Печи пиролиза

Пиролизная печь оптимальна в условиях невозможности подключения к центральной газовой магистрали или водяному отоплению. Устройство представляет собой газогенераторную установку для обогрева пространства и не требует постоянного контроля во время работы. Пиролизные газы увеличивают эффективность работы печи в несколько раз.

Особенности пиролизной печи и её применение

Пиролизные печи называются печами длительного горения. Сгорание твёрдого топлива в них происходит без доступа кислорода: летучие газы сначала насыщаются мелкой фракцией древесины, а затем дожигаются при высокой температуре (от 450 ^оС), смешиваясь с остаточным воздухом во второй камере. Топливо и газ сгорают практически полностью, обеспечивая высокий КПД (до 85—95%).

Печь такого действия устанавливают в гараже, на даче, в своём доме и в любом небольшом помещении, где необходимо долгосрочное отопление.

Преимущества и недостатки

Отопительное устройство отличается эффективностью и экономичностью, но также имеет и ряд особенностей. Сделать правильный выбор позволяет знание плюсов и минусов пиролизных печей. Положительные особенности этих устройств выражены в следующем:

• КПД до 95%, быстрый нагрев;
• минимальный процент дыма и сажи, экологичность;
• отсутствие необходимости постоянного контроля (топливо загружают раз в сутки);
• применение разного вида топлива;
• доступность сборки и монтажа печи своими руками.

Основной недостаток эксплуатации такой печи — необходимость правильного хранения дров, подбирая оптимальный уровень их влажности. В противном случае материал не будет эффективно сгорать, ведь влажные пары не позволят газу переработаться.

При сжигании отходов (сырая древесина, покрышки авто, производственный мусор) присутствует неприятный запах, поэтому рекомендуется использовать только чистое и качественное топливо, или дополнительно устанавливать в помещении систему вентиляции. А также стоит учесть, что в дымоходе образуется конденсат, для сбора которого предусмотрен специальный накопитель. Выходная труба и дымоход имеют больший диаметр, чем накопитель, поэтому важна правильная установка печи.

Виды печей длительного горения

Варианты печей такого типа классифицируются в зависимости от материала, способа эксплуатации и метода передачи тепла. Конструкции отличаются по типу тяги и взаимному расположению внутренних камер. Таким образом, печи изготавливаются металлическими или кирпичными.

Таблица: классификация пиролизных печей

Фотогалерея: разнообразие агрегатов отопления

По способу передачи тепла агрегаты разделяются на модели:

• с водяным контуром отопления;
• вариативностью размещения теплообменников (камеры сгорания и тления располагаются в разном порядке). Если топка находится сверху, а камера дожига газов — снизу, тогда необходима принудительная тяга с помощью дымососов и вентиляторов. Если же, наоборот, топка расположена снизу, то срабатывает естественная тяга.

Как выбрать вариант печки

Сначала определитесь:

• для каких целей нужна печь;
• где она будет стоять;
• на каком топливе работать.

При выборе типа конструкции для создания своими руками учитывайте площадь и тип пространства. В зависимости от параметров обогреваемого помещения подбирают размеры и мощность печи. При этом стоит учесть, что кирпичные модели ставят на постоянное место будущего использования, а металлические — почти все мобильны.

При изготовлении любой модели печи собственноручно стоит рассчитать баланс между соотношением кислорода и газа. Поэтому выбор и сборка любого варианта печи требуют тщательного расчёта параметров, мощности и габаритов изделия.

Конструктивные элементы

Высококачественные стальные листы используют для создания металлических конструкций прямоугольной формы. При этом печь изготавливают с двойными стенами. Пространство между ними заполняются песком или водой (водяной контур). Металлические бочки с толстыми стенками могут служить основой для изготовления небольшой печи.

В пиролизной печи две камеры сгорания. В одном отделении происходит переработка твёрдого топлива, а в другой продукты пиролиза смешиваются с воздухом. При верхнем расположении топки для твёрдого топлива, между отсеками ставят колосниковую решётку. В печах из металла перегородками служат полые внутри пластины.

Вентиляторы наддува являются необходимыми элементами в конструкциях, где камера для газов расположена снизу. С помощью принудительной тяги газообразные вещества перемещаются вниз, где начинается процесс дожига. В таких изделиях присутствуют и дымососы на отводящих каналах.

Все элементы конструкции взаимосвязаны, обеспечивая эффективную работу пиролизной печи.

Чертежи, размеры и расчёт

Сделать своими руками небольшую печь для обогрева гаража или другого пространства можно с помощью подручных материалов.

Обязательным этапом является создание чертежа или схемы будущей конструкции. Для этого нужно определить форму и размеры корпуса, вариант расположения камер. После этого проводится расчёт мощности, достаточной для обогрева помещения. Параметры определяют следующим образом:

• предположим, что для отопления помещения при самой низкой наружной температуре требуется 10 кВт тепла. Определяем необходимую мощность печи в режиме обычного горения. Известно, что в режиме газогенерации мощность печи составляет 10—30% от той, которая развивается в режиме пламенного горения. Следовательно, для получения 10 кВт с газогенерацией агрегат при горении с пламенем должен развивать мощность W = 10 / 0.3 = 33.3 кВт (принимаем 30-процентное соотношение мощности);


• выбираем наименее энергоёмкое топливо. Например, оптимален сухой бук;
• рассчитываем объём топливной закладки, которая сможет обеспечить требуемую мощность. Порция дров сгорает в режиме пламени примерно за 4500 с. Следовательно, за это время она должна дать следующее количество тепла: Q = 33,3*1000*4500 = 149,85 МДж. Рассчитаем необходимую массу топлива, учитывая, что полностью оно сгорает только на 80%, а КПД самодельной печи равен примерно 50%: М = 149,85 / (15,5*0,8*0,5) = 24,17 кг. Зная, что плотность сухого бука составляет 620 кг/м³, переведём полученное значение массы в объём: V = 24,17 / 620 = 0,039 м³ = 39 л;
• рассчитываем объём топки. Коэффициент загрузки топки в среднем составляет 0,63. Она должна иметь объем: Vт = 39/0,63 = 61,9 л.

Сделать чертёж или технический рисунок изделия можно самостоятельно, учитывая форму и особенности печи. За основу берётся готовое изображение подходящего агрегата.

Инструменты и материалы

Список необходимых расходных материалов и рабочих инструментов:

• листовая сталь марки Ст20 толщиной 3–4 мм;
• стальной равнополочный уголок 4х50 мм;
• труба диаметром 50–60 мм;
• стальная арматура с сечением 8 мм;
• стальные трубы диаметром 110 или 120 мм для дымохода;
• кирпичи в количестве 15 штук;
• электросварочный аппарат и несколько упаковок электродов;
• дрель и свёрла по металлу, болгарка с кругами на 230 мм;
• строительный уровень, рулетка, карандаш, молоток.

Расходные материалы выбирайте качественные и надёжные. От этого зависит не только работа пиролизной печи, но и безопасность окружающего пространства в процессе отопления.

Подготовка и выбор места установки

Сборка конструкции осуществляется непосредственно в помещении, где будет установлена печь. Раскрой листа на заготовки лучше всего заказать у специалистов в магазине. Это обеспечит хорошее качество основы для изделия.

Место для установки агрегата нужно подготовить.

• на полу выкладывают основание из кирпичей или иного негорючего материала;
• площадь основы должна быть больше, чем габариты печи;
• устанавливают агрегат на расстоянии не менее 80 см от ближайших стен;
• пол в радиусе 1,2 м перед обогревательным устройством должен иметь несгораемое покрытие (лист железа 1,5 мм толщиной).

Изготовление: варианты, схема, инструкция

Печка может иметь цилиндрическую или прямоугольную форму.

Делаем необходимые заготовки: из металлического уголка нарезаем элементы для вертикальных стоек (1 м), а горизонтальные отмеряем по ширине установки. Детали сваривают и получается каркас.

После этого изготавливаем стенки. В передней панели проделываем два отверстия: одно для топки, другое — зольное. Привариваем на них крепёжные элементы для навесных дверей.

К внутренней стороне крепим уголки, по одному на двух противоположных стенках. И на них монтируем колосниковую решётку и поддон с перфорацией, разделяющий топку и отсек дожига.

Дальнейший комплекс работ:

1. В одну из боковых стенок на уровне верха топочной камеры нужно врезать поддувало с заслонкой. Оно изготавливается из короткого отрезка трубы диаметром 50–60 мм. Просверлив в поддувале отверстия диаметром 8,5 мм, в него нужно вставить ось заслонки, выполненную из арматуры диаметром 8 мм. С одной стороны ось должна выступать на достаточную длину — после сгибания её хвостовик будет выполнять функцию ручки. Остаётся приварить к оси стальной диск, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру поддувала. Чтобы заслонка не двигалась самопроизвольно, её рукоятку оснащают пружинным или резьбовым фиксатором.
2. Сварку деталей начинаем с днища. Затем укладываем колосниковую решётку с перегородкой и привариваем к ней крышку. Перегородка, отделяющая камеру дожига, должна иметь отверстия (общей площадью 7% от всей площади детали). Между её краем и передней стенкой печи оставляем просвет в четверть длины топки.


3. Для подключения печи к дымоходу в отверстие крышки ввариваем отвод диаметром 110–120 мм с углом поворота 90 градусов. К нему присоединяется горизонтальный участок длиной 0,8–1 м (так называемый боров). Он задерживает выход газов из камеры дожигания, позволяя им сгореть в полном объёме.
4. В конце горизонтального участка устанавливаем заслонку (шибер), выполненную по тому же принципу, что и заслонка поддувала. Только у шибера диаметр должен быть меньше внутреннего диаметра трубы — примерно 90–95 мм. В шибере вырезается сектор с центральным углом в 90 ^о, то есть ¼ диска.

Эту конструкцию можно усложнить и превратить в конвектор: внутри топки устанавливают вертикальные трубы диаметром 60–100 мм, 2/3 части диаметра при этом выходят внутрь топки. Лучше использовать изогнутые элементы.

Правильная эксплуатация и чистка печи

Первый розжиг агрегата производите с открытой шиберной заслонкой: на колосниковую решётку положите быстро прогорающее твёрдое топливо и подожгите. После прогорания добавьте ещё поленья, закройте дверцу и заслонку, а с помощью поддувала отрегулируйте мощность. Стоит помнить, что шибер имеет разрез, не позволяющий перекрыть дымоход.

Чистить печи длительного горения не приходится часто: топливо выгорает полностью, и сажа в дымоходе образуется в малых количествах.

Регулярный ремонт пиролизной печи своими руками предполагает своевременное устранение неполадок. При деформации дверцы топки следует исправить или заменить этот элемент. Если конструкция расходится по шву, то важно прекратить эксплуатацию и срочно устранить щели.

Печь такого типа легко сделать своими руками, но конструкцию необходимо создавать с большой точностью, применяя готовые чертежи или разработав их самостоятельно. Отопительная система требует применения качественных материалов и внимательности при изготовлении и сборке. Только в этом случае пиролизная печь будет безопасна в использовании и эффективна.

legkovmeste.ru

Пиролиз

Не все знакомы с понятием «пиролиз». Этот процесс – термическое разложение органического вещества (когда не хватает кислорода) на пиролизные газы и твердые остатки. При высокой температуре происходит смешение пиролизного газа с кислородом, в результате чего полностью сгорает и сам газ, и органическое вещество, в нашем случае – топливо.

Если после первого этапа убрать твердые остатки, фактически будет обеспечен процесс изготовления угля. Однако нас интересует процесс в целом, рассматривая его в качестве системы отопления.

