Принцип работы пиролизного котла


Принцип работы пиролизного котла - описание технологического процесса

Сжигание топлива в классических твердотопливных котлах – это хорошая альтернатива применению для отопления дома традиционных энергоносителей, таких как природный газ или электричество. Но данные устройства не полностью используют энергию горения дров. При работе обычного котла выделяющийся при высокой температуре из топлива газ просто уходит наружу вместе с продуктами горения. Принцип работы пиролизного котла позволяет использовать этот газ, тем самым увеличивая КПД агрегата и длительность интервала между загрузками топлива. Такие аппараты еще называют газогенераторными.

Пиролизный котел в разрезе

Из чего состоит газогенераторная установка?

Главное отличие от классического котла на дровах – наличие дополнительной камеры сгорания, в которой происходит дожигание выделяющегося газа, а в первичной топке он генерируется из дров при недостаточном количестве кислорода. Компоновка камер и устройство пиролизного котла может быть различным, топка может находиться как снизу, так и сверху, принцип действия это не меняет. Традиционно она располагается снизу, над зольником, в который для удобства очистки помещают выдвижной ящик. Крышка зольника откидывается вверх и в рабочем режиме служит для регулировки количества воздуха, поступающего в топку. Это реализовано с помощью цепного привода, который натягивается или отпускается термостатом. Последний установлен в верхней части котла.

Принцип работы пиролизного котла

Все основные элементы и детали установки можно увидеть, изучив подробный чертеж пиролизного котла. Главная топка снабжена дверцей для загрузки дров и в процессе работы плотно закрыта. Над ней устроена вторичная камера сгорания, в которой расположены устройства подачи воздуха. Они могут иметь различную конфигурацию в аппаратах разных производителей, но задача их одинакова: подавать в камеру дожигания подогретый воздух через множество отверстий определенного диаметра. Нагрев воздуха происходит по пути от дверцы зольника до распределителей.

Конструкция пиролизного котла предусматривает возможность очистки верхней камеры дожигания, для этого она оборудована специальной дверцей. Пространства обеих камер сообщаются между собой каналом, по которому поднимаются газы для сжигания. Внешней оболочкой корпуса является водяная рубашка, нагреваемая обеими топками. Для подачи теплоносителя в систему отопления в нее врезаны патрубки с резьбой. Контроль температуры воды и давления осуществляется по приборам, установленным на фронтальной панели.

Дымоход для пиролизного котла ничем не отличается по своему устройству от труб для выброса продуктов горения классических агрегатов. Одно из требований – достаточная тяга для работы котла. Наиболее простая конструкция агрегата не предусматривает установку дутьевого вентилятора, поэтому горение идет за счет естественной тяги. Второе требование — это чтобы часть трубы, находящаяся на улице, была утеплена. Причина – низкая температура дымовых газов (до 150 ⁰С), поэтому очень высока вероятность выпадения на ней конденсата и быстрого разрушения материала трубы.

Описание схемы работы пиролизных котлов

Полное представление о работе агрегата может дать принципиальная схема пиролизного котла. Вначале главная топка загружается топливом и разжигается. При этом заслонка зольника максимально открыта. После того как дрова разгорятся, дверца начинает прикрываться, процесс горения замедляется и переходит в тление. Тогда и начинается интенсивное выделение древесного газа, который поднимается и попадает во вторичную камеру дожигания. Туда же через множество калиброванных отверстий подается нагретый воздух. Последний попадает в канал из того же проема под крышкой зольника и по дороге получает тепло от горячей стенки топки.

Принципиальная схема котла

Весь технологический процесс протекает благодаря естественной тяге, создаваемой дымоходом, поэтому скорости движения воздуха и дымовых газов в каналах невелики. Схема работы пиролизного котла заключается в том, что во вторичной камере нагретый воздух вступает в термохимическую реакцию с древесными газами и воспламеняет их. В результате сгорают не только газы, но и мелкие летучие частицы, благодаря чему дым из трубы практически незаметен. В действительности пиролизное сжигание топлива более экологично, нежели традиционное, поскольку продукты сгорания от него содержат гораздо меньше оксидов углерода и азота, а также частиц золы.

Дрова, находящиеся в топке, горят медленнее чем обычно, поэтому одной загрузки может хватить на 10–12 часов работы, в зависимости от мощности газогенераторной установки и влажности дров. Настройка пиролизного котла заключается в ограничении подачи воздуха для горения. Слишком малое его количество не позволит начаться термохимическому процессу во вторичной топке, а слишком большое вызовет неполное сгорание газов и понижение КПД агрегата. Для аппарата, работающего на естественной тяге, потребуется настройка расхода воздуха в каждом индивидуальном случае, так как высота и диаметр дымоходной трубы может очень различаться. Соответственно, сила тяги будет разной. В некоторых случаях ее следует увеличить путем поднятия трубы на большую высоту.

Если цепной привод крышки зольника снабжен термостатическим регулятором, то настройка аппарата сводится к установке желаемой температуры теплоносителя. Термоэлемент, встроенный в водяную рубашку газогенераторной установки, воздействует на привод цепи в зависимости от температуры воды и сам прикрывает или открывает заслонку, регулируя интенсивность горения.

Сравнение пиролизного и твердотопливного котла

Для создания искусственной тяги, которая не будет зависеть от параметров дымохода, котлы пиролизного типа дополнительно снабжаются дутьевым вентилятором и комплектом автоматики, регулирующим его работу. Если обычный агрегат может работать с КПД порядка 85–90%, то дутьевая машина помогает его развивать до 93%. Здесь есть недостаток — зависимость от внешних источников энергии.

Достоинства и недостатки

Источники тепла данного типа обладают многими преимуществами:

  • Принцип действия и работа пиролизных котлов позволяет достигать отличных показателей эффективности при сжигании твердого топлива – 90–93% КПД.
  • Процесс более экологичен, в атмосферу выбрасывается гораздо меньше вредных веществ.
  • Интервал между загрузками топлива не меньше, чем у агрегатов длительного горения – 12 часов, работать кочегаром придётся не чаще 2 раз в сутки.
  • Обслуживание и чистка установки не представляют проблемы, ко всему внутреннему пространству есть доступ, а многие аппараты оборудованы выдвижным ящиком зольника. Принцип действия пиролизного котла практически безотходный, золы и пепла остается очень мало, поэтому операцию выполнять надо нечасто.
  • Экономичность. Ориентировочно расход топлива на 100 м² помещения при его высоте до 3 м составляет 10 кг в сутки.
  • Установки, работающие на естественной тяге, не зависят от наличия электричества в сети.

Как и любой другой аппарат, работающий на твердом топливе, пиролизный котел отопления нуждается в защите от закипания теплоносителя внутри водяной рубашки. Это может привести к разрыву оболочек и дорогостоящему ремонту. По этой причине производители ставят на свои изделия дополнительные водяные ТЭНы охлаждения, которые одновременно могут служить источником горячей воды для хозяйственных нужд.

Из недостатков агрегатов пиролизного типа можно выделить следующие:

  • Требуется топливо с невысоким содержанием влаги, влажность дров не должна превышать 25%. Процесс интенсивного выделения газов для дожигания сильно затруднен, если дрова откровенно сырые. Это негативно влияет на работу пиролизного котла, снижая его КПД.
  • Практика эксплуатации показывает, что на стенках первичной камеры со временем появляются отложения дегтя и смол, поскольку температура в ней относительно невысокая, а в качестве топлива чаще всего берут березу или древесину хвойных пород. Этот налет надо периодически удалять, он затрудняет передачу тепла водяной рубашке.
  • Стоимость выше, чем у классического твердотопливного котла. Это оправдано, ведь технология процесса более прогрессивная и дает высокие показатели, которые позволят экономить при эксплуатации.

Заключение

При выборе источника тепла для дома лучше ориентироваться на изделия средней ценовой категории, сильно экономить в этом вопросе не стоит. Ведь от того, как работает пиролизный котел, зависит комфорт и тепло вашего дома.

Принцип работы пиролизных котлов, устройство и схема

Одним из видов твердотопливных, как правило водонагревательных, котлов являются пиролизные, или газогенераторные установки. В этой статье мы рассмотрим принцип их работу и разберемся действительно ли они такие эффективные.

Дрова всегда использовались людьми как источник тепла, однако сейчас технологии позволяют применять их с более высоким КПД чем давали старые печи. Современные котлы не только значительно экономят ресурсы, но и время, ведь за ними не нужно следить, а одной закладки дров хватает на 12-24 часа.

Почему у пиролизного котла такой высокий КПД

В отличии от классических твердотопливных котлов здесь происходить процесс “горения наоборот”, то есть тепло выделяет не процесс горения древесины, а горение выделяемого газа. Теперь давайте разберемся подробнее.

Сам процесс пиролиза представляет из себя разложение органических соединений при высокой температуре (200…800°С) и ограниченном количестве кислорода. При этом выделяется газ и отработанный кокс.

Этот принцип работы используют и газогенераторные котлы, где, в качестве органического вещества служит древесина. Выработанный таким образом газ сгорает при температуре до 1200°С и выделяет значительно больше тепловой энергии, нежели сами дрова из которых он получен. Таким образом можно получить до 50% больше тепла. КПД таких котлов достигает 85…89%.

В качестве топлива может использоваться:

  • дрова,
  • различные пеллеты,
  • щепа,
  • топливные брикеты,
  • кокс,
  • уголь.

При этом содержание канцерогенных веществ в отработанных газах, выбрасываемых наружу, минимальное, что важно для людей, заботящихся об экологии.

Принцип работы достаточно простой

1 этап. Дрова разогреваются до температуры выхода пиролизных газов.

2 этап. Начинает выходить газ, начинается процесс пиролиза и он продолжается ровно до тех пор, пока все летучие газы не испарятся из топлива.

3 этап. Окончательное сгорание углей.

Видео работы

Преимущества и недостатки

К плюсам такой установки можно отнести:

  • Самый высокий КПД среди всех твердотопливных котлов, он составляет 90–93%.
  • Выделяется примерно в 3 раза меньше вредных веществ, что делает их более экологичными.
  • Большой интервал между загрузками топлива, порядка 12 часов для мягких пород древесины и 24 часа для брикетов, пеллет и твердых сортов.
  • Низкое количество смол в отработанных газах продлевает срок службы дымоходов.

Недостатки:

  • Необходимо топливо низкой влажности. Лучший вариант это 20%.
  • Стоимость таких котлов выше всех остальных типов такого оборудования.
  • Установка с принудительной тягой делает ее зависимой от электричества.

Схема работы пиролизного и классического котла

Как влияет влажность дров на эффективность

Древесина для пиролизных котлов должна быть просушена до 15-20% влажности. Такой результат сложно получить при естественной сушке, поэтому можно считать это главным недостатком такого типа котлов.

Сырые дрова выделяют большее количество водяного пара, который перемешивается с газо-кислородной смесью и снижает ее энергоемкость. Пример такого снижение в цифрах:

  • Сжигание 1 кг дров с влажностью 20% – мощность 4 кВт;
  • Сжигание 1 кг дров с влажностью 50% – мощность 2 кВт.

Если перенести это на работу установки, получается что сырые дрова увеличивают 1 этап работы (см. схему выше). То есть работать котел будет как классический больше времени, а как пиролизный – меньше. Эффективность будет снижаться прямо пропорционально.

Видео обзор газогенерирующего котла

Подробная схема работы, 6 этапов

  1. После того как дрова разгорелись, заслонка закрывается и начинается стадия тления.
  2. В камеру нагнетается кислород, в небольшом количества, но в достаточном чтобы поддерживать тление.
  3. В это время происходит выделение пиролизных газов.
  4. Газы попадают во вторичную камеру сгорания где соединяются с кислородом, который искусственно нагнетается.
  5. Происходит процесс сгорания смеси с выделением тепла. Часть энергии уходит на теплообменник для прогрева теплоносителя, часть уходит в первичную камеру для поддержания процесса пиролиза.
  6. Отработанные продукты горения выходят через дымоход, проходя при этом через дополнительный теплообменник и отдавая оставшееся тепло.

Весь процесс сгорания происходит под контролем системы терморегулирования. Ее можно настроить на определенную температуру в помещении.

Какие виды газогенерирующих котлов существуют

Схема котла с нижней камерой сгорания газов

Как вы уже поняли, такие котлы содержат две камеры сгорания: первичную топку загрузки (где горят дрова) и камеру сгорания (где непосредственно горит газ). Но, по своему расположение, топки могут быть двух видов:

  • с нижней камерой сгорания,
  • с верхней камерой сгорания.

Особенности котлов с нижней камерой сгорания

В этом случаи пиролизный газ с первичной топки подается путем искусственного нагнетания с помощью турбины. Это делает работу установки зависимой от электричества.

 

Особенности котлов с верхней камерой сгорания

Камера сгорания газов сверху

В этом случаи дрова горят в нижней камере, а выработанный газ поднимается в верхнюю, где и происходит его сгорание.

Немного теории из эффективности этого оборудования

Как заявляют многие производители расход топлива на 100 м² помещения при его высоте до 3 м составляет  не более 10 кг в сутки. В качества дров рекомендуют использовать березу или клен. Хвойные породы менее эффективны так как в выделяемых газах остается смола.

В заключение

Если вы решили установить и пользоваться котлом на твердом топлива, такой вариант как пиролизный будет наиболее рациональным. Не смотря на свою высокую стоимость он окупится довольно быстро за счет своего высокого коэффициента полезного действия. Кроме этого будет экономить ваше время в процессе эксплуатации и обслуживания.

Пиролизный котел принцип работы

Пиролизный котел: принцип работы

Одним из видов твердотопливных водонагревательных котлов являются пиролизные, или газогенераторные установки.

Почему у пиролизного котла такой высокий КПД

В отличии от классических твердотопливных котлов здесь происходить процесс “горения наоборот”, то есть тепло выделяет не процесс горения древесины, а горение выделяемого газа. Теперь давайте разберемся подробнее.

Сам процесс пиролиза представляет из себя разложение органических соединений при высокой температуре (200…800°С) и ограниченном количестве кислорода. При этом выделяется газ и отработанный кокс.

Этот принцип работы используют и газогенераторные котлы, где, в качестве органического вещества служит древесина. Выработанный таким образом газ сгорает при температуре до 1200°С и выделяет значительно больше тепловой энергии, нежели сами дрова из которых он получен. Таким образом можно получить до 50% больше тепла. КПД таких котлов достигает 85…89%.

В качестве топлива может использоваться:

  • дрова,
  • различные пеллеты,
  • щепа,
  • топливные брикеты,
  • кокс,
  • уголь.

При этом содержание канцерогенных веществ в отработанных газах, выбрасываемых наружу, минимальное, что важно для людей, заботящихся об экологии.

Принцип работы достаточно простой

1 этап. Дрова разогреваются до температуры выхода пиролизных газов.

2 этап. Начинает выходить газ, начинается процесс пиролиза и он продолжается ровно до тех пор, пока все летучие газы не испарятся из топлива.

3 этап. Окончательное сгорание углей.

Видео работы

//www.youtube.com/embed/twvzsim1DaQ

Преимущества и недостатки

К плюсам такой установки можно отнести:

  • Самый высокий КПД среди всех твердотопливных котлов, он составляет 90–93%.
  • Выделяется примерно в 3 раза меньше вредных веществ, что делает их более экологичными.
  • Большой интервал между загрузками топлива, порядка 12 часов для мягких пород древесины и 24 часа для брикетов, пеллет и твердых сортов.
  • Низкое количество смол в отработанных газах продлевает срок службы дымоходов.

Недостатки:

  • Необходимо топливо низкой влажности. Лучший вариант это 20%.
  • Стоимость таких котлов выше всех остальных типов такого оборудования.
  • Установка с принудительной тягой делает ее зависимой от электричества.

Схема работы пиролизного и классического котла

Как влияет влажность дров на эффективность

Древесина для пиролизных котлов должна быть просушена до 15-20% влажности. Такой результат сложно получить при естественной сушке, поэтому можно считать это главным недостатком такого типа котлов.

Сырые дрова выделяют большее количество водяного пара, который перемешивается с газо-кислородной смесью и снижает ее энергоемкость. Пример такого снижение в цифрах:

  • Сжигание 1 кг дров с влажностью 20% – мощность 4 кВт;
  • Сжигание 1 кг дров с влажностью 50% – мощность 2 кВт.

Если перенести это на работу установки, получается что сырые дрова увеличивают 1 этап работы (см. схему выше). То есть работать котел будет как классический больше времени, а как пиролизный – меньше. Эффективность будет снижаться прямо пропорционально.

Видео обзор газогенерирующего котла

//www.youtube.com/embed/yMieIT0cgt8

Схема работы

  1. После того как дрова разгорелись, заслонка закрывается и начинается стадия тления.
  2. В камеру нагнетается кислород, в небольшом количества, но в достаточном чтобы поддерживать тление.
  3. В это время происходит выделение пиролизных газов.
  4. Газы попадают во вторичную камеру сгорания где соединяются с кислородом, который искусственно нагнетается.
  5. Происходит процесс сгорания смеси с выделением тепла. Часть энергии уходит на теплообменник для прогрева теплоносителя, часть уходит в первичную камеру для поддержания процесса пиролиза.
  6. Отработанные продукты горения выходят через дымоход, проходя при этом через дополнительный теплообменник и отдавая оставшееся тепло.

Весь процесс сгорания происходит под контролем системы терморегулирования. Ее можно настроить на определенную температуру в помещении.

Какие виды газогенерирующих котлов существуют

Такие котлы содержат две камеры сгорания: первичную топку загрузки (где горят дрова) и камеру сгорания (где непосредственно горит газ). Но по своему расположению топки могут быть двух видов:

  • с нижней камерой сгорания,
  • с верхней камерой сгорания.

Особенности котлов с нижней камерой сгорания

В этом случаи пиролизный газ с первичной топки подается путем искусственного нагнетания с помощью турбины. Это делает работу установки зависимой от электричества.

Достоинства Недостатки
Удобная загрузка топлива в камеру Необходимость очистки от золы камеры сгорания газа
Удобное обслуживание Более высокая цена, обусловленная сложной конструкцией
КПД выше за счет большей камеры теплообменника  

 

Особенности котлов с верхней камерой сгорания

В этом случаи дрова горят в нижней камере, а выработанный газ поднимается в верхнюю, где и происходит его сгорание.

Достоинства Недостатки
Газ поступает в камеру естественным образом Немного ниже КПД
Камеру чистить нужно реже  
Отработанные газы выходят благодаря естественной тяге  

Классификация

Котлы имеют отличия по расположению камер для дожигания газов:

  • с верхним расположением;
  • с нижним расположением.

Котлы с верхней камерой более громоздкие, требуется больше материала для сборки дымоотвода. Зато чистить их придётся намного реже, ведь частицы от сгоревшего топлива не попадают в камеру для дожигания газов.

В котлах с нижним расположением секции топливо располагается в верхней части, а газы выводятся в нижнюю, и там догорают. Это удобно, но придётся часто удалять мелкие дровяные частицы из камеры утилизации газов.

По энергозависимости котлы бывают:

  • без применения электричества: котлы с естественной тягой;
  • с принудительной тягой.

Энергонезависимые котлы подразумевают включение в конструкцию высокого дымохода (не менее 5–6 метров) для увеличения тяги и обеспечения достаточного разрежения в отсеке сгорания.

Эффективность обогрева у таких котлов будет несколько ниже, чем у котлов с принудительной тягой.

Устройства с принудительным поддувом оснащаются одним или двумя вентиляторами, которые могут работать в режиме нагнетания воздуха или откачки сгоревших газов.

В некоторых моделях котлов применяется комбинированный способ с участием нагнетающих и отсасывающих газ устройств для увеличения мощности.

Справка! Механизмы, откачивающие отработанные газы, изготавливаются из особых жаропрочных (аустенитных) сплавов, их стоимость значительно выше, чем у нагнетающих вентиляторов.

