Пиролизные печи длительного горения для дома
При выборе способа отопления и горячего водоснабжения дома люди особое внимание уделяют его стоимости и практичности, так как это будет влиять на регулярные ежемесячные расходы в течение многих лет. Конечно, каждое решение имеет свои плюсы и минусы. Преимущество пиролизных печей по сравнению с традиционными котлами для твёрдого горючего включает низкое отрицательное воздействие на окружающую среду, снижение расхода топлива и уменьшение затрат на обслуживание.
История технологии
Нагревание органических материалов при отсутствии кислорода приводит к химическим и физическим изменениям в них. В прошлом эти явления использовались для производства древесного угля. Самый примитивный способ выглядел так: древесину покрывали глиняной насыпью и нагревали при относительном отсутствии воздуха. С помощью такой технологии производство угля достигло пика в XI-XII вв.
Серьёзные последствия подобной переработки лесов ощущаются сейчас в некоторых районах Африки и Азии. При кажущейся простоте этот способ не является экологичным. В результате пиролиза древесины выделяются смолы, представляющие собой летучие продукты с большой молекулярной массой. Они легко конденсируются при нормальной температуре окружающей среды. Но несмотря на это, твёрдый остаток (уголь) традиционно является ценным топливом для примитивных аграрных общин, благодаря таким качествам:
- высокое содержание углерода в сравнении с исходной древесиной;
- незначительное содержание серы.
Ранее производство стали, в том числе успешные попытки отливки из неё пушек, было основано на восстановлении оксида железа углеродом в угле. Подобная технология с использованием древесного угля, основанная на переработке эвкалипта, практикуется и в современной Бразилии как экономически оправданное.
Широкое промышленное применение пиролиз нашёл в операциях коксования. Конструкции печей и условия реакций в них менялись в зависимости от спроса и цен на конечные продукты. В Европе середины XIX века карбонизация угля использовалась для получения газа, которым отапливали и освещали дома. В тот период только королевские дворцы могли пользоваться подобными новшествами. Бытовое употребление пиролизных газов прекратилось с развитием транспортировки природных углеводородов.
Читать так же: инструкция изготовления пиролизного котла самостоятельно.
Как сделать пиролизную печь своими руками:
Во время Второй мировой войны многие автомобили и грузовики перевели на древесный газ, сгенерированный в размещённых на транспортных средствах мобильных установках. Их производительность была мала из-за низкой энергетической плотности газа, который, как правило, содержал большое количество азота и других негорючих соединений.
Долговечность двигателей на таком топливе была невелика и снижалась прежде всего из-за летучей золы, попадающей в цилиндры вместе с древесным газом. Но несмотря на эти недостатки, применение подобных машин было оправдано дефицитом топлива. После окончания войны об этих установках забыли вплоть до настоящего времени.
Сейчас проблема получения топлива из биомассы взамен ископаемому снова актуальна.
Современные технологии позволяют получать с помощью пиролиза из отходов древесины и сельского хозяйства высокого качества очищенный газ, пригодный для отопления.
Принцип работы печей
Пиролизом органического сырья называется нагрев биомассы до высокой температуры без доступа воздуха.
При таких условиях топливо преобразуется в смесь из трёх видов:
- уголь (твёрдое);
- органические газы (газообразное);
- масла (жидкости).
В зависимости от колебания температуры и скорости протекающих процессов, процентное содержание древесного угля, газа и масел меняется.
Преимущества такого сжигания дерева в сравнении с традиционными:
- большая эффективность при одинаковом количестве сырья;
- незначительное отрицательное влияние на окружающую среду (например, по такому параметру, как СО2);
- небольшое образование твёрдых несгоревших частиц (золы).
Большинство бытовых пиролизных печек и котлов работают на дровах или брикетах. Качественные установки способны функционировать на смешанном сырье (черенки, кора, стружка, опилки, поленья). Независимо от видов топлива, в них происходит три процесса:
- Сушка и нагрев древесного материала в бункере с выделением газообразных компонентов.
- Сжигание газообразных продуктов.
- Сжигание твёрдых компонентов (древесного угля).
Каждый из этих этапов требует различных условий, поэтому правильное распределение температуры и других факторов, влияющих на химию процессов, является основой эффективной работы установки. Древесину сушат при температуре ниже 200°C. Процесс пиролиза начинается около 300°C. При этой температуре целлюлоза, как основной компонент древесины, разрушается с образованием лёгких соединений. Ближе к соплу температура в печи пиролизного горения поднимается до 200-700°C. Там биомасса освобождается от летучих соединений и превращается в древесный уголь.
Выделенные газы нагнетаются в камеру сгорания, где получают доступ к необходимому количеству воздуха для сжигания, сгорают и выделяют тепло. Древесный уголь сжигается на колосниковой решётке. Необожжённые остатки осыпаются в золосборник.
Подробнее о пиролизной печи:
Требования к топливу
Пиролизные печи для дома, работающие на брикетах, могут быть полностью автоматизированы и комфорт их обслуживания в этом случае сравним с газовыми. Топливо для них представляет собой спрессованные под высоким давлением отходы без химических связующих. Подобная технология позволяет производить относительно сухие брикеты с высокой теплотворной способностью. Их свойства, однако, могут быть различным.
Большинство из них не разрушаются в процессе сгорания в топке, другие же можно использовать только в смеси с кусковой древесиной или бурым углём. Мелкие брикеты подаются с помощью шнековых конвейеров, и поэтому они используются в автоматизированных системах, более крупные пригодны только для пиролизных печей длительного горения с ручным управлением. Древесные гранулы, предназначенные для автоматических установок, получают таким же способом, как и обычные брикеты. Единственное их существенное различие — размеры. Самыми качественными считаются белые пиллеты из мягкой древесины без коры.
Для пиролизных печей на дровах размеры и тип сырья могут значительно влиять на производительность — большая площадь поверхности древесины обуславливает большее количество высвобождающего газа за единицу времени. Твёрдые породы газифицируются медленнее.
Особенности обслуживания
Важный момент заключается в том, чтобы содержать топливо всегда сухим — рекомендуемая влажность 12-20%. Это нужно не только для эффективности сгорания, но и влияет на срок службы печи. Выделяемые при сушке водяной пар и некоторые газы при конденсации образуют гудроны и кислоты, разъедающие оборудование. Из-за того, что теплотворная способность древесины падает вместе с влажностью, растёт её потребление. Сжигание сырого топлива может привести к сокращению службы печей вдвое.
Во время пиролизного горения производится меньше золы, чем при обычном сжигании. На практике это означает, что печи газификации требуют меньшей заботы об удалении тяжёлых зольных остатков. Но летучие золы способны в значительном количестве осаждаться на керамической арматуре камеры сгорания, оставляя всё меньше места для горения. Последнее может грозить перегревом и выходом оборудования из строя. Поэтому хотя бы один раз в год необходимо чистить лопасти вентиляторов и дымоходы.
В подобном обслуживании нуждаются практически все типы пиролизных печей.
Кроме высокой эффективности, экономии времени на подготовку дров и растопку пиролизные печи, по сравнению с обычными, обладают ещё одним серьёзным преимуществом — возможностью бесступенчатой регулировки мощности. Это свойство вместе с экономичностью, экологичностью и автоматизацией процессов сжигания делает пиролизные печи лучшей альтернативой традиционным способам отопления для загородных домов.
Как сделать пиролизную чудо-печь: