(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Что такое пиролизный котел и как он работает


Принцип работы пиролизного котла - описание технологического процесса

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

Пиролизный котел в разрезе

Из чего состоит газогенераторная установка?

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

Принцип работы пиролизного котла

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

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

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

Описание схемы работы пиролизных котлов

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

Принципиальная схема котла

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

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

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

Сравнение пиролизного и твердотопливного котла

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

Достоинства и недостатки

Источники тепла данного типа обладают многими преимуществами:

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

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

Из недостатков агрегатов пиролизного типа можно выделить следующие:

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

Заключение

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

Пиролиз: путь к технологиям очистки угля

1. Введение

Что такое пиролиз: пиролиз - это термохимическое разложение углеродистых материалов, таких как биомасса, пластик, шины, уголь и т. Д., При повышенных температурах 200 ° C и выше в отсутствие кислорода. Это необратимая химическая реакция, в которой происходит одновременное изменение химического состава и физической фазы вещества. Эта реакция включает молекулярный распад более крупных молекул (полимера) на более мелкие молекулы в присутствии тепла.Пиролиз также называют термическим крекингом, термолизом, деполимеризацией и т. Д.

Что такое пиролиз угля: пиролиз угля включает подвергание угля воздействию высокой температуры 400–450 ° C в отсутствие кислорода. Когда присутствует кислород или пар, уголь начинает гореть, и этот процесс больше не известен как пиролиз, а скорее называется сжиганием и газификацией. Преимущества пиролиза угля огромны и перечислены ниже:

  • Преобразует отходы (уголь) в энергию.

  • Продукт может использоваться в качестве топлива в существующих промышленных котлах и печах.

  • Конечные продукты также могут использоваться для выработки электроэнергии.

  • Предлагает возобновляемые источники энергии.

  • Управление твердыми отходами.

Уголь и угольные продукты будут по-прежнему играть все более важную роль в удовлетворении энергетических потребностей и экономики стран. Это связано с большими запасами угля и его низкой стоимостью [1, 2].На уголь приходится примерно 25% мирового энергоснабжения и 40% выбросов углерода, но даже с учетом высокого процента выбросов очень маловероятно, что какая-либо из этих стран, занимающихся разведкой и добычей угля, очень скоро откажется от угля. [3]. Экономический рост требует роста энергии [4]. В связи с недавней заботой об окружающей среде и возобновлением интереса к исследованиям альтернативной энергии из возобновляемых источников, таких как топливные элементы и ветер, водород из угля через комбинированный цикл интегрированной газификации был рассмотрен для предлагаемой водородной экономии [5, 6].Газификация считается экологически чистой технологией преобразования угля в двадцать первом веке, чем другие процессы утилизации угля, такие как сжижение и сжигание, потому что она является энергоэффективной [7], экологически чистой [8] и экономичной [9]. Он также имеет то преимущество, что выходит за рамки использования угля для производства электроэнергии [10], обработки металлов и производства химикатов [11], поскольку уголь может быть преобразован в полезные газы и жидкости [12]. Уголь - сложный углеродистый материал, состоящий из органических и неорганических веществ [13].В процессе газификации органическое и неорганическое вещество претерпевает различные химические и физические превращения [14]. Чтобы максимизировать эффективность газификации, необходимо понять механизм химического и физического превращения, так как это поможет снизить выбросы углерода в процессе, особенно при газификации низкосортного угля [15–17]. Несколько вариантов используются для управления скоростью подачи угля во время газификации: неподвижный слой, псевдоожиженный слой и газификаторы с унесенным потоком [18].Газификаторы с псевдоожиженным слоем имеют потенциальное преимущество, заключающееся в том, что низкосортные угли, богатые золой и инертинитами, такие как южноафриканские угли, могут обрабатываться более эффективно, чем в обычных котлах, работающих на пылевидном угле [19–21].

Следовательно, разработка процессов утилизации угля потребует более глубокого понимания внутренних свойств угля и способов его химического преобразования в условиях процесса [22, 23]. Один из способов понять это - пиролиз, который проходит через все процессы утилизации угля [19].Следовательно, в этом сообщении оценка шести углей южного полушария будет использоваться для иллюстрации промежуточной роли, которую пиролиз играет в процессах утилизации угля.

2. Влияние изменений химических и физических свойств на производительность угля

В настоящее время исследования по использованию угля и угольных продуктов направлены на чистую угольную технологию (CCT) [20, 24]. Предыдущие исследования CCT за последние 30 лет были посвящены химической очистке угля, а недавние исследования - улавливанию и хранению углерода (CCS) [20, 25].Исследовательские усилия были ограничены лабораторным масштабом при определении молекулярных и структурных параметров, таких как ароматичность, степень конденсации, которая определяет технические характеристики угля в процессе его утилизации [20, 26–28]. Суть химической очистки угля состоит в том, чтобы удалить или уменьшить содержание минералов в угле, поскольку сообщалось, что минеральное содержание в угле плавится, когда он подвергается термообработке во время процессов преобразования угля [20, 29], что приводит к блокированию активные центры углерода [30], тем самым снижая реакционную способность угля и уменьшая выбросы загрязняющих веществ [20, 31].

Уголь - сложный углеродистый полимер, состоящий из органических и неорганических веществ [32, 33]. Органические материалы известны как мацералы, а неорганические примеси считаются минералами [34]. При термической обработке; физические, химические, термические, механические и электрические свойства угля претерпевают трансформации [20, 35]. Одним из ключевых параметров, которые используются для измерения химической стабильности этого превращения, является ароматичность [20, 36]; он дает хорошее представление о превращении мацерала в полукокс, что является хорошим индикатором зрелости угля из-за перестройки углерода [20, 37].

Изменение углеродистой структуры из-за модификации органических и неорганических компонентов в угле и его последующем обугливании считается одним из основных факторов, влияющих на реакционную способность угля / полукокса в процессах конверсии угля [20, 38, 39 ]. Химическое преобразование включает изменение органической химической структуры (таблицы 1–3), в то время как физическое преобразование включает изменение морфологии и пористости угля (таблица 4, рисунки 1–12).

Уголь SPL SM BCH SSL NGR GER
мас.% Собственной влаги (осушенная на воздухе) 1.5 1,0 2,1 4,2 9,6 15,4
мас.% Золы (воздушная сушка) 11,2 17,3 16,2 29,1 9,0 12,4
вес.% летучих веществ (воздушная сушка) 5,3 7,6 26,7 21,4 37,6 45,7
вес.% связанного углерода (воздушная сушка) 82 74,1 55.0 45,3 43,8 26,4
мас.% Углерода (daf) 90,2 90,4 81,6 77,5 75,6 70,5
мас.% Водорода (daf) 2,7 3,5 4,6 4,5 5,2 6,6
мас.% Азота (daf) 2,2 2,0 2,0 2,2 1,7 0.6
мас.% Кислорода (daf) 2,7 3,3 10,7 15,4 16,9 18,5
мас.% Серы (daf) 2,3 0,9 1,2 0,4 0,7 3,7
Высшая теплотворная способность (МДж / кг) 29,6 28,7 26,8 20,0 24,6 21,2
H / C 0.4 0,5 0,7 0,7 0,8 1,1
f a 0,91 0,85 0,73 0,72 0,65 0,49
.

Приблизительный анализ, окончательный анализ, теплотворная способность и расчетные значения H / C и ароматичности для необработанного угля.

Уголь SPL SM BCH SSL NGR GER
мас.% Присущей влажности (осушенная на воздухе) 2.5 2,3 2,7 1,3 1,9 1,7
мас.% Золы (воздушная сушка) 1,5 1,8 1,2 3,3 2,0 0,8
вес.% летучих веществ (воздушная сушка) 6,8 9,6 27,2 25,0 43,2 60,3
вес.% связанного углерода (воздушная сушка) 89,2 86,3 68.9 70,4 53,0 37,3
вес.% Углерода (daf) 85,6 89,0 83,4 80,9 75,1 69,2
вес.% Водорода (daf) 2,4 3,3 4,6 4,2 5,2 6,2
мас.% Азота (daf) 2,0 1,8 2,0 2,3 1,8 0.6
мас.% Кислорода (daf) 7,7 5,0 9,1 12,3 17,4 20,3
мас.% Серы (daf) 2,1 0,7 1,0 0,3 0,1 2,7
Общая теплотворная способность (МДж / кг) 32,7 33,3 32,0 30,0 29,3 28,9
H / C 0.3 0,4 0,7 0,6 0,8 1,1
f a (CA) 0,92 0,86 0,74 0,76 0,65 0,52
f a (FTIR) 0,98 0,84 0,72 0,74 0,58 0,40
f a (C-ЯМР) 0,98 0,94 0.76 0,80 0,58 0,43
f a (XRD) 0,89 0,87 0,78 0,74 0,70 0,66

Таблица 2.xim анализ, окончательный анализ, теплотворная способность и расчетные значения H / C и ароматичности для обработанного кислотой угля.

