем, как прогревать топку котла длительного горения, следует убедиться, что устройство готово к эксплуатации.

Характерная особенность котлов пиролизного горения – малое количество золы и пепла, что облегчает процесс очистки устройства и его обслуживания

Для этого проверяют наличие тяги, герметичность дверок, исправность запорных механизмов и регулировочной аппаратуры, наличие  и т.п.

Затем следует включить терморегулятор, чтобы убедиться, что на прибор поступает напряжение. После этого открывают шибер прямой тяги и вентилируют котел в течение 5-10 минут.

Обзор популярных моделей

Следует понимать, что любой пиролизный котел – это достаточно тяжелый агрегат, который не предназначен для подвешивания на стену. Такие устройства можно применять как для отопления небольшого дома, так и для просторных коттеджей. Как и другие отопительные агрегаты, различаются по мощности.

Выбирая котел пиролизного горения, следует ориентироваться на такие показатели, как тепловая мощность устройства, размеры камеры загрузки, наличие второго контура и т.п.

На этот показатель обычно и ориентируются покупатели.

Среди популярных моделей такой техники следует упомянуть:

  • Atmos (Украина) – представлены устройствами, которые могут работать и на дровах, и на угле, мощность варьируется в пределах от 14 до 75 киловатт.
  • Attack (Словакия) – способны справиться с обогревом площадей до 950 кв. м, некоторые модели способны продолжать работу даже при перебоях с электроэнергией.
  • Bosch (Германия) – высококачественная продукция известного бренда, мощность варьируется в пределах 21-38 киловатт.
  • Buderus (Германия) представлена линейками Elektromet и Logano, первая хорошо известна в Европе как классический вариант пиролизного котла, вторая – более современные версии, предназначенные для частных домов.
  • Gefest (Украина) – высокомощные устройства с КПД до 95%.
  • КТ-2Е (Россия) специально разработан для крупных жилых помещений, мощность агрегата составляет 95 киловатт.
  • Opop (Чехия) – относительно недорогие котлы, надежные и долговечные, мощность 25-45 киловатт.
  • Stropuva (производства Литвы или Украины) с мощностью от семи киловатт вполне подойдут для небольшого дома, но в модельном ряде представлены и более мощные устройства.
  • Viessmann (Германия) – идеальный выбор для частных домовладений, мощность стартует с 12 киловатт, применение современных технологий позволяет экономить топливо.
  • “Буран” (Украина) с мощностью до 40 киловатт еще один популярный вариант для владельцев больших коттеджей.
  • “Логика” (Польша) высокомощные устройства на 20 киловатт с легкостью обогревают помещения площадью до 2 тыс. кв. м, это скорее котел для промышленных нужд: обогрева цехов, офисов, теплиц и т.п.

Выбирая пиролизный котел для частного дома, следует обратить внимание на модели с двумя контурами, чтобы не только отапливать жилище, но и обеспечить его автономным горячим водоснабжением.

Теплообменник для ГВС бывает накопительного или проточного типа. Для последнего варианта используют модели котлов повышенной тепловой мощности.

При желании сэкономить средства, можно попробовать сделать пиролизный котел своими руками. Технология его сборки описана в .

Выводы и полезное видео по теме

На этом видео наглядно изображен принцип работы пиролизного котла:

Подробный обзор работы котла верхнего горения можно посмотреть здесь:

Пиролизные котлы недешевы, но полностью оправдывают вложенные в их приобретение средства. При правильной установке и обслуживании такие устройства обеспечат дом стабильным и недорогим теплом.

Подыскиваете пиролизный котел для отопления дома? Или есть опыт эксплуатации таких агрегатов? Оставляйте, пожалуйста, комментарии к статье и делитесь впечатлениями об использовании пиролизных котлов. Форма обратной связи расположена в нижнем блоке.

что это такое, что значит пиролиз, плюсы и минусы агрегата, характеристики отопления, фото

Вы просматриваете раздел Пиролизные, расположенный в большом разделе Котлы.

Работа пиролизного котла основывается на особой химической реакции — пиролизе.

Под данным термином подразумевается процесс разложения органического топлива на газ и уголь. При этом в большом объёме выделяется тепловая энергия.

Процесс возможен только при определённых условиях: нехватка кислорода в пространстве. Высокая температура: 200–800 °C.

Принципы пиролиза для отопления

Пиролиз широко применяют в разных отраслях промышленности. Востребован этот химический процесс и для обогрева жилых площадей.

Пиролиз происходит при любом виде твёрдого сырья:

  • Дрова.
  • Мелкие ветви или древесные опилки.
  • Брикеты.
  • Торф.
  • Бурый уголь.
  • Пеллеты.
  • Кокс.

Однако наиболее эффективно пиролизный агрегат работает на топливе с повышенным уровнем выхода летучих веществ — на древесине толщиной 80—100 мм. Вместе с ними используют пеллеты или древесные отходы.

Внимание! Использовать только опилки или пеллеты нецелесообразно — с ними котел не вырабатывает тепло или же его КПД снижается до минимума.

Пиролизный котел: что это значит, его устройство

Конструкция пиролизного котла выглядит следующим образом:

  1. Дымоход.
  2. Блок управления.
  3. Загрузочный бункер.
  4. Форсунка.
  5. Камера сгорания.
  6. Теплообменник.

Отопительный котёл на основе пиролиза представляет собой двухкамерный агрегат — в этом его особенность. Главная химическая реакция в этих камерах:

  1. Камера загрузки или газифицирующая камера. Здесь происходит предварительное термическое разложение сырья. Органика под воздействием высоких температур превращается в горючий газ. Для поддержания тления в камеру направляется первичный воздух. Горение при температуре 300—800 °C.

Фото 1. Камера загрузки топлива в пиролизном котле. Внутренняя отделка выполнена шамотным кирпичом.

  1. Камера сгорания. После тления выделенный воздух и газ попадают сюда. Здесь образовавшийся газ горит, как обычный природный. Температура в среднем 1200 °C. Именно на этом этапе выделяется очень много тепла, необходимого для отопления. В то же время происходит сильное аэродинамическое сопротивление, поэтому необходима принудительная тяга, роль которой выполняет дымосос.

Два пространства между камерами разделяет колосник, в который загружается топливо. Там оно поджигается и запускается дымосос. Колосник препятствует выходу тепла из верхней камеры загрузки и обеспечивает лёгкий поток первичного воздуха.

Пиролизные топки оснащены переключателями тяги, которые разжигают топливо. Таким образом, в начале розжига котёл функционирует как устройство прямого горения, а после закрытия задвижки переключается на пиролиз.

Виды пиролизных устройств, характеристики

Котлы на основе пиролиза различаются по своему строению. Так, существуют:

  • Камера дожига сверху. Встречается редко. Преимущества конструкции в том, что дымовой газ беспрепятственно проходит в камеру дожига, а после догорания сразу попадает в дымоход для дальнейшего охлаждения. Среди минусов — расположение дымовой системы неэкономичное, так как изначально требуется больше расходного материала для изготовления подобной конструкции.

Фото 2. Пиролизный котел с нижней камерой дожига. Стрелками указаны составные части устройства.

  • Камера дожига снизу. Самый распространённый и наиболее комфортный тип конструкции. Пользователю удобно закладывать дрова, так как камера находится не на полу. А также камера имеет прямой выход в нижний дымоотвод, а оттуда — в дымоход. Однако подобная конструкция имеет также свои недостатки. Так, из загрузочного отсека зола засоряет вторую камеру, поэтому её чаще чистят. Кроме того, нужно обеспечивать усиленную тягу, чтобы дым продвигался вниз.

А также пиролизные котлы различаются по типу используемой тяги:

  1. Естественная тяга. Нет необходимости в электрике. Однако для эксплуатации нужен довольно высокий дымоход с мощной естественной тягой, что будет стоить дорого.
  2. Принудительный наддув и тяга. Котёл становится энергозависимым, впрочем, повышается скорость выхода на режим. Такой агрегат оснащается вентиляторами и дымососами, которыми управляет автоматика — полностью пропадает зависимость от погодных условий и повышается эффективность горения. Этот тип топки может работать с максимальным уровнем КПД на протяжении 4—5 часов, а это на 20% больше, чем у котла с естественной тягой.

По способу отопления выделяют два типа пиролизных устройств:

  • Для водяного отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, которая нагревается в теплообменнике, затем разливается по трубам в радиаторы. Температура поддерживается за счёт постоянной циркуляции.
  • Для воздушного отопления. В бытовых условиях используется значительно реже. Зачастую применяют для обогрева хозяйственных построек или на производствах. Тепловая энергия распределяется в помещении с помощью тёплых воздушных масс. Они прогреваются в результате сгорания сырья. Тепло распределяется посредством алюминиевых труб и нагнетателей. Такая система управляется автоматикой, поэтому владелец с лёгкостью может настроить её в соответствии со своими потребностями.

Вам также будет интересно:

Как выбрать такой прибор

При выборе агрегата на основе пиролиза обращают внимание на его ключевые характеристики:

Качество корпуса. Раньше корпус топки изготавливали преимущественно из чугуна.

Теперь производители выпускают цельносварной корпус из листового материала.

Главное здесь — его толщина.

Она зависит от мощности котла:

  • 15—65 кВт: внутренние конструкции 5 мм, наружные — 4 мм;
  • 75—110 кВт: внутренние — 6 мм, внешние — 5 мм;
  • 135—195 кВт: внутри — 8 мм, снаружи — 6 мм;
  • 200 кВт и более: внутренние составляющие — 10 мм, наружные — 8 мм.

Мощность. Этот показатель зависит от отапливаемой площади. Существует множество методик определения мощности. Самый простой и оптимальный среди них — брать за основу 1 кВт на 10 квадратных метров отапливаемой площади.

Специалисты рекомендуют агрегат с 10% запасом мощности. Так, для помещения на 120 метров квадратных подойдёт котёл на 16 кВт. Если площадь территории 160 метров квадратных, мощность устройства должна составлять не менее 18 кВт, и далее по такому же принципу.

Справка. Если высота потолков в отапливаемом помещении превышает 3 м, для каждого дополнительного метра добавляется мощность котла на 1—3%.

Энергоэффективность. Обозначает соотношение полезной теплоты, которая была израсходована, с объёмом затраченного сырья. Этот показатель зависит в основном от топлива. Так, для эффективного прогревания необходимы исключительно сухие расходные материалы.

Впрочем, учитывают также объем загрузочной камеры, которая вмещает дрова до 60—65 см. Кроме этого, обе камеры покрывают специальным слоем керамобетона — он поддерживает подходящую температуру внутри. В результате топливо сжигается более качественно и эффективно.

Важно! Оптимальным считается котёл, который обеспечивает не менее 10 непрерывных часов горения сырья и служит бесперебойно на протяжении 20 лет.

Стоимость. Пиролизные котлы стоят дороже других типов отопительных котлов. Однако и здесь есть варианты. Так, отечественные в 2—3 раза дешевле импортных, а по характеристикам не уступают заграничным аналогам.

Плюсы использования

  • Длительность горения.

После одной закладки такое устройство работает бесперебойно до 12 часов, то есть догружать его приходится в 2 раза реже, чем другие твердотопливные котлы.