По способу обогрева:

  • Водяного обогрева — к теплообменнику котла подключаются водяные трубопроводы, по которым нагретая рабочая жидкость разносится по различным помещениям.
  • Воздушного обогрева — вместо воды используется воздух, получающий тепло посредством того же теплообменника и распространяемый по воздухопроводам. Эффективность ниже, чем у водяного способа, применяется на производственных площадках, складах.

Фото 1. Пиролизный котел с теплообменником, предназначен для водяного обогрева, работает на дровах.

Чертеж: общий вид, рабочий процесс

  • Камера сгорания котла.
  • Отсек газификации.
  • Секция дожигания газов.
  • Колосниковые решётки.
  • Теплообменник (входной/выходной патрубки).
  • Трубопровод отвода газов (дымоход).
  • Отверстия для поддува.
  • Дверка в отсек для закладки топлива.

В котел могут быть включены температурные датчики и приборы для контроля и поддержания нормальных режимов работы.

А также аппаратная часть котла для автоматизации функционирования всего отопительного комплекса.

Суть происходящего внутри пиролизного котла характеризуется следующими процессами:

  • Поток воздуха извне поступает в отсек газификации с находящимся там топливом.
  • Некоторая часть кислорода будет поддерживать процесс горения (тления). Газы, являющиеся продуктами горения, через сопло попадают в камеру сгорания котла и там окисляются в присутствии вторичного кислорода, который поступает вместе с воздухом снаружи.
  • Часть пиролизных газов восстанавливается при наличии углерода из топлива до угарного газа и окиси азота, потребляя при этом часть энергии. Смесь проходит в секцию дожигания газов и окисляется там с возвратом отнятой им энергии.

Фото 2. Чертеж пиролизного котла длительного горения, собранное по нему устройство может обогреть большой дом.

  • Участвующие в реакции пиролиза газовые смеси выводятся наружу через дымоход, минуя при этом теплообменник котла.

Внимание! Так как функционирование пиролизных котлов связано с большим количеством энергии, генерируемой внутри оборудования и возможном выделении разного рода вредных газов, осуществлять самостоятельную постройку котлов рекомендуется только при полном понимании всех физико-химических процессов, возникающих при его работе.

Температурные фазы:

  • сушка, пиролиз древесины — 450 °C;
  • сгорание древесного газа и вторичного воздуха — 560 °C;
  • продувание пламени и возврат тепла — 1200 °C;
  • отвод оставшихся продуктов горения — 160 °C.

Отличия устройства от обычных котлов

Включая древесину (дрова), специальные топливные брикеты (пеллеты) и отходы, получаемые на производстве. Одно из главных отличий котлов — применение различных видов твёрдого топлива, практически любого вещества, которое может гореть.

Длительность процесса сжигания топлива намного больше, чем у обычных котлов. От 8–10 часов и выше. Есть модели котлов с крупным отсеком для дров, продолжительность непрерывной работы — до 24 часов. Это значит, что пополнение камеры сгорания новыми порциями топлива осуществляется 1–2 раза в сутки.

Важно! За счёт того, что происходит почти полное разложение твёрдых материалов, пирокотлы менее вредны для окружающей среды.

 

Принцип работы пиролизных котлов длительного горения

Внешне эти котлы мало чем отличаются от обычных металлических печей. Они имеют такую же загрузочную дверцу, ведущую в первичную камеру сгорания. В нее укладываются обычные дрова, а также брикеты из опилок либо торфа. Используют в этих целях и изобретение последних нескольких лет — гранулы пеллет. Они представляют собой сильно спрессованные отходы столярного производства. В дело идет все, начиная от коры деревьев и заканчивая торфом и сушеным навозом.

На заметку! Лучше всего использовать в качестве топлива пеллетные гранулы. Это топливо имеет маленький размер и может автоматически подаваться в камеру сгорания котла.

Современный котёл длительного горения с бункером для пеллетных гранул.

На дне камеры сгорания располагается колосник, имеющий вид очень тяжелой чугунной решетки. Он необходим для подачи воздуха под топливо. Загруженные дрова поджигают и ждут пока они полностью разгорятся под воздействием первичного потока воздуха. Как только котел выходит на режим, доступ воздуха в первичную камеру практически прекращают, в результате чего горение останавливается. Топливо начинает только тлеть, выпуская пиролизный газ. Он обладает очень высокой горючестью, но так как воздуха мало, то он не вспыхивает.

Схема системы отопления частного дома с использованием твердотопливного котла.

Затем самотеком или принудительно эта газообразная летучая смесь органики подается во вторичную камеру, которая собственно и является главной рабочей частью пиролизного котла длительного горения. С водяным контуром системы отопления она связана непосредственно. Поступающий в эту камеру газ имеет температуру около 300 градусов и поэтому вспыхивает при поступлении кислорода без промедления. Во вторичную камеру подается достаточное для горения количество воздуха. Пиролизный газ выделяет при сгорании намного больше энергии, чем простые дрова, поэтому нагревание теплоносителя в системе происходит очень быстро.

Пример размещения твердотопливного котла с автоматической подачей пеллет из бункера хранения в подвальном помещении частного дома.

Важным моментом является то, что порция дров, помещенная в топку, расходуется очень медленно, что позволяет отапливать помещение очень небольшим их количеством длительное время.

На заметку! В качестве топлива для газогенераторов рекомендуется использовать очень хорошо просушенные вещества и дрова. Ведь 1 кг дров, которые содержат 20% влаги выделяет 4 кВт/час. энергии, а содержащие 25% влаги, уже только 3 кВт/час.

Принцип работы пиролизного котла с водяным контуром

Преимущества и недостатки котлов на пиролизном газе

Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром ценят за их преимущества перед печами с прямым горением. Можно перечислить некоторые из них:

  • полное сгорание топлива без накопления сажи. Кроме экономии дров это свойство несет гораздо большую пользу. Полное сгорание означает, что в качестве отходов выделяется лишь углекислота и обыкновенная вода. Ни то, ни другое не представляет большого вреда для людей и природы в целом. Этого нельзя сказать о частичном сгорании дров. Вредные токсичные вещества, образующиеся при неполном распаде органики, попадают в атмосферу, вызывая нежелательные последствия, не говоря уже о зловонном едком дыме;

Для увеличения эффективности пиролизного котла используйте только сухие дрова.

  • благодаря полному сгоранию, в газогенераторах можно использовать любое органическое твердое топливо. По сути им может быть любая органика, способная к активной реакции окисления, то есть горению. Такие котлы можно устанавливать на швейных и кожевенных фабриках, на предприятиях деревопереработки, сельхозпредприятиях. Этим полностью решается проблема утилизации отходов;
  • высокая экономия средств на топливо, так как пиролизные котлы длительного горения с водяным контуромимеют такое названия по причине того, что от одной дровяной закладки рабочий процесс может продолжаться не менее 12 часов. Простая печь или котел, максимум способны гореть 4 часа;

Схема подключения твердотопливного котла к системе отопления дома.

  • полностью решен вопрос регулировки процесса горения и нагревания теплоносителя. По причине того, что в рабочей камере сгорает газообразное топливо, его поток легко регулируется, так же, как и интенсивность горения. Это позволяет полностью автоматизировать работу котла, не хуже, чем электрического или газового.

Есть у пиролизных котлов длительного горения и недостатки, о которых следует осведомиться, при приобретении этой техники:

  • стоимость газогенераторов намного выше, чем у других видов теплотехники. Однако это со временем окупается, благодаря экономии топлива;

Автоматизированная котельная в современном частном доме.

  • топливо должна быть идеально сухим. Уже 20%-я влажность является серьезным препятствием для горения. Котел просто престанет работать после ограничения доступа воздуха;
  • в связи с тем, что в конструкции практически всех моделей предусмотрено использование вентиляторов для нагнетания воздуха, то для их работы требуется наличие электроэнергии, что не позволяет использовать эту технику на дачах, не имеющих электроснабжения.

На заметку! Отзывы владельцев пиролизных котлов длительного горения говорят о том, что иногда они останавливаются из-за того, что вода из обратной трубы системы попадает в контур котла сильно остывшей. Чтобы этого избежать, надо впаять в систему обходной контур из трубы подачи. Здесь используется обычный трехходовой клапан. Тогда горячая вода смешается с охлажденной, котел не будет отключаться.

Схематическое изображение пиролизного котла с водяным контуром.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип работы пиролизного котла - описание технологического процесса

Пиролизный твердотопливный котел

Конструкция пиролизного котла также не отличается простотой. Такой отопительный прибор состоит из двух камер, соединенных между собой форсунками из керамики. Камеры располагаются одна над другой, и топливо следует загружать в расположенный сверху отдел. Здесь топливо подвергнется процессу разложения. В своей нижней части топливо разогревается до температуры, при которой начинает тлеть.

Условия в газогенераторной камере не дают дровам или пеллетам полноценно разгореться, и в результате тления появляется пиролизный газ. Интенсивность создания газа из

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.

полный разбор устройства и принципов работы, что можно своими руками

Разбор схемы, чертежей и расчетов

Чтобы лучше понять принцип работы устройства, рекомендуется изучить схему пиролизного котла.

Перед началом работ рекомендуется внимательно изучить схему устройства пиролизного котла, чтобы понять принципы его функционирования и избежать ошибок

На ней отражено положение таких необходимых элементов, как:

  • отверстие для воздуха;
  • камера сгорания;
  • дымовые каналы;
  • трубы для подачи и отвода воды;
  • регуляторы;
  • место установки вентилятора и т. п.

Поскольку пиролизный котел устройство довольно сложное, рекомендуется при его изготовлении придерживаться чертежа. Одна из самых распространенных моделей устройства, которая подходит для самостоятельного изготовления, представлена ниже:

Устройство и принцип работы

По усложнению технического и конструктивного исполнения котельного оборудования и расширению его функциональных возможностей. В каждом сегменте отопительных агрегатов сегодня представлены пиролизные модели, версии, поддерживающие контуры горячего водоснабжения (ГВС), и системы длительного горения. Совершенно очевидно, что существуют и комбинированные котлы, объединяющие в себе весь перечень идей для такого рода оборудования. На практике пиролизный котел длительного горения с водяным контуром дает ряд преимуществ рядовым владельцам дач и загородных домов, которые стремятся комплексно обеспечить тепло и горячую воду.

