Принцип работы пиролизной печи — как пользоваться установкой

Количество бытовых и промышленных отходов на планете неуклонно растет. До 75% из них – органические вещества. Для эффективной утилизации органического сырья используется пиролиз. Этот процесс более безопасный, по сравнению со сжиганием мусора. Пиролизная технология в области переработки ТБО перспективна. В результате образуются вторичные материалы, подлежащие дальнейшему применению в быту или на производстве.

Рабочий принцип

При термическом разложении твёрдого органического топлива происходит выделение газообразных веществ, также разлагающихся и превращающихся в процессе в деревянный газ, обладающей при горении большим уровнем отдачи тепла.

В традиционных твёрдотопливных печах деревянный газ уходит в трубу одновременно с газом, где стынет и садится на поверхности стен в виде копоти. В печи ракетного типа за счёт горизонтального канала газы перемещаются очень медленно, не успевают остывать, а догорают, отдавая приличное количество тепла.

В моделях реактивных устройств отопления трудной конструкции воздух который нагрелся и газ проходит по ряду внутренних каналов. После перемещаются в часть сверху корпуса, под варочную плиту, где и горит полностью. Для такой ракеты нет надобности в добавочном поддуве. Тяга в них образовывается за счёт дымоотвода, и чем больше его длина, тем восходящий поток интенсивнее.

На данной схеме рабочий принцип ракетной печи с лежанкой

Как работает печь-ракета?

Несмотря на громкое космическое название, данная отопительная конструкция не имеет ничего общего с ракетными системами. Единственный внешний эффект, придающий некоторое сходство – струя пламени, которая вырывается из вертикальной трубы у походного варианта ракетной печки.

Работа этого очага основана на двух базовых принципах:

Прямом горении — свободном перетекании топливных газов по печным каналам без побуждения тягой, создаваемой дымовой трубой. Дожигании дымовых газов, выделяющихся при горении древесины (пиролизе).

Самая простая реактивная печь работает по принципу прямого горения. Добиться термического разложения древесины (пиролиза) ее конструкция не позволяет. Для этого необходимо выполнить мощную теплоаккумулирующую обмазку внешнего кожуха и качественную термоизоляцию внутренней трубы.

Несмотря на это переносные ракетные печи хорошо выполняют свои функции. От них не требуют большой мощности. Генерируемого тепла вполне хватает для готовки пищи и обогрева в палатке.

Выбираем форму и размер

При выборе формы и размера необходимо учитывать несколько параметров, основные из которых:

  • размер топливника;
  • способ сжигания топлива;
  • лимит массы;
  • лимит размера.

Размер топливника

Параметры топливника напрямую влияет на эффективность работы нагревательного прибора в различных условиях – чем он меньше, тем медленней будет нагреваться определенный объем воды.

Иными словами, устройство с маленьким топливником пригодно для обслуживания одного человека. На нем можно вскипятить кружку чая или разогреть банку тушенки.

Попытка заложить в печь больше топлива, чем позволяет объем топливника, приведет к быстрому перегреву и повреждению отдельных деталей.

Для обслуживания компании, состоящей из пары-тройки человек, наиболее эффективным объемом топливника будет 1 дм3, то есть куб с размером стороны 10 см. Для компании в 3–5 человек оптимальным будет куб со стороной в 15 см.

Эти значения являются лишь рекомендованными, поэтому не обязательно строго следовать им. Кроме того, даже маленькая печь с размером топливника в 1 дм3 при правильном использовании сможет обеспечить едой 3–4 человека без деформации деталей, правда придется использовать продукты быстрого приготовления и тратить на нагрев воды больше времени.

Пиролизный и обычный способы сжигания топлива

Существуют 2 основных способа сжигания топлива:

  • обычный;
  • пиролизный.

Для обычного сжигания топлива достаточно сделать самую примитивную металлическую коробку, которая направит основную массу пиролизных газов и пламени вверх.

Эффективность такого способа сжигания древесины невысока, а из-за большого содержания недогоревших частиц целлюлозы, которые превратились в сажу, поверхность емкости для воды покрывается копотью и чернеет. Поэтому единственное достоинство обычного способа топки лишь в простоте конструкции нагревательного прибора.

При пиролизном способе сжигания происходит термическое разложение древесины (пиролиз) с частичной нехваткой воздуха и малым количеством огня.

Читайте также:  Топки Monolity Tarnavva – новое слово на рынке топок

Затем в так называемом пиролизном блоке дым смешивается со вторичным воздухом, который поступает через отверстия в корпусе печки, и происходит дожиг. То есть, часть оксида углерода (угарный газ), который образуется при термическом разложении древесины, превращается в углекислый газ с выделением тепловой энергии.

При таком способе сжигания целлюлоза, из которой состоит древесина, сгорает более полно, выделяя больше тепла, поэтому для нагрева одного и того же количества воды требуется меньше топлива.

Кроме того, пиролизный способ лучше подходит для сырой древесины, а ведь основным видом горючего для таких печек является то, что можно поднять под ногами, то есть ветки, кора и шишки, которые в большинстве случаев отличаются довольно высокой влажностью.

Лимит массы и размеров

Те, кто ходил в многодневные походы на большое расстояние, знают, сколько вещей и продуктов нужно взять с собой, и понимают важность каждого лишнего грамма. Для таких туристов вес печки-щепочницы является определяющим фактором.

Вес зависит не только от конструкции и размеров нагревательного прибора, но и от толщины металла, из которого сделали печку. Поэтому приходится выбирать между толщиной металла и лимитом веса.

В дальних походах очень важно использовать максимально компактные вещи, потому что объем рюкзака ограничен, а взять с собой нужно много.

В таких условиях предпочтительней разборные устройства, ведь в сложенном состоянии их размер не превышает габаритов не слишком большой книги или планшета.

Однако этот тип нагревательных приборов заметно сложней в изготовлении и немного менее эффективен. Если же жесткого ограничения на размер нет, то лучше выбрать неразборную или частично разборную конструкцию.

Что такое пиролиз

Суть пиролиза заключается в том, что при температуре от 200 до 800 градусов (в условиях недостатка кислорода) происходит газификация древесины – она обугливается и тлеет, постепенно распадается на твёрдый углеводород (кокс), смолы и смесь неконденсируемых горючих газов. Выделяемый топливом пиролизный газ можно дожигать отдельно от твёрдого остатка, что даёт возможность получить дополнительную тепловую энергию. Используя уникальные свойства данного процесса, есть возможность создать полноценное отопительное устройство для обогрева крупного дома. По такому же принципу работают походные пиролизные минипечи, которые своими руками собирают туристы и любители активного отдыха на природе.

Фактическая теплота горения высвобождаемых газообразных продуктов может отличаться в разы (примерно от 3 до 15 МДж/м3), теплотворность дожига зависит от состава газовой смеси. В свою очередь, состав пиролизного газа определяется способом подвода тепла для нагрева топлива, скоростью и конечной температурой протекания процесса. От этих же условий будет зависеть процентное соотношение получаемых твёрдых и летучих компонентов.

Обратите внимание! Во время топки пиролизной печитвёрдый остаток (уголь) горит в штатном режиме. При этом его теплотворность в два с половиной раза выше, чем у древесины.

Правила при изготовлении

Перед тем как приступать к изготовлению самодельной конструкции длительного горения, нужно изучить необходимые чертежами, посмотреть нужные видео. Существует несколько распространенных проблем, с которыми сталкиваются многие новички еще в самом начале:

  • У вас не получится избежать больших затрат: для того, чтобы соорудить качественную конструкцию, нужно приобрести качественные материалы. Печь получится неправильной, ее работа будет нарушена, если взять плохие материалы.
  • Трудно найти «электрическую начинку» для пиролизных печек из газовых баллонов. Подобные детали можно купить не во всех магазинах. Очень часто их покупают на заказ.

Если изготовить агрегат для дома из первых попавшихся вещей, исчезнет главное преимущество пиролизной печки – высокий коэффициент полезного действия. При неправильном порядке построения своими руками ваша печь для дома станет обыкновенной буржуйкой. Нужно уделять большое внимание выбору металлических и электронных деталей для конструкции для дома.

К ним предъявляются высокие требования. Самое главное, нужно помнить: если вы не имеете достаточного опыта – лучше купить печь.

Достоинства и недостатки

Как и у всех конструкций, у ракетных печей имеются свои достоинства и недостатки. Начнем с плюсов. Это как раз то, что сделало эту технологию такой популярной:

  • отличные показатели эффективности. Переносные походные мини-печки намного удобнее примусов и газовых горелок. Очень высокий КПД. Печь можно топить различными видами топлива. Для нормальной работы достаточно щепочек и прочих отходов;
  • скорый выход на рабочий режим. Это касается и больших, и малых печей. Соответственно, маленькие печки быстро согреют котелок воды. Стационарные большие — хорошо прогреют помещение;
  • простота устройства. Любую из ракетных печей несложно соорудить самостоятельно. В дело идут самые простые, иногда непригодные для другого дела, материалы;
  • полнота сгорания топлива. Конечно, походную печь нельзя ставить в палатку, а большую нельзя оставлять без трубы. Но в целом выброс в атмосферу минимален. На рабочем режиме, конечно;
  • теплоотдача может достигать значительных значений.
Читайте также:  Кладка печи из кирпича: пошаговая инструкция

Отлично подходит для помещений, эксплуатация которых носит периодический характер: летняя кухня, склад, мастерская.

Теперь о недостатках, которые тоже имеются:

  • печи совершенно не годятся для обогрева бань, гаражей. Теплообменник вокруг жаровой дожиговой трубы разогревается довольно сильно. Это не совсем комфортно с позиции удобства эксплуатации, особенно в гараже. Так же печь не переносит резких охлаждений, как в бане. Нормальная работа дожиговой камеры возможно только не ниже определенного значения;
  • некоторая условность классификации переносной вариации печи в качестве походной. Для пешего путешествия печь и крупновата, и тяжеловата. Ее правильнее было бы назвать «автотуристической» или «кемпинговой». При этом, все, что изложено о ее достоинствах в качестве переносной, остается в силе;
  • есть нарекания и как к обогревателю. Печь не может обеспечить равномерной теплоотдачи. Существуют слишком большие различия температуры во время работы и во время остывания;
  • малая теплоемкость. Не получится сделать большие запасы тепла. Наращивание теплоаккумулирующей массы вокруг теплообменника решают проблему только частично;
  • нельзя использовать для нагрева воды из-за встроенного регистра-теплообменника. Единственный вариант — нагрев чайника или кастрюли на крышке теплообменника, как бы на конфорке;
  • неравномерный нагрев тела печи;
  • невозможность регулировки интенсивности горения печи при помощи поддувала или задвижек. Режим работы печи всегда один. Изменения в производительности печи возможны только путем дозировки загружаемого топлива. И частотой пуска.
Достоинства и недостатки
Достоинства и недостатки
Достоинства и недостатки

Мы рассказали об известных достоинствах и недостатках, а выбор предстоит делать вам.

Достоинства и недостатки
Достоинства и недостатки
Достоинства и недостатки

Немного химии и физики

Интересны и физико-химические процессы, происходящие в пиролизных котлах. Принцип работы традиционных агрегатов заключается в прямом сгорании, когда пламя играет прямо на поверхности дров. Здесь же все происходит по-другому. Горение в основной топке происходит примерно при +400-500 градусах, что на порядок меньше, чем в традиционных агрегатах. Отправляясь в камеру дожигания, продукты пиролиза сгорают при температуре до +1100-1200 градусов.

Максимальная температура наблюдается на самом конце факела, минимальная температура – у его основания.

Дутьевой вентилятор позволяет нагнетать пламя пиролизных газов до очень высоких температур. Вместо него порой используют поддувало, но эффективность подобного решения оставляет желать лучшего.

Еще одно интересное отличие в принципах работы заключается в температуре выхлопных газов. В традиционных отопительных агрегатах она составляет +300-400 градусов. В пиролизных агрегатах она составляет +140-160 градусов – чуть выше, чем в газовых агрегатах. А это означает, что подавляющая часть тепла ушла в отопительную систему, а не отправилась в атмосферу.

Продукты пиролиза в пиролизных котлах создаются в бедной кислородом среде – как и в той стеклянной трубке на уроках физики. Тяга может быть искусственной, как в примере выше, так и естественной, как это реализовано в энергонезависимых пиролизных котлах. В остальном принцип действия одинаков. Попадая в камеру дожигания, газы сгорают с образованием высокотемпературного пламени. Причем сгорание довольно глубокое, с минимальным выделением вредных оксидов углерода и азота.

В продаже существует огромное количество пиролизных котлов, отличающихся по своей конструкции. Но принцип работы у них одинаковый.

Самостоятельное изготовление печи

Бытовая печь, работающая по принципу пиролиза, подойдет для:

  • Дачи;
  • Дома;
  • Походных условий;
  • Бани;
  • Гаража;
  • Других жилых построек.

Занимаясь изготовлением пиролизной печи своими руками, важно рассчитать пропорцию газа с кислородом, размеры конструкции и требуемую мощность.

Какие инструменты и материалы понадобятся

Для монтажа бытовой пиролизной печи понадобится следующий перечень материалов и инструментов:

  • Аппарат для сваривания деталей;
  • Электродрель;
  • Болгарка;
  • Электроды;
  • Отрезной круг 240 мм;
  • Шлифовальный круг 135 мм;
  • Листы металла толщиной 4 мм;
  • Трубы отличающихся диаметров;
  • Трубы профилированные;
  • Датчик температур;
  • Вентилятор.

После строительства конечный этап отделки – обкладка печи кирпичом или внутренняя футеровка, чтобы создать эффект «термоса». Кирпичная кладка выполняется после монтажа установки.

Читайте также:  Зачем необходима каминная полка и как ее сделать собственными руками?

Пиролизная печь имеет 2 камеры сгорания. Одно отделение перерабатывает твердые материалы, а второе – смешивает продукты обработки с воздухом. Если первое отделение расположено вверху, между отсеками устанавливается колосниковая решетка. В металлической печи роль перегородок играют полые пластины.

Самостоятельное изготовление печи

Внимание! Вентилятор необходим в печах, где камера для горючих газов находится в нижней части. Принудительная тяга перемещает вещества в отсек, где происходит дожиг. Такие конструкции имеют дымососы.

Чертеж для изготовления

На чертеже будет видна форма корпуса, размеры, способ расположения камер. Затем нужно рассчитать мощность для обогрева помещений. На схеме устройства отражены такие элементы:

  • Металлическая бочка – емкость для сгорания материала (главная камера);
  • Отверстие для подвода кислорода;
  • Трубы для отвода дыма;
  • Трубы для контура, по которому циркулирует вода;
  • Камера дожига;
  • Вентиляционная система;
  • Регуляторы.

Начертить схему будущей печи можно своими руками с учетом конструктивных особенностей. Основой послужит готовый чертеж соответствующего варианта буржуйки.

Рис. 1 Схема монтажа бытовой установки

По чертежам можно собрать печь прямо на месте ее применения. Когда будет готово основание, устанавливаются стенки внутри и отсек для золы. Сварочным аппаратом собираются составные части, затем – теплообменник, колосники и камеры печи. Между стенками засыпают песок, который предупредит перегревание установки во время эксплуатации. В конце устанавливаются дверцы и заслонки, выполняется подключение к контурам водного теплообменника.

Что можно переработать пиролизом

От назначения пиролизной установки зависит выбор сырья. Если это утилизационная печь, она перерабатывает отходы:

  • Пластмассовые и полимерные материалы;
  • Кабели;
  • Скрап автомобилей;
  • Покрышки;
  • Шламы нефтедобывающей промышленности;
  • Побочные продукты бурения;
  • Землю, загрязненную мазутом и смолистыми веществами;
  • Отработанное масло.

При применении пиролиза для получения газа, обогащенного углеводородами, установки перерабатывают:

  • Древесину;
  • Древесный уголь;
  • Нефтепродукты;
  • Другие виды твердого топлива.

Продукты переработки мусора

Продукты переработки отходов отличаются в зависимости от использованного для пиролиза сырья. Если в печь загрузить древесину при нагреве до 400 градусов, можно получить:

  • Кетоновые вещества,
  • Альдегиды,
  • Деготь в смеси с древесным уксусом.
Самостоятельное изготовление печи

Если пиролизу подвержен полиэтилен, на выходе будет:

  • Смесь из предельных и непредельных углеводородов;
  • Газы;
  • Жидкая составляющая;
  • Парафин;
  • Этилен.

При переработке пластика результатом пиролиза могут стать:

  • Воск;
  • Масла;
  • Бензин;
  • Твердое горючее;
  • Бензин;
  • Газ.

Результатом обработки отходов органического типа становится одновременно два вида продуктов: жидкая составляющая и кокс. В жидком виде можно получить пиролизный газ (органическое топливо) и смолы. При фильтрации и осаждении газообразной части вырабатываются углеводороды. Дополнительно производители занимаются получением ароматических соединений путем пиролиза.

Инсинераторная установка для утилизации отходов

Принципы работы мусоросжигающих заводов, их польза и вред

Типы оборудования для переработки старых покрышек

Правила сжигания мусора во дворе частного дома и ТБО на заводе

Виды отходов производства и методы переработки промышленного мусора

Процесс переработки отработанного машинного масла в дизтопливо

Оцените эту статью[Total: Average: ]

Заключение

Пиролизные установки, сделанные своими руками, приобретают все большую востребованность. Причина – высокая стоимость котлов заводского изготовления, самодельные агрегаты часто оказываются единственной альтернативой. Единственный недостаток — топливо для пиролизных котлов должно иметь влажность не выше 25%, иначе процесс пиролиза будет слабым, что влияет на производительность установки.

Рекомендуем: Как сделать пиролизный котел своими руками Как сделать отопление в частном доме – подробное руководство Принцип работы пиролизного котла

Особенности эксплуатации

Чертеж пиролизной печи обязательно необходимо подготовить перед началом работ. Важно не только то, насколько правильно была изготовлена печь, но еще и то, как правильно вы ее будет эксплуатировать. Если она будет использоваться в течение долгого времени, то в нижний части конструкции непременно образуется кокс и нагар, от которых необходимо избавляться. Перед такими манипуляциями печь предстоит остановить, сделать это можно и перед розжигом. Объем топлива в ней должен оказаться минимальным. Производить такие работы предстоит через отверстие, сквозь которое подается воздух. А использовать при этом можно скребок или кочергу.

Стоит учесть принцип пиролизной печи, который указывает на то, что если в разгоряченное масло попадает вода, то оно начнет стрелять, что может стать причиной выброса искр. Именно поэтому масло для заправки необходимо брать сверху, так как вода скапливается снизу.