Однако все зависит от типа: обычная топка с дровами работает порядка 4 часов, а с верхним горением — в среднем 30 часов на дровах и 5—7 дней на угле.

Такой эффект обеспечивается за счёт регулируемого процесса горения. Во многих современных моделях автоматическое регулирование работы. Длительность горения также зависит от объёма жилой площади, температуры воздуха в помещении и на улице, конструкции агрегата и его мощности.

  • Полное сгорание сырья.

Меньший расход сырья, реже нужно прочищать газоходы и зольник.

  • Экологичность.

В результате тления древесины или подобных видов топлива выделяется в 3 раза меньше вредоносных веществ, чем в иных твердотопливных котлах. К тому же вредоносные выбросы в атмосферу минимизируются под воздействием горячей температуры в верхней камере.

  • Экономичность.

Для сжигания подходят даже крупные неколотые дрова. Кроме этого, двухкамерное сжигание снижает избыток воздуха в уходящем газе, что тоже повышает экономию. По сравнению с другими типами твердотопливных котлов экономичность пиролизных агрегатов выше на 5—8%.

Минусы

  1. Энергозависимость. Чаще всего такие котлы не могут работать без дымососа. Для принудительной тяги необходима система с генератором. Вентилятор использует электроэнергию в размере не менее 80—100 Вт.
  2. Высокая цена. В среднем в 1,5—2 раза дороже других типов.
  3. Чувствительность к влажности топлива. Необходима максимальная сухость. Так, при сжигании 1 кг дров с 20% влажностью, сила работы оборудования составит 4 кВт. Если взять 1 кг дров с 50% влажностью, мощность уменьшается в 2 раза и достигает всего 2 кВт.
  4. Нестабильная работа агрегата при малых загрузках (ниже 50%), нарастание дёгтя в газоотводе.
  5. Большие габариты пиролизного оборудования.
  6. Пиролизные котлы исключительно одноконтурные. Чтобы нагреть воду для бытовых потребностей, потребуется отдельный агрегат.
  7. Невозможно автоматизировать процесс загрузки топлива — загружается исключительно вручную.

Безопасное использование

Функционирование пиролизного котла подразумевает работу на максимально высоких температурах. Поэтому каждый производитель предъявляет высокие требования к монтажу и эксплуатации оборудования.

Установку проводит специалист, имеющий необходимую компетенцию. Котёл размещается в отдельном помещении с хорошей вентиляцией, на агрегат устанавливается дымоход.

Учитывают также следующие правила эксплуатации:

  • При отсутствии достаточной тяги или необходимого теплоносителя котёл нельзя эксплуатировать.
  • Загрузку и розжиг оборудования запрещено доверять детям или каким-либо посторонним лицам.
  • Температура воды в системе труб, идущих через котёл, не должна превышать 95 °C. Если показатель превышен, пламя в камере агрегата на время ослабляют с помощью песка. Параллельно с этим открывают все возможные заслонки дымохода.
  • Котёл сильно нагревается во время работы, поэтому возле него не должны находиться легковоспламеняющиеся материалы и предметы.
  • Модифицировать конструкцию котла и использовать не по назначению категорически запрещено.

Фото пиролизных котлов

Фото 3. Пиролизный котёл, установленный дома. Рядом с ним хранятся дрова для растопки.

Фото 4. Пиролизный котел от производителя Viessmann. Устройство оснащено электронным управлением.

Фото 5. Пиролизный котел с нижним типом загрузки топлива довольно больших размеров.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется работа пиролизного котла, рассказывается, как его топить.

Выводы

Пиролизный котёл — хорошая альтернатива агрегатам прямого горения. Впрочем, некоторые специалисты рекомендуют покупать пиролизное оборудование в качестве резервного источника тепла в комплекте с электро- или газовым котлом. Если все же устанавливать пиролизный в качестве основного генератора тепла, понадобятся грамотная проектировка и высококвалифицированные специалисты для монтажа.

Пиролизные котлы длительного горения

Пиролизные котлы отопления используют в своей работе принцип не сжигания дров, а сжигание выделяемого из них при высокой температуре газа. Применяемый в котлах способ пиролизного сжигания твердого топлива подразумевает под собой его сжигание в среде, недостаточно богатой кислородом при низкой воздухоподаче. Пиролизные котлы в таком режиме производят нагрев древесины в камере сгорания при практическом отсутствии кислорода, в результате чего происходит разлагание древесины на древесный газ и древесный уголь (кокс — почти чистый углерод), который является конечным продуктом полного пиролиза древесины. Из-за своего принципа действия эти котлы еще называют газогенераторные и их причисляют к твердотопливным котлам длительного горения. Выделяющийся при работе пиролизный газ является прекрасным топливом, гораздо более чистым, чем древесина или каменный уголь. Пиролизные котлы длительного горения сжигают этот газ в специальной камере, где он конденсируется и смешивается с воздухом из форсунки. Температура горения при этом достигается достаточно высокая – около 700С. КПД пиролизных (газогенераторных) котлов значительно выше, чем традиционных твердотопливных, и при топке сухой древесиной он достигает 85%.
Для работы пиролизного котла в газогенераторном режиме в закладочной камере котла должна быть достаточно высокая температура (600-800С), поэтому для первоначального прогрева котла его запускают в режиме обычного твердотопливного котла. А после прогрева котел с помощью задвижек (шиберов) переводят в необходимый режим работы. Этим обуславливается многокамерное устройство пиролизного котла.

Внимание!

Важно! Время горения одной закладки дров в пиролизных котлах хоть и продлено до 8-10 часов, но необходимые технические ухищрения привели и к существенному удорожанию конструкции — они в среднем в 1,5-2 раза дороже традиционных твердотопливных котлов.
Современной альтернативой стали более дешевые и экономичные котлы длительного горения СТРОПУВА, у которых существенно увеличено время горения одной закладки: дров — до 31 часов, а угля — до 120 часов! Такое стало возможным благодаря инновационным решениям, ведь техническая мысль не стоит на месте. Ни один пиролизный котел не может сравниться с такими показателями!

Пиролизные котлы длительного горения — Стандарт

Тепловая мощность кВт 15 20 25 32 40 50 60 75 80 98
Объем камеры загрузки м3 0,085 0,11 0,15 0,16 0,19 0,25 0,28 0,33 0,58 0,75
Площадь поверхноститеплообменника м3 1,5 1,9 2,45 3,1 3,9 5,0 5,8 7,3 8,1 10,0
Рабочее давление мПа 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Давление при испытании мПа 0,45 0,45 0,4 0,4 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45
Рабочая температура воды: 0С
максимальная 95
минимальная 65
КПД, не менее % 82
Номинальное разряжение за котлом Па 18-25 25-30 35
Температураисходящих газов, не выше 0С 190-240
Потребляемая электрическая мощность Вт 73 118
Напряжениепитания В 220
Высота дымохода м 6-8 8-10 10-12
Диаметр дымохода мм 159 219
Номинальный расход воды м3/час 0,6 0,9 1,1 1,4 1,7 2,1 2,6 3,2 3,4 4,2
Отапливаемая площадь м2 180 230 280 380 450 550 650 780 880 1200
Максимальная длина дров м 0,35 0,42 0,55 1,05
Массакотла кг 420 480 600 630 735 915 960 1070 1475 1665
Габаритные размеры: мм
глубина 870 880 1070 1070 1170 1220 1230 1310 1820 1820
ширина 580 580 630 630 630 630 720 720 725 825
высота 1365 1565 1530 1590 1640 1740 1740 1840 1740 1790
Степень защиты электрооборудования ІР20
Применяемое топливо Сухая древесина с влажностью мин. 12%, макс. 30%, диаметром 80-150 мм.

Пиролизные котлы 10-1000 кВт, купите по цене от 43800 руб

Пиролизные котлы ЭПМ — устройство, принцип работы, преимущества

Пиролизные котлы ЭПМ являются одним из основных продуктов, выпускаемых заводом. Они работают на основе процесса газогенерации твердого топлива. Газогенераторный котел представляет собой сложную цельносварную металлическую конструкцию, выполненную из жаропрочной котловой стали марки 09Г2С. В устройстве котла есть несколько камер сгорания. Нижняя — камера газификации. Верхняя – камера дожига газов. Такой процесс сжигания дров легко поддается регулировке и тонкой настройке, как в котлах с жидким и газообразным топливом. Все стенки пиролизного котла, выполненные в виде водяной рубашки, омываются теплоносителем, что защищает их от перегрева и продлевает срок службы отопительного агрегата.

Производство пирлизных котлов

Завод выпускает широкую линейку, как от 10 кВт для малых строений площадью до 100 м2, так и крупных производственных или складских помещений, любой площади, до 1 МВт в одном агрегате.

Принцип работы в режиме пиролиза (газогенерации)

Основным принципом работы пиролизного котла является процесс генерации горючего пиролизного газа из твердотопливного сырья при температуре от 200°C при недостатке кислорода и дальнейшего дожигания выделившегося газа, который смешивается с разогретым вторичным воздухом в отсеке дожига. Через регулируемое окно первичного забора кислорода, в камеру под колосниками, поступает воздух в нужном количестве, который необходим для процесса горения дрова, брикетов или угля. Он поступает под топливо, способствуя процессу окисления в зоне горения.

После того, как топливо полностью займется огнем, подача первичного воздуха уменьшается и котел пиролизного типа переходит в режим газогенерации. Дрова начинают медленно тлеть. Этого добиваются с помощью регуляторов, которые уменьшают доступ воздуха в топку и частично перекрывают выход пиролизных газов в дымоход. Начинает выделяться пиролизный газ, который поступает в специально оборудованную вторичную камеру топки.

Во время перехода котла в режим газогенерации происходит подача вторичного воздуха, необходимого для процесса дожига. Помимо того, как воздух преодолевает свой путь до вторичной камеры, он нагревается до необходимой температуры, что бы вступить в термохимическую реакцию окисления с пиролизным газом.

Вторичная камера оборудована специальными инжекторами-дожигателями, с калиброванными отверстиями. Из отверстий-сопел под давлением выпрыскивается свежий, заранее разогретый воздух, воспламеняющий несгоревшие топливные газы. Это позволяет превратить в тепловую энергию 90% содержащихся в дыме мелких частиц, сжигая их в камере сгорания.

В результате процесса термохимического дожига, выбросы в атмосферу активных опасных оксидов минимальны. Это говорит о высоком уровне экологичности. Температура отходящих газов не превышает 150°C. Тоесть выделяющееся в котле тепло максимально эффективно передается теплоносителю. Теплоноситель проходит путь от нижней до верхней части котла. По пути, получая тепловую энергию практически от всех поверхностей, которые имеются внутри котла. В результате такой конструкции мы добились КПД 82-89%. И возможности регулировки в диапазоне от 30 до 110%.