Оборудование

A Типовая конструкция состоит из двух камер сгорания, теплообменника и зольника. Это базовый набор функциональных элементов, обеспечивающих процесс загрузки топлива, теплоносителя и сбора продуктов сгорания. В противном случае, в зависимости от модификации, сборка устройства может меняться с ориентацией в определенном дополнении. Например, при желании можно интегрировать конденсатор, представляющий собой резервуар с теплоизоляцией.Накапливает тепловую энергию для последующего возврата водяного контура.

A Обязательной частью технической инфраструктуры системы является дымоход котла. Это нагнетание продуктов сгорания газа, для которого характерна тяга - то есть скорость выведения дыма. С помощью специальной заслонки-заслонки можно регулировать ширину дымохода, который соединен с пиролизным котлом длительного горения. Отзывы говорят, что очень важно соблюдать баланс в регулировке объема дымоудаления.Дело в том, что для котлов с длительным горением характерен длительный и динамичный процесс, поэтому в течение всего сеанса может потребоваться многократная регулировка пропускной способности. Баланс требует, чтобы воздушная масса не «ходила» в дымоходе, а выхлопные газы стабильно выводились наружу.

Рекомендуется

Наиболее эффективные методы проращивания семян

Несмотря на то, что метод рассады в овощеводстве - процесс очень трудоемкий, его использует большинство садоводов.Посадка семян в открытый грунт - простой и удобный метод, но он эффективен только в определенных климатических зонах. I ...

Светоотражающая краска. Сфера применения

Когда машины начали заполнять дороги, их популярность начала набирать светоотражающая краска. Благодаря этой краске как водителям, так и пешеходам становится намного легче избегать аварий в темноте. Назначение краски Светоотражающая краска - лакокрасочный материал, который ...

Принцип работы пиролизной системы

Концепция пиролизных нагревательных устройств довольно проста, но на практике дает значительное преимущество в виде повышенной эффективности .Для начала стоит подчеркнуть отличие конструкции таких котлов от технических устройств обычных монолитных систем. Как уже было сказано выше, котел имеет две топочные камеры - это особенность оборудования. Один выполняет традиционную задачу по организации пространства для сжигания топлива, а второй обеспечивает эффект пиролиза. Что это такое? Если первая камера извлекает энергию, например, непосредственно из древесины, второй технологический газ выделяется во время начального горения. В отличие от первой стадии сгорания, процесс пиролиза включает смешивание кислорода для повышения эффективности накопления тепловой энергии.По сути, реализуется принцип двойной обработки одной и той же партии топлива, что, несомненно, положительно сказывается на экономии и повышении КПД котла.

Принцип работы системы длительного горения

В отличие от системы пиролиза идея поддержания длительного горения не требует кардинального изменения конструкции установки. Однако изменения в параметрах. Первый такой котел оборудован большой камерой сгорания.То есть в комбинированном варианте сжигание дров может быть массивным отсеком, а дожигание газов - небольшой прилегающей топкой. Например, если у обычных котлов есть камера размером 30-50 см, концепция длительного горения потребует использования вставок не менее 60 см. Что еще более важно, устройство и принцип работы пиролизных котлов руководствуются широким объемом регулирования процесса горения. Это достигается с помощью функциональной, а иногда и автоматизированной системы задвижки, т.е.е. регулятор пропускной способности дымохода. Этот механизм отвечает за интенсивность горения за счет уменьшения или увеличения объема поступления кислорода. К достоинствам этой системы можно отнести возможность рационального расхода тепла от одной стены и отсутствие необходимости частого обновления топливного материала.

Организация водогрейного котла

Инфраструктура подготовки горячей воды в оборудовании образована тремя компонентами - теплообменником, котлом и каналами циркуляции.В теплообменнике происходит прямой нагрев воды за счет тепловой энергии, которая вырабатывается в процессе сгорания. Кстати, использование бойлера специально для функции ГВС на некоторых системах с автоматическим управлением позволяет сразу после доведения температуры воды до нужного режима отключить оборудование. Готовая к употреблению вода либо направляется в котел, либо с контуров к потребителям. Современный твердотопливный котел с водяным контуром и водонагревателем позволяет вмещать около 30-50 литров горячей воды для различных применений.Если вам требуется хранилище большей емкости, следует изначально выбрать отдельные котлы, не входящие в единую конструкцию котла, и подключиться через его каналы связи. Этот резервуар может вмещать до 200 литров, а промышленная модель - порядка 500 литров

Производительность

Непосредственно количество тепла определяется мощностью котла. Начальная планка 3-5 кВт. Такой повышенной мощности достаточно для небольших помещений - например, вилл.Для использования оборудования в системе отопления дома рекомендуется делать такой расчет - 1 кВт на 10 м2. Итак, моделей мощностью 20 кВт хватило бы на обслуживание дома площадью 200 м2. Важный параметр в расходе топлива, от которого будет зависеть энергоэффективность агрегата. Средний пиролизный котел длительного горения с водяным контуром на дровах расходует в час порядка 1-10 кг. расход зависит от мощности и, в свою очередь, будет определять периодичность загрузки новой дровяной кладки.Также значимым параметром является диаметр дымохода, определяющий границы пропускной способности отходящих газов - это значение от 13 до 20см

Типы агрегатов в материале

Имеет большое значение с точки зрения эксплуатационной надежности и теплоотдачи. , материал теплообменника. Итак, чугун - самый прочный металл для изготовления этой функциональной детали - можно сказать, что это фундамент котла. Он не подвержен коррозии, устойчив к механическим воздействиям, способен выдерживать высокие термические нагрузки, однако резкие колебания температуры могут вызвать растрескивание, что приведет к развитию ржавчины.Чугун прямой конкуренции - это сталь. Благодаря пластичности такие сплавы могут использоваться в условиях экстремальных температур, но пиролизный котел длительного горения с водяным контуром в процессе способствует выделению конденсата, что приводит к риску возникновения коррозии даже в условиях эксплуатации в штатном режиме. . Бывают котлы с медными теплообменниками, которые отличаются хорошей проводимостью и без риска образования ржавчины. Но с точки зрения надежности и долговечности медь наиболее проигрышное решение.

Виды по видам топлива

Большинство пиролизных котлов работают на древесине. Этот топливный материал позволяет производить двойную переработку сырья с выделением большого количества тепловой энергии за счет древесного газа. По этой причине эти агрегаты называются газогенераторными котлами вне зависимости от возможности использования других видов топлива.

В качестве альтернативы вы можете рассмотреть комбинированную систему на электричестве или чистом газообразном топливе. Но в этом случае перейти на эти режимы работы эффекта пиролиза не получится.Кстати, даже в штатном котле пиролиза дров предусмотрена возможность питания от сетей 220 или 380 В. Источник питания, необходимый для обслуживания блока управления или вентиляционной установки, способствует такому же эффекту пиролиза путем впрыска кислород.

Производители

Среди зарубежных производителей теплового оборудования такие компании, как Buderus и Atmos. Этот бренд производит высококачественные и долговечные блоки для домашнего и промышленного применения. Пользователи этого оборудования характеризуются функциональностью, современностью и надежностью.В производственном секторе России твердотопливные котлы с водяным контуром представляют компании «Буржуй» и «Печкин». В любом случае инженеры этих компаний демонстрируют наиболее удачные разработки, некоторые из которых выполнены по европейским стандартам качества.

Цена вопроса

Стоимость котлов с пиролитическим эффектом на базовом уровне превосходит стандартные модели твердотопливных агрегатов из-за сложной конструкции. Минимальный уровень цен может находиться в пределах 10-15 тыс. Руб. Это оборудование мощностью до 10 кВт встречается в тех же коллекциях производителей «Печка» и «Буржуй».В линейке Buderus цена пиролизных котлов намного выше - порядка 100-150 тысяч за счет увеличения мощности (до 100 кВт), и с увеличением габаритов моделей.

Комплектующие и надстройки для котлов

Сегодня все больше разработчиков отопительного оборудования обращаются к системам автоматизации, которые позволяют идентифицировать пользователя в процессе проектирования. В частности, газовые котлы могут быть дополнены системой регулирования температуры, панелями программирования, датчиками тепла и влажности, таймерами и т. Д.

Что касается проектных решений, необходимо наличие сантехнической арматуры для поддержки водяных контуров - уплотнений, фитингов, переходников и других расходных материалов. Для более тщательного контроля работы оборудования параметры работы могут помешать организации системы подачи воздуха для более эффективного сгорания топлива. Технически эту функцию выполняет чугунная решетка для котлов, уложенная над поддувалом в специальной нише. Подбирая конструкцию по нужному параметру с отверстиями соответствующего размера, можно обеспечить тот или иной уровень интенсивности горения.В качестве дополнения вы можете приобрести и вышеупомянутый котел - в зависимости от потребностей его выбранного размера и мощности.

Как выбрать лучший пиролизный котел?

Оптимальный выбор может быть другим. Для решения отечественной задачи стоит ориентироваться на функциональную и эргономичную модель - маломощную от тех же российских компаний. Они должны быть простыми в использовании и практичными в обслуживании. К тому же цена на пиролизные котлы будет подниматься для среднего домовладельца или отдыхающего - в пределах 15-20 тысяч это достойный вариант.Однако для промышленного типа важнее мощность и долговечность агрегатов. И этот выбор лучше сделать в пользу таких продюсерских компаний, как Buderus.

Заключение

Сложность конструкции котлов пиролизного действия обуславливает не только такие положительные эксплуатационные свойства оборудования, как высокий КПД. Пользователь должен быть готов к переходу на новую систему подачи топлива и регулирования процесса горения. Кроме того, пиролизный котел длительного горения с водяным контуром требует более тщательного ухода.Некоторые модели избавляют владельцев от чистки зольников, преимущество есть, но поломка двойной камеры сгорания или перенастройка воздуховода потребуют выполнения гораздо более важных мероприятий. Особого внимания к обслуживанию потребуют также водяные контуры с водонагревателем.

.

Что такое процесс пиролиза?

