Amk-ahtuba.ru

Стройка и ремонт
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Состав пиролизного газа древесины

Состав пиролизного газа древесины

Утилизация древесных отходов: получение высококалорийного генераторного газа.

Рассмотрены варианты газификации древесных отходов, ориентированные на получение свободного от балластного азота генераторного газа. Отмечены ограничения, характерные для практической реализации вариантов газификации и способы преодоления этих ограничений. Предложена принципиальная схема пиролизной печи, позволяющая получать генераторный газ с калорийностью 11 МДж/куб.м. Описано взаимодействие элементов схемы.

В основе настоящего предложения находится спрос на эффективные устройства распределенной энергетики, использующие местные, углеродсодержащие и неископаемые источники сырья. Таким и доступным в России источником является древесная биомасса: неделовая древесина, отходы переработки деловой древесины.

Один из вариантов использования древесной биомассы — получение генераторного газа. Независимо от направления газа (сжигание, газовые двигатели, синтез Фишера-Тропша) эффективность устройств с его использованием определяется калорийностью генераторного газа, отсутствием в нем балластного азота. Эти параметры лежат в основе конверсии биомассы в товары с высокой добавленной стоимостью — электроэнергию, газовые и жидкие моторные топлива. В ряде случаев от устройств с конверсией древесины требуется транспортабельность. Тогда значимым фактором выступает ориентация продольной оси наиболее крупных агрегатов устройств, определяющая возможность компоновки агрегатов в стандартных контейнерах.

В течение последних нескольких лет научно-производственными коллективами Москвы и Екатеринбурга (например, /1/) разрабатываются вихревые газификаторы углеродсодержащего сырья с использованием водяного пара в качестве газифицирующего агента. Одна из таких разработок /2/, выполненная под руководством А.Н. Бороздина, позволяет получать около 900 нм3/час безбалластного синтез-газа с соотношением «водород : окись углерода» близким к 2:1. При таком выходе полезного продукта предполагается потребление 1 т/час измельченной до 2 мм древесины с влажностью 9% и 0,6 т/час воды. Схема /2/ предусматривает две фазы вихревой газификации. В течение первой фазы в газификаторе образуется полукокс и генераторный газ. Оба продукта выводятся за пределы газификатора. Генераторный газ смешивается с парами воды, подогревается теплом от сжигания полукокса и при температуре 800 град. С вводится в вихревой газификатор повторно (вторая фаза газификации). Калорийность полученного в итоге синтез-газа получается существенно выше, чем у традиционных газогенераторов и составляет не менее 10 МДж/кг. Недостатком этой разработки является высокая стоимость агрегата (35 млн. рублей по состоянию на февраль 2016 г.). Газификатор устройства имеет горизонтальную продольную ось, что делает возможным монтаж устройства в контейнерах.

Известны работы с высокотемпературным гетерогенным пиролизом древесины, проводимые в ИВТ РАН (Москва) под руководством В.М. Зайченко (например, /3/). Здесь показано, что в лабораторных условиях возможна организация двухстадийного процесса термохимического преобразования древесины. На первой стадии происходит высокотемпературный (1000 град. С) пиролиз древесины с получением угля и летучих продуктов. Последние образованы смесью неконденсируемых (СО, Н2) и конденсируемых (Н2О, CnHm) газов. На второй стадии смесь газов пропускается через образованный на первой стадии уголь. Здесь происходит гетерогенный пиролиз летучих с образованием синтез-газа и заполнением пор угля ещё одним продуктом гетерогенного пиролиза — мелкодисперсным пироуглеродом. В итоге двухстадийного процесса получается безбалластный синтез-газ с соотношением «водород : окись углерода» 1 : 1 и калорийностью 11 МДж/куб.м. Сопутствующим продуктом является чистый композитный углеродный материал – сырьё для получения высококачественных сталей. Гетерогенный пиролиз /3/ приводит к более глубокой переработке сырья. При этом не требуется организация высокотемпературных вихрей, что может привести к более дешёвому промышленному способу. Последнее обстоятельство может оказаться решающим при выборе устройства для практического использования.

Следует отметить, что при существенно разной организации процессов /2/ и /3/ в обоих случаях безбалластный синтез-газ получается в две стадии.

Практическая реализация принципов /3/ сопряжена с ограничениями. Во-первых, переработке подлежит древесная биомасса с естественной влажностью (не менее 50%). Для эффективного термохимического разложения это требует предварительной сушки древесины. Во-вторых, схема пиролиза предполагает поступление тепла в реакционную массу через стенку пиролизной камеры. Для обеспечения равномерного прогрева биомассы это требует ограничения диаметра промышленной камеры или (и) использования перемешивающих устройств.

Эти проблемы преодолены, например, в /4/. Пиролизная печь Г.М. Золотарёва /4/ имеет вертикальную ориентацию и расположенные друг за другом камеры. Верхняя камера предназначена для предварительной сушки влажного сырья, а нижняя – для низкотемпературного (600 град.С) пиролиза. Сушка сырья ведётся теплом дымных газов, обогревающих стенки пиролизной камеры. Камеры печи имеют плоскую конструкцию. Это позволяет добиться равномерного прогрева реакционной массы и отказаться от применения перемешивающих устройств. Из-за вертикальной ориентации печи принцип /4/, реализованный в промышленном варианте, позволяет строить только стационарные устройства.