Пиролизные котлы ЭПМ – это:

  • автономные котлы на твердом топливе, которые не требуют постоянной регулировки работы, температура автоматически поддерживается постоянной ±3°C.
  • энергонезависимые котлы, идеальные для регионов, с характерными перебоями в подаче электроэнергии.
  • Это экономные котлы, расход топлива до 5 раз меньше по сравнению с котлами прямого горения. Средний расход – 10 кг в сутки на каждые 100 м2.
  • Удобные котлы, в которых сжигание топлива происходит практически полностью, не требуется частая выемка продуктов сгорания-золы.
  • Экономия времени, благодаря принципу пиролизного сжигания, длительность горения от одной закладки достигает 15 часов, поэтому топливо нужно закладывать 2 раза в сутки – утром и вечером.
  • Качество. Постоянный технический контроль на выпуске с производства и применение качественных материалов при изготовлении позволяют устанавливать гарантию 3 года.

Отопление пиролизными котлами на твердом топливе может быть не только дешевым, но и удобным и эффективным.

Пиролизные котлы и принцип их работы -рекомендации от WaterStore

04.07.2017

Пиролизные котлы (газогенераторные) – разновидность твердотопливных котлов, которые характеризуются раздельным сгоранием топлива и газов, которые из него выходят. Пиролизные котлы производят температурное разложения топлива, благодаря которому достигается очень высокий КПД

Пиролизные котлы и принцип их работы

В последнее время твердотопливные котлы стали как никогда актуальны. Подорожание газа, электроэнергии, все это не только заставляет нас устанавливать твердотопливные котлы для отопления, но и задуматься о более эффективных котлах, в том числе и пиролизных.

В этой статье мы постараемся детально раскрыть принцип работы, покажем плюсы и минусы пиролизных твердотопливных котлов.

Пиролизные (газогенераторные) – разновидность твердотопливных котлов, которые характеризуются раздельным сгоранием топлива и газов, которые из него выходят.

Пиролиз — разложение органических (древесина, уголь, нефтепродукты) и многих неорганических соединений под воздействием высокой температуры. В узком смысле, это разложение органических природных соединений на более простые составляющие при недостатке кислорода. В более широком смысле слова — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры. Каждому веществу характерна своя температура пиролиза.

Характерной чертой пиролизных котлов является самый высокий КПД среди твердотопливных котлов. Достигается это тем, что топливо раскладывается, выделяя газ, который сгорает почти без остатка. В результате из химических связей древесины, либо угля мы получаем столько энергии, сколько возможно извлечь, а продукты сгорания отдают почти все свое тепло теплоносителю.

Схема типичного пиролизного котла.

Ниже приведена схема устройства типичного пиролизного котла.

  • Камера загрузки дров — 1

  • Камера сгорания газа — 2

  • Теплообменник с теплоносителем — 3

  • Дымоход — 4

  • Зольник — 5

  • Люк для чистки зольника — 6

  • Люк для загрузки топлива — 7

  • Блок управления, контроля — 8

  • Вход первичного воздуха — 9

Характерной чертой всех пиролизных котлов является нижнее горение топлива и наличие двух камер: в первую камеру загружается топливо, атмосферный воздух подается сверху и вытягивается принудительным способом через форсунку на дне камеры. В этой камере происходит медленное нижнее горение («тление») топлива, в результате при недостатке воздуха выделяется древесный газ, который попадает во вторую камеру, куда подается вторичный поток воздуха и происходит полное сгорание газа. 

Также пиролизные котлы подходят для обеспечения ГВС с помощью подключения бойлера косвенного нагрева, могут отапливать плавательный бассейн с помощью теплообменника.

Продукты сгорания проходят через теплообменник, таким образом, используется не только тепло излучения и конвекции, но и происходит теплообмен между средами. Именно поэтому пиролизные твердотопливные котлы могут достигать максимально возможного КПД в 98-99%. Но для этого необходимы оптимальные условия, про которые будет сказано ниже.

Древесный газ состоит из многих составляющих, среди которых углеводороды (метан, пропан, этилен и др.), угарный газ и водород, также азот из первичного воздуха

Сравнительно сложная конструкция становится причиной высокого аэродинамического сопротивления воздуху, поэтому работа пиролизных котлов требует принудительной подачи воздуха. Для этого используются дымовые насосы (чаще встречается термин «вентилятор», «дымосос»), реже  — нагнетатели. 

Лишь немногие модели пиролизных котлов отличаются полностью автономной системой подачи воздуха, не требующей электроэнергии для работы.

Топливо для пиролизных котлов

Наиболее эффективны пиролизные котлы при работе на материалах, которые легко выделяют древесный газ. Это древесина, отходы деревообработки, паллеты, прессованные брикеты, реже – бурый уголь, солома. Некоторые модели котлов могут работать на каменном и коксовом угле определенных фракций.

Пиролизные котлы требовательны к влажности топлива. Чем она ниже – тем выше будет эффективность вашего котла. Для большинства котлов пределом влажности дров буде 30-35%. Влажность сухих  дров находится на уровне 15-20%.

При большом количестве водного пара в газах не будет происходить их полного сгорания, либо воспламенения вообще. 

Также последствием неполной загруженности топки, влажности топлива может стать образование дегтя, или конденсата в дымоходе, что может привести к падению КПД и даже выходу из строя системы.

Как выбрать качественный пиролизный котел

Большинство пиролизных котлов имеют одинаково высокий КПД, при одинаковой мощности могут существенно отличаться цены разных производителей. Конечно, самое лучшее имя имеют итальянские и немецкие компании, они могут отличаться более качественными материалами, покрытиями, более дорогой и надежной электроникой. Хотя тут бренд имеет меньшее значение, чем для газовых котлов. Также советуем выбирать бойлеры косвенного нагрева для обеспечения ГВС того же производителя что и котел.

При выборе пиролизного котла следует обращать внимание на наличие таких бонусов как термостатический регулятор подачи воздуха, устройство от закипания котла, предохранительный (подрывной) клапан и пр. 

Регуляция и время работы

Все пиролизные котлы являются регулируемыми. Интенсивность горения и как результат, время работы на одной загрузке дров регулируется с помощью изменения потока поздуха.

На одной загрузке в зависимости от модели, топлива и режима работы пиролизный котле может работать до 12-14 часов, тогда как для обычных дровяных котлов время работы на одной загрузке до 5 часов.

Конечно, время работы на крупных дровах или углях будет значительно больше чем, на пример, на паллетах, стружке, щепках.

В качестве итогов можно навести список сильных и слабых сторон пиролизных твердотопливных котлов:

Преимущества пиролизных котлов:

  • КПД выше на 6-8% по сравнению с классическими твердотопливными котлами

  • Экологичность (более высокая температура горения и пиролиз способствуют полному сгоранию углеводородов, в том числе меньше образуется угарный газ СО), меньшая потребность в воздухе

  • Продолжительно время горения одной загрузки топлива (до 14 часов)

  • Легкая автоматизация и управление процессом горения

  • Низкая зольность (достигается более полным сгоранием топлива)

  • Возможность использования неколотых, крупных дров

Недостатки пиролизных котлов:

  • Высокая стоимость (отличается в 1,5-2 раза от обычных твердотопливных)

  • Большая часть пиролизных котлов не работает без дымонасоса, как результат – зависит от электроэнергии

  • Отсутствие автоматической подачи топлива у большинства котлов, в основном – дровяных.

  • Необходимость использовать просушенное топливо (влажность не выше 30-35%)

  • Температура воды на входе в теплообменник должна быть не менее 50-60 оС во избежание выпадения химически агрессивного конденсата, появления дегтя.

В итоге пиролизные котлы имеют много недостатков, но также сильны и их преимущества в сравнении с обычными котлами. Надеемся, эта публикация стала для Вас полезной и поможет сделать выбор.

Если у Вас возникли вопросы – свяжитесь с нашими специалистами, и мы Вам поможем!

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Реактор пиролиза — обзор

8.4 Нагрев реактора пиролиза

Для нагрева реактора пиролиза до повышенной температуры для преобразования исходных материалов в биомасло необходим большой тепловой поток. Обычные внешние источники тепла (газовый нагреватель или электрический нагреватель) использовались в течение последних двух десятилетий для пиролиза биомассы [39,40]. Как правило, существует три метода подачи тепловой энергии в реактор, а именно система автотермического нагрева, система косвенного нагрева и система прямого нагрева.Характеристики некоторых подходов к обогреву представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2. Некоторые распространенные источники тепла и их характеристики

Методы нагрева Примечания
Биомасса / NG Этот процесс косвенного нагрева является экзотермическим по своей природе, вызывает загрязнение окружающей среды и приводит к образованию сажи и кокса. Трудности быстрого изменения температуры для предотвращения теплового разгона.
Электрический нагреватель Внешняя электрическая нагревательная печь используется для нагрева исходных материалов внутри реактора пиролиза и самого реактора.
MW нагрев MW-поглощающий материал (диэлектрический материал) вместе с сырьевыми материалами внутри камеры пиролизного нагрева непосредственно поглощает электромагнитную волну в виде тепловой энергии и передается по материалам посредством молекулярного взаимодействия с электромагнитным полем.
Индукционный нагрев Питающие вещества в камере нагрева поглощают тепло из магнитного поля, создаваемого пропусканием переменного тока через индукционную катушку внутри камеры.

В методе автотермического нагрева тепловой поток, необходимый для пиролиза, обеспечивается частичным сгоранием исходных материалов и образованием биоуглерода. Этот метод снижает количество образования полукокса, поскольку тепло, необходимое для пиролиза, вырабатывается за счет сжигания самого биоугля, что снижает стоимость топлива. С другой стороны, в случае метода прямого нагрева горячий газ-носитель или твердый теплоноситель вводится в реактор, и исходные материалы поглощают тепло для разложения.Горячий газ-носитель выделяет CO 2 и H 2 O во время реакции сгорания, что приводит к снижению концентрации газа и теплотворной способности нефти. Кроме того, использование твердого теплоносителя увеличивает выход масла, однако ухудшает качество масла из-за попадания большого количества пыли [41]. В отличие от метода прямого нагрева, при косвенном нагреве реактор нагревается от внешнего источника энергии, где тепло вырабатывается за счет сжигания нагревателя и электрического нагревателя биомассы или природного газа (ПГ).Тепло передается сырью через стенку реактора по принципу теплопроводности и конвекции. На выход масла и эффективность этой системы нагрева влияют теплопроводность материала реактора, коэффициент температуропроводности и температурный градиент между поверхностью реактора и центром материала внутри камеры нагрева. Эти ограничения ограничивают быстрый нагрев биомассы и приводят к значительным потерям входящей энергии.

Следовательно, система косвенного нагрева менее эффективна; однако он производит менее разбавленный газ по сравнению с прямым методом.Это снижает выход масла, а также увеличивает производство полукокса, что вызывает закоксовывание и засорение системы [42]. Кроме того, неравномерный характер температурного профиля вызывает нежелательную вторичную реакцию в различных частях реактора пиролиза, которая производит токсичные соединения [43,44]. Напротив, этот метод нагрева имеет преимущества, заключающиеся в том, что он дает высококачественный ретортный газ одновременно из самых разных размеров частиц. С начала 2000-х годов пиролиз с микроволновым (MW) нагревом привлекает внимание исследователей, чтобы преодолеть ограничения обычного внешнего нагрева реактора пиролиза.В 2001 году этот метод был впервые применен при пиролизе пластиковых отходов [45]. Применение СВЧ-нагрева в пиролизе значительно сокращает количество потребляемой энергии и время, необходимое для процесса пиролиза, благодаря прямому и быстрому нагреву. Он также предлагает преимущества равномерного нагрева и меньших габаритов оборудования. Кроме того, метод улучшает эффективность системы, а также качество продуктов пиролиза. СВЧ-нагрев увеличивает выход высококачественного продукта при сокращении времени реакции [46,47].Однако основными проблемами, связанными с этим методом, являются: другой подход к проектированию, учитывающий диэлектрические свойства биомассы и сложность в механизме теплопередачи и передачи, а также в химических реакциях внутри различных секций камеры нагрева. Другой электромагнитный нагрев, индукционный нагрев, становится популярным в нагреве реакторов пиролиза из-за его высокой скорости нагрева и высокой эффективности, хотя этот метод менее гибкий и требует больших затрат энергии и затрат [48].