Таблица.

Расчетные значения H / C и ароматичности для термообработанного угля.

Уголь 450 500 550 600 650 700
GER 9057 Х / К 0.5 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1
f a (CA) 0,86 0,89 0,95 0,95 0,99 1,00
f a (FTIR) 0,66 0,69 0,73 0,74 0,76 0,79
f a (XRD) 0,66 0,67 0.68 0,72 0,74 0,76
NGR
H / C 0,5 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1
f a (CA) 0,86 0,90 0,93 0,96 1,00 1,03
f a (FTIR) 0,75 0,78 0.81 0,84 0,87 0,90
f a (XRD) 0,67 0,69 0,70 0,74 0,78 0,80
SSL H / C 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1
f a (CA) 0,87 0,91 0,93 0.96 1,00 1,05
f a (FTIR) 0,84 0,88 0,90 0,93 0,97 1,00
f a (XRD) 0,91 0,94 0,96 0,97 0,97 0,97
BCH
H / C 0,5 0,4 0,3 0.3 0,2 0,1
f a (CA) 0,86 0,89 0,92 0,95 0,98 1,03
f a (FTIR) 0,83 0,86 0,89 0,92 0,95 1,00
f a (XRD) 0,93 0,94 0,97 0,98 0,99 0.99
SM
H / C 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1
f a (CA) 0,88 0,89 0,92 0,95 0,99 1,03
f a (FTIR) 0,94 0,95 0,98 1,00 1,00 1,00
f a ( XRD) 0.96 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99
SPL
H / C 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,1
f a 0,94 0,95 0,95 0,97 0,98 1,03
f a (FTIR) 0,97 0.98 1,00 1,00 1,00 1,00
f a (XRD) 0,96 0,97 0,98 0,99 0,99 0,99
0,076 0,048 0,048
Уголь 450 500 550 600 650 700
GER
O / C 0.132 0,103 0,092 0,073 0,064 0,056
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 169,96 193,97 230,41 241,82 262,61
NGR
O / C 0,130 0,110 0,083 0,075 0,067 0,061
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 155 .78 182,61 183,19 234,10 238,14 239,74
SSL
O / C 0,081 0,076 0,063 0,052 0,076 0,063 0,052
BET площадь поверхности (м 2 / г) 136.60 153,47 199,72 200,38 214,46 224,19
BCH
/0 .064 0,057 0,044 0,039 0,037 0,029
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 130,17 158,68 183,89 206,40 215,4071 206,40 215,4071 900
SM
O / C 0,039 0,042 0,033 0,033 0,037 0,032
Площадь поверхности BET (м 2 / g) 137 .94 148,17 170,35 186,54 194,60 196,99
SPL
O / C 0,039 0,048 0,063 0,039 0,063 0,039
Площадь поверхности BET (м 2 / г) 113,93 135,18 136,74 150,98 162,47 164,40

Таблица 4.

Расчетные атомные значения площади поверхности O / C и BET по SEM и ASAP 2020 для термообработанного угля.

Рис. 1. Микрофотографии

, полученные с помощью SEM, перехода угля BCH в полукокс.

Рис. 2. Микрофотографии

, полученные с помощью СЭМ, перехода угля SM в полукокс.

Рис. 3. Микрофотографии

СЭМ перехода SPL угля в полукокс.

Рис. 4. Микрофотографии

SEM перехода угля SSL в полукокс.

Рис. 5. Микрофотографии

, полученные с помощью SEM, перехода угля NGR в полукокс.

Рис. 6. Микрофотографии

, полученные с помощью SEM, перехода угля из ГЭР в полукокс.

Рис. 7.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для свит ГЭР.

Рис. 8.

Петрографические снимки перехода угля в обугленный для свит ЯГР.

Рис. 9.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для комплексов SSL.

Рис. 10.

Петрографические снимки перехода угля в полуголь для свиты БЧХ.

Рис. 11.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для свиты СМ.

Рис. 12.

Петрографические снимки перехода угля в полуголь для свиты SPL.

.

Как работает газификация | HowStuffWorks

Сердцем угольной электростанции является котел, в котором уголь сжигается путем сжигания, чтобы превратить воду в пар. Следующее уравнение показывает, как горящий уголь выглядит химически: C + O 2 -> CO 2 . Уголь состоит не из чистого углерода, а из углерода, связанного со многими другими элементами. Тем не менее, содержание углерода в угле высокое, и именно углерод, который при сгорании соединяется с кислородом, образует двуокись углерода, главную причину глобального потепления.Другие побочные продукты сгорания угля включают оксиды серы, оксиды азота, ртуть и встречающиеся в природе радиоактивные материалы.

Сердце электростанции, которая включает газификацию, - это не котел, а газификатор , цилиндрический сосуд высокого давления около 40 футов (12 метров) в высоту и 13 футов (4 метра) в поперечнике. Сырье входит в газификатор сверху, а пар и кислород - снизу. Сырьем может быть любой углеродсодержащий материал, но для газификации угля, конечно, требуется уголь.Типичная газификационная установка может использовать 16 000 тонн (14 515 метрических тонн) лигнита, коричневатого угля, ежедневно.

Объявление

Газификатор работает при более высоких температурах и давлениях, чем угольный котел - около 2600 градусов по Фаренгейту (1427 градусов по Цельсию) и 1000 фунтов на квадратный дюйм (6895 килопаскалей) соответственно. Это заставляет уголь подвергаться различным химическим реакциям. Во-первых, при частичном окислении углерода угля выделяется тепло, которое помогает поддерживать реакции газификации.Первым из них является пиролиз , который происходит, когда летучие вещества угля разлагаются на несколько газов, оставляя после себя полукокса , вещество, похожее на уголь. Затем в результате реакций восстановления оставшийся углерод в полукоксе превращается в газообразную смесь, известную как синтез-газ .

Окись углерода и водород - два основных компонента синтез-газа. Во время процесса, известного как очистка газа , неочищенный синтез-газ проходит через охлаждающую камеру, которая может использоваться для разделения различных компонентов.Очистка может удалить вредные примеси, включая серу, ртуть и непревращенный углерод. Даже диоксид углерода можно извлечь из газа и либо хранить под землей, либо использовать для производства аммиака или метанола.

Остается чистый водород и окись углерода, которые можно чисто сжигать в газовых турбинах для производства электроэнергии. Или некоторые электростанции преобразуют синтез-газ в природный газ, пропуская очищенный газ над никелевым катализатором, в результате чего оксид углерода и диоксид углерода вступают в реакцию со свободным водородом с образованием метана.Этот «заменитель природного газа» ведет себя как обычный природный газ и может использоваться для выработки электроэнергии или обогрева домов и предприятий.

Но если угля нет, газификация возможна. Все, что вам нужно, это немного дерева.

.

Пять процессов газификации

Газификация как неполное сгорание

Газификацию проще всего представить как дросселирование или неполное сгорание. Он сжигает твердое топливо, такое как древесина или уголь, без достаточного количества воздуха для полного сгорания, поэтому выходной газ все еще имеет потенциал горения. Затем несгоревший газ отводят по трубопроводу, чтобы при необходимости сжигать в другом месте.

Газ, полученный этим методом, имеет множество наименований: древесный газ , синтез-газ, генераторный газ, городской газ, генераторный газ и другие.Иногда его также называют биогаз , хотя под биогазом чаще понимают газ, вырабатываемый микробами при анаэробном сбраживании. В контексте газификации биомассы с использованием газификаторов с воздушным наддувом мы будем использовать термин генераторный газ , поскольку другие термины имеют значения, которые не обязательно относятся к газу, производимому нашими газификаторами.

Как мы к этому пришли: пять процессов газификации.

А теперь немного усложним.Настоящая газификация - это немного больше, чем просто краткое описание дроссельного сгорания, представленное выше. Более точно понимается ступенчатое горение . Это серия отдельных термических явлений, объединенных вместе с целью преобразования твердого органического вещества в определенные углеводородные газы на выходе.

Простое неполное сгорание - это грязь. Цель газификации - взять под контроль дискретные тепловые процессы, обычно смешанные вместе при сгорании, и реорганизовать их для получения желаемых конечных продуктов.В цифровом выражении «газификация - это операционная система огня». Как только вы поймете его базовый код, вы сможете разобрать огонь и собрать его по своему желанию, а также поразительное разнообразие конечных продуктов и процессов.

Газификация состоит из пяти дискретных термических процессов: сушка , пиролиз , сжигание , крекинг и восстановление . Все эти процессы естественным образом присутствуют в пламени, которое вы видите горящей спичкой, хотя они смешиваются таким образом, что делают их невидимыми для глаз, еще не посвященных в тайны газификации.Газификация - это просто технология, позволяющая разделить и изолировать эти отдельные процессы, чтобы мы могли прервать «пожар» и направить образующиеся газы в другое место.

Три из этих процесса сбивают с толку всех новичков в газификации. Как только вы поймете эти три процесса, все остальные части быстро встанут на свои места. Эти три неочевидных процесса - пиролиз, крекинг и восстановление. Вот краткая шпаргалка.

Пиролиз

Пиролиз - это нагревание сырой биомассы в отсутствие воздуха с целью разложения ее на древесный уголь, различные газообразные и жидкие смолы.По сути, это процесс обугливания.

Биомасса начинает быстро разлагаться под воздействием тепла, когда ее температура поднимается выше 240 ° C. Биомасса распадается на твердые вещества, жидкости и газы. Оставшиеся твердые частицы мы обычно называем углем . Выбрасываемые газы и жидкости мы вместе называем смол .

Газы и жидкости, образующиеся при пиролизе при более низкой температуре, представляют собой просто фрагменты исходной биомассы, которые отламываются от тепла.Эти фрагменты представляют собой более сложные молекулы H, C и O в биомассе, которые мы все вместе называем летучими. Как следует из названия, летучие вещества реактивны. Или, точнее, они менее прочно связаны в биомассе, чем связанный углерод, который представляет собой прямые связи C-C.

Сырьем для газификации является некоторая форма твердого углеродсодержащего материала - обычно биомасса или уголь. Весь углеродсодержащий органический материал состоит из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), хотя и находится в головокружительном разнообразии молекулярных форм.Цель газификации состоит в том, чтобы разделить это множество форм на простые горючие газы H 2 и CO - водород и монооксид углерода.

Как водород, так и окись углерода являются горючими газами. Обычно мы не думаем об окиси углерода как о топливном газе, но на самом деле он имеет очень хорошие характеристики сгорания (несмотря на его плохие характеристики при взаимодействии с человеческим гемоглобином). Окись углерода и водород имеют примерно одинаковую плотность энергии по объему. Оба являются очень чистым сгоранием, поскольку им достаточно взять всего один атом кислорода за один простой шаг, чтобы достичь правильных конечных состояний сгорания, CO 2 и H 2 O.Вот почему двигатель, работающий на генераторном газе, может иметь такие чистые выбросы. Двигатель становится «дожигателем» для более грязных и сложных ранних стадий сгорания, которые теперь обрабатываются в газогенераторе.

Итак, в обзоре пиролиз - это приложение тепла к биомассе в отсутствие воздуха / кислорода. Летучие вещества в биомассе испаряются в виде смолистых газов, а закрепленные углеродно-углеродные цепочки - это то, что остается, иначе известное как древесный уголь.

Растрескивание

Крекинг - это процесс расщепления больших сложных молекул, таких как смола, на более легкие газы под воздействием тепла.Этот процесс имеет решающее значение для производства чистого газа, совместимого с двигателем внутреннего сгорания, поскольку газы смолы конденсируются в липкую смолу, которая быстро загрязняет клапаны двигателя. Крекинг также необходим для обеспечения надлежащего сгорания, потому что полное сгорание происходит только тогда, когда горючие газы тщательно смешиваются с кислородом. В процессе горения возникающие высокие температуры разлагают большие молекулы смолы, которые проходят через зону горения.

Редукция

Восстановление - это процесс отделения атомов кислорода от продуктов сгорания молекул углеводородов (HC), чтобы вернуть молекулы в формы, которые могут снова гореть.Восстановление - это прямой обратный процесс горения. Горение - это сочетание горючих газов с кислородом для выделения тепла с образованием водяного пара и двуокиси углерода в качестве отходов. Восстановление - это удаление кислорода из этих отходов при высокой температуре с образованием горючих газов. Горение и восстановление - это равные и противоположные реакции. Фактически, в большинстве сред горения они оба работают одновременно, в некоторой форме динамического равновесия, с повторяющимся движением вперед и назад между двумя процессами.

Восстановление в газификаторе достигается пропусканием диоксида углерода (CO 2 ) или водяного пара (H 2 O) через слой раскаленного докрасна угля (C). Углерод в горячем угле очень реактивен с кислородом; у него такое высокое сродство к кислороду, что он отделяет кислород от водяного пара и углекислого газа и перераспределяет его по как можно большему количеству участков одинарной связи. Кислород больше притягивается к участку связи на C, чем к самому себе, поэтому свободный кислород не может выжить в своей обычной двухатомной форме O 2 .Весь доступный кислород будет связываться с доступными сайтами C как отдельный O, пока весь кислород не уйдет. Когда весь доступный кислород перераспределяется в виде отдельных атомов, восстановление прекращается.

В ходе этого процесса CO 2 восстанавливается углеродом с образованием двух молекул CO, а H 2 O восстанавливается углеродом с образованием H 2 и CO. Оба H 2 и CO являются горючими топливными газами, и эти топливные газы можно затем отвести по трубопроводу для выполнения желаемой работы в другом месте.

Сжигание и сушка:

Это наиболее понятные из пяти процессов газификации.Они делают то, что мы думаем, исходя из общего понимания, хотя теперь они делают это на службе пиролиза и восстановления.

Сжигание - единственный чистый экзотермический процесс из пяти процессов газификации; В конечном итоге все тепло, которое приводит к сушке, пиролизу и восстановлению, поступает либо непосредственно от сгорания, либо косвенно восстанавливается от сгорания посредством процессов теплообмена в газогенераторе. Горение может осуществляться за счет смолистых газов или полукокса пиролиза. Различные типы реакторов используют один или другой или оба.В газификаторе с нисходящим потоком мы пытаемся сжечь газы смолы от пиролиза для выработки тепла для восстановления работы, а также CO 2 и H 2 O для снижения восстановления. Целью горения в нисходящем потоке является достижение хорошего перемешивания и высоких температур, чтобы все смолы либо сгорели, либо растрескались и, следовательно, не присутствовали в выходящем газе. Слой полукокса и восстановление вносят относительно небольшой вклад в превращение грязных смол в полезные топливные газы. Решение проблемы смол в основном связано с растрескиванием смол в зоне горения.

Сушка - это то, что удаляет влагу из биомассы до того, как она попадет в пиролиз. Вся влага должна быть (или будет) удалена из топлива до того, как произойдут какие-либо процессы при температуре выше 100 ° C. Вся вода в биомассе испарится из топлива в какой-то момент в процессах с более высокой температурой. Где и как это происходит - один из основных вопросов, который необходимо решить для успешной газификации. Топливо с высоким содержанием влаги и / или плохое обращение с влагой внутри - одна из наиболее частых причин отказа от получения чистого газа.

Проще говоря, вы можете думать о газификации как о сжигании спички, но прерывая процесс, отводя чистый газ, который вы видите прямо над спичкой, не позволяя ему смешаться с кислородом и полностью сгорать. Или вы можете думать об этом как о чрезвычайно богатой работе двигателя вашего автомобиля, при которой выделяется достаточно тепла для разрушения сырого топлива, но без кислорода для полного сгорания, что приводит к выбрасыванию горючих газов из выхлопных газов. Вот так из выхлопных труб хот-роддера выходит пламя.

.

% PDF-1.3 % 117 0 объект > endobj xref 117 40 0000000016 00000 н. 0000001151 00000 н. 0000002064 00000 н. 0000002282 00000 н. 0000002544 00000 н. 0000002920 00000 н. 0000003156 00000 п. 0000003386 00000 н. 0000004194 00000 н. 0000004750 00000 н. 0000004802 00000 н. 0000005026 00000 н. 0000005067 00000 н. 0000005090 00000 н. 0000007423 00000 п. 0000007446 00000 н. 0000010249 00000 п. 0000010272 00000 п. 0000013011 00000 п. 0000013034 00000 п. 0000015749 00000 п. 0000015772 00000 п. 0000018042 00000 п. 0000018065 00000 п. 0000020381 00000 п. 0000020404 00000 п. 0000022803 00000 п. 0000022826 00000 п. 0000025293 00000 п. 0000037583 00000 п. 0000073042 00000 п. 0000100626 00000 н. 0000100766 00000 н. 0000100913 00000 н. 0000103591 00000 н. 0000122285 00000 н. 0000154081 00000 н. 0000161958 00000 н. 0000001261 ​​00000 н. 0000002042 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 118 0 объект > endobj 155 0 объект > поток Hb``f``ysAX, -X = @ KC LZTF0V:] adмAjKcC; N

.

Смотрите также