В течение последних нескольких лет научно-производственными коллективами Москвы и Екатеринбурга (например, /1/) разрабатываются вихревые газификаторы углеродсодержащего сырья с использованием водяного пара в качестве газифицирующего агента. Одна из таких разработок /2/, выполненная под руководством А.Н. Бороздина, позволяет получать около 900 нм3/час безбалластного синтез-газа с соотношением «водород : окись углерода» близким к 2:1. При таком выходе полезного продукта предполагается потребление 1 т/час измельченной до 2 мм древесины с влажностью 9% и 0,6 т/час воды. Схема /2/ предусматривает две фазы вихревой газификации. В течение первой фазы в газификаторе образуется полукокс и генераторный газ. Оба продукта выводятся за пределы газификатора. Генераторный газ смешивается с парами воды, подогревается теплом от сжигания полукокса и при температуре 800 град. С вводится в вихревой газификатор повторно (вторая фаза газификации). Калорийность полученного в итоге синтез-газа получается существенно выше, чем у традиционных газогенераторов и составляет не менее 10 МДж/кг. Недостатком этой разработки является высокая стоимость агрегата (35 млн. рублей по состоянию на февраль 2016 г.). Газификатор устройства имеет горизонтальную продольную ось, что делает возможным монтаж устройства в контейнерах.

Четырёхкамерная пиролизная печь.

Представляется целесообразным объединить в единой конструкции возможности решений /3/ и /4/ с предварительной сушкой влажного сырья, следующим за ним низкотемпературным пиролизом и двухстадийным гетерогенным пиролизом. В итоге, принципиальная схема пиролизной печи для многостадийного пиролиза древесины с получением высококалорийного безбалластного синтез-газа может выглядеть следующим образом (Рис.1).

Рис.1. Схема пиролизной печи для получения безбалластного синтез-газа из древесины.

Сырьём для работы устройства является древесина естественной (50%) влажности. Перед загрузкой в печь древесина подвергается окорке и измельчении в крупную щепу. Кора направляется на нагрев стенок печи, а щепа загружается в печь сверху.

Печь имеет четыре расположенные друг за другом камеры. Камеры изолированы друг от друга, но могут сообщаться открытием соответствующих заслонок (на схеме заслонки не показаны). Под действием температуры древесина, находящаяся в камере, изменяется и по завершении процесса под действием силы тяжести перемещается из одной камеры в другую. Каждая камера имеет свой температурный режим, обозначенный в левой части рисунка. Видно, что температура камер нарастает в направлении сверху вниз. Каждому температурному режиму соответствует отдельный этап преобразования древесины: в верхней камере происходит сушка древесины, в следующей за ней камере – низкотемпературный пиролиз, далее – активирование угля и в самой нижней камере – высокотемпературный гетерогенный пиролиз. На каждом этапе происходит последовательное преобразование сырья:

в верхней (загрузочной) камере мокрая щепа превращается в сухую щепу и водяной пар;

в следующей за ней камере низкотемпературного пиролиза сухая щепа превращается в пиролизный пар (смесь неконденсируемых и конденсируемых газов) и уголь;

в третьей камере уголь активируется водяным паром загрузочной камеры с образованием активированного угля и газа (СО2 + Н2);

в самой нижней и горячей камере сквозь активированный уголь пропускается пиролизный пар и газ из предыдущих камер; в результате гетерогенного пиролиза летучих соединений образуется синтез-газ с соотношением «водород : окись углерода» 1:1 и калорийностью 11 МДж/кг.

Ожидаемые массовые соотношения продуктов в каждой из камер для массы исходной древесины 100 кг приведены на рисунке. Реакции, протекающие в двух нижних камерах печи, показаны в правой части Рис.1. Выходным продуктом печи, получаемым в четвертой камере кроме синтез-газа, будет композитный углерод, имеющий самостоятельные применения в металлургии и теплоэнергетике.

Все камеры печи могут быть построены с использованием плоских конструктивов /4/. Форма и размеры камеры такой печи с производительностью сотни нм3 синтез-газа в сутки показана на Рис.2. Некруглая форма сечения камеры позволяет быстрее выровнять температуру периферийных и центральных слоев сырья в камере. Сбор газов в камере предполагается вести с использованием перфорированных пилонов из металлического профиля, приваренных к внутренней стенке камеры параллельно образующим стенки (на Рис.2 пилоны не показаны). Для увеличения производительности печи такие камеры с одинаковым температурным режимом могут устанавливаться параллельно друг другу внутри единого теплоизолирующего корпуса печи.

Рис.2. Форма камеры пиролизной печи.

Предложенная схема четырёхкамерной печи в промышленном варианте может быть реализована только в стационарной конструкции. Кроме возможности получения высококалорийного генераторного газа практически значимым является и сопутствующий газу продукт – чистый композитный углеродный материал (сырьё для получения высококачественных сталей).

Схемы со сверхкритической водой.

Отдельную группу технологий, ориентированных на получение безбалластного генераторного газа из биомассы, составляют технологии с использованием свойств сверхкритической воды (давление в реакционной массе > 221 атм и температура > 374 град.С). Здесь газификация сырья происходит в условиях высокотемпературного гидропиролиза: в реактор со сверхкритической водой загружается только жидкая биомасса, окислитель не подается. За рубежом эту группу реакций обозначают термином «SCWG» — сверхкритическая водная газификация, например /5/. В общем случае состав образующегося в SCWG-реакции газа образован смесью СО, СО2, СН4 и Н2. Соотношение между компонентами смеси определяется условиями протекания реакции и может быть смещено в сторону получения синтез-газа, биометана или биоводорода – в зависимости от требований, предъявляемых к готовому продукту. Заметим, что при температурах более 600 град.С начинают проявляться окислительные свойства воды и водород выделяется не только из биомассы, но и из другого реагента — воды. Это позволяет добиваться заданных значений соотношения между водородом и оксидом углерода в синтез-газе, что важно для различных газохимических приложений такой газификации биомассы. Но влечет за собой и материаловедческие проблемы – коррозию внутренних стенок реактора, снижение прочностных свойств его корпуса.