Из предыдущего обсуждения ясно, что для работы системы пиролиза, которая включает потребление обычного топлива, требуется постоянный источник энергии. Это означает, что для получения относительно менее качественного топлива расходуется топливо высокого качества. Нагрев реактора обычным топливом не является экономическим подходом к производству биомасла. Поэтому реакторное отопление с помощью другого возобновляемого источника, такого как солнечное отопление, было бы отличным выбором.

Что такое пиролиз? : USDA ARS

Что такое пиролиз?

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 условиях выход биомасла 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 биогара 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 очистки. 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 быстрым пиролизом.

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 биоуглерода в почву.

Пиролиз становится персональным — Характеристики

Адам Дакетт посещает мастерскую Ника Спенсера, чтобы узнать больше об установке пиролиза, которая позволяет домам и предприятиям перерабатывать отходы в газ для отопления

От Heru к нулю: система стремится устранить «отходы»

ПРЕДСТАВЬТЕ мир, в котором вместо того, чтобы вывозить домашний мусор на свалку или в центр переработки, вы просто «сжигали» его в домашнем устройстве для нагрева воды.

Это будущее может быть ближе, чем вы думаете, после Ника Спенсера, который после десятилетий работы в индустрии вторичной переработки задумал разработать пиролизный агрегат, названный HERU, который так же прост в использовании, как мусорный бак, и предназначен для коммерческого использования. запуск позже в этом году.

Помашите на прощание своим отходам. Попрощайтесь с мусоровозом, доставляющим ваши отходы на свалку. На самом деле, почему бы вообще не попрощаться со словом «отходы»?

Два блока технической оценки уже использовались в фермерском магазине и в местном муниципальном кафе недалеко от мастерской Ника в сельской местности Вустершира в Великобритании.И когда мы перейдем к печати, третий блок находится в стадии строительства недалеко от штаб-квартиры IChemE в Регби, где жители местной системы защищенного жилья используют его для переработки своих бытовых отходов в тепло.

Концепция, частично профинансированная правительством Великобритании в 2017 году, привлекательно проста: установка для получения энергии из отходов, подключенная к бойлеру, резервуару для горячей воды и вашей канализации. Откройте крышку устройства. Выбрось свой мусор. Это может быть что угодно, от испорченной еды и скошенной травы до использованных подгузников и пластиковой упаковки.Закройте крышку. Нажмите кнопку «вкл». Уходи.

Помашите на прощание своим отходам. Попрощайтесь с мусоровозом, доставляющим ваши отходы на свалку. На самом деле, почему бы вообще не попрощаться со словом «отходы»? Ваши бытовые «отходы» теперь являются ценным ресурсом, который вы можете использовать для обогрева дома.

От скаковых лошадей к ненужным мусоровозам

Для тех, кто не знаком с пиролизом, Ник описывает его как естественный, ускоренный процесс. Проще говоря: закопайте динозавра или дерево в землю из-за недостатка кислорода и подождите миллионы лет, пока тепло земли преобразует его в углеводороды.

«HERU делает точно такой же процесс, но сокращает его с 5–9 миллионов лет до 5 часов пиролиза», — говорит Ник.

Конечно, технология, лежащая в основе этой концепции, гораздо менее проста. Но прежде чем мы перейдем к этому, стоит узнать, как Ник изобрел такое устройство.

Он изучал животноводство и сельскохозяйственную инженерию, а после окончания учебы основал бизнес по превращению использованных газет в подстилку для скаковых лошадей. Преимущество бумаги перед соломой в том, что лошади не едят ее, поэтому тренеры могут лучше контролировать их рацион.Бизнес стал развиваться так быстро, что Нику понадобилась еще одна, чтобы заполучить больше бывших в употреблении газет. «По чистой случайности я стал первой компанией по переработке вторсырья в Великобритании».

Это переросло производство постельных принадлежностей, и у него оказалось больше газет, чем он мог обработать.

«Я начал продавать газеты бумажным фабрикам в Великобритании и Европе, а в последнее время — бумажным фабрикам по всему миру».

Он продал бизнес по переработке вторсырья и сохранил бизнес по торговле товарами. Отсюда он инвестировал в 180 мусоровозов и сдал их в аренду местным властям, у которых не было средств на покупку собственных.Ник продолжал создавать и продавать ряд предприятий и предприятий по переработке отходов, прежде чем он понял, что это «безумие» вождение грузовиков на ископаемом топливе в дома и из домов, собирая топливо для заводов по переработке отходов в энергию, а затем отправляя энергию обратно в дома . Он спросил: «Почему бы нам просто не убрать всю эту углеродную инфраструктуру и просто не поставить машину дома?»

Его путешествие по разработке подразделения HERU уже началось.

Мыслить внутри коробки

«Я знал, что сжигать нельзя, и много лет интересовался пиролизом.Мне это показалось действительно увлекательным, потому что это такой естественный процесс, и с природой редко можно спорить ».

Ник хотел сконструировать устройство, которое можно было бы использовать так же просто, как мусорное ведро: просто откройте крышку, бросьте мусор и уходите.

Профессор, который сосредоточился на исследованиях пиролиза, сказал ему, что создание такой простой операции было бы невозможным, потому что сырье необходимо было предварительно обработать, чтобы высушить, измельчить и закачать в машину. Ник признает, что начало было обескураживающим.

Но затем его представили Хусаму Джухара, эксперту по теплообмену и исследователю из Лондонского университета Брунеля, который вывел Ника на след термосифонов. Проще говоря, это герметичные трубы, используемые для передачи тепла — в данном случае к пиролизируемому ресурсу. Они содержат рабочую жидкость, которая циркулирует конвекцией, а не насосом.

«Если бы мы могли использовать их, это направило бы всю энергию в середину камеры… так что нам не нужно делать предварительную обработку.”

Другие пытались разместить нагревательные элементы снаружи, но это сгорало неравномерно. Устройство может газифицировать материал вблизи стенок камеры, но, двигаясь внутрь, вы можете получить высокотемпературный пиролиз, низкотемпературный пиролиз, а затем никакого эффекта в центре.

«Значит, если подгузник упадет в центр камеры, с ним ничего не случится».

Nik вместо этого создал устройство, в котором нагревательные элементы — четыре запатентованных термосифона — выступают в центр камеры.

«Неважно, куда вы бросите подгузник; вы получите идеально однородные 300 ° C. Для нас это был большой прорыв ».

Вид изнутри: Четыре внутренних термосифона обеспечивают равномерный нагрев

Три этапа работы

Пользователь кладет мусор — но давайте теперь назовем это «ресурсом», завинчивает крышку, чтобы она была герметичной, и с помощью сенсорного экрана включает ее.Далее следует трехступенчатый процесс: сушка, пиролиз, сжигание.

Элемент мощностью 3 кВт нагревает воду в термосифоне, находящемся под вакуумом, поэтому температура кипения составляет 45 ° C. Он поднимается до конца термосифонной трубки, и его тепло рассеивается в камере; Затем он конденсируется и течет обратно к нагревательному элементу и продолжает свое движение.

Ник объясняет, что городские отходы в среднем содержат около 35% влаги: продукты питания составляют около 70%; садовая обрезка 55%; и картон 10%. HERU нагревает ресурс, выпаривая его влагу.Образовавшийся пар проходит через два теплообменника, конденсируется. и вода стекает в канализацию. Уловленное тепло используется для нагрева воды в подключенном резервуаре для горячей воды.

После удаления влаги и температуры в камере около 220 ° C начинается пиролиз. Высушенный органический материал начинает разлагаться в отсутствие кислорода при повышении температуры в камере до 300 ° C. Он производит очень небольшое количество масляного пара, который проходит через теплообменники и конденсируется. Масло (в среднем около 5%) вместе с хлором смывается с поверхности теплообменников с помощью моющего средства и смывается в канализацию, подобно тому, как ваша посудомоечная машина избавляется от масла, смытого с грязной сковороды.Удаление хлора на этой стадии позволяет избежать образования диоксинов на стадии сгорания.

Синтез-газ, выходящий из нагретого материала, очищается через водяной сетчатый фильтр, проходит через циклон для отделения влаги, через фильтр 5 мкм и компрессор, а затем в резервуар для хранения емкостью 25 л до тех пор, пока он не понадобится котлу.

Сейчас около пяти часов; с газом и нефтью разбираются, и все, что остается от ресурса, — это полукокс с температурой 300 ° C. Машина открывает клапан, который вводит воздух для сжигания полукокса с образованием газа, богатого монооксидом углерода и оксидами азота.

«Выхлоп проходит через теплообменники, мы извлекаем энергию и направляем ее в систему горячего водоснабжения».

Затем выхлопные газы проходят через водяной сетчатый фильтр, в котором используется щелочной раствор для очистки от оксидов азота и оставшихся масляных паров.

«Мы превращаем их в нитрат и бросаем в воду. Затем эта вода используется в процессе стирки ».

Отработанный газ затем проходит в резервуар для хранения, при этом любой оксид углерода в потоке полностью сгорает, когда он попадает в котел.Как и в любом котле, образовавшийся CO 2 сбрасывается, но Ник отмечает, что он не приближается к превышению нормативных пределов.

Ник говорит, что среднее сочетание ресурсов дает около 2 кВтч на каждый вложенный 1 кВтч, и компания, которая лицензировала технологию для производства коммерческих единиц, работает над дальнейшим повышением энергоэффективности.

Демо: Техническая оценка блока HERU, встроенного в трейлер

Фатберги боевые

«Значит, на дне камеры остается пепел.В какой-то момент я подумал, что это будет действительно неэлегантно, потому что нам придется вручную извлекать золу из машины ».

Ник работал с Университетом Брунеля, чтобы проверить золу и обнаружил, что она содержит твердое вещество, называемое щелочью. Это помогает очистить канализацию — как это было, когда викторианцы смывали золу от сгоревших отходов в канализацию — и, поскольку она является щелочной, помогает нейтрализовать серную кислоту, сливаемую в канализацию современными котлами, что подавляет бактерии, используемые при очистке воды. растения.

Итак, на заключительном этапе HERU просто промывает свои внутренности под давлением, чтобы смыть золу в канализацию.

«Компании по очистке сточных вод любят щелок, потому что HERU берет жировой элемент и превращает его в энергию … Наша система устранит жирберги и отправит компании по очистке сточных вод продукт, который очистит стоки».

«Вот и все. Машина должна остыть до температуры ниже 40 ° C, прежде чем ее можно будет снова открыть. Как стиральная машина, она должна завершить свой цикл ».

