Hiện tượng nhiệt phân luôn đi kèm với việc đốt nhiên liệu rắn trong lò sưởi và nồi hơi. Quy mô của quá trình phụ thuộc vào hai yếu tố - chế độ đốt và thiết kế của nhà máy nhiệt điện gia đình. Chúng tôi cung cấp một cái nhìn chi tiết về nhiệt phân gỗ hoặc than, các tùy chọn cho việc sử dụng nó trong điều kiện công nghiệp và trong nước. Mục đích là để xua tan những huyền thoại được phát minh bởi những người bán và các nhà sản xuất thủ công của các thiết bị "nhiệt phân" đắt tiền được thiết kế để sưởi ấm nhà riêng.
Nhiệt phân là gì - mô tả quá trình
Về mặt lý thuyết, bất kỳ chất nào bao gồm các hợp chất carbon với hydro đều có thể bị đốt cháy, ví dụ:
- than đá;
- khí tự nhiên (metan, propan và vv);
- sinh khối - tươi, khô;
- sản phẩm gỗ, cellulose, gỗ thường;
- nhiều loại nhựa;
- cao su từ cao su tự nhiên hoặc nhân tạo;
- dầu, dẫn xuất của nó;
- chất thải chứa carbon khác.
Tại lối ra, lấy một lượng năng lượng nhiệt nhất định, tùy thuộc vào độ ẩm ban đầu của khối bị đốt cháy. Để mô tả các quá trình, chúng tôi sử dụng công thức hóa học:
Đốt cháy là một phản ứng oxy hóa nhanh. Trong điều kiện lý tưởng, mỗi nguyên tử carbon kết hợp với hai hạt oxy và 2 nguyên tử hydro tương tác với 1 hạt oxy. Kết quả là các hợp chất vô hại được hình thành - carbon dioxide CO2 và nước. Cái sau bay hơi khi được làm nóng, lấy đi một phần nhiệt thoát ra.
Một điểm quan trọng. Trong điều kiện thực tế, không phải tất cả các nguyên tử hydro và carbon tìm thấy bạn tình do thiếu các phân tử oxy. Do đó, thành phần của các sản phẩm đốt cháy bao gồm một phần nhỏ các hợp chất dễ cháy có hại - carbon monoxide (CO), hydro tự do (N2) và carbon ở dạng bồ hóng.
Phản ứng nhiệt phân là phản ứng phân hủy của một chất xảy ra khi đun nóng và thiếu oxy tự do. Nguyên tắc chỉ định được sử dụng trong các đơn vị tạo khí:
- Nhiên liệu (đặc biệt là gỗ) được đặt bên trong một bình kim loại kín - lò phản ứng.
- Công suất được làm nóng bên ngoài tới 500 ... 900 độ, thông qua các lỗ mở đặc biệt - tuy nhiên sẽ cung cấp một lượng không khí có đồng hồ đo.
- Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao, chất này phân hủy thành 3 thành phần chính - carbon monoxide (CO), hydro (N2) và dư lượng carbon rắn hoặc lỏng. Một lượng nhỏ carbon dioxide và hơi nước được hình thành song song.
- Các sản phẩm dễ bay hơi tạo thành khí nhiệt phân - hỗn hợp dễ cháy của hydro và carbon monoxide, rời bể qua một đường ống riêng. Nhiên liệu khí được giải phóng được làm sạch, làm mát và sau đó được bơm vào bể.
Tài liệu tham khảo. Trong điều kiện sản xuất, khí tổng hợp kết quả được gửi để đốt nóng cùng công suất của máy phát khí.
Đốt cháy và nhiệt phân là 2 quá trình khác nhau có thể xảy ra đồng thời. Ví dụ: trong quá trình đốt củi mạnh, một lượng nhỏ carbon monoxide, CO vô hại, được hình thành trong lò hơi2 to hơn nhiều. Và ngược lại, trong chế độ đốt củi âm ỉ, rất nhiều hydro và khói được giải phóng, một phần trong đó quản lý để biến thành CO2 - oxi hóa. Đó là, tất cả phụ thuộc vào lượng oxy tham gia vào phản ứng.
Ảnh hưởng của độ ẩm cao
Độ ẩm cao trong vật liệu ban đầu ảnh hưởng như nhau đến các phản ứng đốt cháy và nhiệt phân. Hãy xem xét các quá trình đốt gỗ làm ví dụ:
- Khi đốt, năng lượng được giải phóng được dành cho việc làm bay hơi nước chứa trong gỗ. Lượng nhiệt ở đầu ra giảm đáng kể, nhiên liệu bị lãng phí.
- Độ ẩm làm chậm đáng kể sự phân hủy nhiệt của một chất.Nước bay hơi chiếm một phần nhiệt dành cho sưởi ấm, nhiệt độ yêu cầu (tối thiểu 500 ° C) không đạt được. Nhiệt phân gỗ chứa hơn 50% độ ẩm là gần như không thể.
Chỉ số tốt nhất về độ ẩm để đốt hoặc phân hủy gỗ hiệu quả trong máy tạo khí là 8 ... 15%. Ở nhà, việc đạt được các chỉ số như vậy là không thực tế, việc sấy củi kéo dài dưới tán cây cho phép bạn đạt được độ ẩm 20-25%.
Tài liệu tham khảo. Trong sản xuất viên nhiên liệu và than bánh tại nhà máy, mùn cưa được sấy khô đến chỉ số 8-10%. Độ ẩm tối đa của hạt thành phẩm là 15%.
Tại sao sử dụng phân hủy nhiệt
Phạm vi của các quá trình nhiệt phân khá rộng:
- Sản xuất propylene và ethylene cho ngành công nghiệp hóa chất bằng cách xử lý nguyên liệu hydrocarbon lỏng (dầu).
- Thu được than bằng phương pháp phân hủy không có oxy của chất thải chế biến gỗ.
- Quy trình công nghệ tương tự, nhưng với nguồn cung cấp không khí hạn chế cho phép tạo ra khí tổng hợp dễ cháy từ cây - hỗn hợp khí metan, hydro, carbon monoxide và nitơ trung tính.
- Nhiệt phân than - nâu và đá - toàn bộ khu vực chế biến. Các hợp chất thu được là xăng tổng hợp, than cốc, amoniac, nhựa than đá. Toluene, benzen, naphtalen và các phenol khác nhau được sử dụng trong ngành hóa chất được khai thác từ sau này.
- Phát triển mới - sử dụng thương mại chất thải rắn đô thị, lốp xe hơi, nhựa, chất hữu cơ.
Ghi chú. Các phương pháp nổi tiếng nhất để sử dụng phản ứng nhiệt phân được liệt kê ở đây. Trong thực tế, có nhiều trường hợp sử dụng nhiều hơn. Wikipedia tuyên bố rằng các quy trình nhiệt phân không được hiểu đầy đủ, nhiều dự án đang được phát triển.
Để phân hủy nhiệt, lò nhiệt phân và các lò phản ứng khác nhau được sử dụng trong công nghiệp. Sơ đồ trên cho thấy một máy phát khí xử lý chất thải gỗ và mùn cưa thành nhiên liệu khí. Vai trò chính ở đây là do lò phản ứng chưng cất khô trực tiếp, trong đó các nguyên liệu thô được chuẩn bị được xử lý thành khí tổng hợp bằng cách đốt cháy chậm.
Một sắc thái quan trọng. Trước khi nạp vào lò nhiệt phân hoặc máy tạo khí, gỗ luôn được nghiền và sấy khô đến độ ẩm từ 10% trở xuống.
Trong hóa học công nghiệp, công nghệ nhiệt phân nhanh cũng được sử dụng, khi lò phản ứng được làm nóng đến nhiệt độ 700 ... 900 ° C trong một khoảng thời gian ngắn. Mục tiêu là tăng năng suất thiết bị và tăng tốc độ xử lý.
Sử dụng trong nước
Ở cấp độ hộ gia đình, nhiệt phân giúp giải quyết các vấn đề sau:
- làm sạch lò nướng hoặc nồi chiên từ cặn mỡ dính mà không thể loại bỏ bằng cơ học;
- sản xuất than củi;
- sưởi ấm một ngôi nhà tư nhân với một nồi hơi nhiên liệu rắn nhiệt phân.
Phương pháp tốt nhất để làm sạch chảo là đặt nó vào lò nướng, đặt nhiệt độ ở mức 200 ... 250 ° C và để yên trong nửa giờ. Nếu không có sự tiếp cận oxy, sự phá hủy trầm tích sẽ xảy ra, chỉ còn lại tro bụi và máy hút mùi bếp sẽ lấy đi các khí nhiệt phân.
Tài liệu tham khảo. Có các mô hình lò nướng có chức năng làm sạch nhiệt phân tích hợp. Khi kết thúc quá trình "rang", nó chỉ còn lại để lau các bề mặt bên trong và loại bỏ tro kết quả.
Than được sử dụng để chiên thịt nướng, rèn và các mục đích kỳ lạ hơn - tiếp nhiên liệu cho một máy phát khí ô tô (cách thức hoạt động, đọc trong một vật liệu riêng biệt). Phương pháp thu được - đốt chất thải gỗ bên trong một thùng chứa kín, nghĩa là nhiệt phân chậm.
Chúng tôi đề xuất để phân tích chi tiết các vấn đề liên quan đến máy phát nhiệt gỗ nhiệt phân.
Những lầm tưởng về nồi hơi nhiệt phân TT
Sự khác biệt về cấu trúc chính giữa lò sưởi tạo khí và nồi hơi đốt trực tiếp truyền thống là 2 buồng thay vì một.Một vòi gốm được bố trí giữa cả hai buồng lửa, không khí bị quạt ép. Các bức tường kim loại của đơn vị nhiệt phân được bảo vệ bởi một lớp lót gạch chịu lửa. Anh ấy làm việc thế nào
- Củi hoặc than được đặt ở khoang trên (chính) và đốt lửa.
- Tự động hóa khởi động quạt tăng áp.
- Khi nhiệt độ trong hộp lửa tăng lên 500 độ, sự giải phóng khí nhiệt phân bắt đầu.
- Mang theo dòng chảy chung của các sản phẩm đốt, các hợp chất dễ bay hơi này đi vào khoang thứ cấp thấp hơn, nơi chúng bị đốt cháy với sự hiện diện của oxy (được cho là).
Trong thực tế, khí tổng hợp kết quả bắt đầu cháy ngay cả trong lò sơ cấp, vì quạt cung cấp không khí dư thừa. Chỉ có một ngọn đuốc được hướng vào buồng thứ hai ... và đó là nó. Hơn nữa, các sản phẩm đốt cháy di chuyển qua các ống dẫn nhiệt của bộ trao đổi nhiệt, làm nóng chất làm mát và bay vào ống khói.
Thêm vào. Có một thiết kế khác của máy sưởi - không có quạt, buồng thứ cấp được đặt ở phía trên. Từ quan điểm của nhiệt phân, khái niệm này không hoạt động, thiết bị này hoạt động như một nồi hơi nước nóng đốt củi thông thường, mặc dù nó có giá gấp đôi so với các đối tác cổ điển.
Những người đề xuất máy phát nhiệt nhiệt phân (như nhà sản xuất thiết bị này, người bán và thợ thủ công tại nhà) gán những ưu điểm sau cho nồi hơi TT của họ:
- nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn, phần còn lại trong chảo tro thực tế bằng không;
- thời gian cháy - 10 giờ trở lên;
- lượng khí thải độc hại vào khí quyển thấp;
- hiệu quả cao do hiệu quả của 86 ... 90% (chỉ số của nhà sản xuất) so với nồi hơi truyền thống với hiệu suất 75%.
Chúng ta hãy cố gắng tìm ra tính xác thực của những tuyên bố này. Khoảnh khắc đầu tiên: nếu hộp cứu hỏa được nạp bằng gỗ khô (như vậy là bắt buộc theo hướng dẫn sử dụng lò sưởi), thì tro mịn sẽ vẫn còn sau khi đốt. Luồng khí được tạo ra bởi quạt và tăng tốc trong vòi chỉ đơn giản là thổi một cặn ánh sáng vào ống khói.
Kết quả là một chảo tro gần như trống rỗng, một ảo ảnh của sự đốt cháy hoàn toàn. Nếu bạn đặt gỗ khô trong nồi hơi TT tăng áp cổ điển, bạn sẽ nhận được dư lượng tương tự - một ít tro ở phía dưới. Đó là, sự hoàn thiện của quá trình đốt phụ thuộc vào chất lượng của nhiên liệu chứ không phụ thuộc vào thiết kế của bộ tạo nhiệt.
Bình luận. Việc đặt củi thô với độ ẩm trên 50% sẽ cho kết quả âm tính trong bất kỳ lò hơi nào. Xem xét các lựa chọn như vậy là vô nghĩa.
Đưa ra câu trả lời ngắn gọn cho các tuyên bố còn lại:
- Thời gian cháy 10-12 giờ tương ứng với thực tế. Một điều nữa là chỉ số đạt được do kích thước của buồng nhiên liệu (100 lít trở lên), nơi đặt rất nhiều củi. Nhiệt phân hoàn toàn không có gì để làm với nó.
- Đảm bảo môi trường của lò hơi là đúng. Quạt bơm không khí dư thừa, rất ít khí độc được hình thành. Ở chế độ chờ, oxy không vào lò, củi từ từ âm ỉ và lượng khí thải độc hại tăng lên.
- Hiệu suất lò hơi 90% là một câu chuyện cổ tích. Trong chế độ đốt hoạt động, nguyên lý hoạt động của nồi hơi tương tự như các phiên bản tăng áp của các đơn vị truyền thống, có hiệu suất không vượt quá 75%. Khi quạt tắt, ngọn lửa chết, than hồng tỏa ra ít nhiệt.
Phần kết luận. Việc mua lại một mô hình tạo khí của nồi hơi nhiên liệu rắn là một công việc rất đáng ngờ. Máy đắt hơn gấp ba lần so với phiên bản thông thường và nặng gấp đôi do lớp lót. Máy phát nhiệt tự chế, theo quy định, đáng tin cậy hơn và rẻ hơn so với các nhà máy sản xuất, nhưng quá cồng kềnh. Về hiệu quả và các đặc tính khác, chúng không vượt trội so với nồi hơi TT cổ điển với điều khiển lực kéo của tuabin hoặc xích.
Một chuyên gia nổi tiếng sẽ xác nhận ý kiến của chúng tôi trong video của mình:
Phần kết luận
Nhìn chung, nhiệt phân là một hiện tượng khá hữu ích, được sử dụng rộng rãi trong hóa học công nghiệp.Ở cấp độ hộ gia đình, các quy trình nhiệt phân hiếm khi được sử dụng, mặc dù việc tạo ra khí cháy xảy ra trong bất kỳ lò đốt gỗ hoặc lò hơi nào. Vì vậy, nó rất vô nghĩa để mua các mô hình nhiệt phân đắt tiền.