Следует отметить, что реакция гидропиролиза энергозатратная и требует подвода тепла в реакционную зону. Возможным источником такого тепла может быть реакция полного окисления углерода биомассы до двуокиси углерода. Для протекания такой реакции в сверхкритическую воду, кроме жидкой биомассы, загружается окислитель. Как правило, в большинстве практических применений последним является кислород воздуха. При количестве углерода в реакционной массе более 12 % реакция становится автотермичной и выделяющегося при этом тепла становится больше, чем требуется для поддержания реакции. Излишки тепла могут быть направлены на энергообеспечение реакции гидропиролиза.

Читать еще:  Свойства древесины различных пород

Обе реакции – гидропиролиза и полного окисления углерода биомассы – являются ресурсосберегающими, т.к. вода, входившая в состав сырья, обеззараживается действием высоких давлений и температур и пригодна для использования в рецикле.

Сырьём для обеих реакций может быть проблемный сегодня борщевик – результат неудавшегося сельскохозяйственного эксперимента в нашей стране. А продуктом использования синтез-газа, полученного после переработки борщевика обозначенной выше связкой реакций со сверхкритическогй водой, может быть жидкое дизельное топливо Евро-5. Малотоннажная технология получения такого топлива имеется в России.

В заключение отметим, что реакции со сверхкритической водой интенсивно изучаются в мире и в России. В нашей стране имеются опытно-промышленные установки, которые могут быть смонтированы в типовых контейнерах и пригодны для организации транспортабельного варианта оборудования. Работы в этом направлении сегодня ведутся.

Каждая из обозначенных выше схем получения безбалластного генераторного газа имеет достоинства и недостатки. Для выбора схемы, соответствующей заданным условиям эксплуатации оборудования, требуется накопление технологического опыта. При этом необходимо добиться сопряжения производительности отдельных узлов и агрегатов, оптимизировать конструкции, оценить соответствующие экономические показатели.

В.В.Костюнин, В.Н.Потапов, Г.В.Жарков, Н.О.Романов, А.А.Меньшиков. Разработка и принципы опытного внедрения вихревых газогенераторов нового типа на разном топливе. Ж. «Современная наука», №2(13), 2013, с.с.109-114; И.А.Берг, С.И.Гордеев, А.Ю.Кисельников, Г.И.Худякова, П.Ю.Худяков. Моделирование процессов тепло-массопереноса для разработки аппарата вихревой газификации твердых топлив малой производительности. ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет». Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования», №6, 2014 г.

А.Н. Бороздин. Частное сообщение. ООО «Вихревые системы», Екатеринбург.

В.В.Косов. Экспериментальные исследования процессов переработки биомассы в синтез-газ и углеродные материалы. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. М. 2012 г.

Патент № 2434694 — Пиролизный комплекс Золотарёва, 2009 г.; патент № 2434929 — Пиролизный комплекс для утилизации углеродсодержащих отходов, 2010 г.

Принцип работы пиролизного твердотопливного котла длительного горения

В данной статье рассмотрим, что такое пиролизные котлы, их недостатки и преимущества.

Пиролизные твердотопливные котлы — схема, принцип работы, достоинства и недостатки

Пиролиз – это химический процесс разложения древесины на древесный уголь и газ, при котором выделяется большое количество энергии в виде тепла. Такой процесс возможен при высокой температуре (200…800°С) и ограниченным содержанием кислорода.

Пиролизные котлы – это котлы, которые предназначены для отопления помещений, основной принцип их работы основан на выделении пиролизного газа и его сжигании, фото 1.

Фото 1. Пиролизные котлы

Топливом для пиролизных котлов могут быть (фото 2.):

  • дрова (оптимальный размер не более 450×250 мм (длина × толщина);
  • брикеты;
  • опилки, измельченные ветки;
  • пеллеты;
  • кокс;
  • уголь;
  • торф.

Фото 2. Пиролизные котлы используют различное твердое топливо

Наиболее эффективным видом топлива является древесина, которая выделяет максимальное количество пиролизного газа. Для эффективной работы пиролизных котлов следует применять дрова толщиной не менее 70…100 мм. Также в комплексе с дровами можно использовать опилки и пеллеты (до 25%). Только на опилках или измельченных ветках и древесине пиролизные котлы не работают, или работают с очень низким КПД.

Принцип работы пиролизных котлов

Оборудование, которое позволяет получить газ вследствие пиролиза древесины, называется газогенератором. В замкнутой емкости, которая называется реактором или топливная камера помещаются дрова, фото 3.

Дрова поджигают с помощью спичек или других средств (этап 1). Вначале дрова начинают гореть как в обычном котле, а далее при достижении температуры 200…800°С задвижка подачи воздуха в камеру сгорания прикрывается и тогда начинает происходить процесс пиролиза древесины. В процессе разложения происходит выделения древесного газа (пиролизного газа), который отводится с помощью отводной трубы (этап 2). Химический процесс пиролиза происходит с выделением теплоты (экзотермия).

В трубке данные газы конденсируются и подаются в камеру сгорания (дожига), где смешивается с вторичным воздухом и затем сжигаются (этап 3). Температура в котле регулируется автоматически с помощью автозадвижки, которая обеспечивает подачу нужного количества воздуха и пиролизного газа в камеру дожига. В камере дожига температура горения пиролизного газа может достигать 110…1200°С.

Фото 3. Принцип работы пиролизных котлов

При сгорании газа выделяется тепло, которое проходит через теплообменник, нагревая тем самым воду в системе, а продукты сгорания выходят через дымоход (этап 4).

Производители пиролизных котлов заявляют, что КПД таких котлов достигает 85…89%. Тут надо отметить, что такая эффективность использования котла достигается только за счет оптимального качества дров – в этом случае дрова должны быть максимально сухими. Приведем данные для наглядности, как влияет влажность дров на получения количества теплоты (энергии):

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

Высокая влажность дров приводит к интенсивному выделению водяного пара, который перемешиваясь с пиролизным газом уменьшает концентрацию горючего, и тем самым снижает мощность горения.