Затем он говорит: «Вы доливаете и снова идете.”

Отвечая на вопрос о преодоленных проблемах безопасности, Ник отмечает, что термосифон представляет собой сосуд высокого давления, поэтому в нем есть разрывная мембрана и есть УФ-датчик, который проверяет, включен ли котел, прежде чем какой-либо газ будет отправлен в него. Он также протестировал машину, добавляя материалы, которые он не хотел бы использовать, например, батарейки и полные аэрозольные баллончики. HERU не поврежден, батареи выходят целыми, сопла и содержимое аэрозольных баллонов подвергается пиролизу и сгоранию, а на переработку остается только металлический контейнер.

Проблемы с упаковкой

Nik оптимистично оценивает дополнительные преимущества, говоря, что система также может улучшить материалы, которые мы отправляем на переработку. Добавьте к HERU стекло и металл, и они останутся чистыми. Этикетки и любые следы еды удаляются, но температура не становится достаточно высокой, чтобы изменить металл или стекло. Пользователь может просто вынуть его из HERU и положить в мусорную корзину.

Пользователи могут улучшить переработку отходов, пиролизируя и свою макулатуру.По мере роста опасений по поводу кражи личных данных люди начали измельчать свою макулатуру перед тем, как выбросить ее в мусорное ведро. Это создает проблему на предприятиях по переработке смешанных отходов, где стекло разбивается и пропускается через сита, чтобы отделить его, а также протягивается через измельченные полоски бумаги, загрязняя поток.

Если бы HERU получил широкое распространение и в мусорные баки добавляли только стекло и металл, это значительно облегчило бы работу переработчиков.

«Металл и стекло можно смешивать вместе, и их очень просто разделить с помощью магнита и вихревого тока.”

Он также может помочь справиться со сложной упаковкой, такой как ламинированные саше для кормов для домашних животных и тюбики Pringles, сочетание материалов которых делает их переработку огромной проблемой.

«В контейнере Pringles много чего происходит. У вас есть сталь внизу, алюминиевая фольга [покрывающая трубку] картонную трубку, ламинат сверху и пластиковую крышку ».

HERU пиролизирует все, кроме металла, который затем можно отправить на переработку.

На вопрос о его недостатках Ник откровенно ответил: «Стоимость».

«Он сделан из нержавеющей стали 316L, что дорого. Вам нужно разобраться с этим, потому что он должен иметь дело с элементом хлора ».

Текущая система встроена в трейлер, поэтому ее можно перемещать для демонстрации. Мое первое впечатление — это то, что он выглядит довольно грубым, его электрические линии хаотично пересекают пространство. Это кажется незаконченным, потому что это так. Baxi, котельная, с которой он работает, Нику посоветовали избегать изготовления печатной платы до тех пор, пока не пройдет как минимум восемь месяцев без модификации программного обеспечения.

После полной разработки бытовая единица была бы размером со стандартную посудомоечную машину. Пользователи могут установить его на кухне, в гараже или на улице, хотя Ник предупреждает, что из-за экономических соображений может пройти некоторое время, прежде чем вы сможете заглянуть в местный магазин электротоваров и купить его. Первоначальное внимание уделяется продажам предприятиям.

«Коммерческое развертывание должно стать ближайшим приоритетом — это не значит, что мы не будем стремиться делать внутреннее развертывание для клиентов, которым они нужны.”

Большое количество домашних хозяйств, вероятно, будет зависеть от стимулов для клиентов, таких как возврат местными властями части налога, уплаченного за сбор бытовых отходов.

Нет проблем с Pringles: HERU оставляет после себя только металл для вторичной переработки

Держится за HERU

Три существующих демонстрационных блока имеют емкость 19 л. Nik передал лицензию на эту технологию компании James Clark Technologies, которая сейчас разрабатывает прототип блока объемом 240 л для коммерческого использования.Затем десять из этих единиц будут изготовлены для первых пользователей, включая гостиницу, кинотеатр, больницу и дом престарелых, которые, как ожидается, будут доставлены в третьем квартале этого года. Эти единицы стоят приблизительно 30 000 фунтов стерлингов (39 000 долларов США). Стоимость будет снижаться по мере увеличения производства, но на данный момент он ожидает, что окупаемость инвестиций составит около пяти лет.

«В домах престарелых есть прокладки от недержания и прокладки для кроватей, и их дорого утилизировать, поэтому окупаемость инвестиций будет еще быстрее».

«

Hotels» также должны увидеть более быструю окупаемость, поскольку они производят много «отходов» и потребляют много энергии, — объясняет Ник.

Итак, что насчет промышленности? Есть ли планы по увеличению масштабов?

«Есть, да. Я подписываю соглашение о конфиденциальности, но ведутся переговоры о строительстве 6-метрового дома, вмещающего до 200 тонн за раз. Я не могу сказать об этом слишком много «.

Ник говорит, что его видение проекта HERU состоит в том, чтобы каждый дом и бизнес мог управлять своими ценными ресурсами у источника.

«Мы будем следить за первыми десятью коммерческими установками раннего внедрения: 100, затем 1000 и затем полное производство, чтобы гарантировать качество; домашние HERU пошли по тому же пути, начав с новостроек.”

Обсуждения ведутся по поводу трех заводов в США, и Nik также хочет производить продукцию в Азии.

«Генри Форд создал Ford Model T из-за ужаса, увидев конский навоз в Нью-Йорке. У нас сегодня та же проблема, но она спрятана в CO 2 и закопана в ямах «вне поля зрения, вне памяти», до недавнего времени, где мы наблюдаем доказательства этого загрязнения в наших океанах и ужасных пожаров в Австралии. Представьте, если бы мы могли увидеть это сегодня на улицах, как бы это выглядело? »

Пиролизный котел — Pyroheat OÜ

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к отопительным приборам, в которых твердое топливо растительного происхождения (дрова, древесные отходы, щепа, солома) подвергают высокотемпературной газификации (пиролизу) с последующим сжиганием пиролизных газов.

В уровне техники описан пиролизный (газификационный) котел, содержащий бункер для твердого топлива, камеру газификации и камеру сгорания пиролизного газа, объединенные общим двустенным вертикальным корпусом с теплоносителем (водой), циркулирующим между этими стенками. Подавляющее большинство имеющихся в продаже пиролизных котлов изготавливается по этой схеме, например, продукция производства компаний Astra, Atmos, Attack, Buderus, Dakon, Cichewic, Heiztechnik, Kostrzewa, Orlan, Opop, Viessmann.

Достоинством этого технического решения, которое привело к его широкому распространению, является эффективная передача тепла сгорания теплоносителю. В то же время конструкция имеет ряд недостатков, так как вода, температура которой не может превышать 100 ° C, находится в непосредственном контакте с внешними стенками топливного бункера и камеры газификации; при этом основной недостаток можно сформулировать так: «что-то, что должно быть очень горячим, охлаждается». Для обеспечения эффективной и устойчивой газификации древесины необходимо поддерживать температуру 100-200 ° С.в верхней части бункера (зона сушки) 300-550 ° C в нижней части бункера (зона сухой перегонки) и 750-900 ° C в активной зоне камеры газификации, но «вода рубашка », окружающая бункер и камеру газификации, препятствует обеспечению такого теплового режима.

Практические последствия этого — низкая эффективность и нестабильность процесса газификации твердого топлива, необходимость использования древесины, которая просушивалась годами и имеет влажность до 20% (о чем добросовестный производитель уведомляет пользователей). ), отложения смолы и золы на стенках топливного бункера и камеры газификации, что удорожает и усложняет работу нагревательного устройства.

Кроме того, прямой контакт теплоносителя (воды) со стенками камеры газификации, в которой находятся десятки и даже сотни килограммов горячего угля, может привести к быстрому вскипанию воды и взрыву котла. при аварийном выходе из строя системы принудительной циркуляции. Для предотвращения этой опасности в состав отопительного прибора нужно устанавливать дополнительные системы, что опять же делает его более сложным и дорогим. Известно несколько технических решений, направленных на обеспечение высокой температуры в камере газификации пиролизного котла.

Таким образом, известен пиролизный отопительный котел, содержащий бункер для твердого топлива и камеру газификации, размещенную в общем вертикальном корпусе с «водяной рубашкой», при этом камера сгорания пиролизного газа выполнена в виде спиральной трубы. и помещен в камеру газификации (см. ЕР 2 821 698 А1). Помимо указанных недостатков прямого контакта теплоносителя со стенками бункера и камеры газификации, недостатками данного технического решения являются: сложность и дороговизна изготовления спиральной камеры (поверхность двойной кривизны). жаропрочная сталь, отсутствие предварительного подогрева вторичного воздуха, закачиваемого в камеру сгорания, а также высокая сложность очистки внутренних поверхностей бункера и камеры газификации.

Известно пиролизное нагревательное устройство, которое содержит бункер для твердого топлива, камеру газификации, камеру сгорания пиролизного газа, которые объединены в общий вертикальный корпус, содержащий спиральный водотрубный теплообменник, окружающий только пиролизный газ. камера сгорания, а также боковая поверхность и дно камеры газификации снабжены высокопрочной теплоизоляцией (см. ЕР 2 615 369 А1). Недостатками данного технического решения являются: использование контура теплообменника (жидкость в спиральной трубе, окруженная медленным потоком горячих продуктов сгорания), неэффективного с точки зрения теплопередачи, высокая сложность обслуживания (очистки от сажи) таких теплообменник, чрезвычайно затрудняющий передачу тепла от зоны сгорания пиролизного газа к дну камеры газификации с толстым слоем теплоизоляции.

Известно газогенерирующее нагревательное устройство, в котором топливный бункер и камера газификации объединены в единый вертикальный корпус, а камера сгорания пиролизного газа имеет форму кольца, концентрически окружающего верхнюю часть камеры газификации ( см. DE 3411822A1). Недостатками данного технического решения являются: выбор неоптимальной для газификации древесного топлива схемы прямой (восходящей) газификации, отсутствие подогрева вторичного воздуха, крайне неравномерный состав газовой смеси в камере сгорания из-за подачи вторичный воздух в одной точке кольцевой камеры, затрудненный наличием широкого воздушного зазора во время передачи тепла от зоны горения к «водяной рубашке».

Аналогично DE 3411822 A1 раскрыто газогенерирующее нагревательное устройство (см. RU 2578550 C1), в котором указанные недостатки усугубляются наличием сферической подвижной и вращающейся решетки, которая сложна в эксплуатации и дорогостоящая в эксплуатации. производство. Кроме того, устройства, описанные в EP 2615 369 A1, DE 3411822 A1, RU 2578550 C1, используют цилиндрический бункер и цилиндрическую камеру газификации, что накладывает дополнительные ограничения на форму и размеры используемого древесного топлива.

Известно газогенерирующее нагревательное устройство, содержащее прямоугольный топливный бункер а. Камера газификации и камера сгорания пиролизного газа объединены в одном вертикальном корпусе, в котором поток горячих продуктов сгорания из камеры сгорания омывает и нагревает неизолированные металлические боковые стенки бункера и камеры газификации (см. CZ 2008191 A3). Этот патент не содержит (ни в формуле изобретения, ни в описании, ни на графической иллюстрации) ни способ передачи тепла сгорания теплоносителю, ни возможное расположение теплоносителя (циркуляция, продувка).Таким образом, воплощение описанного технического решения невозможно без дополнительной изобретательской деятельности, которая ставит под сомнение законность выдачи патента.

Кроме того, испытания этого типа теплогенераторов показали, что в них возникает положительная обратная связь следующего типа: случайное увеличение образования пиролизного газа приводит к повышению температуры в камере сгорания, продукты сгорания нагревают газификацию. еще больше стенок камеры, еще больше усиливается образование пиролизного газа и т. д.Даже если использование дорогих жаропрочных сталей позволяет предотвратить разрушение конструкции, такой режим работы (принудительный и неуправляемый) не соответствует требованиям пользователей отопительных приборов.

Известно пиролизное нагревательное устройство, состоящее из двух модулей, соединенных с газоходом: теплогенератора и жаротрубного теплообменника, причем теплогенератор содержит в едином вертикальном корпусе прямоугольный бункер для твердого топлива, камеру газификации. с термостойким теплоизоляционным покрытием внутренней поверхности боковых стенок и камерой сгорания под ней, которая разделена на два симметричных, параллельных, горизонтальных отсека, в которые подается воздух в количестве, превышающем это в 2-3 раза необходимого для полного сгорания пиролизного газа (см. RU 164691 У1),

Испытания данной конструкции показали, что принятая схема передачи теплоты сгорания пиролизного газа в камеру газификации (только снизу камеры газификации) не обеспечивает температурный режим, необходимый для газификации особо сложных видов топлива (например, сырой щепы с влажностью 50%) по всей высоте камеры газификации.Кроме того, предложенная схема передачи тепла теплоносителю (массоперенос горячих продуктов сгорания в смеси с избыточным воздухом) требует использования тяжелого и большого жаротрубного теплообменника.

Технические результаты, которые могут быть достигнуты с помощью предлагаемого заявленного изобретения: стабильная и контролируемая газификация древесного топлива с естественной (т.е. высокой) влажностью, полное и чистое сгорание пиролизного газа (с минимальными выбросами окиси углерода и сажа) в сочетании с высокой эффективностью передачи тепла теплоносителю и минимальными габаритами и массой конструкции.

Указанный технический результат достигается пиролизным котлом

, содержащим в едином вертикальном корпусе прямоугольный бункер для твердого топлива и камеру газификации под ним, имеющую внутреннее термостойкое теплоизоляционное покрытие, и окно. с решеткой для выхода газов пиролиза; камеру сгорания пиролизного газа в виде двух симметричных параллельных горизонтальных отсеков; воздуховоды для подачи первичного и вторичного воздуха, а также напорный вентилятор, установленный снаружи корпуса; водная полость с двойными стенками, окружающая камеру сгорания пиролизного газа таким образом, что внешняя стенка камеры сгорания также является внутренней стенкой водяной полости,

камера газификации расположена без зазора между двумя вышеупомянутыми отсеков камеры сгорания пиролизного газа, а в боковых поверхностях отсеков камеры сгорания, обращенных к камере газификации, расположены горизонтальные щели, обеспечивающие прохождение потока потока пиролизного газа от выходного окна камеры газификации в камеру сгорания с поток поворачивается на 90 градусов влево и вправо.

Воздуховоды первичного и вторичного воздуха могут быть выполнены в виде плоских каналов и установлены на боковых поверхностях отсеков камеры сгорания, обращенных к камере газификации, при этом эти каналы закрывают только часть площади боковой поверхности камеры сгорания. отсеки.

Воздуховоды для подачи первичного и вторичного воздуха также могут быть выполнены в виде плоской решетки из круглых или прямоугольных труб, установленных на боковых поверхностях отсеков камеры сгорания, обращенных к камере газификации, при этом эти трубы закрывают только часть боковой поверхности. площадь поверхности отсеков камеры сгорания.

Форсунки для подачи вторичного воздуха могут быть размещены в воздуховоде таким образом, чтобы поток вторичного воздуха, выходящий из них, перемещался со скоростью около 10-20 м / с параллельно, в том же направлении и близко близость к потоку пиролизного газа, поступающего через упомянутые выше горизонтальные щели в отсеки камеры сгорания.

Вышеупомянутые горизонтальные прорези входа пиролизного газа могут быть в 2–3 раза короче длины отсека камеры сгорания и располагаться на переднем конце отсеков камеры сгорания.

Фигурная вставка из термостойкого изоляционного материала может быть установлена ​​в каждом отсеке камеры сгорания напротив горизонтальной прорези входа пиролизного газа, закрывая не менее двух поверхностей камеры сгорания, т. Е. Дно и противоположную боковую стенку. упомянутый горизонтальный паз.

Каждый отсек камеры сгорания может быть оборудован продольной горизонтальной перегородкой, длина которой меньше длины отсека, при этом перегородка без зазора контактирует с передним концом отсека камеры сгорания.

Вышеупомянутая продольная горизонтальная перегородка может быть выполнена в виде плоского ящика, внутри которого движется воздушный поток, а на внешней поверхности ящика есть сопловые отверстия для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания.

Вышеупомянутая водяная полость может содержать, по крайней мере, две жаровые трубы, вход в которые соединен с выходом отсеков камеры сгорания посредством газохода, а выход — с отверстием дымохода для атмосферу с помощью газохода.

Данные конструктивные решения обеспечивают достижение заявленного технического результата, при этом совокупность таких решений не встречается ни в одном из известных пиролизных котлов, поэтому заявленная полезная модель соответствует критериям новизны.

Раскрытое устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием технологических процессов и материалов, известных и традиционно используемых при производстве отопительных котлов. Таким образом, заявленная полезная модель соответствует критериям промышленной применимости.

Устройство пиролизного котла поясняется чертежами. ИНЖИР. 1 показано поперечное сечение устройства; ИНЖИР. 2 показан продольный разрез устройства в варианте с жаровыми трубами и сопловыми отверстиями для подачи дополнительного вторичного воздуха.

Пиролизный котел содержит бункер для твердого топлива 1 , камеру газификации 2 с жаростойким теплоизоляционным покрытием 3 и окно выхода пиролизного газа с решеткой 4 , два отсека пиролиза газовая камера сгорания 5 с горизонтальными прорезями 6 и фигурными термостойкими вставками 7 , полость с водой 8 , окружающая камеру сгорания, воздуховоды 9 выполнены в виде плоских каналов с сопловыми отверстиями для подачи первичного воздуха 10 и вторичного воздуха 11 , установленных в виде продольной горизонтальной перегородки в отсеках камеры сгорания, плоских коробчатых воздуховодов 12 с сопловыми отверстиями для подачи дополнительного вторичного воздуха 13 , газоход 14 , жаровые трубы 15 , дымовая труба 16 , золоуловитель 17 установить d под решеткой.

Пиролизный котел работает следующим образом: в бункер загружается твердое топливо (например, дрова или щепа с естественной влажностью) 1 . Древесное топливо под действием силы тяжести опускается вниз, последовательно проходя через зону сушки (верхняя часть бункера), зону сухой перегонки (нижняя часть бункера) и попадая в камеру газификации 2 .

Воздух, нагнетаемый внешним вентилятором (не показан) в коробчатый воздуховод 9 , нагревается через стенки канала пламенем в камере сгорания 5 и с высокой скоростью направляется в верхний часть камеры газификации через сопловые отверстия 10 , где происходит процесс неполного сгорания (тления) древесного топлива.Древесное топливо газифицируется под действием тепла от тления, а также от нагрева горячими стенками отсеков камеры сгорания, и образующийся при этом пиролизный газ проходит через слой раскаленного угля к выходному окну 4 расположен внизу камеры газификации, а затем, поворачиваясь на 90 градусов влево и вправо через прорези 6, попадает в отсеки камеры сгорания. Термостойкая теплоизоляция внутренних стенок камеры газификации защищает металлические поверхности от выгорания (термоэрозии) и за счет теплоемкости сглаживает случайные колебания температуры внутри камеры газификации.

Поток горячего вторичного воздуха, выходящий из коробчатого воздуховода 9 через отверстия сопел 11 с высокой скоростью (10-20 м / с), увлекает поток пиролизного газа, смешивается с ним и образовавшаяся газовая смесь воспламеняется. Фигурная термостойкая вставка 7 благодаря своей высокой теплоемкости и низкой теплопроводности поддерживает стабильно высокую температуру в зоне воспламенения, а ее форма способствует вихревому движению газовой смеси, что обеспечивает качественное перемешивание топливо (пиролизный газ) и окислитель (воздух).Для обеспечения оптимальных условий горения вторичный воздух подается в двух зонах: через отверстия 11 на входе в камеру сгорания и через отверстия 13 по потоку пламени.

Поток горячих продуктов сгорания движется к противоположному концу отсека камеры сгорания, поворачивается на 180 градусов и возвращается назад, двигаясь над горизонтальной перегородкой 12 ; такая схема движения продуктов сгорания обеспечивает интенсивный прогрев камеры газификации по всей ее высоте.После этого продукты сгорания перемещаются через газоход 14 в жаровые трубы 15 , и при выходе поток газа выпускается в атмосферу через дымовую трубу 16 .

Оптимальная температура боковых стенок камеры газификации для газификации влажного древесного топлива достигается регулировкой скорости воздушного потока, движущегося по коробчатому воздуховоду 9 , подбором подходящей площади поверхности коробчатого воздуховод или заменив сплошной короб на плоскую решетку из отдельных трубок; Таким образом, конструкция позволяет добиться стабильной и контролируемой газификации древесного топлива.

Передача тепла теплоносителю (воде), циркулирующему в полости 8 , осуществляется в двух зонах: на поверхности внешних стенок камеры сгорания 5 отсеков и через жаровые трубы 15 ; в первой зоне конвективная теплопередача от продуктов сгорания к стенке камеры сгорания дополняется мощным тепловым излучением от высокотемпературного (более 1000 ° C) пламени. Таким образом, заявленная конструкция сохраняет главное преимущество традиционной схемы (эффективная теплоотдача от обогреваемых стен к «водяной рубашке»), но при этом лишена основного недостатка традиционной схемы, поскольку в заявленной конструкции теплопередача жидкость ни в какой точке не контактирует с камерой газификации и, следовательно, не охлаждает ее.

Котлы с газификацией древесины — DOKOGEN

Котел с газификацией древесины DC25GD

Котлы с экологической газификацией древесины

G enerator D Котлы okogen характеризуются специальной камерой, которая с обеих сторон выложена специальными керамическими фасонными деталями, с воздухозаборниками в нижней части и керамическим соплом, а в нижней камере — сферическими керамическими частями. Задний дымоход оборудован трубчатым теплообменником.

Газификация древесины (обратное горение) с последующим сжиганием древесного газа в керамической камере сгорания обеспечивает оптимальное сжигание всех горючих компонентов.Подача воздуха и процесс горения контролируются вытяжным вентилятором. Это обеспечивает быстрое зажигание и хорошее сгорание котла с момента розжига. Температура пламени 1000 — 1250 ° С.

Обратное горение (газификация) и керамическая камера сгорания обеспечивают практически полное сгорание с минимумом вредных выбросов. Котлы соответствуют требованиям европейских норм для экологически чистого продукта и относятся к 5 классу стандарта котлов ČSN EN 303-5 .Отвечает самым строгим требованиям ЕС — ECODESIGN 2015/1189.

Преимущества котлов с газификацией древесины ATMOS
  • Возможность сжигания больших куска дерева
  • Большой топливный бак — длительное время горения
  • Трубчатый теплообменник
  • Высокая эффективность более 90% — первичный и вторичный воздух предварительно нагревается до высокой температуры
  • Экологическое горение — котел класс 5 — ČSN EN 303-5, ECODESIGN 2015/1189
  • Вытяжной вентилятор — золоудаление без пыли, котельная без дыма
  • Охлаждающий контур для защиты от перегрева — без риска повреждения котла
  • Вытяжной вентилятор автоматически отключается при сгорании топлива — термостат выхлопных газов
  • Удобное золоудаление — большое пространство для золы (при сжигании дров необходимо очищать его раз в неделю)
  • Малый размер и небольшой вес
  • Высокое качество
Вид на верхнюю загрузочную камеру Размеры заливного отверстия

Вид на нижнюю камеру сгорания Пламя в нижней камере сгорания

Трубчатый теплообменник Вытяжной вентилятор и дымовая труба

Установка

Котлы

ATMOS необходимо подключать через LADDOMAT 22 или терморегулирующий клапан (трехходовой клапан, управляемый приводом), чтобы поддерживать минимальную температуру воды, возвращающейся в котел, на уровне 65 ° C.Температура воды на выходе из котла должна постоянно поддерживаться в пределах 80–90 ° C.
Стандартная конфигурация всех котлов включает контур охлаждения для предотвращения перегрева. Рекомендуем устанавливать котлы с накопительными баками.

МОДЕЛЬ КОТЛОВ DCxxGD ПРЕДНАЗНАЧЕНА ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТОЛЬКО К НАКОПИТЕЛЬНЫМ БАКАМ ДОСТАТОЧНОЙ МОЩНОСТИ С МИНИМУМ 55 ЛИТРОВ НА 1 кВт УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ КОТЛА.

Laddomat 22 и терморегулирующий клапан Контур охлаждения котла

Подключение котла к Laddomat 22 и накопительным бакам

Подключение котла с регулятором ACD 01 и накопительными баками

Регламент котлов

Электрический — механический — мощность котла регулируется с помощью регулирующей воздушной заслонки с регулятором тяги типа FR 124, которая автоматически открывает или закрывает предохранительный клапан в зависимости от заданной температуры воды на выходе (80-90 ° C). ).При настройке регулятора мощности следует уделять особое внимание, поскольку регулятор выполняет еще одну важную функцию, помимо регулирования мощности — он также защищает котел от перегрева. Регулирующий термостат, расположенный на панели котла, регулирует вытяжной вентилятор в соответствии с заданной температурой (80 — 85 ° C). На регулирующем термостате следует установить температуру на 5 ° C ниже, чем на регуляторе тяги FR 124.

Котлы

также оснащены термостатом отходящих газов, который служит для отключения вытяжного вентилятора после сгорания дров.

Котел работает на пониженной мощности даже без вентилятора — нагрев не пропадает при отключении электроэнергии. При мощности до 70% от номинальной мощности котел может работать без вентилятора (для котлов DCxxGD мы не рекомендуем работу с выключенным вытяжным вентилятором).

Регулирующая заслонка воздуха Вытяжной вентилятор и дымовая труба

Панель управления со стандартным регулированием


Каждый котел может быть оснащен эквитермальным регулятором ATMOS ACD 01 для управления системой отопления в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры в помещении и времени.Эта регулировка позволяет управлять котлом с вентилятором и многими другими функциями.

Пульт управления с эквитермическим регулированием ATMOS ACD 01

Технические характеристики

Ключ к чертежам котла

1. Корпус котла 18. Термометр
2. Дверца загрузочная (верхняя) 19. Воздуховод — воздуховод
3. Дверь зольника (нижняя) 20. Главный выключатель
4. Вытяжной вентилятор (S) 22. Регулятор тяги — Honeywell FR 124
5. Термостойкая фасонная деталь — сопло 23. Охлаждающий контур для защиты от перегрева
6. Панель управления 24. Регулирующий термостат вентилятора (котел)
7. Защитный термостат 25. Дверное наполнение — Sibral
8. Регулирующая заслонка 26. Уплотнение двери — шнур 18 х 18
9. Жаростойкая фасонная деталь — для типа GD — сторона зоны горения 27. Термостат дымовых газов
10. Термостойкая фасонная деталь — для типа GD — сферическое пространство 30. Конденсатор вытяжного вентилятора
11. Уплотнение — форсунка — 12 x 12 (14 x 14) 33. Трубчатый теплообменник
12. Термостойкая фасонная деталь — полумесяц
13. Клапан розжига К Горловина дымохода
14. Термостойкая фасонная деталь — для типа GD — задняя грань сферического пространства л выход воды из котла
15. Крышка для очистки M подвод воды в котел
16. Каркасный щит № заправочный клапан
17. Тяга клапана зажигания -п. трубная втулка — втулка датчика регулирующего клапана контура охлаждения
Размеры котла
Тип котла DC18GD DC25GD DC30GD DC40GD DC50GD
А 1281 1281 1281 1435 1435
B 820 1020 1020 1120 1120
К 680 680 680 680 680
D 945 945 945 1095 1095
E 150/152 150/152 150/152 150/152 150/152
Факс 87 87 87 82 78
G 185 185 185 185 185
H 1008 1008 1008 1152 1152
CH 256 256 256 256 256
I 256 256 256 256 256
Дж 6/4 « 6/4 « 6/4 « 2 « 2 «
Технические характеристики
Тип котла DC18GD DC25GD DC30GD DC40GD DC50GD
Мощность котла кВт 19 25 29,8 40 49
Тяга дымохода заданная Па 16 18 20 22 24
Вес котла кг 376 469 466 548 565
Объем котла воды л 73 105 105 112 128
Объем топливной камеры дм 3 80 120 125 160 160
Максимальная длина древесины мм 330 530 530 530 530
КПД котла% 90,3 90,5 90,8 90,5 92,0
Температура дымовых газов при номинальной мощности ° С 145 132 155 175 183
Указанное топливо (предпочтительное)

Сухая древесина с теплопроизводительностью 15-17 МДж.кг1,
влажность мин. 12% — макс. 20%, в среднем 80 — 150 мм

Мин. температура обратной воды ° С 65
Класс котла 5 5 5 5 5
Класс энергоэффективности A + A + A + A + A +

Тонкости конструкции пиролизной печи

Конструктивные соображения могут иметь значение при выводе пиролизной технологии на рынок по сравнению с тем, чтобы закопать ее на кладбище пиролиза.

Проектирование печи пиролизера — сложный процесс. В конструкции есть нечто большее, чем просто изготовление коробки из углеродистой стали, облицовка стен огнеупором, прокладка технологических труб через нее и нагрев труб с помощью горелок. Хотя это может описывать этапы проектирования в расплывчатых деталях, в нем не отражаются сложности, связанные с проектированием печи пиролизера. Знание того, что следует учитывать и оценивать, может быть разницей между успехом и неудачей.

Основные соображения при проектировании системы пиролиза включают состав сырья, теплоту реакции пиролиза и кинетику реакции, теплопередачу, необходимую для достижения кинетики, конструкцию системы, обеспечивающую теплопередачу, а также пилотные испытания и масштабирование.

Состав сырья
Содержание влаги (MC) и состав сырья определяют конструкцию пиролизера, поскольку они определяют необходимое тепло для пиролизера. MC легко определяется путем измерения потерь при сушке (LOD). В отличие от этого, многие методы, используемые для определения состава сырья, требуют больших затрат времени в лаборатории и являются дорогостоящими, но получение состава имеет важное значение для проектирования.

Как минимум, Merrick & Co. выполняет окончательный и приблизительный анализ образцов сырья.В качестве альтернативы данные по обычному сырью доступны из общедоступных источников, таких как Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии в Голдене, Колорадо. Меррик часто выполняет характеристику сырья, используя данные из таких источников, как NREL, в качестве первого приближения, чтобы быстро запустить проекты. Фактический анализ сырья затем подтверждает использование этих данных в ходе реализации проекта.

Характеристика состава сырья помогает предсказать характер разложения. Различное сырье требует разной температуры и разного количества тепла для разложения.Если вы спроектируете пиролизер для неправильного состава сырья, он не будет работать эффективно. Что еще хуже, это может вообще не сработать.

Теплота реакции пиролиза,
Кинетика реакции
Теплота реакции пиролиза — это количество тепла, необходимое для разложения и испарения летучих веществ в сырье. Важно отметить, что он не учитывает количество тепла, необходимое для повышения температуры сырья до температуры пиролиза, т.е., явное тепло.

Во время пиролиза происходит множество химических реакций. Некоторые из них являются экзотермическими, а другие — эндотермическими, и эти реакции различаются в зависимости от исходного сырья. Из-за этой сложности опубликованные значения теплоты реакции пиролиза для исходного сырья сильно различаются. Проверка опубликованных значений посредством экспериментальных испытаний имеет решающее значение для обеспечения работоспособности пиролизера. Пиролизер никогда не должен разрабатываться исключительно на основе опубликованных значений теплоты реакции пиролиза.

Знание состава сырья и поведения при разложении каждого компонента позволяет моделировать общее поведение при разложении. Процент превращения каждого компонента зависит от температуры. Понимая кинетику реакции, можно определить требуемую температуру на выходе из полукокса и время пребывания. Программное обеспечение для моделирования пиролиза использует параметры реакции, такие как суммированные Miller & Bellan, для расчета выхода продукта в зависимости от температуры.

Проектирование теплопередачи, анализ
После того, как реакция пиролиза станет понятной, следующим шагом будет разработка системы теплопередачи, которая сможет ее реализовать.Термохимическое разложение пиролиза происходит в отсутствие кислорода, что требует косвенного нагрева сырья.

Горелки загораются в топку, выделяя дымовой газ, который действует как теплоноситель. Теплообмен внутри топочного ящика представляет собой сложное сочетание теплопроводности, конвекции и излучения. В некоторых конструкциях используются горелки с лучистыми стенками, которые нагревают огнеупор на стенках печи, которые затем излучают тепло в камеру пиролиза. Другие конструкции конвективно нагревают камеру пиролиза за счет продувки дымовых газов через стенки камеры пиролиза.

Независимо от используемого метода нагрева, модель теплопередачи должна точно учитывать все механизмы теплопередачи в конструкции печи. Моделирование конструкции теплопередачи печи вручную требует сложных и трудоемких ручных расчетов. К счастью, существует программное обеспечение Computational Fluid Dynamics, которое значительно увеличивает мощность и сложность моделирования теплопередачи. Программное обеспечение также обеспечивает визуализацию теплового дизеринга, что помогает идентифицировать горячие и холодные точки.

Без сложного моделирования проектирование системы пиролиза часто является предположением или методом проб и ошибок. Программное обеспечение CFD помогает избавиться от предположений при проектировании.

Независимо от того, как камера пиролиза нагревается снаружи, ее стенки нагревают биомассу за счет теплопроводности снизу и излучения сверху. Кроме того, газы, выделяющиеся во время реакции пиролиза, также нагревают биомассу за счет конвекции. Понимание природы этой теплопередачи и способов ее достижения представляет еще более сложные задачи.Программное обеспечение CFD еще раз помогает решить эти проблемы, точно моделируя конструкции, чтобы гарантировать, что они обеспечивают необходимую теплопередачу для осуществления реакций пиролиза.

Соображения при проектировании системы
После завершения проектирования процесса и теплопередачи команда разработчиков должна принять несколько важных решений, касающихся материалов, опор труб и теплового расширения, систем подачи материала и внутреннего транспорта и, наконец, ремонтопригодности.

Материалы: Выбор материалов — один из наиболее важных аспектов конструкции пиролизера.Они должны быть способны работать при температурах, лежащих в зоне их ползучести, и при этом сохранять пластичность. Кроме того, они должны выдерживать термоциклирование, вызванное частыми остановками и запусками. Они могут также противостоять науглероживанию, коррозионному растрескиванию под действием хлоридов или сульфидному растрескиванию под напряжением, или даже всем трем. Обычно материалы для компонентов внутри короба печи представляют собой жаропрочные нержавеющие стали, такие как 304 H или 310, или сплавы с высоким содержанием никеля.

Чтобы справиться с жесткими требованиями, помощь опытного металлурга неоценима, особенно потому, что материалы, которые могут выдерживать такие тяжелые условия эксплуатации, как правило, очень дороги.Слепой выбор материалов может обойтись в миллионы и отложить проект на месяцы, если не годы.

Опоры для труб и термическое расширение: Еще одним важным фактором при проектировании являются опоры для труб. Опоры для труб, допускающие тепловое расширение и сжатие, имеют решающее значение для предотвращения отказов трубопроводов. Опоры требуют экспертного проектирования, так как части могут находиться внутри и за пределами топочного бокса. Из-за сильного нагрева опоры внутри ящика обычно изготавливаются из нержавеющей стали 304 H или 310.Проблема еще больше усложняется тем фактом, что трубы испытывают тепловое расширение во всех направлениях. Эту проблему часто решает фиксация одного конца труб, позволяющая другому перемещаться во время термоциклирования. Обычно требуются ролики или скользящие пластины, а также опоры постоянного усилия. Учет этих статей в смете очень важен, так как они тоже довольно дороги.

Если часть горизонтальных технологических труб выступает за пределы печи и пиролизер имеет несколько проходов, в коробке печи потребуются сдвижные панели, чтобы учесть их тепловое расширение.Эти панели должны герметизировать печь, позволяя трубам двигаться в продольном и вертикальном направлениях. Это также относится к вертикальным технологическим трубам, которые выступают за пределы корпуса печи. Для них требуются скользящие пластины, которые позволяют им расти в вертикальном направлении и перемещаться в продольном направлении.

Системы подачи материала и внутренней транспортировки: Важным аспектом конструкции, которому часто не уделяется должного внимания, является система подачи биомассы.Обычно это конвейеры, ковшовые элеваторы, бункеры и стопорные бункеры. По нашему опыту, во многих конструкциях пиролизеров не уделяется достаточного внимания или опыта системам обращения с сырьем, несмотря на то, что они часто являются основными причинами отказов системы пиролиза.

Решение очистить процесс от кислорода вместо простого ограничения поступления воздуха — еще одно важное соображение в процессе принятия решения. Для ограничения количества воздуха (кислорода), поступающего в систему, доступны различные типы клапанов.К ним относятся клапаны, такие как ножевые затворы или поворотные, и каждый тип имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Если выходом является продувка кислородом, система, вероятно, требует вакуумирования. Однако использование вакуума сильно ограничивает возможности клапана. Чтобы взвесить компромисс, необходимо тщательно проконсультироваться с поставщиками клапанов. Учет стоимости важен, потому что цены на клапаны сильно различаются в зависимости от типа.

Основным конструктивным решением пиролизера будет способ перемещения биомассы внутри печи.Использование здесь слова «базовый» вводит в заблуждение, потому что при использовании скребкового конвейера, шнекового шнека или какого-либо другого метода впереди еще много проблем. Компонент должен выдерживать высокие температуры и очень грязные условия, что затрудняет использование подшипников. Кроме того, очень важен учет теплового роста. И самое главное, движущееся устройство должно позволять нагрев биомассы.

Ремонтопригодность: Практически все конструкции пиролизеров требуют внешних платформ для обслуживания.Хотя их нетрудно сконструировать по сравнению с самим пиролизером, они все же могут легко стоить 300000 долларов, если пиролизер имеет несколько уровней. Платформы необходимы для обслуживания приводных агрегатов, горелок, опор труб и другого необходимого оборудования. Ежедневный запуск завода практически невозможен без условий для обслуживания оборудования.

Обработка газа: При обращении с паром, выходящим из камеры пиролиза, необходимо тщательно продумать дизайн.Эти горячие пары, вероятно, содержат тяжелые углеводороды, которые легко конденсируются и образуют тяжелые масла и смолы при контакте с любыми более холодными поверхностями (например, выпускными трубами, клапанами, фильтрационным оборудованием). Что еще хуже, пары также переносят частицы сажи, которые увеличивают риск закупоривания и закупоривания. Обращение с тяжелой нефтью, смолой и твердыми частицами полукокса является основной точкой отказа в системах пиролиза и газификации. Задача состоит в том, чтобы удалить твердые частицы сажи до того, как они попадут ниже по потоку, и предотвратить конденсацию тяжелых нефтей и смол.

Большинство конструкций пиролизных систем удаляют твердые частицы из паров пиролиза на выходе из камеры пиролиза. Они используют гравитационное осаждение, центробежное разделение (например, циклонный сепаратор), фильтрацию или их комбинацию. Удаление твердых частиц сохраняет качество продукта, помогает предотвратить закупорку на выходе и может снизить затраты на очистку сточных вод в некоторых конструкциях. Однако предотвращение конденсации становится критически важным для предотвращения засорения фильтра тяжелыми маслами и смолами. Фактически, трубопровод часто имеет электрический обогрев на всем пути от выхода пиролизера, через циклон и до охлаждающего оборудования.

Свечные или рукавные фильтры сложно реализовать успешно. Керамические сетки могут выдерживать технологические температуры, но эти типы фильтров требуют дополнительных конструктивных особенностей, чтобы продлить срок их службы. Для большинства конструкций требуется обратная пульсация фильтрующего материала для удаления угольной корки. Кроме того, важно поддерживать повышенную температуру и предотвращать конденсацию. Обычные методы — это нагнетание горячих дымовых газов и минимальное сжигание фильтров.

В целом, отказ от изгибов и фитингов в нагнетательном трубопроводе и размещение фильтрующего оборудования непосредственно на выходе (ах) камеры пиролиза снижает возможность конденсации и уноса твердых частиц.Кроме того, исследование конструкций, в которых горячие дымовые газы, выходящие из печи пиролизера, используются для нагрева нагнетательного трубопровода и фильтрующего оборудования, может быть экономичным способом предотвращения конденсации.

Пилотные испытания, масштабирование
Сохранение критических проектных характеристик во время масштабирования оборудования позволяет точно прогнозировать параметры процесса на основе данных, собранных во время пилотных испытаний. Понимание характеристик теплопередачи от опытного до полномасштабного пиролизера имеет важное значение.Существуют услуги по моделированию ожидаемой теплопередачи, которая служит основой для проектирования оборудования пилотной установки. Во время пилотного проекта сбор данных должен подтвердить расчетные данные о теплопередаче для использования при проектировании оборудования промышленного масштаба.

Понимание и оценка изменений отношения площади поверхности к объему при переходе от опытной камеры пиролиза к коммерческой камере имеет решающее значение для успешной работы. Пилотные установки меньшего размера обычно больше полагаются на теплопроводность, в то время как более крупные промышленные установки используют больше излучения и конвекции для передачи тепла биомассе.Неспособность понять и количественно оценить эти параметры увеличения масштаба приводит к недостаточному нагреву в промышленных масштабах.

Еще одна проблема, вызывающая беспокойство при расширении, — это транспортировка материалов. Часто во время пилотирования не обращают внимания на погрузочно-разгрузочное оборудование, но могут возникнуть непредвиденные эксплуатационные проблемы в коммерческих масштабах. Например, вывоз биомассы лопатой на вход пиролизера на пилотной установке может скрыть необходимость в поворотном клапане или питателе с живым дном, который равномерно подает биомассу и снижает проникновение воздуха в промышленном масштабе.Как обсуждалось ранее, игнорирование погрузочно-разгрузочных работ может привести к огромным задержкам и дорогостоящим перерасходам.

Учитывая все вышесказанное, проектирование пиролизных печей включает множество этапов. Время, затраченное на планирование и правильное выполнение этих шагов, напрямую определяет уровень успеха, которого достигнет ваша технология. Типичный полный комплект производственных чертежей включает от 250 до 300 листов и может занять от 4 месяцев до 1 года, чтобы спроектировать печь и начать производство.Неспособность распознать это на начальном этапе может привести к проблемам с бюджетами и инвесторами в дальнейшем.


————————————— Боковая панель ——— ————————————————— ——-

Что можно и чего нельзя делать при проектировании пиролизера

Нужно:
• Определите состав вашего сырья. Если вы проектируете не тот материал, ваш пиролизер может работать некорректно.
• Определите, подходит ли очистка процесса от кислорода или просто ограничение проникновения воздуха для вашей конструкции, и выберите клапаны соответственно.Имейте в виду, что может потребоваться вакуумный насос.
• Смоделируйте теплопередачу до самого исходного материала. Даже если тепло поступает в камеру пиролиза, оно может не попасть в биомассу и достичь необходимого преобразования.
• Определите время пребывания исходного материала в печи. Это позволяет избежать недоварки или переваривания биомассы.
• Выберите горелки перед подачей заявки на разрешение на выбросы. Решение этой проблемы после реализации горелок с достаточно низким уровнем выбросов, которые не существуют, вызывает ненужные головные боли и задержки.
• Выполните анализ напряжений в трубе, чтобы учесть термическое расширение и спроектировать опоры трубы. Предположение приводит к сбоям в использовании дорогих материалов и оборудования, а также к длительным задержкам.
• Учет подготовки газа. Бэкэнд процесса вызывает большинство сбоев из-за затыкания.
• Наконец, правильное проектирование и тестирование погрузочно-разгрузочного оборудования имеет важное значение для непрерывной работы завода. Нет ничего хуже, чем простаивающая установка из-за сбоев при перемещении сырья.

Не делайте:
• Переходите прямо от рабочего стола к производству.Настольные системы в значительной степени зависят от теплопроводности, в то время как в производственных единицах преобладают излучение и конвекция. Разрабатывайте модели и следите за процессом проектирования для успешного масштабирования.
• Недооценивайте систему подачи. Перемещение биомассы является сложной задачей, и не имеет значения, насколько хороша ваша печь, если в нее не поступает сырье.

————————————— Боковая панель ——— ————————————————— ——-

Авторы: Брэдли Уэйтс,
Памела Баззетта и Кристал Бличер
Merrick & Co.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *