Створюючи котли, люди хочуть отримати необхідну кількість теплоти і при цьому зробити їх роботу більш ефективною, зменшити викиди шкідливих речовин в навколишнє середовище. В даний час все частіше проектуються котельні установки, що працюють на біопаливі. Однак спалювання твердого палива в котлах не завжди виправдовує очікувані результати. Наприклад, спалювання деревини буде більш ефективно, якщо замість прямого спалювання отримувати біогаз із деревної маси. Середня теплотворність деревини (береза) становить 2522 ккал / кг, а теплотворення газу, отримана з цієї ж деревини, вже досягає значення від 8700 до 9500 ккал / кг.
Отримувати біогаз можна як в спеціальних агрегатах - газогенераторах, так і в котлах, що мають конструкцію, яка дозволяє генерувати газ з закладеного в них сировини. Процес піролізу (а саме так називається процес виділення горючих речовин під дією високої температури і при нестачі кисню) проходить в температурному режимі від 400 ° С до 900 ° С. При здійсненні екзотермічних хімічних реакцій (1, 2) відбувається виділення теплоти, яка після йде на підсушування палива і здійснення взаємодії між продуктами піролізу і діоксидом вуглецю і водяною парою (3, 4):
Результатом цих хімічних реакцій є утворення горючих речовин - водню і монооксиду вуглецю.
ККД газифікації твердого палива може досягати від 60 до 90%. При дотриманні правильних пропорцій газифицирующего агента, розподілі палива, правильно організованому теплообміні досягається максимальний відсоток газифікації твердого палива з мінімальною кількістю зольного залишку.
У промислових масштабах також використовують піролізні котли. Паливом для таких котлів можуть бути: відходи деревного виробництва (тріска, тирса, колоди), старі автомобільні покришки, різні види вугілля і багато іншого. Використання піролізних котлів в промислових масштабах можливе за умови поставки великої кількості палива для котла. Зручність піролізного типу котлів полягає в тому, що завантаження палива вистачає на тривалий час. Піролізний спосіб спалювання палива дозволяє скоротити кількість шкідливих речовин в димових газах і зменшити кількість зольного залишку.
Спалювання палива в піролізних котлах відбувається в кілька етапів:
- підсушування палива і його газифікація;
- горіння горючого газу, отриманого з палива.
Теплота згоряння палива залежить від нижчої теплоти згорання і фізичної теплоти палива:
$$ Q_P = Q_i ^ γ + i _ $$ (5)
де $$ Q_i ^ γ $$ - нижча теплота згоряння палива, для твердого палива може бути розрахована як
$$ Q_i ^ γ = 339 · C ^ P + тисячі двадцять п'ять · H ^ P-108.5 · (O ^ P-S ^ P) -25 · W_t ^ γ $$ (6)
$$ W_t ^ γ $$ - вологість на робочу масу палива.
$$ i _ $$ - фізична теплота палива:
де $$ c _ $$ - теплоємність палива;
$$ t _ $$ - температура палива.
Теплоємність робочого палива, кДж / кг:
де $$ c_ ^ d $$ - теплоємність сухої маси палива;
З формул видно, що теплота згоряння палива безпосередньо залежить від його вологості. Отже, чим менше вологість палива - тим більше його теплота згоряння, і навпаки.
Ось чому в піролізних котлах краще використовувати паливо з вологістю менше 20%. При спалюванні палива з вологістю від 20% до 50% частина теплової енергії буде йти на видалення зайвої вологи з палива, що може значно знизити ефективність роботи котла.
Найчастіше піролізні котли виконуються з двома камерами. У першій відбувається процес піролізу, а в другій - спалювання отриманого піролізного газу з додаванням додаткового повітря.
Отримане в результаті спалювання піролізного газу тепло віддається теплоносія.
У побутових умовах також часто використовують піролізні котли. Основними гідністю таких побутових котлів вважають:
Крім достоїнств є і недоліки:
- висока вартість установки;
- ручна очистка котла;
- для отримання високого ККД котла необхідно використовувати паливо з вологістю до 20%.
Піролізні котли можна придбати у фірм, що займаються виробництвом котельного обладнання. Також їх можна зробити самостійно. Для цього необхідно володіти певними знаннями про процеси горіння та навичками у виготовленні такого роду обладнання. Не забувайте дотримуватися техніки безпеки!