Еще одной отличительной особенностью таких котлов является взаимодействие пиролизного газа и продуктов сгорания, т.е. с углеродом содержащимся в их составе. Такое взаимодействие значительно обезвреживает выброс вредных веществ.

Температура воды обратной трубы, которая поступает в котел должна быть не меньше 50…60°С. Снижение температуры воды, которая поступает в котел приводит к образованию конденсата на оборудовании котла и интенсивному процессу коррозии, что снижает долговечность эксплуатации котла, изготовленного из стали. Внутренняя толщина стальных стенок котла должна быть не менее 4…5 мм.

Конструкция твёрдотопливных пиролизных котлов

В наше время производят очень большое количество пиролизных котлов различной конструкции, но принцип действия их одинаковый, и основные узлы и детали содержатся в каждом из видов такого котла, фото 4.

Фото 4. Примеры конструкции пиролизных котлов длительного горения

Твердотопливный пиролизный котел состоит из двух основных камер:

  • топки загрузки (газогенераторная камера);
  • топки сгорания (камера сгорания газа).

В топке загрузки происходит процесс пиролиза дров. В топке сгорания происходит горение газа, который выделился из древесины вследствие пиролиза.

В зависимости от места расположения камеры сгорания различают котлы с:

  • нижней топкой;
  • верхней топкой.

Наиболее распространенные котлы с верхней топкой сгорания.

Рассмотрим кратко основные достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой (камерой сгорания):

Достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой

Пиролизные котлы в зависимости от типа тяги разделяются на:

  • с естественной тягой;
  • с принудительной тягой.

Естественная тяга обеспечивается за счет длинного (высокого) дымохода. Котел с принудительной тягой оборудован вентилятором или дымососом, которые работают от электрической сети переменного тока напряжением 220 В. Котел с принудительной вентиляцией более эффективный, но зависит от наличия электричества.

Теперь рассмотрим кратко недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой:

Недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой

Пиролизные котлы длительного горения дорогой комплектации оборудованы программатором, с помощью которого выставляется требуемый режим отопления. Автоматизация процесса горения заключается в регулировании работы циркуляционного насоса и вытяжного вентилятора.

Корпус котла изготовлен из стали или чугуна. Чугунные котлы (например «DAMAT PYRO») более надежные и долговечные, потому что не так быстро прогорают и подвергаются коррозии.

Достоинства и недостатки пиролизных котлов

Достоинства:
  • получение дополнительного тепла из-за сгорания газа, который выделяется при пиролизе древесины. При сгорании дров выделяется значительно меньше тепловой энергии, чем при сгорании пиролизного газа. Для горения газа затрачивается меньшее количество воздуха, чем при сжигании дров в обычном котле;
  • при сжигании не образуется сажа или образуется в очень малом количестве. Пиролизные котлы вследствие сгорания древесины и других видов топлива выделяют в 3 раза меньше вредных веществ и компонентов, чем традиционные твердотопливные котлы;
  • дрова сжигаются полностью, что означает получения очень маленького количества пепла в виде пыли по сравнению с обычным сгоранием дров;
  • высокое значение КПД (до 85…89%);
  • длительная работа котла (время между загрузками составляет 8…12 часов и более) и зависит от температуры окружающей среды, размера жилой площади, мощности и конструкции котла;
  • возможность регулировки мощности котла, в приделах 30…100%. Процессом сгорания пиролизного газа легче управлять, чем процессом сжигании дров или другого вида топлива в обычном котле;
  • в некоторых модификациях таких котлов можно сжигать резину и полимерные изделия с минимальным выбросом в атмосферу вредных веществ и соединений.
Недостатки:
  • зависимость от электричества. Вентилятор потребляет энергию в размере 80…100 Вт. Для обеспечения бесперебойной и надежной работы пиролизного котла с принудительной тягой применяют систему оборудованной генератором невысокой мощности;
  • большие габариты котлов;
  • высокое требование к влажности дров;
  • пиролизные котлы производятся только одноконтурными. Для обогрева воды следует дополнительно устанавливать отдельно стоящее оборудование;
  • высокая стоимость котла (примерно, в 1,5…2 раза выше стоимости традиционных котлов).

На рынке пиролизные котлы представлены такими фирмами-производителями: отечественные «Мотор Сич», «Буржуй-К», «Стс» и иностранные VIESSMANN, DAKON, ATMOS, OPOP, OLYMP и др.

Дровяное отопление

Пиролиз – разложение вещества под воздействием температуры. Соответственно, пиролизное горение – горение вещества, с предварительным его температурным разложением.

Пиролиз древесины известен издавна и широко используется человечеством для своих нужд, в первую очередь – для получения химического сырья и топлива. Древесный уголь (продукт пиролиза древесины) издревле и по ныне используется во многих сферах человеческой деятельности. Пиролизный (древесный) газ в Европе использовали для освещения и как источник топлива для двигателей внутреннего сгорания. Говорят, еще во вторую мировую немцы ездили на автомобилях на дровах с пиролизными газогенераторами. Ныне, пиролиз древесины представляет интерес для химической промышленности.

Пиролизное горение древесины

Здесь возникает вопрос о разнице межу обычным и пиролизным горением вещества (топлива, древесины, дров). С точки зрения протекания термохимических реакций – разницы нет никакой, ни в самом процессе горения (обычного и пиролизного), ни в его результате. И обычное, и пиролизное горение – это один и тот же процесс, который невозможно представить без предварительного подогрева и температурного разложения (пиролиза) топлива.

Единственная разница заключается в том, что при обычном горении топлива — пиролиз и горение его продуктов происходит в едином объеме пространства, а при пиролизном горении – в разделенном. Разницу заметить будет гораздо проще, если поочередно заглянуть внутрь обычного котла и котла пиролизного. У обычного котла есть топка. В этой топке горит топливо. В топке происходит, как пиролиз топлива, так и сгорание продуктов пиролиза.

Читать еще:  Как остановить гниение древесины?

Топка пиролизного котла

У пиролизного котла топки нет. Вернее, она есть, но состоит из двух, раздельных камер – камеры пиролиза и камеры сгорания. В камере пиролиза, понятное дело, происходит термическое разложение топлива и получение пиролизного газа. Затем, продукты разложения (пиролизные газы) поступают в камеру сгорания, где и сгорают в виде факела пламени. Такое горение топлива, когда в одной камере происходит его термическое разложение (пиролиз, газогенерация) а в другой – сгорание продуктов пиролиза, получило название «пиролизное горение». Соответственно, котлоагрегаты, использующие этот принцип сгорания топлива, называются пиролизными или газогенераторными котлами.

Пиролизные котлы имеют две камеры — камеру пиролиза (загрузки) топлива и камеру сгорания. В камере пиролиза, под воздействием высокой температуры, происходит термическое разложение древесины и из нее выделяется пиролизный (древесный) газ.

В камере сгорания, пиролизный (древесный) газ горит с выделением тепла. При этом, температура в камере сгорания может достигать 1300 °С, что не возможно при сгорании древесины в обычных котлах. Благодаря наличию двух камер в конструкции пиролизного котла, достигается высокий (до 92%) КПД котла и уменьшение выброса вредных веществ в атмосферу. Благодаря такому конструкторскому решению, пиролизные котлы выгодно отличаются от своих традиционных твердотопливных собратьев.

камера газогенерации пиролизного котла

камера сгорания пиролизного котла

Как видно на фотографиях, в пиролизной камере нет огня, есть только раскаленные угли. Факел огня находится в камере сгорания, там же видно раскаленную добела окалину.

Пиролизная печь — безопасный и выгодный метод утилизации мусора

Для сжигания мусора и твердых отходов используются газогенераторные печи и котлы КДО в комплексе с оборудованием для сортировки и измельчения. Тепловая энергия, полученная в результате высокотемпературного (1100-1200 градусов) сжигания мусора, может быть использована для хозяйственных нужд предприятия.

Выбор варианта обращения с отходами можно условно свести к трем подходам. Это захоронение отходов, сжигание мусора и его переработка. На нашем оборудовании для пиролиза можно решить как задачу сжигания, так и получения товарной продукции из различных отходов.

Для утилизации отходов методом термического разложения без доступа кислорода (при температуре до 600 градусов) нашим заводом разработаны мобильные пиролизные печи «Реактор».

Пиролизная печь для утилизации мусора и нефтешламов

Печь для пиролиза «Реактор» позволяет перерабатывать от 1 до 50 куб.м. нефтешламов или промышленных и бытовых углеродосодержащих отходов 1-5 класса опасности в сутки. Для переработки чисто древесных отходов мы предлагаем использовать пиролизные углевыжигательные печи.

Пиролизные печи для утилизации отходов и пиролиза ТБО

В зависимости от состава в результате пиролиза промышленных отходов получают жидкое (печное) топливо и технический углерод. Но главное, вы получаете существенное уменьшение объема отходов — в десятки раз, с минимальным воздействием на окружающую среду.

Технический углерод — сажа или carbon black. Используется в промышленности как наполнитель, улучшающий свойства материалов. Область применения: изготовление резины, пластмасс, пигментация и окрашивание, строительство (сажа строительная). Также технический углерод является топливом по теплотворности превосходящим уголь.

Преимущество утилизации отходов в пиролизных печах «Реактор» — мусор не нужно сортировать или измельчать. Более того, печи для пиролиза могут работать на спрессованных отходах с гарантированно полным разложением.

Пиролизные установки «Реактор» перерабатывают такие виды отходов как:

  • Твердые коммунальные отходы, включая резино-технические изделия, пластики, кожу, макулатуру, ткани, пищевые отходы и т.д.
  • Отходы сырой нефти, отработанные масла, переработка и утилизация нефтешламов.
  • Отходы переработки древесины в лесной промышленности.
  • Отходы агропромышленных предприятий, в т.ч. навоз и помет.

Технические особенности пиролизных печей «Реактор»

Пиролизный котел-утилизатор «Реактор» практически полностью автономен. Стартовый нагрев необходим только на начальном этапе разогрева и может выполняться горелкой на том же печном топливе. Далее пиролизный утилизатор использует для поддержания процесса нагрева собственный пиролизный газ. Такое решение позволяет поддерживать необходимую температуру и очищать выбросы в атмосферу.

Загрузка пиролизной печи
для утилизации автомобильных покрышек

Отличительной особенностью пиролизных печей «Реактор» является мобильность и компактность. Пиролизное оборудование имеет модульную конструкцию и может перевозиться грузовыми автомобилями непосредственно к месту утилизации отходов. Никаких специально подготовленных площадок, фундаментов или коммуникаций не требуется.

Жидкое топливо — продукт пиролиза углеродосодержащих отходов, используется в качестве печного топлива в промышленных энергоустановках с распыляющими горелками. По теплотворности выше мазута. Может быть использовано в готовом виде или в дальнейшей переработке.

Расположение корпуса пиролизных печей «Реактор» — вертикальное у младших моделей и горизонтальное у старших. В конструкции пиролизного реактора обеспечивается естественный прогрев установки и быстрое начало пиролиза в нижней зоне. А выходящие вверх газы разогревают остальную часть сырья. Пиролиз протекает равномерно и отходы утилизируются полностью. Корпуса установок для пиролиза имеют дополнительное утепление.

Ротационная пиролизная установка для утилизации отходов

Конструкция вертикальных пиролизных печей «Реактор» предусматривает возможность опрокидывания корпуса для разгрузки-погрузки сырья. Для автоматизации и удобства мы предлагаем транспортеры и дополнительную обвязку пиролизной установки металлоконструкциями с лестницами и площадками.

Для монтажа верхней крышки при загрузке-выгрузке пиролизные установки для отходов оборудованы ручными лебедками. При таком варианте исполнения дополнительное подъемное оборудование не требуется — это положительно сказывается на цене пиролизного оборудования.

Как заработать на пиролизе мусора и отходов производства?

Стоимость утилизации отходов существенно отличается от класса опасности. Так, на 2019 год, по данным открытых источников, цена утилизации 1 тонны неопасных отходов 4-5 класса составляет 4 500 рублей за тонну без учета транспортных расходов. Утилизация резины автошин и пластмасс около 6 000 рублей, промасленных отходов и загрязненных фильтров от 12 000 рублей. Утилизация нефтесодержащих отходов будет приносить переработчику от 15 000 рублей за тонну.

Используя пиролизные печи «Реактор», вы зарабатываете не только на утилизации отходов. Существенную долю прибыли будут составлять доходы от реализации товарной продукции.

Остаток после пиролиза автомобильной резины
технический углерод, металлокорд и печное топливо

Рыночная стоимость печного пиролизного топлива на 2019 год: 15 000 — 23 000 рублей, технического углерода: 1 200 — 1 800 рублей за тонну. Выход готовых продуктов по автомобильной резине: от 40 до 60% жидкая фракция, 25-35% твердая фракция, 7-12% будет составлять металлокорд. Еще около 5% удельного веса будет составлять пиролизный газ, который используется в процессе пиролиза самой установкой.

Технические характеристики вертикальных пиролизных печей «Реактор»

Модель/Объем камеры куб.м51020(10+10)30
Габаритные размеры, м2,2х2,2х3,255х2,4х3,256,2х2,4х3,58,8х2,4х3,5
Масса установки в сборе, т2,94,86,88,9
Габариты охладителя, м2,7х1,25х2,23,4х1,25х2,26,8х1,25х2,58,5х1,25х2,5
Объем накопительного бака, л90250
Объем водяного бака, куб.м.2468
Площадь размещения, м5х46х47,5х410х5

Цены на пиролизные печи «Реактор»

Мы держим умеренные цены на пиролизные установки нашего производства. Простота и мобильность в сочетании с доступной ценой дают возможность организовать свой мусороперерабатывающий пиролизный завод как при существующем производстве, так и создать отдельный бизнес по переработке и утилизации промышленных отходов.

  • Реактор V=1 куб.м. объем камеры — 865 000 рублей.
  • Реактор V=2,5 куб.м. объем камеры — 1 450 000 рублей.
  • Реактор V=5 куб.м. объем камеры — 2 380 000 рублей.
  • Реактор V=7 куб.м. объем камеры — 2 940 000 рублей.
  • Реактор V=10 куб.м. объем камеры — 3 720 000 рублей.
  • Реактор V=20 куб.м. объем камеры — 6 900 000 рублей.
  • Реактор V=30 куб.м. объем камеры — 7 680 000 рублей.

Для использования мобильных пиролизных установок не требуется ГЭЭ. Достаточно соблюдения условий по размещению оборудования на землях промышленного назначения с санитарной зоной 500 метров от жилья. На данные пиролизные печи имеется заключение ГЭЭ.

Цены на крекинговые системы к установкам пиролиза «Реактор» для перегонки топлива

  • Топливо из нефтесодержащих и жидких видов отходов от 1 550 000 до 6 900 000 рублей.
  • Топливо после ТКО и твердых видов отходов от 1 360 000 до 5 400 000 рублей.

Стоимость комплекса подготовки технического углерода

В состав комплекса входят:

  • Молотковая дробилка.
  • Транспортер ленточный 3 м. с магнитным сепаратором.
  • Вибросито на 2 фракции.
  • Транспортер ленточный 5 м.
  • Бункер — накопитель 3 куб.м.

Цена линии 1 190 000 рублей.

Комплекс предназначен для измельчения технического углерода после пиролиза, отделения металлических включений и подготовки к затариванию.

На нашей производственной площадке постоянно работает пиролизная установка для утилизации автомобильной резины. Вы можете посетить производство и испытать пиролизное оборудование на вашем типе отходов.

МОЖЕТ ЗАИНТЕРЕСОВАТЬ

Дополнительное оборудование

Как сделать авто на дровах своими руками

Если вы хотите попробовать перевести свою машину на дрова, на вашем пути встанет множество препятствий. Конструируя газогенераторную установку, вам надо будет сделать ее одновременно небольшой, довольно легкой и в тоже время высокоэффективной. Если позволяют финансы, наилучшим решением будет пойти по пути умельцев из-за рубежа и использовать нержавеющую сталь для корпуса самого газогенератора, фильтра и охладителя.

Это даст вам заметный выигрыш в массе всей конструкции, причем без потери прочности. Однако нержавейка обойдется вам в копеечку, и поэтому отечественные мастера часто заменяют ее обычной сталью.

На изображении внизу приведена схема самой совершенной автомобильной газогенераторной установки, которой оснащались серийные автомобили (речь идет о грузовике «УралЗИС-352″, выпускавшимся в 1950-х гг.). Именно на ее конструкцию лучше всего ориентироваться при сборке своего газогенератора:

Для начала надо будет сделать наружную емкость – для этой цели прекрасно подойдет прочная железная бочка или завальцованный и заваренный лист металла толщиной не менее 1 мм, для внутренней же сгодится газовый баллон (для пропана) или ресивер от грузовика (КамАЗа, например). Не забудьте прорезать в корпусе дверцу для доступа к зольнику, иначе вы не сможете его чистить. Внизу камеры сгорания следует расположить горловину – там будут осаждаться смолы. Колосниковую решетку легко сделать из прочной арматуры, а для патрубков придется подыскать трубы подходящего размера и диаметра. Из листа металла толщиной 5 мм получатся отличная крышка и днище. В качестве уплотнителя используйте асбестовый шнур (не забудьте нанести на него пропитку в виде графитной смазки).

