Тим кому потрібна енергія

18.11.2015

Дрова — це тверде паливо.

Деревина – органічний лінійний кристало-аморфний полімер до 90-95% від сухої речовини.

Дров’яне паливо має елементарний хімічний склад органічної частини:

вуглець (С) – 40-50%;

кисень (О2) – 43-44%;

водень (Н2) – 6%;

неорганічна частина – 1% в абсолютно сухому вазі.

Вихідний масовий хімічний склад деревини від сухої ваги:

Целюлоза – 45-56% — лінійний полімер С6Н10О5 зі ступенем полімеризації n(6000 — 14000);

Геміцелюлоза – 24-25% аморфний складу С6Н10О5 і С5Н8О5 зі ступенем полімеризації (60-200);

Лігнін – 19-30% — аморфний полімер;

Екстрактивні речовини – 2,5 – 8%.

Загальна теоретична формула горіння (СН2О + О2 – СО2 + Н2О)n + тепло і ін. види енергії.

Практично полум’яне горіння деревини – це багатостадійний процес, що включає акумуляцію теплової енергії від джерела запалювання, термічне розкладання (піроліз, деполімеризація) з виділенням летючих продуктів і утворенням твердого вуглецевого залишку (деревне вугілля), займання горючих продуктів піролізу, їх горіння, без полум’я горіння вугілля.

Визначальну роль при горінні відіграє процес газифікації, який залежить від умов створення прогрітого шару.

Термічне розкладання (піроліз, деполімеризація) дуже чутливе до зовнішніх умов: швидкості нагріву, температур, складу навколишнього середовища і т. д. Вважається, що цей процес проходить у чотири стадії в кінцевому підсумку з утворенням оксиду (СО), двооксиду (СО2), води (Н2О), водню (Н2) та вугілля (З). Всі види твердого палива (дрова, торф, вугілля тощо) для повного згоряння вимагають величезного надлишку повітря ( a – коефіцієнт надлишку доходить до 20).

Гази згоряють практично повністю розвиваючи все можливе тепло (Q) при оптимальному змішуванні з належною кількістю повітря ( a – 1-1,05).

Таким чином, для якісного, повного спалювання деревини треба повністю газифікувати тверду деревину в горючий газ і окремо ефективно спалити його. Горюча частина газу в основі повинна складатися з СО, Н2, СН4.Продукти піролізу починаються активно утворюватися при t300 — 400° треба провести через високотемпературну зону розпеченого вугілля (t1000° і більше) з відносно невеликою швидкістю для розкладання до стану СО, Н2, СН4, особливо це стосується СО2 утворюється при піролізі деревини в значній кількості (10-12%).

Вуглекислий газ СО2, що утворюється при реакції вугілля з повітрям, проходячи через високотемпературну зону (розжарене вугілля) з t1000° і більше утворює повітряний газ СО2 + С = 2СО тим самим переводячи деревне вугілля в горючий газ.

Воду наявну в паливі, повітрі і утворюється в результаті піролізу також треба провести через зону розпеченого вугілля для отримання водного газу Н2О + С = СО + Н2. Для проходження цього процесу потрібна температура > 1000°С і відносно більший час контакту з вугіллям (повинна бути мала швидкість руху газів в шарі розпеченого вугілля). Водяний газ має велику теплотворну здатність і також переводить твердий вугільний залишок у газоподібний стан.

В опалювальних котлах з полум’яним горінням Рис. 1.

Тим кому потрібна енергія

продукти піролізу в основному не потрапляють в зону належного розжарювання і йдуть в димові гази вислизаючи від реагування з розпеченим вугіллям.

У вугільній подушці в умовах надлишку повітря також не створюються повноцінні умови для отримання повітряного газу (СО2 + С = 2СО). До того ж надмірна повітря, проходячи через шар розжареного вугілля також знижує його загальну температуру.

з Огляду на те, що через вугільну подушку проходить надлишковий повітря також не створюються умови для повноцінного розвитку реакції отримання водяного газу (С + Н2О = СО + Н2).

Тепловий баланс при полум’яному горінні має схематичний вигляд:

Q т – Q а Q топл –Q отх газів ± Q умо пост =Q підлогу. де

Q т — теплотворна здатність палива при певній вологості

Q а – втрати від надлишку повітря

Q топл – втрати від незгорілого палива

Q отх газів – втрати на створення тяги

Q усл пост – повнота хімічної реакції, тепломісткість вологого повітря, тепломісткість газу, втрати в навколишнє середовище і т. д.

Таким чином в основному Q а. Q палив. збільшена потреба в Qотх газів не дозволяють мати ККД навіть у кращому випадку більш 40 %.

В опалювальних газогенераторних котлах (типу ДК-50 К, ДК-25 КМ) для вирішення вище сказаної завдання: повної та якісної газифікації твердого деревного палива в горючий газ і його ефективного спалювання застосовується Рис. 2 газогенератор (РР) на твердому паливі з прямоточно-поперечним рухом газу і окреме газосжігающее пристрій (ГСУ). РР і ГСУ об’єднані в єдине

Тим кому потрібна енергія

В (1) зоні паливо сушиться і підігрівається до початку процесу піролізу.

В (2) зоні має температуру від 1000°С до 1600°С піролізні гази рухаються через вугільну розпечену подушку з відносно невеликою швидкістю утворюючи газ із основі своїй складається з СО, Н2, СН4.

СО2 утворюється в результаті часткового згоряння палива над колосником (нижня частина зони 2) проходячи знову ж з відносно невеликою швидкістю через розжарене вугілля утворює повітряний газ СО2 + С = 2СО.

Вода з палива і утворюється при піролізі, а також з повітря проходячи через вугільну подушку має температуру 1000 — 1600°С ефективно утворює водяний газ С + Н2О = Н2 + СО.

Температура нижньої зони 1000 — 1600°С і відсутність надлишку повітря, а також достатній обсяг вугільної подушки і відносно невелика швидкість руху газів дозволяє отримати на вихід з РР якісний горючий газ, який потрапляє в ГСУ спеціальної конструкції де ефективно спалюється з надлишком повітря в межах 1 – 1,05 і при цьому розвиваючи tфакела до 1600 — 1700°С.

Тепловий баланс має вигляд:

Qт–Qотх газів±Qусл пост=Qпол

Причому Qотх газів (втрати на тягу) зведено до мінімуму за практичної відсутності Qа, Qтопл. У результаті ККД може досягати 90%, що як мінімум в 2 рази вище ніж при полум’яному способі спалювання твердого палива. Використання запропонованого пристрою (котлів) з метою отримання тепла дозволяє повністю, ефективно і економічно використовувати деревне паливо. Пристрої (котли) мають невеликі розміри, високий ККД, не порушують екологічну обстановку і тепловий баланс атмосфери. Дрова поновлюваний вид палива, а розумна організація видобутку (рубка, поставка) дров дозволить оздоровити лісу, тим самим збільшуючи, в тому числі запаси і якість ділової деревини. Пристрої також відрізняються простотою і надійністю конструкції.

Тим кому потрібна енергія

Короткий опис статті: піроліз деревини

Джерело: Тим кому потрібна енергія — 19 Грудня 2010 — Технології та послуги від пенсіонера.

Також ви можете прочитати