Устройство

Как выглядит, можно посмотреть на фото. Классическая пиролизная печь предусматривает две камеры. Одна используется для топлива, герметично закрывается, чтобы кислород не попал внутрь. Дрова поджигаются вручную или горелкой. Полученный газ (азот со смесью водорода, метана, угарного и углекислого газа) переходит во вторую камеру, в которую подается кислород для улучшения горения. Разделение камер осуществляется колосником с уложенными брикетами.

Вторая камера может быть совмещена с дымоходом. Может функционировать при помощи герметичных заслонок, учитывая естественную тягу, или же с применением вентилятора.

Для извлечения твердых остатков используется реторта, представляющая собой круглую часть корпуса. В нее закладываются дрова, снизу достается уголь, кокс.

В чем отличие пиролизной печи от обычной? В ней топливо сгорает не сразу, проходит два этапа, оставляя после себя газ и твердые остатки. Последние тоже сжигаются, что увеличивает количество вырабатываемого тепла. В результате всех этих процессов от дров мало что остается – немного золы. Поэтому чистка печей требуется довольно редко – иногда достаточно одного раза в неделю.

Топливо

В пиролизной печи может использоваться два вида твердого топлива: дрова или пеллеты. Его влажность может достигать 50%. Топливо должно быть влажно-сухим – сушить нужно на открытом воздухе, под навесом. Необходимо учитывать, что пеллеты в заводской упаковке способны увеличить свою влажность до 30%, если хранятся в неотапливаемом помещении.

Примечание: Для применения в пиролизных печах рекомендуется довести уровень влажности топлива до 12%. Чтобы достичь такого показателя, можно использовать сушилку, сделанную своими руками.

Не нельзя не отметить пиролизное масло. Оно представляет собой продукт процесса нагрева до 800 градусов на короткий период – до 30 с. По сути, пиролизное масло – разжиженный древесный деготь. Оно характеризуется высокой теплотворной способностью, однако содержит много серы, как для бытового топлива, разъедает металлы. Его используют в промышленных масштабах.

Преимущества

Выделим основные достоинства, которыми обладает пиролизная печь:

1. Высокий КПД – до 85%. Если сравнивать с обычными печами, это очень хороший показатель.
2. Быстрый нагрев топлива. Достижение комфортной температуры в помещении за короткий промежуток времени.
3. Экологичность. Продукты сгорания содержат вредные вещества в крайне малой дозировке. Поэтому такие печи называют бездымными: отсутствует сажа, чистый дымоход.
4. Экономичность работы. Обеспечивается за счет продолжительного и полного сгорания топлива.
5. Широкий диапазон тепловой мощности. Печь способна функционировать в диапазоне от 5 до 100%.
6. Может применяться разное топливо, кроме рекомендованных видов: автомобильные покрышки, мусор, сырые дрова и прочие.
7. Не нужен постоянный контроль. Топливо загружается раз в сутки, а золу можно выгружать гораздо реже.
8. Можно сделать своими руками. Достаточно составить правильную схему, сделать чертеж, по которому можно реализовать задачу.

Недостатки

Пиролизная печь имеет и недостатки:

• Требуется место для хранения топлива и поддержания его влажности на необходимом уровне.
• Большие габариты. Требуется относительного много места для размещения.
• Если сжигаются отходы, запах присутствует. Для таких случаев рекомендуется использовать вентиляционную систему.
• Конденсат накапливается в дымоходе, выходном канале. Для него в конструкции обычно предусматривается накопитель, а выходную трубу и дымоход делают большего сечения.

Учитывая все преимущества и недостатки, пиролизные печи вполне могут составить должную конкуренцию иным источникам тепла.

Безопасность

Пиролизная печь своими руками – это вполне реально, однако важно сделать подробный чертеж, а также иметь навыки работы со сварочным аппаратом. Поскольку образование газа происходит неравномерно, требуется обеспечение мониторинга за соотношением газа и кислорода. Для этого используется электроника, которая отслеживает процессы. Одна камера формирует давление, другая – создает баланс состава топливовоздушной массы. Этим и отличаются конструкции, изготовленные на заводе и своими руками.

Примечание: Поскольку процесс пиролиза не является регулируемым, он нуждается в применении электронной системы. Для возведения печи своими руками следует использовать качественные материалы.

Небольшая пиролизная печь, которую можно использовать в гараже

Создание

Для работы своими руками потребуются инструменты:

• дрель;
• болгарка, отрезные и шлифовальные круги;
• сварочный аппарат и электроды;
• металл толщиной 4 мм (достаточно 7,5 м²);
• огнеупорный кирпич (10–15 шт.);
• вентилятор;
• датчик температуры;
• колосники;
• трубы круглого и прямоугольного сечения;
• две дверки;
• стальная полоска.

Конструкция

Мощность определяет габариты конструкции. Процедура создания своими руками включает такие операции:

• сварка двух камер и стального корпуса;
• создание фундамента из кирпича;
• создание отверстий, организация подачи воздуха в камеры;
• вырезка окна камеры, установка двери;
• в выводящую трубу вставляется вентилятор;
• стенки котла вырезаются из листовой стали и профилированной трубы (для ребер жесткости) с использование болгарки;
• в передней стенке создается отверстие, учитывая размеры дверцы;
• для создания емкости для воды используется листовая нержавеющая сталь;
• теплообменник делается своими руками из комплекта водопроводных труб.

Сборка

Собирать конструкцию своими руками необходимо по чертежам и на месте эксплуатации. После укладки фундамента устанавливаются внутренние стенки, зольный отсек. С помощью сварки собираются элементы конструкции.

Осуществляется сборка теплообменника, камер, колосников. Устанавливаются наружные ребра жесткости и стенки, верхняя плита. Осуществляется монтаж емкостей для воды. Между стенками засыпается песок (его предварительно прокаливают, чтобы избавиться от органических составляющих), который будет аккумулировать тепло и предотвращать перегрев конструкции.

Устанавливаются дверцы камер. Осуществляется подключение к контурам емкости с водой. Конструкция из металла, выполненная своими руками, готова к эксплуатации.

Схема пиролизной печи

opechi.com

Достоинства и недостатки

Пиролизная технология генерации тепловой энергии позволяет создавать экологически чистые печи, которые во время работы не выделяют в окружающую среду дымовых газов и прочих продуктов химической реакции окисления вещества. Внутри пиролизного отопительного агрегата топливо сгорает полностью, в результате чего из дымовой трубы устройства выходят лишь углекислый газ и водяной пар.

К числу основных достоинств пиролизных печей относят следующее:

• высокий КПД – до 85%;
• возможность быстрого обогрева помещения;
• образование незначительного количества сажи и золы в ходе сгорания топлива;
• возможность регулирования потока генерируемой тепловой энергии в диапазоне от 30 до 100%;
• способность длительного горения одной закладки топлива в автономном режиме;
• значительная экономия горючих материалов.

Однако пиролизные источники тепловой энергии не лишены определенных недостатков, среди которых отмечают следующее:

• необходимость использования в качестве топлива только хорошо высушенной древесины; в противном случае произойдет быстрое засорение дымовых каналов;
• наличие специальных электрических приборов для создания тяги;
• весьма высокая стоимость оборудования в сравнении с традиционными разновидностями устройств.

Как устроена пиролизная печь

Реализовать принцип пиролизного горения позволяет особенное конструктивное исполнение отопительного агрегата. Основным отличием этой разновидности обогревательных приборов является присутствие двух камер сгорания, выполняющих следующие функции:

• в первую полость производят закладку топлива; в дальнейшем под воздействием высокой температуры здесь происходит отделение горючего газа от сухого остатка;
• во второй камере осуществляется сжигание принудительно подаваемого топливного газа при наличии вторичного воздуха, обеспечивающего эффективность процесса горения.

Необходимыми конструктивными элементами пиролизного обогревателя являются следующие составляющие:

• камеры газификации и дожига;
• колосниковая решетка;
• устройства первичной и вторичной подачи воздуха.

Рекомендуем ознакомиться с принципом работы пиролизной печи:

Какое топливо используется в подобных устройствах

Наиболее эффективного течения процесса пиролиза можно добиться, применяя для топки агрегата твердую древесину лиственных пород. Кроме поленьев, с несколько меньшей теплоотдачей в пиролизной печи могут быть использованы следующие разновидности топлива органического происхождения:

• кокс или уголь;
• торф;
• солома;
• щепки и стружка древесины;
• пеллеты и иные топливные гранулы или брикеты.

Эффективность выработки тепла пиролизной печью напрямую зависит от физических характеристик применяемого топлива. К примеру, если в топку загружают дрова, обладающие толстым слоем плотной коры, следует ожидать, что выход горючих продуктов во время пиролиза сократится в 1,5-2 раза в сравнении с ситуацией, когда применяется такая же древесина, но без коры. Негативный эффект также возможен при использовании дров, пораженных гнилостными микроорганизмами.

Важно учитывать размер применяемых для топки пиролизной печи поленьев. Крупные куски древесины способны обеспечить большую продолжительность течения процесса, однако в этом случае эффективность выработки тепловой энергии значительно снижается.

Необходимо обратить внимание на то, что для каждой разновидности органического топлива процесс пиролиза будет сопровождаться характерными особенностями. Поэтому при желании создать пиролизную печь своими руками необходимо адаптировать устройство под конкретную используемую в дальнейшем разновидность топлива.

Где установить

Монтаж пиролизной печи в том или ином помещении производится в наиболее удобном для этого месте. Не следует забывать о мерах безопасности. Подобное отопительное устройство должно располагаться вдали от легковоспламеняющихся предметов или материалов. Важно, чтобы вокруг агрегата присутствовало свободное пространство шириной не менее 500 мм. Рядом с источником тепла необходимо установить ящик с песком или огнетушитель. Эти меры позволяют предупредить возникновение пожара.

Для длительной работы пиролизной печи необходимо своевременно извлекать из ее нижней части скапливающиеся кокс и нагар. При использовании в качестве топлива нефтяных масел или мазута необходимо следить за тем, чтобы в них не попадала вода. В противном случае процесс сжигания топлива будет сопровождаться выбросом искр, что может вызвать возгорание.

При должном уходе и соблюдении необходимых требований безопасности пиролизная печь, выполненная своими руками, прослужит хозяину длительное время.

Изготовление металлического варианта

Для того чтобы обеспечить дачный домик или гараж надежным источником тепловой энергии, пиролизную печь можно сделать самостоятельно. Для этого потребуются лист металла соответствующих размеров и знание технологии изготовления.

Дачный вариант устройства может быть создан в упрощенном виде. В этом случае топочное пространство обустраивается выше камеры газогенерации, что позволяет создать естественную тягу и освобождает от необходимости использования дымососа. Печное устройство такой конструкции не подключается к системе отопления, в нем отсутствует функция контроля режима горения, однако подобный нагревательный прибор успешно справляется с возложенными на него задачами, обеспечив более экономный расход топлива в сравнении с традиционными печами.

В процессе изготовления пиролизного агрегата своими руками необходимо придерживаться определенной последовательности выполнения операций:

1. Для создания корпуса печи используется жаропрочная сталь. Лист металла размечается по предварительно подготовленным эскизам, разрезается на отдельные составляющие, после чего сваривается в единую конструкцию. В самой нижней части обустраивается сборник золы, над которым располагается топочная камера, изолирована от зольника чугунным колосником. Подача необходимого количества воздуха, обеспечивающего течение процесса пиролиза, регулируется положением дверцы зольника.
2. Над топочным отсеком обустраивается камера для сгорания пиролизного газа. Между ними устанавливается пластина из жаропрочной стали.
3. Дверцы устройства для сжигания топлива и зольника, выполненные из металла, усиливаются уголком.
4. Внутренние поверхности топочного пространства и газовой камеры должны быть обложены шамотным кирпичом, что позволяет защитить металл от быстрого прогорания, а также улучшить характеристики теплораспределения нагревательного прибора. Если пиролизная печь будет эксплуатироваться в жилом помещении, необходимо обложить кирпичом и ее внешнюю поверхность. Это убережет от ожогов при случайном прикосновении к корпусу отопительного прибора.
5. Дымовой канал должен иметь шибер, который позволит регулировать интенсивность тяги. Для изготовления дымохода используется металлопрокатное изделие, внешнюю поверхность которого также следует обложить шамотным кирпичом. Если не изолировать трубу подобным образом, перепады температур на ее внешней и внутренней поверхностях могут спровоцировать возникновение конденсата, который приведет к появлению коррозии и последующему разрушению металла.

Важные нюансы

В принципе, изготовить пиролизную печь простейшей конструкции своими руками несложно. Чтобы она служила максимально длительный срок, необходимо использовать качественные комплектующие и легированную сталь наивысшего сорта, толщина листа которой должна быть не менее 8 мм. В противном случае стены агрегата быстро прогорят.

Сварочные работы должен выполнять профессионал. Если у домашнего мастера отсутствуют подобные навыки, лучше обратиться за помощью к специалисту.

Необходимо упомянуть о еще одном важном моменте. Процесс нерегулируемого пиролиза по своей эффективности мало чем отличается от обычного горения топлива в топке традиционной печи. Следовательно, для достижения необходимой экономии горючих материалов и получения максимального выделения тепловой энергии процесс пиролиза следует контролировать с использованием специальных электронных устройств.

Кирпичный вариант

Многих домашних умельцев интересует вопрос о том, удастся ли создать пиролизную печь с применением огнеупорного кирпича в качестве основного строительного материала. Да, это возможно, однако реализация подобного весьма ответственного решения требует соблюдения определенных правил. Поговорим о них.

Прежде всего, следует отметить, что процесс создания пиролизной печи из кирпича должен начинаться с разработки проекта сооружения. Важно, чтобы он содержал в себе все необходимые расчеты. Если у домашнего мастера отсутствует опыт проведения подобных работ, дело следует доверить специалисту или же воспользоваться уже готовым проектным решением.

Корпус будущего нагревательного прибора выполняется с применением керамического кирпича. Для создания перегородок внутри конструкции используется шамотный материал. Разделяющие стенки между топкой и камерой сгорания газа должны быть выполнены из жаропрочной стали достаточной толщины. Не следует забывать об организации эффективных процессов тяги и подачи необходимого для течения реакции потока воздуха.

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик является время горения топливного материала. Этот сугубо индивидуальный показатель зависит от конструктивных особенностей каждой конкретной печи. Знание такого значения позволит подкладывать в топку дрова или прессованные топливные брикеты своевременно, не прерывая процесс пиролиза.

После того как пиролизная печь из кирпича начала функционировать, необходимо определить эффективность ее работы. Сделать это абсолютно несложно.

Чтобы установить коэффициент полезного действия нагревательного прибора, необходимо исследовать запах газов, выходящих их дымовой трубы. Если продукты горения не содержат в себе окиси углерода, то можно смело утверждать, что КПД пиролизной печи находится на весьма высоком уровне.

Устройства промышленного изготовления

В подобных агрегатах в качестве топлива допускается использование древесины, обладающей влажностью до 55%. Такие отопительные приборы способны находиться до трех суток в режиме поддержания медленного горения, а также эксплуатироваться около 30 часов после всего лишь одной закладки необходимого количества топливного материала.

В ходе эксплуатации пиролизной печи, независимо от того, была ли она изготовлена своими руками или же промышленным способом, необходимо соблюдать правила пожарной безопасности. Игнорирование элементарных требований может обернуться потерей личного имущества, а в худших случаях – лишить жизни или нанести ущерб здоровью человека.

Не следует забывать о том, что монтаж пиролизной печи должен выполняться с таким расчетом, чтобы корпус нагревательного прибора располагался на расстоянии не менее 200 мм от ближайших стен. На этапе возведения агрегата необходимо позаботиться об организации эффективной вентиляции в топочном помещении.

pechnoedelo.com

Пиролиз

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Пиролиз (от др.-греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке воздуха (древесины, нефтепродуктов и прочего). В более широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры. Так, например, теллуроводород разлагается уже при температуре около 0 °С.

Содержание

• 1 Пиролиз углеводородов

  • 1.1 Введение

  • 1.2 Условия проведения и химические процессы

  • 1.3 Конструкция печей

  • 1.4 Технологическое оформление

  • 1.5 Сырьевая база

  • 1.6 Уровень производства низших олефинов

  • 1.7 Перспективы развития

• 2 Пиролиз древесины

• 3 Копчение

• 4 Пиролиз мусора и отходов

• 5 Литература

Пиролиз углеводородов

Введение

Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низкомолекулярных олефинов — этилена и пропилена. Существующие мощности установок пиролиза составляют 113,0 млн.т/год по этилену или почти 100 % мирового производства и 38,6 млн.т/год по пропилену или более 67 % мирового производства (остальное — 30 % производства пропилена приходится на каталитический крекинг, около 3 % мирового производства пропилена вырабатывается из нефтезаводских газов НПЗ, а именно из газов процессов замедленного коксования и висбрекинга). При этом, среднегодовой прирост потребления этилена и пропилена в мире составляет более 4 %.

Наряду с производством этилена и пропилена, процесс пиролиза является основным источником дивинила, выделяемого из сопутствующей пиролизной С4 фракции ибензола, получаемого из жидких продуктов пиролиза. Около 80 % мирового производства дивинила и 39 % производства бензола осуществляется пиролизом углеводородов.

Условия проведения и химические процессы

В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800—900 °C и при давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик ~ 0,3 МПа, на выходе — 0,1 МПа избыточных). Время пребывания сырья в пирозмеевике составляет 0,1 — 0,5 сек. Большинство исследователей придерживаются теории цепного свободно-радикального механизма разложения при пиролизе в вышеуказанных условиях. Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с увеличением объёма газа реакционной массы. Это, в основном, реакции расщепления высокомолекулярных парафинов инафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой. Вторичные реакции конденсации протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза. Так как происходит увеличение молекулярной массы молекул продуктов реакции, это сопровождеется уменьшением газообразного объёма реакционной массы. В основном, реакции образования ароматических, полиядерных ароматических углеводородов типа нафталин, антрацен в результате реакции конденсации/поликонденсации ведут к синтезу термически стабильных ароматических углеводородов в том числе, в результате реакций типа Дильса-Альдера. Также, к вторичным реакциям можно отнести реакции образования различных пастообразных водородных соединений углерода, которые в промышленности принято называть пёком. Лишённый водорода продукт, обожжённый при очень высокой температуре, как правило, называют коксом. Но пиролитический кокс отличается по свойствам от каменоугольного кокса.

Однако, ещё раз следует подчеркнуть, что такое деление реакций на первичные (разрушение тяжёлых молекул) и вторичные (синтез поликонденсированных ароматичеких углеводородов) условно.

Для снижения скоростей вторичных реакций пиролиза используют разбавление сырья пиролиза водяным паром. В результате парциальное давление углеводородов снижается и, согласно принципу Ле-Шателье, снижение давления в зоне реакции будет способствовать протеканию реакций, идущих с увеличением объёма, то есть — первичных. Для этана, бутана, прямогонного бензина соотношение пара к сырью обычно составляет 0,3 : 1,0, 0,4 : 1,0, 0,5 : 1,0 соответственно.

Конструкция печей

В промышленности распространение получили трубчатые реакторы пиролиза. Печи пиролиза состоят из двух отсеков — радиантной и конвекционной. Именно в радиантной секции находятся трубчатые реакторы пиролиза (пирозмеевики), обогреваемые теплом сгорания топливного газа на горелках этой секции. Следует отметить, что обогреваются пирозмеевики не пламенем горелок, а излучением (радиацией)(Формула Планка) тепла от внутренней кладки радиантной секции печи, по которому «размазывается» пламя горелок. В конвекционной части печи происходит предварительный нагрев сырья, водяного пара разбавления до температуры начала пиролиза (600—650 °C) конвективным переносом тепла с дымовыми газами из радиантной секции. Для возможности более точной регулировки температуры в обеих секциях на выходе из печи установлен вытяжной вентилятор с шибером для регулирования скорости движения дымовых газов. Кроме нагрева сырья и пара разбавления, в конвекционной части происходит нагрев котловой питательной воды, которая используется для охлаждения продуктов пиролиза на выходе из печи — в закалочно-испарительных аппаратах. Полученный насыщенный пар используется для получения пара высокого давления, который в свою очередь используется для вращения паровой турбины компрессора пирогаза. В последних моделях печей пиролиза в конвекционную часть внесли модуль перегрева насыщенного пара до необходимой температуры (550 °C). В итоге КПД использования тепла в последних моделях печей пиролиза составляет 91 — 93 %.

Теперь более подробно о трубчатых реакторах пиролиза — пирозмеевиках. Для повышения селективности процесса и выходов продуктов при пиролизе время пребывания сырья в реакционной зоне необходимо сокращать, а температуру повышать. По такому пути и развивалось изменение этих параметров на промышленных печах пиролиза. На данный момент время контакта на современных печах составляет порядка 0,2 сек., а температура пиролиза достигает 870—900 °C. При этом, встает вопрос — как так быстро нагреть (0,2 сек.) паросырьевой поток от 600 °C до температуры пиролиза. Необходимо учитывать предельно допустимую температуру современных хромоникелевых сплавов, из которых изготавливаются змеевики, и резкое повышение коксообразования на стенках этих сплавов при повышении температур. Не увеличивая градиент температур между стенкой пирозмеевика и паросырьевым потоком быстрый нагрев можно обеспечить, увеличив удельную поверхность пирозмеевика, то есть поверхности на единицу объёма паросырьевого потока. Большинство фирм — разработчиков печей пиролиза пошли по пути конструктивного выполнения пирозмеевиков ветвящимися с переменным диаметром труб. Так, если изначально пирозмеевики представляли собой длинную трубу постоянного диаметра, согнутую на равные части (в змеевик) для уменьшения конструкционных размеров печи, то теперь пирозмеевики изготавливаются из большого количества входных труб (10 — 20) малого диаметра, которые объединяются, и, в итоге, на выходе змеевик состоит из 1 — 2 трубы значительно большого диаметра. В таких пирозмеевиках достигается высокая теплонапряженность на начальном участке и низкая — на конце, где температура стенки играет высокую роль в процессе коксообразования.

Первоначально пирозмеевики в радиантной секции находились в горизонтальном положении, время контакта в таких печах составляло не меньше 1,0 сек, температура пиролиза — не выше 800 °C. Переход с горизонтальных на вертикальные свободно висящие трубы радиантного пирозмеевика позволило использовать более жаропрочные, хрупкие материалы пирозмеевиков, что и привело к появлению печей с высокотемпературным режимом и с коротким временем пребывания потока в пирозмеевиках.

Для резкого предотвращения протекания нежелательных вторичных реакции, на выходе из печи устанавливают закалочно-испарительные аппараты. В трубном пространстве (ЗИА) происходит резкое охлаждение (закалка) продуктов реакции до температур 450—550 °C. В межтрубном пространстве происходит испарение котловой воды, которая, как упоминалась выше, используется для получения пара высокого давления.

Ниже в таблице 1 приведены данные по выходам некоторых продуктов на современных печах пиролиза.

Таблица 1 — Выход некоторых продуктов пиролиза различного углеводородного сырья

Печи пиролиза — иллюстрационная часть.

Трубчатые печи пиролиза относятся к печам нагревательно-реак­ционного типа. В промышленной практике пиролиз углеводородов и нефтепродуктов осуществляют в трубчатых печах с излучающими сте­нами толки и экранами двухстороннего облучения, а также в обычных факельных печах.

Рисунок 3. Двухкамерная двухпоточная факельная печь с потолочными и на­стенными однорядными экранами и конвекци­онной камерой.

Двухкамерная двухпоточная факельная печь пиролиза с потолочными и настенными однорядными экранами и конвекционной камерой показана на рис. 3. Трубы в конвекционной и радиантной камерах параллельны.

Пиролизная печь с излучающими стенами топки и экраном двух­стороннего облучения изображена на рис. 5. Вывод продуктов сго­рания предусмотрен внизу.

Предпочтительно, чтобы в трубчатых печах пиролиза предусмат­ривались один центральный вертикальный однорядный змеевик и па­нельные и факельные горелки в определенной комбинации. На началь­ном участке трубного змеевика рекомендуется использовать факельные горелки.

Рисунок 4. Однокамерная двухпоточная печь с факельны­ми горелками:

1 — экраны раднантиой камеры; 2— выход газов пиролиза; 3— перевальная стенка; 4 — вход сырья; 5—конвекционная камера; 6 — факельная горелка.

С некоторыми особенностями оформления конструкций трубчатых печей пиролиза можно познакомиться по специальной литературе.

При расчете трубчатых печей пиролиза следует учитывать влия­ние на выход продуктов пиролиза температуры давления и диаметра труб змеевика.

С повышением температуры процесса степень превращения, воз­растает. При этом вначале наблюдается быстрый, а затем — относительно медленный рост степени пре­вращения.

Увеличение давления на выходе из трубного змеевика до 0,24 МПа при прочих равных условиях приво­дит к снижению выхода целевого продукта.

При трубном змеевике диамет­ром d=0,102 м выход целевого про­дукта увеличивается на 20—30%, по сравнению с аналогичной вели­чиной при d=0,124 м.

Скорость газа в трубах змееви­ка печей пиролиза достигает 200— 300 м/с.

Рис 5. Трубчатая печь с излучающи­ми стенами топки и экраном двухсторон­него облучения.

В наиболее распространенной схеме пиролиза (рис. 6) с внешним обо­гревом основным реакционным аппаратом является трубчатая печь, применяемая и для ряда других процессов нефтепереработки и неф­техимического синтеза. Подогрев сырья и пиролиз осуществляют в ней за счет газов, получаемых при сгорании газообразного или жидкого топлива. Вместо устаревших печей ма­лой производительности теперь все больше используют более мощные аг­регаты, отличающиеся высоким тепло­вым напряжением и пониженным вре­менем пребывания сырья.

В них топливо сгорает в бес­пламенных горелках 2, представляю­щих собой ряд каналов в керамиче­ской кладке печи. При использовании таких горелок пламя не попадает в то­почные камеры 1, а тепло излучается раскаленной панелью и отдается га­зами сгорания, что делает печь более компактной и увеличивает ее КПД. В радиантной секции 3 теплопередача осуществляется за счет излучения, причем трубы обогреваются с двух сторон, что повышает тепловое напря­жение (в отличие от старых печей, где трубы расположены у потолка). Частично охлажденные топочные газы поступают затем в конвективную камеру 5, где теплопередача осуществляется за счет менее эффективной конвекции. Пары ис­ходного сырья и водяной пар подают в секцию труб, находящихся в конвективной камере; они нагреваются до необходимой темпе­ратуры и затем поступают в радиантную секцию, где и происходит пиролиз.

Рисунок 6. Трубчатая печь.

1 — топочная камера; 2 — беспламенная панельная горелка; 3 — трубы радиантной секции; 4 — кор­пус; 5 — конвективная камера.

Маркировка трубчатых печей.

На чертежах трубчатые печи маркируются буквами и цифрами.

Тип Б — печи с излучающими стенами топки радиантно-конвекционные с горизонтальными трубами, нижним отводом дымовых газов, одной или двумя камерами сгора­ния и перевальной стенкой.

Тип Г — обычные факельные и печи с объемно-настильным пламенем, горизонтальными трубами и верхним отводом дымовых газов.

Тип З — вертикальные печи с настильным пламенем или излучаю­щими стенами топки, снабженные горизонтальными трубами, центральным радиантным экраном, верхней конвекционной камерой и верхним отводом дымовых газов.

Тип В — печи с верхним отводом дымовых газов, вертикальным расположением труб в радиантной секции змеевика и горизонтальным в конвекционной секции; могут иметь обозначения ВЦ (цилиндриче­ские) и ВС (прямоугольного сечения).

Тип Ц — цилиндрические печи.

Тип Р — печи каталитического риформинга.

Технологическое оформление

За период развития термического пиролиза углеводородов в конструкцию печей пиролиза и в технологическую схему производства низших олефинов был внесён ряд важных усовершенствований. О некоторых улучшениях конструкций печей пиролиза было сказано в предыдущем разделе. Теперь несколько слов о важнейших изменениях в технологической схеме переработки продуктов пиролиза.

Введение в схему печных блоков закалочно-испарительных аппаратов позволило утилизировать тепло продуктов пиролиза с получением пара высокого давления. Наличие собственного пара высокого давления привело к замене компрессоров с электрическим приводом на компрессоры с паровой турбиной, что привело к снижению на порядок себестоимости продуктов пиролиза. Полный переход с абсорбционной схемы газоразделения продуктов реакции на низкотемпературное фракционирование привело к получению низших олефинов более высокого качества — полимеризационной чистоты. В совокупности все изменения в технологии производства низших олефинов способствовали к переходу на высокие мощности единичных установок. Если в начале 1960-х годов мощность передовых установок пиролиза составляла порядка 100—140 тыс.т/год, по этилену, то на данный момент мощность достигает 1,0-1,4 млн.т/год. Рост единичных мощностей этиленовых установок сопровождался значительным снижением удельных затрат сырья и энергии на производство. Кроме того, с ростом мощности установок пиролиза, изначально предназначавшихся только для получения этилена, стало экономически целесообразным выделение остальных газовых продуктов, а затем получение бензола и других ценных компонентов из жидких продуктов, что дополнительно повысило эффективность процесса.

Современное производство этилена включает следующие узлы: непосредственно сам пиролиз, первичное фракционирование и разделение продуктов пиролиза,компримирование, осушка, глубокое охлаждение пирогаза и газоразделение.

Блок-схема этиленового производства

Узел пиролиза состоит из нескольких печей пиролиза. Суммарные годовые мощности по этилену всех печей, без учёта печей находящихся в резерве (на регенерации), определяют мощность всей установки пиролиза. На выходе из ЗИА продукты пиролиза проходят вторичную закалку путём прямого впрыскивания смолы пиролиза (так называемое закалочное масло) до температур не выше 200 °C.

Узел первичного фракционирования и разделения продуктов пиролиза состоит из систем фракционирующих колонн и отстойников. В результате, продукты пиролиза разделяются на технологическую воду, на тяжёлую смолу (температура начала кипения ~ 200 °C), на лёгкую смолу (пиробензин), на предварительно облегченный пирогаз (у/в С1-С4 с содержанием у/в С5-С8).

Далее легкий пирогаз поступает на узел компримирования, состоящий из многоступенчатого компрессора. Между стадиями компрессии предусмотрены теплообменники и сепараторы для охлаждения компримированного пирогаза и его сепарации с дополнительным выделением влаги и пироконденсата. На этой стадии пирогаз сжимается до давлений 3,7 — 3,8 МПа для повышения температур кипения разделяемых продуктов. Также между стадиями компримирования предусмотрен узел очистки пирогаза от кислых газов (СО₂, Н₂S), представляющий собой насадочную колонну, в которой происходит хемосорбция кислых газов раствором NaOH.

Сжатый пирогаз поступает на узел осушки — в адсорберы с заполненными молекулярными ситами, где происходит полное удаление воды.

На узле глубокого охлаждения пирогаза происходит ступенчатое захолаживание пирогаза до температуры −165 °C. В таких условиях практически только водороднаходится в газоообразном состоянии. Далее охлаждённый пирогаз (в жидком состоянии, без водорода) параллельно и последовательно проходит через четыре ректификационные колонны, в которых происходит выделение метана, этан-этиленовой (ЭЭФ), пропан-пропиленовой (ППФ), С4 фракции и пиробензина. ЭЭФ и ППФ далее проходят гидроочистку от ацетиленистых углеводородов (и пропадиена в ППФ) и далее ректификацией выделяются этилен и пропилен. Оставшиеся этан и пропаниспользуются как рецикловое пиролизное сырьё. Пиролизная С4 фракция используется для выделения экстрактивной дистилляции дивинила и бутиленов.

Пиролизная смола, полученная на стадии первичного фракционирования используется для получения технического углерода.

На крупнотоннажных этиленовых установках (от 250 тыс. т/год и выше) лёгкие смолы (пиробензин) обычно перерабатываются с выделением у/в С5, БТК фракции (ароматические углеводороды С6-С8) и фракции С9. БТК фракция, состоящая на 90 масс.% из ароматических углеводородов, используется для получения бензола термическим или каталитическим гидродеалкилированием или для выделения бензола, толуола и ксилола экстракцией и экстрактивной дистилляцией. Из у/в С5 далее получают изопрен, циклопентадиен (дициклопентадиен в товарной форме), пипирилены. Фракция С9 используется для получения нефтеполимерных смол.

Сырьевая база[править | править исходный текст]

Современная мировая структура сырья пиролиза выглядит следующим образом: этан — 27,6 % масс., сжиженные газы (пропан, бутан) — 14,0 % масс., прямогонный бензин (нафта) — 53,1 % масс., гидроочищенные керосино-газойлевые фракции — 5,3 % масс.

Использование этих видов сырья в отдельных странах различно. Так, в США и Канаде преобладающим сырьем является этан (49,1 % масс. и 69,7 % масс.), в Германии, Китае, Франции и Японии — нафта (57,4 % масс., 73,3 % масс., 60,0 % масс. и 80,3 % масс.). Кроме того, в Германии и Китае находят широкое применение гидроочищенные керосино-газойлевые фракции (32,0 % масс. и 26,7 % масс.).

В России структура сырья пиролиза в 2002 г. имела следующую картину: этан — 7,9 % масс, сжиженные газы (пропан, бутан) — 29,6 % масс, ШФЛУ — 6,5 % масс, прямогонный бензин — 56,0 % масс. Это, по сравнению со структурой сырья пиролиза СССР 1990 г., показывает увеличение доли газового сырья на 20 % масс. Данный факт объясняется тем, что в период 1990—1998 гг. в Российской Федерации резко упали объёмы добычи и переработки нефти. Однако, в связи с увеличением в России объёмов добычи нефти с 301 млн т. в 1998 г. до 458,8 млн.т. в 2004 г., российская структура сырья пиролиза претерпела определённые изменения в сторону увеличения доли жидкого углеводородного сырья. В результате этого, структура сырья пиролиза в России на сегодняшний день имеет следующий вид: этан — 8,0 % масс., сжиженные газы (пропан, бутан) — 24,0 % масс., ШФЛУ — 6,7 % масс., прямогонный бензин — 61,3 % масс.

Уровень производства низших олефинов[править | править исходный текст]

Ниже в таблицах приведены данные ежегодного отчета журнала Oil and Gas Journal, характеризующие уровень развития производства низших олефинов за рубежом и в России.

Таблица 2 — Крупнейшие в мире страны — производители этилена

Таблица 3 — Крупнейшие в мире компании — производители этилена

Таблица 4 — Крупнейшие в мире этиленовые комплексы

studfiles.net

Другие статьи по теме:

Печь для приготовления пищи на улице Большая печь Глиняный раствор Лучшие банные печи для русской бани Угловой камин в деревянном доме Печь на дровах для дачи