Читать еще:  Что такое рейсмусование древесины?

На фильтр грубой очистки можно пустить отслуживший свое огнетушитель. В нижней части он оснащается насадкой в форме конуса со штуцером, а сверху вваривается патрубок, через который будет выходить очищенный газ. Сбоку, в корпус, врезается еще один штуцер для подачи продуктов горения. Общая схема циклона приведена ниже:

Так как смесь газов обладает слишком высокой температурой, в ДВС ее использовать нельзя. Поэтому газы необходимо охладить. В качестве охладителя можно использовать как обыкновенную «гармошку», применяющуюся в системах отопления, так и более продвинутый биметаллический радиатор, разместив его так, чтобы он хорошо обдувался набегающим потоком воздуха.

После охладителя газы нужно очистить еще раз с помощью фильтра тонкой очистки. Тут тоже подойдет корпус от старого огнетушителя, а вот фильтрующий элемент выбирайте на свое усмотрение . Узлы и агрегаты следует объединить согласно данной схеме:

Кроме того, вам понадобится еще 2 детали. Первая из них – это смеситель, с помощью которого вы будете регулировать топливно-воздушную смесь для ДВС. Вторая – вентилятор с реле, необходимый для нагнетания газа во время розжига (после запуска мотора в системе появляется разряжение, и вентилятор на этом этапе должен отключаться). Кстати говоря, вентилятор устанавливается в воздухораспределительной коробке, оснащенной обратным клапаном. Коробка не является частью газогенератора, а устанавливается отдельно.

Выводы и рекомендации

Хотя идея перевести машину с бензина на дрова и кажется весьма привлекательной, равноценной замены не получится. При всех достоинствах газогенератора, двигатель, работающий на смеси горючих газов, просто неспособен развивать мощность, сравнимую с мотором на жидком топливе. Как следствие, динамика оставляет желать лучшего (даже 70-80 км/ч- скорость практически недостижимая). Другое дело, если газогенераторная установка создается с целью отопления жилья в негазифицированных населенных пунктах. В данном случае это весьма неплохой вариант, на который определенно стоит обратить внимание.

Сбор системы

Сборка печи пиролизного сжигания делается прямо на месте монтажа, чтобы не утруждаться в перемещении габаритного прибора.

— Укладка фундамента должна быть непременно из термостойкого кирпича.

— Потом по периметру устанавливают внутренние стенки котла, а на дне размещают отсек для золы. Внутренние стенки соединяются сваркой.

— Когда корпус готов, приступайте к внутреннему монтажу. Камеры нужно приварить, а также теплообменник и колосники по ранее прикрепленным направляющим.

— Ребра жесткости, прорезанные из профиля, крепятся снаружи сваркой в вертикальном положении.

— В завершение устанавливают внешние стенки и верхнюю плиту. На плоскости устанавливают баки для воды .

— В прибор, между стенками засыпают чистый песок, который будет выполнять универсальную функцию: защитит камеру от прогорания или перегрева и дополнительно аккумулирует тепло.

Важный момент: засыпать необходимо только чистый песок, без органических компонентов. Его нужно предварительно хорошенько прокалить. Это защитит от плохого запаха при работе котла.

На этой стадии происходит герметическая установка дверок камер. Емкость с водой подключают к контурам. Все — металлическая самодельная пиролизная печь готова.

Котел разжигают твердым топливом, затем огонь фиксируется дверкой. Ровное горение может быть лишь при регулированной подаче воздуха камерам. Для этого необходимо прикрепить специальную систему, состоящую из клапанов и рычагов.

Причины появления дегтя в дымоходе котла

Твердотопливные котлы имеют свойство, засорятся, оставляя за собой нагар, сажу, смолы, которые напрямую негативно влияет на эффективность котла.

Основным элементом, из которого состоит древесина, бурый или каменный уголь, является углерод.

Вода составляет 20-35% от веса древесины, а калий, магний, натрий и другие элементы не составляют больше 1-3% веса и остаются, в основном, в зольных остатках, принимая минимальное участие в образовании дегтя.

В печах сгорает именно углерод. И если в простых твердотопливных котлах происходят достаточно простые процессы, которыми легко управлять, но тяжело автоматизировать, то в пиролизных печах гораздо чаще может проистекать именно вышеупомянутый процесс сухой перегонки древесины.

Под воздействием высокой температуры и недостаточного количества кислорода происходит температурное разложение древесины: выделяются древесный газ, который состоит из угарного газа, водорода, азота (находится в первичном воздухе), а также главные виновники торжества углеводороды соединения углерода с азотом, кислородом, водородом (например, метан, пропан, ацетилен). Далее, благодаря вторичному нагнетанию воздуха в камеру дожигания котла, происходит сгорание выделившихся газов.

При неполном сгорании этих газов, а именно углеводородов (метан, пропан и пр.), вместо сгорания происходит химическая реакция, в ходе которой образуется деготь.

Пиролизные котлы известны своим высоким КПД, своей эффективностью, они способны на 97-98% использовать энергию химических связей древесины, углерода.

Если в котле образуется мазут, деготь, то это значит, что про эффективность стоит забыть, а ваш котел настроен, собран или установлен неправильно!

Главная причина появления дегтя в дымоходе – недостаточное количество кислорода, подаваемого в камеру сгорания, что приводит к снижению температуры, при которой должен происходить процесс.