Новый способ повысить ценность материалов

Пиролиз - это термохимическая обработка, которая может применяться к любому органическому (на основе углерода) продукту. Это можно делать как с чистыми продуктами, так и со смесями. При такой обработке материал подвергается воздействию высокой температуры, и в отсутствие кислорода проходит химическое и физическое разделение на различные молекулы. Разложение происходит благодаря ограниченной термостабильности химических связей материалов, которая позволяет им распадаться с помощью тепла.

Термическое разложение приводит к образованию новых молекул. Это позволяет получать продукты с другим, часто более превосходным характером, чем исходный остаток. Благодаря этой особенности пиролиз становится все более важным процессом для современной промышленности, поскольку он позволяет повысить ценность обычных материалов и отходов.

Пиролиз часто ассоциируется с термической обработкой. Но в отличие от процессов сгорания и газификации, которые включают полное или частичное окисление материала, пиролиз основан на нагревании в отсутствие воздуха.Это делает его преимущественно эндотермическим процессом, обеспечивающим высокую энергоемкость получаемых продуктов.

Продукты пиролиза всегда производят твердые (древесный уголь, биоуголь), жидкие и неконденсируемые газы (h3, Ch5, CnHm, CO, CO2 и N). Поскольку жидкая фаза извлекается из пиролизного газа только во время его охлаждения, в некоторых приложениях эти два потока могут использоваться вместе при подаче горячего синтез-газа непосредственно в горелку или камеру окисления (см. «Указания по использованию горячего синтез-газа»).

Во время пиролиза частица материала нагревается от окружающей среды до определенной температуры (заданная температура оборудования Biogreen®). Материал остается внутри пиролизного агрегата и транспортируется шнековым конвейером с определенной скоростью до завершения процесса. Выбранная температура пиролиза определяет состав и выход продуктов (пиролизное масло, синтез-газ и уголь).

Что влияет на результаты процесса пиролиза?

Комментарии закрыты.

.

Каталитический пиролиз биомассы | IntechOpen

В зависимости от типа используемой биомассы низкая теплотворная способность, высокое содержание воды, высокая вязкость (из-за больших молекул), высокое содержание кислорода (из-за содержания кислородсодержащих углеводородов), а также нестабильность, несовместимость с другими ископаемыми видами топлива делают биологические -масло трудно использовать непосредственно в качестве топлива без модернизации [24, 55]. Чтобы улучшить биомасло для использования в топливных приложениях, были использованы два разных метода: гидродеоксигенация и каталитический крекинг.При гидродеоксигенации биомасляные соединения реагируют с водородом под высоким давлением и умеренной температурой с образованием углеводородных соединений и воды. Каталитический крекинг используется для улучшения биомасла через каталитическую среду, удаляя кислород из соединений биомасла в форме H 2 O и CO 2 , включая химические реакции разрыва связей C – C посредством дегидратации, декарбоксилирование и декарбонилирование [1, 16, 24, 55]. Каталитический крекинг имеет несколько преимуществ по сравнению с гидродеоксигенацией, включая работу при атмосферном давлении и в окружающей среде без дополнительной подачи водорода [1].

3.1. Конфигурации системы для катализаторов, используемых в пиролизе биомассы

Используются два метода каталитического пиролиза: каталитический слой и смешивание катализатора. В методе с каталитическим слоем, который также называется « in-situ » или методом облагораживания вне слоя, пары пиролиза, поступающие из первого реактора, проходят через каталитический реактор, который называется каталитическим слоем, в результате чего получают биомасло, уголь, и газообразные продукты. Однако в методе перемешивания катализатора (в слое) образцы биомассы и катализатора физически смешиваются перед их загрузкой в ​​реактор пиролиза [1, 30, 37].

3.1.1. Метод слоя катализатора ( in situ, )

Метод слоя катализатора, также называемый пиролизом in situ, , включает каталитическую модернизацию после термической конверсии паров пиролиза биомассы [1]. В общем, каталитический пиролиз in situ биомассы можно проводить с использованием различных конфигураций реакторов: одностадийных и двухступенчатых конфигураций реакторов. Одностадийный пиролиз включает каталитический пиролиз биомассы в том же реакторе с катализатором, тогда как двухступенчатая конфигурация включает реактор с неподвижным слоем / псевдоожиженным слоем, за которым следует каталитический реактор с неподвижным слоем.Первый производит больше кокса, чем второй [33]. В исследовании Mante и Agblevor [33] с использованием двухступенчатой ​​конфигурации реактора для каталитического пиролиза гибридной древесины тополя с HZSM-5 сообщается о низком выходе кокса, составляющем 3,8% по отношению к массе биомассы. Преимущество состоит в том, что каталитический пиролиз паров, выделяющихся из биомассы, может проводиться при температуре, отличной от температуры основного реактора пиролиза в случае использования двухступенчатой ​​конфигурации реактора [18]. Однако, по сравнению со смешиванием катализатора, метод слоя катализатора также приводит к большому количеству полукокса, что приводит к закупорке пор катализатора, что предотвращает диффузию паров через поры [1].

В исследовании Thangalazhy-Gopakumar et al. Было отмечено, что при использовании метода слоя катализатора были обнаружены некоторые некаталитические биомасляные соединения, что позволяет предположить, что соединения первичной смолы превращались во вторичные и третичные соединения смолы до того, как достигли слоя катализатора в расщепляться на ароматические углеводороды [1]. Узун и Сарыоглу сообщили, что использование метода слоя катализатора с несколькими типами катализаторов снижает выход жидкости по сравнению со способом смешивания катализаторов [39]. Iliopoulou et al. изучили каталитический пиролиз лигноцеллюлозной биомассы и объяснили эффект in-situ модифицированного металлом ZSM-5 с различным процентным содержанием.Было высказано предположение, что переходные металлы способствуют образованию водорода, который приводит к углеводородным реакциям на кислотных центрах цеолита в режиме слоя катализатора [31].

3.1.2. Метод смешивания катализатора (в слое)

Метод смешивания катализатора может осуществляться либо путем добавления катализатора в биомассу в определенных количествах, либо путем влажной пропитки биомассы. Благодаря лучшему физическому поверхностному контакту между биомассой и катализатором в реакторе пиролиза, смешивание обеспечивает немедленное взаимодействие выделяющихся паров пиролиза с катализатором, что позволяет предположить, что выделяющиеся пары могут адсорбироваться на поверхности катализатора и диффундировать в поры для каталитического крекинга [1, 39] .Недостатком является то, что каталитические условия необратимы, поэтому биомасса и катализатор должны работать в одинаковых условиях [18].

Содержание ароматических веществ в биомасле имеет первостепенное значение, и использование катализаторов является одним из альтернативных способов усиления реакций ароматизации (таким образом, повышения качества биомасла). Исследования показали, что метод каталитического смешения обеспечивает лучший массоперенос для крекинга бионефтяных соединений с точки зрения ароматизации и деоксигенации [1, 39].

Тхангалажи-Гопакумар и др.исследовали каталитическое действие цеолита ZSM-5 при пиролизе древесной щепы сосны в среде гелия. Было обнаружено, что использование метода смешивания катализатора с соотношением биомассы к катализатору 1: 9 дает 41,5% выхода ароматических веществ по сравнению с 9,8% при использовании метода слоя катализатора с соотношением биомассы к катализатору 1: 5. В этом исследовании отсутствие соединений гваякола в биомасле показывает, что смешение катализаторов является эффективным методом крекинга соединений, производных лигнина, до ароматических углеводородов [1]. Pütün et al. исследовали пиролиз семян хлопчатника с добавлением MgO в определенных пропорциях к образцам биомассы.По сравнению с обычными результатами пиролиза, содержание ароматических и алифатических соединений было увеличено до значений 35 и 23%, а содержание кислорода уменьшилось с 9,56 до 4,90% [37]. Результаты пиролиза рисовой шелухи с ZnO, изученные Zhou et al. показали, что смешивание катализатора с различными количествами значительно улучшает качество биомасла с точки зрения содержания водорода, отношения H / C, более высокой теплотворной способности и снижения содержания карбоновых кислот в биомасле [17]. Таким образом, для проектирования крупномасштабных пиролизных установок необходимы эффективные и однородные системы смешения.

3.2. Катализаторы на основе оксидов металлов

Катализаторы на основе оксидов металлов широко изучались в литературе с использованием различных видов биомассы в отношении их влияния на качество и количество продуктов пиролиза. Известно, что оксиды металлов, как и любые катализаторы, влияют на температуру разложения. Соответственно, в термогравиметрическом исследовании, проведенном Chattopadhyay et al. При использовании Cu / Al 2 O 3 в качестве катализатора было отмечено, что оксид алюминия на носителе из переходного металла оказывает сильное влияние на снижение температуры удаления летучих веществ [15].Забети и др. применяется аморфный оксид кремния (ASA) на подложке из щелочных или щелочноземельных металлов при пиролизе сосновой древесины. Максимальное количество бионефти было получено с аморфным оксидом кремния без носителя в количестве 42,4 мас.%. Однако фракция с Cs / ASA показала лучшие характеристики с точки зрения удаления кислорода из ароматических углеводородов, что повысило теплотворную способность биомасла [20]. Wang et al. [68] исследовали каталитический эффект на пиролиз лигноцеллюлозной биомассы с использованием катализаторов, включая NiMo / Al 2 O 3 , CoMo / Al 2 O 3 , CoMo-S / Al 2 O 3 , активированный оксид алюминия и пористый диоксид кремния.Для увеличения производства промежуточных продуктов пиролиза (бензола, толуола, ксилола, нафталина) было высказано предположение, что CoMo-S / Al 2 O 3 был наиболее благоприятным из всех. Однако NiMo / Al 2 O 3 дал самый высокий выход CH 4 со значением 51,82%. Шаданги и Моханти [69] изучали CaO и Al 2 O 3 при пиролизе Hyoscyamus niger L. и подтвердили, что, в соответствии с другими исследованиями, упомянутыми выше, добавление катализаторов в процесс пиролиза значительно снижает выход бионефти. однако устранены кислородсодержащие группы, присутствующие в биомасле, что улучшило качество его топлива.Айсу и Кучук исследовали пиролиз восточного гигантского фенхеля ( Ferula orientalis L. ), сравнивая действие катализаторов ZnO и Al 2 O 3 [35]. Al 2 O 3 со значением 79,94% оказался более эффективным, чем ZnO, с точки зрения преобразования биомассы. Однако влияние катализатора на выход бионефти отличалось друг от друга. ZnO увеличивал выход биомассы с увеличением отношения катализатора к биомассе, тогда как выход биомасла снижался с увеличением добавления Al 2 O 3 .Это указывает на то, что Al 2 O 3 способствует образованию газа. В исследовании Йоргуна и Шимшека активированный оксид алюминия использовался в пиролизе Miscanthus × giganteus , и было отмечено, что при высоких скоростях нагрева 60 мас.% Загрузки катализатора в биомассу является эффективным для максимального производства жидкости с значение 51 мас.%. Было обнаружено, что содержание кислорода в бионефти выше, чем в некаталитическом бионефти [70]. Nguyen et al. исследовали пары пиролиза древесной щепы сосны более 20 мас.% Na 2 CO 3 / γ-Al 2 O 3 . Сообщалось, что выход жидкости был снижен, но декарбоксилированию карбоновых кислот способствовал катализатор, в результате чего значение pH составляло 6,5, что позволяет предположить, что катализатор на основе оксида алюминия на основе натрия эффективен для повышения кислотности биомасла. Концентрация углеводородов была увеличена с 0,5 до 17,5%, что свидетельствует о более высокой плотности энергии бионефти [36]. Chen et al. представили газообразное распределение продуктов пиролиза биомассы (рисовая солома и опилки) при температуре 800 ° C с использованием различных оксидов металлов, таких как Cr 2 O 3 , MnO, FeO, Al 2 O 3 , CaO и CuO.Было отмечено, что за исключением CuO и Al 2 O 3 , все катализаторы заметно улучшили газообразование [56]. Чжоу и др. [17] исследовали пиролиз рисовой шелухи с добавкой ZnO. Результаты этого исследования показали, что ZnO ​​демонстрирует тенденцию к снижению выхода бионефти с увеличением отношения биомассы к катализатору. Однако ZnO ​​улучшил композиционное качество биомасла с точки зрения низкомолекулярных соединений, включая алканы, алкены, стирол и алкилфенолы (таким образом, повышая стабильность биомасла).Ноккосмаки и др. также исследовали тот же катализатор для превращения паров пиролиза сосновых опилок, и было показано, что вязкость каталитического биомасла снижается на 40% по сравнению с результатами некаталитического пиролиза [34]. Pütün et al. [37] показали, что использование MgO в качестве катализатора пиролиза семян хлопка в реакторе с неподвижным слоем улучшает качество биомасла за счет удаления кислородсодержащих соединений, повышения теплотворной способности и увеличения содержания ароматических веществ в биомасле.

3.3. Цеолитные катализаторы

Цеолиты, имеющие тетраэдрическую структуру и кислотную природу, представляют собой трехмерные алюмосиликаты, связанные через атомы кислорода и поддерживаемые каналами и полостями, в результате чего пористая структура обладает исключительной каталитической активностью.Каждый тип этих тетраэдрических цеолитов с общим зарядовым балансом минус один имеет Si или Al в центре и атомы кислорода в углах структуры [71].

Цеолиты обладают следующими характеристиками: (1) крекинг деоксигенированных соединений за счет избирательности формы, (2) большая площадь поверхности, (3) различные размеры каналов и пор и (4) высокая адсорбционная способность [22, 72]. Физические свойства цеолитов зависят от условий синтеза, включая температуру, гелевые предшественники, структурно-регулирующий агент [73].Размер пор и каркас цеолитов имеет тенденцию влиять на состав продукта через несколько реакций, ограничивающих образование углеводородов, размер которых превышает размер пор цеолитов. Это называется селективностью формы и является одним из наиболее важных факторов, отличающих цеолиты от других типов катализаторов. Селективность основана на том, могут ли ароматические углеводороды, полученные из паров пиролиза, входить, образовываться и диффундировать из пор цеолита [22, 23]. Селективность формы цеолитов подробно обсуждается в разделе 3.3.1.1, демонстрирующий ZSM-5 как цеолитный тип.

Основная причина, по которой цеолиты обычно используются в пиролизе биомассы, заключается в том, что их различная кислотность и избирательность по форме обеспечивают преимущество над алюмосиликатными катализаторами аморфной структуры с точки зрения реакций ароматизации. Кислотность зависит от соотношения Si / Al в структуре цеолита и может быть обусловлена ​​кислотными центрами Бренстеда и Льюиса [22]. Кислотность влияет на каталитические реакции, обеспечивая повышенную крекирующую активность при уменьшении отношения Si / Al [23].Следовательно, распределение кислотных центров в порах цеолитов имеет большое значение с точки зрения предотвращения реакций образования кокса во внутренних порах цеолита. Низкое соотношение Si / Al приводит к большему количеству кислотных центров в непосредственной близости. По этой причине количество реакций образования кокса, которые превращают ароматические углеводороды в соединения кокса, увеличиваются. Следовательно, для цеолитов требуется оптимальная кислотность, если они используются в пиролизе биомассы [19].

Помимо распределения кислотных центров, пористая структура отдельного цеолита играет важную роль для селективности продуктов и с точки зрения содержания ароматических веществ в бионефти.Поры цеолитов характеризуются размером кольца, определяющего поры, то есть n-числом кольца, которое называется числом атомов Si или Al в кольце [74]. Длина углеводородной цепи продуктов пиролиза и, следовательно, распределение ароматических соединений по размерам зависит от размера пор цеолита и площади внутренней поверхности пор. Как правило, более крупные поры и большая площадь поверхности приводят к образованию углеводородов с длинной цепью. Площадь микропористой поверхности катализатора определяет выход газообразных продуктов пиролиза, а площадь макропористых частиц определяет выход жидкости [24, 37].Ряд цеолитов с различным размером пор изучен в литературе [39, 75, 76]. Y-цеолит (фожазит), имеющий кубическую структуру с системой пор, состоящей из 12-членных кольцевых кольцевых каналов, имеет наибольший средний размер пор (7,4 Å) и внутреннее поровое пространство (11,24 Å) [22, 23]. Такой относительно большой размер пор влияет на катализируемые реакции, приводя к меньшему контакту между поверхностью пор и парами пиролиза, тем самым приводя к меньшему крекингу оксигенатов, полученных из биомассы. Кроме того, прямые каналы с большим размером пор не обеспечивают избирательность формы по сравнению с другими цеолитами, которые имеют меньшие и синусоидальные каналы, которые обеспечивают избирательность формы [23].Несмотря на большой размер пор [73], бета-цеолит имеет тетрагональную кристаллическую структуру и имеет 12-членные прямые каналы, пересекаемые 10-членными кольцевыми каналами, что делает его более эффективным для производства ароматических углеводородов, чем Y-цеолиты [23]. Ферриерит, как цеолит со средним размером пор, имеет ромбическую структуру с 8- и 10-членными каналами с внутренним пространством пор 6,31 Å [23, 73].

Благодаря наличию двух параллельных каналов, соединенных с 12-членными кольцами и 8-членными кольцами, морденит классифицируется как цеолит с крупными порами и имеет орторомбическую структуру [22, 23, 73].ZSM-5, состоящий из орторомбической структуры MFI, состоит из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами [71]. Общие физико-химические свойства цеолитов представлены в Таблице 2.

9014 –8 Внутреннее поровое пространство (Å) 643,1
Катализатор ZSM-5 Морденит Бета-цеолит Y1413 906 908 цеолит Y1413A 908 цеолит MFI MOR BEA FAU FER
Размер пор 3 2 3 3
12–12 12–12 8–10
Размер пор (Å) 5.1 × 5,5 7,0 × 6,5 7,6 × 6,4 7,4 × 7,4 4,2 × 5,4
5,3 × 5,6 5,7 × 2,6 5,6 × 5,6 3,5 × 4,8
5,2–5,5 4,2–6,7 6,1–6,68 11,24 6,31
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 395,5 9015,72 395,5 9015,72 809.1 *

Таблица 2.

Физико-химические свойства наиболее часто используемых цеолитов [22, 72, 76, 77].

* Информация отсутствует.


Цеолиты со средним и большим размером пор способствуют более быстрой диффузии реагентов по сравнению с цеолитами с меньшим размером пор, что приводит к большему количеству ароматических соединений в жидкой фракции продукта пиролиза. Однако цеолиты с большим размером пор производят менее ароматические вещества, чем цеолиты со средним размером пор, поскольку большие поры способствуют образованию кокса [22].Соответственно, недавнее исследование подтвердило, что ZSM-5 со средним размером пор и средней площадью внутренней поверхности пор способствует более высокому производству ароматических углеводородов и более низкому выходу кокса [19].

3.3.1. Цеолит ZSM-5

ZSM-5, как один из наиболее часто используемых цеолитов при пиролизе биомассы [23], состоит из звеньев пентасила и имеет орторомбическую структуру [74]. Состоящий из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами, ZSM-5 обладает значительно большей крекинг-активностью, чем другие цеолиты [23, 27].ZSM-5 широко используется в качестве катализатора в нефтяной промышленности благодаря своей селективности формы, исключительному размеру пор с стерическими затруднениями, термической стабильности и кислотности твердого вещества [78].

По сравнению с другими цеолитами, поры среднего размера ZSM-5 затрудняют образование внутри пор более крупных предшественников ароматического кокса [79]. Исследования показали, что, независимо от исходного сырья, использование ZSM-5 в пиролизе биомассы снижает содержание кислородсодержащих соединений в бионефти и одновременно увеличивает количество ароматических соединений [80–84].Деоксигенация кислородсодержащих органических соединений происходит внутри пор цеолита ZSM-5 посредством таких реакций, как дегидратация, декарбоксилирование и декарбонилирование [27, 31, 32]. Установлено, что при более низких температурах кислород удаляется в виде H 2 O, тогда как при более высоких температурах основными продуктами удаления кислорода являются CO и CO 2 [31]. Удаление кислорода, в первую очередь в форме CO и CO 2 , более предпочтительно, поскольку оно приводит к меньшему осаждению углерода на цеолите и большему образованию водорода и, следовательно, меньшему содержанию воды в бионефти [31].

3.3.1.1. Селективность формы ZSM-5

Явление избирательности формы можно объяснить совместным действием молекулярного сита и каталитической реакции, которая происходит на внешних и внутренних кислотных центрах цеолитов [85]. ZSM-5, имеющий пористую структуру, может использоваться для избирательного катализа при условии, что не только размер пор, но и размеры реагирующих и диффундирующих молекул аналогичны порам цеолита [19]. Таким образом, влияние размера пор и стерических затруднений ZSM-5 на каталитические реакции должно быть исследовано, если цеолиты с лучшими характеристиками должны быть разработаны для преобразования биомассы [73].

Образование продуктов пиролиза с избирательным катализом формы зависит от двух типов селективности: (1) селективность реагента и продукта и (2) селективность переходного состояния, которые описываются их эффектами массопереноса и собственными химическими эффектами соответственно [22, 73, 85]. Основная идея избирательности реагентов и продуктов заключается в том, что диффузия реагентов и продуктов внутри пор цеолита затруднена. Определенный размер пор ZSM-5 влияет на диффузию реагентов внутри пор, за исключением тех, размер которых превышает размер пор ZSM-5, тем самым предотвращая их достижение каталитически активных центров и, следовательно, позволяя каталитическому разложению только на внешних активных центрах. [73, 85].Из-за геометрии пор ZSM-5 образование определенных продуктов ограничено, что влияет на химическую реакцию и, таким образом, вызывает селективную гомогенизацию продуктов пиролиза [85].

Селективность ZSM-5 была тщательно изучена, и чаще обнаруживается, что она вызывает селективность по сравнению с ароматическими соединениями [49]. Mihalcik et al. [23] изучали различные цеолиты для преобразования нескольких типов биомассы и компонентов биомассы. По результатам этого исследования было обнаружено, что ZSM-5 способствует образованию p -ксилола в большом количестве для каждого случая пиролиза биомассы.В исследовании Foster et al. [19], HZSM-5 для превращения фурана показал тенденцию к селективности по ароматическим соединениям, давая более высокий выход ароматических соединений, поскольку нафталин имеет самый высокий процент 30,4% от общего количества ароматических соединений. Fogassy et al. [86], исследуя избирательность формы цеолитов по отношению к фрагментам лигнина, выявили, что большинство фенольных соединений, полученных в результате разложения лигнина, слишком велики, чтобы проникать через поры цеолита, поэтому преобразование этих соединений происходит во внешних активных центрах.Как Yu et al. [22] предположили, однако, что при более высоких температурах эффективный размер пор ZSM-5 увеличивается, позволяя молекулам большего размера, чем размер пор ZSM-5, достигать внутренних каталитических активных центров. Jae et al. исследовали роль размера пор нескольких типов цеолитов в пиролизе глюкозы (используя кинетические диаметры продуктов и реагентов в качестве влияющих параметров), чтобы определить, происходит ли каталитическая реакция внутри пор или на внешней поверхности [73]. Кинетический диаметр оценивался по свойствам в критической точке.Было обнаружено, что ZSM-5 позволяет промежуточным продуктам и продуктам пиролиза (таким как бензол, толуол, инден, этилбензол, p -ксилолы) диффундировать в поры из-за их значительно меньшего кинетического диаметра, чем размер пор ZSM-5.

При повышении температуры до 600 ° C из-за термической деформации такие соединения, как нафталин, который дает самый высокий выход ароматических углеводородов, вероятно, будут образовываться внутри пор, а также на поверхности. В соответствии с этим исследованием был сделан вывод, что помимо размера пор, внутреннее поровое пространство ZSM-5 влияет на каталитическую реакцию.Это говорит о том, что на преобразование биомассы с ZSM-5 влияют ограничения массопереноса, а также эффекты переходного состояния [73].

3.3.1.2. Кислотность ZSM-5

Помимо избирательности формы, кислотность ZSM-5 играет важную роль в превращении оксигенатов в ароматические соединения. Принято считать, что кислотные центры Бренстеда являются активными центрами, которые превращают кислородсодержащие соединения в ароматические соединения, а не кислотные центры Льюиса. Крекинг крупных кислородсодержащих соединений происходит на кислотных центрах внешней поверхности ZSM-5, тогда как превращение более мелких в ароматические соединения происходит на кислотных центрах внутри пор [22, 87].Следовательно, необходимо исследовать изобилие как внешних, так и внутренних кислотных центров, чтобы разработать лучший способ образования ароматических углеводородов. Как объяснил Ван Сантен, кислотные центры Бренстеда образуются в результате замены кремнезема с валентностью четыре атомом металла, чаще всего алюминия с валентностью три [88]. Таким образом, это делает кислотные центры Бренстеда донорами протонов. Si и Al связаны с присоединенным к протону атомом кислорода, что приводит к химически более стабильной структуре [88, 89].С другой стороны, кислотные центры Льюиса являются акцепторами электронных пар, и природа этих центров связана с атомами алюминия, расположенными в каркасе [89, 90].

Помимо природы кислотных центров, молярное соотношение между SiO 2 и Al 2 O 3 в цеолитном каркасе также влияет на реакционную способность и характеристики ZSM-5. Оптимальное соотношение Si / Al необходимо для обеспечения высокой доступности кислотных центров Бренстеда для адекватной кислотности и для поддержания расстояния между кислотными центрами, чтобы ограничить реакции образования кокса [19].По мере уменьшения отношения Si / Al (увеличения кислотности ZSM-5) кислотные центры будут находиться в непосредственной близости друг от друга, что приведет к вторичным реакциям превращения ароматических соединений в частицы кокса [19]. Foster et al. [19] исследовали влияние ZSM-5 с различным соотношением Si / Al на пиролиз глюкозы. Это исследование показало, что уменьшение отношения Si / Al способствовало образованию дополнительных кислотных центров для ZSM-5 с увеличением выхода кокса. В исследовании Carlson et al. [79], ZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 = 15) способствовал образованию кокса в основном на поверхности катализатора, давая самый высокий выход кокса 33% (где соотношение катализатора к биомассе составляло 19 ).Также было указано, что образование кокса на внешних порах ZSM-5 не приводит к значительному снижению выхода ароматических углеводородов, но влияет на селективность по отношению к легким углеводородам, что приводит к более низким выходам бензола и толуола и более высоким выходам нафталина и индана.

3.4. Общее влияние катализаторов на биомасло

Известно, что катализаторы оказывают сильное влияние на пиролиз с точки зрения распределения продуктов, химической гомогенизации и увеличения фракционного выхода продукта, повышая качество продуктов пиролиза.Среди катализаторов цеолиты и оксиды металлов были в основном исследованы для преобразования биомассы и оказались эффективными в изменении состава биомасла за счет снижения содержания кислородсодержащих соединений посредством реакций деоксигенации и увеличения выхода ароматических соединений, что позволяет получить более гомогенную и стабильную органическую фракцию. которые могут быть переведены на дизельное топливо [30, 39]. Чтобы рассматривать продукты пиролиза, особенно бионефть, для стационарного применения топлива или производства тепла / электроэнергии, необходимо оценить свойства, включая кислотность, вязкость, стабильность и содержание ароматических веществ в биомасле [20].Таким образом, влияние катализаторов на бионефть необходимо рассматривать, как подробно обсуждается ниже, чтобы лучше понять преобразование биомассы.

3.4.1. Выход ароматических веществ в биомасле

Содержание ароматических веществ в биомасле имеет большое значение с точки зрения производства дизельного топлива из сырья биомассы и отходов биомассы. Среди ароматических углеводородов количество бензола, толуола, этилбензола и ксилолов (компоненты BTEX) являются наиболее важными исходными материалами, которые необходимо учитывать в нефтехимической промышленности [68, 87].

Было показано, что использование катализаторов увеличивает выход биомасла, а также увеличивает содержание ароматических углеводородов в биомасле, что является хорошим индикатором качества топлива. Kim et al. [87] изучали каталитический пиролиз остатков мандарина с высоким содержанием лигнина и обнаружили, что использование HZSM-5 с кислотностью 23 и 80 повышает выход моноароматических соединений с 3,4 до 36,0 и 41,0% соответственно. Из исследования Zheng et al. [76], изменение размера кристаллов ZSM-5 влияло на выход ароматических соединений и селективность по БТК, так что меньший размер кристаллов давал максимальный выход ароматических соединений и самую низкую селективность по БТК со значениями 38.4 и 36,3% соответственно. Однако кристаллы большего размера показали самый низкий выход ароматических соединений и самую высокую селективность по БТК со значениями 31,1 и 42,6% соответственно. Таким образом, меньший размер кристаллов (200 нм) оказался оптимальным для высокого выхода ароматических веществ.

Zhang et al. [83] сравнили поведение пиролиза лигнина осины под действием катализатора H-Y и HZSM-5. При соотношении катализатора к сырью 3: 1 получение ароматических углеводородов показало максимальное значение 23% при использовании HZSM-5 в качестве катализатора, где содержание кислорода в ароматических соединениях снизилось примерно до 4%, а ВТС фракции оценивалась примерно как 46 МДж / кг, что ближе к бензину и дизельному топливу.Было указано, что HZSM-5 более эффективен, чем H-Y, в превращении фенольных соединений в ароматические углеводороды [83] из-за его более высокой кислотности и меньшего размера пор по сравнению с HY [83]. Аналогичным образом Паттия и др. [75] изучили ZSM-5 и два мезопористых материала, включая Al-MCM-41 и Al-MSU-F, чтобы исследовать быстрый пиролиз корневища кассавы. Выявлено, что из всех протестированных в исследовании катализаторов ZSM-5 дает самый высокий выход ароматических углеводородов в следующем порядке: толуол> бензол> 4,7-диметилиндан> p -этилстирен> 5-метилиндан> ксилолы. .

Помимо цеолитов, влияние оксидов металлов на ароматизацию изучалось исследователями [7, 49, 91, 92]. По результатам исследования Атеша и Ишикдага [91], использование оксида алюминия в качестве катализатора при пиролизе кукурузного початка продемонстрировало тенденцию к ускорению образования 1,1,3,3-тетраметилиндана, бензола и 1-метил-4- (пенилметил). ), являющиеся наиболее важными моноароматическими соединениями. Было обнаружено, что образование нафталина, 1- (2-пропенил) -, соединения ПАУ, увеличивается при умеренной температуре с использованием катализатора.Сметс и др. [93] сравнили различные катализаторы, включая HZSM-5, γ-Al 2 O 3 и Na 2 CO 3 . Карбонат натрия был наиболее эффективным катализатором для увеличения выхода ароматических углеводородов после HZSM-5. Wang et al. [92] также провели сравнительное исследование каталитической конверсии остатков трав на оксид алюминия, ZSM-5 и Al-SBA-15, где оксид алюминия дает самый высокий выход биомасла. Таким образом, исследователи этого исследования исследовали влияние оксида алюминия на выход ароматических соединений в терминах соединений толуола, этилбензола и p -ксилола и обнаружили, что процентное содержание ароматических фракций увеличилось с 8.02 до 10,93%.

3.4.2. Кислотность биомасла

Кислотность биомасла обусловлена ​​летучими кислотами, в основном карбоновыми кислотами, то есть муравьиной кислотой и уксусной кислотой [58]. Фенольные соединения также способствуют повышению кислотности биомасла [20]. Определение кислотности биомасла осуществляется путем измерения значения pH или общего кислотного числа. Значение pH является показателем для оценки коррозионной активности бионефти, в то время как общее кислотное число используется в качестве показателя качества для использования бионефти при совместной переработке нефтеперерабатывающих предприятий и относится к уровню кислотных компонентов в масло [58].

Исследования ясно показали, что органические кислоты восстанавливаются катализаторами [36], тем самым облегчая использование биомасла в топливных приложениях. Главный вопрос заключается в том, чтобы найти наиболее подходящее сочетание катализатора и биомассы с учетом условий процесса для систем пиролиза, чтобы заменить бионефть эквивалентами ископаемого топлива (такими как дизельное топливо и бензин).

Забети и др. [20] изучали аморфный оксид кремния, модифицированный щелочными или щелочноземельными металлами, такими как Na, K, Cs, Mg и Ca.Был сделан вывод, что среди всех катализаторов, испытанных в исследовании, K / ASA был наиболее эффективным катализатором для снижения содержания карбоновых кислот и карбонилзамещенных фенолов в биомасле. Чжоу и др. [17] исследовали влияние ZnO на физико-химические свойства биомасла рисовой шелухи. Значение pH каталитического биомасла было зарегистрировано как 4,35, тогда как значение pH некаталитического биомасла было 4,15. Таким образом, это указывает на влияние катализатора ZnO на снижение кислотных соединений в биомасле. Абу Бакар и Титилойе [32] изучали пиролиз рисовой шелухи на различных катализаторах, включая ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и BRHA (зола брунейской рисовой шелухи).Было показано, что катализаторы снижают кислотное число с 55 мг / КОН до 39–47 мг / КОН, при этом ZSM-5 и BRHA имеют наименьшее значение. Кроме того, значение pH каталитического биомасла рисовой шелухи было зарегистрировано в диапазоне 2,7–3,0. Большинство кислотных соединений составляли карбоновые кислоты, причем уксусная кислота имела самый высокий процент. Мант и Агблевор [33] изучали HZSM-5 в качестве дезоксигенирующего катализатора для превращения гибридной древесины тополя в биосинкрудное масло. Как указано в исследовании, значение pH легкой биосинкрудированной нефти, содержащей в основном ароматические углеводороды, было увеличено с 2.60 до 4,05 из-за HZSM-5.

3.4.3. Вязкость биомасла

Высокая вязкость биомасла по сравнению с обычным топливом является одним из недостатков его использования в топливных приложениях. Наиболее важно то, что в случае биомасла, использующего двигатели внутреннего сгорания, высокая вязкость увеличивает размер капель распыляемой форсунки, тем самым влияя на воспламенение капель [94]. Следовательно, уменьшение вязкости биомасла для улучшения свойств топлива имеет важное значение. Исследования показали, что использование катализаторов улучшает топливные свойства биомасла за счет снижения вязкости [53, 95].

Azargohar et al. провели эксперименты по некаталитическому пиролизу для нескольких отходов биомассы, и было обнаружено, что вязкость бионефти в диапазоне от 63 до 418 сП была намного выше, чем у сырой нефти (~ 23 сП), что потребовало дальнейшего процесса повышения качества. . Также было обнаружено, что причина высокой вязкости в основном связана с производными лигнина углеводородами с большой молекулярной массой [96]. Однако в исследовании Fan et al. при пиролизе рапсовой соломы над нанокристаллическим HZSM-5 динамическая вязкость составила 5.12 мм 2 с −1 , что было в пределах допустимых пределов для дизельного топлива, как указано в исследовании [95]. Mante et al. исследовали гибридный пиролиз древесины тополя с аддитивным действием катализатора FCC на основе Y-цеолита по отношению к ZSM-5. Было обнаружено, что катализатор FCC / ZSM-5 более эффективен, чем чистый ZSM-5, в снижении вязкости образцов бионефти, что указывает на синергетический эффект гибридного катализатора, а также предполагает, что углеводороды с меньшей массой образуются за счет присутствия катализатора [ 53].Mante и Agblevor [33] изучали пиролиз древесины гибридных тополей с добавкой ZSM-5. Они классифицировали жидкую фракцию продукта пиролиза как LBS (низкобиосинкрудную) нефть, содержащую в основном ароматические углеводороды, и HBS (высокобиосинкрудную) нефть, которая состоит в основном из фенолов, метилзамещенных фенолов, нафталинов, бензолдиолов и нафталенола. Вязкость масла LBS, которая была значительно ниже, чем вязкость некаталитического биомасла (285 сСт), составляла 4,90 сСт. Было высказано предположение, что более низкая вязкость объясняется каталитическим крекингом левоглюкозана и деполимеризацией продуктов, полученных из лигнина [33].Шаданги и Моханти провели несколько исследований с использованием различных видов биомассы над CaO, каолином и Al 2 O 3 [69, 97, 98]. Было обнаружено, что независимо от типа биомассы СаО производит бионефть с более низкой вязкостью, чем некаталитическое биомасло, по сравнению с другими катализаторами, используемыми для их исследований. Вязкость биомасла, полученного с использованием СаО, составляла 0,019629 Па [98] и 9,007 сП [69], что указывает на то, что использование катализатора способствует снижению вязкости примерно на 62 и 74,5% соответственно.Абу Бакар и Титилойе изучали ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и BRHA (зола брунейской рисовой шелухи) на предмет превращения рисовой шелухи в биомасло, а вязкость биомасла была такой, как указано, 1,55, 1,65, 1,49 и 1,57 сСт соответственно. Все катализаторы, использованные в исследовании, снизили вязкость примерно на 1,7–11,3% и немного увеличили содержание воды, что указывает на то, что катализаторы способствовали реакции дегидратации [32].

3.4.4. Стабильность биомасла

Биомасло не так химически или термически стабильно, как ископаемое топливо, из-за высокого содержания кислородсодержащих соединений [94].Сообщается, что при температурах выше 40 ° C или во время длительного хранения вязкость биомасла увеличивается из-за химических реакций между такими компонентами, как кетоны и альдегиды, что приводит к образованию соединений с высокой молекулярной массой [20]. Таким образом, ожидается, что бионефть с более низким содержанием карбонильных групп будет более стабильной. Использование катализаторов для облегчения транспортировки и хранения бионефти приводит к усилению реакций крекинга тяжелых молекул, а также удалению кислородсодержащих соединений, что приводит к производству бионефти с высокой стабильностью [99].Не существует стандартного метода определения стабильности биомасла; однако исследователи разработали несколько методов [100–102].

В исследовании Zabeti et al., Где Cs / ASA оказался наиболее эффективным катализатором для удаления кислородсодержащих соединений и увеличения выхода ароматических веществ, сравнивали все катализаторы, испытанные в исследовании. Результаты эксклюзионной хроматографии (SEC) показали, что молекулярная масса биомасла смещается в области более высоких масс после старения [20]. Мант и Агблевор провели испытание на стабильность каталитических биомасел (масла с низкой и высокой биосинхронизацией), полученных из гибридной древесины тополя.Испытания на стабильность и старение проводили в гравитационной печи при 90 ° C в течение 24 часов. Также была измерена вязкость образцов биомасла, хранившихся при 40 ° C в течение более 10 месяцев, и было обнаружено, что изменение вязкости составило 5% для масла с низким содержанием биосинкрудии и 27,9% для масла с высоким содержанием биосинкрудирования. Был сделан вывод, что каталитические биомасла термически стабильны и могут храниться при комнатной температуре более 10 месяцев без какого-либо значительного увеличения вязкости [33]. Ноккосмаки и др. исследовали пиролиз сосновых опилок с добавкой ZnO в качестве катализатора.Тест на стабильность был проведен при 80 ° C в течение 24 часов и показал, что вязкость изменялась при использовании ZnO. Изменение вязкости составило 55%, что значительно ниже, чем у некаталитического биомасла (129%) [34]. Думан и др. исследовали влияние добавления метанола на стабильность биомасла, полученного из сафлорового жмыха, с использованием FCC в качестве катализатора. Добавление метанола снижает вязкость. Вязкость была намного ниже при более высоких температурах, что указывает на более стабильное биомасло. После испытания на старение при 40 ° C в течение 168 ч вязкость увеличилась на 46.63 и 21,08% в случае сырого бионефти и биомасла с добавками метанола, соответственно [57].

.

Газификация, пиролиз и торрефикация биомассы

перейти к содержанию
  • О Эльзевире
    • О нас
    • Elsevier Connect
    • Карьера
  • Продукты и решения
    • Решения НИОКР
    • Клинические решения
    • Исследовательские платформы
    • Исследовательский интеллект
    • Образование
    • Все решения
  • Сервисы
    • Авторы
    • Редакторы
    • Рецензенты
    • Библиотекарей
  • Магазин и Откройте для себя
    • Книги и журналы
    • Автор Интернет-магазин (Открывается в новом окне)
  • Поиск Поиск
.

Смотрите также