Также можно выделить такие причины, как неправильная сборка и компоновка, маломощный нагнетатель (насос) котла, падение напряжения в сети, недостаточно высокий дымоход, сырые дрова. Не стоит быть также чересчур экономными: подача воздуха ниже определенного уровня может растянуть процесс горения (пиролиза) в котле на больший отрезок времени, но приведет к образованию дегтя. А это чревато не только регулярными чистками дымохода, но и выходом из строя котла и камеры сгорания.

Что собой представляет

Пиролиз – это процесс глубокого разложения веществ под действием высоких температур без доступа кислорода с образованием большого количества различных органических соединений в газовой, жидкой и твердой фазе. Состав продуктов пиролиза зависит от исходного сырья.

Газогенераторные котлы имеют двухкамерную структуру. В первой происходит пиролиз твердого топлива в среде, обедненной кислородом в пределах от 200 до 800°С с образованием древесного кокса и пиролизного газа. Газ поступает во вторую камеру, где смешивается с кислородом и сгорает, выделяя большое количество энергии. Отходящий дымовой газ проходит через теплообменник, отдавая свое тепло циркулирующему в системе теплоносителю.

В таком котле используется не тепло, возникающее от горения дров, а тепло от сгорания пиролизного газа. Термическое разложение древесины без доступа воздуха происходит гораздо медленнее, чем при горении, что увеличивает КПД газогенератора за счет уменьшения расхода сырья и увеличении теплосъема.

Во время сгорания пиролизный газ вступает в реакцию со свободным углеродом, что приводит к более глубокой конверсии продуктов горения. Поэтому сбрасываемый в атмосферу дым состоит в основном из водяного пара и двуокиси углерода (углекислый газ). Благодаря такой особенности газогенераторные котлы на твердом топливе способны утилизировать ДСП, ДВП, резинотехнические отходы и полимерные материалы без ущерба для окружающей среды. Твердого остатка (кокс) образуется гораздо меньше, чем при обычном горении, что сокращает период между чистками агрегата.

Котлы на твёрдом топливе — основные виды и специфические особенности

К твёрдотопливным котлам относят аппараты, использующие в качестве топлива то или иное кусковое сырьё различной степени дисперсности: чаще всего это дрова, уголь, топливные пеллеты либо стружки/опилки. Следует отметить, что за топливную универсальность (возможность использовать в одном котле разные виды твёрдого топлива) как правило приходится расплачиваться его эффективностью, а в ряде случаев это вообще невозможно. Ограничения связаны с различной плотностью, теплотворной способностью и зольностью перечисленных топлив — поэтому на практике производитель котла типично оптимизирует его конструкцию лишь под один конкретный вид твёрдого топлива.

Котлы на дровах

Наиболее распространены в частном секторе, поскольку древесина является дешёвым, легкодоступным и возобновляемым видом топлива. Как правило просты в устройстве и эксплуатации, однако практически не автоматизируемы из-за разнообразия параметров используемого кускового топлива и сложности его автоматической подачи в топку. Из-за специфики топлива (крупные куски неправильной/нестандартной формы затрудняют плотное заполнение топки, низкая теплотворная способность древесины и т.д.) их типичный тепловой КПД находится нв уровне 70-80%.

Котлы на угле

Отвечают наивысшей теплопроизводительностью на единицу объёма топки, классифицируются по виду угля: антрацит, каменный/бурый угли. Имеются существенные ограничения по зольности используемого топлива: чаще всего высокозольные бурые угли не могут использоваться в котлах, оптимизированных на качественный уголь с малой зольностью. Имеют большие сложности с полной автоматизацией из-за большого разнообразия гранулометрического состава топлива (от крупных кусков до пыли).

Котлы на опилках и стружках

Занимают промежуточное положение между котлами на пеллетах и на дровах: химический состав топлива и его зольность близки, однако его фракционный состав различается очень сильно. Поскольку насыпная плотность стружек/опилок крайне мала и их транспортировка в непереработанном состоянии на практике обычно лишена экономического смысла, подобные котлы на опилках чаще всего используются на деревообрабатывающих производствах — для утилизации большого объёма отходов и генерации тепла под производственные нужды (отопление цехов, различные сушильные камеры, парогенераторы).

Котлы на топливных пеллетах

Используют искусственно приготовленное топливо, полученное гранулированием древесных либо сельскохозяйственных отходов в специальных аппаратах. Поскольку гранулометрический состав пеллет заранее предопределён, такие котлы легко автоматизируются и имеют более высокую тепловую мощность по сравнению с дровяными (пеллеты плотнее древесины, равномернее заполняют топку).

Особенности

Котлы на древесине, пеллетах и стружках/опилках роднит специфический химический состав используемого топлива, поэтому помимо «классического» сжигания на колосниковой решётке также весьма распространены аппараты пиролизного типа: в них после выхода устройства на режим твёрдое топливо сжигается последовательно, в два этапа. На первом под действием высокой температуры органические отходы/древесина карбонизируются, дополнительно выделяя горючий пиролизный газ, который затем дожигается во второй (дополнительной) топке.

Поскольку газ полнее смешивается с воздухом и эффективнее сгорает, суммарный тепловой КПД такого котла оказывается выше, чем простого дровяного. Рассчитанные же только на стружки/опилки котлы также могут использовать свои, специфические схемы сжигания топлива: например, в последнее время получили распространение так называемые «вихревые» котлы, где указанное мелкодисперсное топливо с низкой насыпной плотностью и большой площадью поверхности частиц сжигается «на лету», в вихревом потоке. Поскольку в этом случае происходит лучшее перемешивание и более полный контакт топлива с воздухом, результирующий тепловой КПД котла также получается выше, чем при «классическом» горении.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector