IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Древесина – самый древний вид топлива. С течением времени ее значимость уменьшалась. Причины заключаются в высоких затратах труда на заготовку и вывозку древесины по сравнению с другими видами топлива. Однако перспективы использования древесного топлива изменились.

Древесина - это единственный вид топлива, естественно возобновляющийся в больших объемах, в то время как запасы горючих ископаемых ограничены. К тому же в нашей стране большинство деревень и малых городов еще не газифицированы, и население чаще всего делает выбор в пользу дешевого (либо вообще бесплатного) древесного топлива. Древесина является воспроизводимым видом топлива и имеет так называемый нейтральный баланс СО₂ - чистое сжигание древесины нейтрально по отношению к окружающей среде и не выделяет изменяющих климат парниковых газов, так как при горении выделяется такое же количество СО₂, какое поглощает растущее дерево в процессе фотосинтеза.

Среди методов энергетического использования различных видов древесного топлива наиболее распространенными являются прямое сжигание, пиролиз и газификация. Метод прямого сжигания наиболее изучен и распространен, однако его рентабельность подлежит сомнению. Пиролиз древесины пока мало изучен и является перспективным направлением. Однако недостатком этого метода является получение жидких продуктов, теплота сгорания которых значительно ниже, чем у котельного топлива, а вода и органические кислоты приводят к коррозии конструкционных материалов. По сравнению с ранее указанными методами, газификация обладает существенными преимуществами, так как работа с газовыми продуктами гораздо удобнее, а спектр их применения гораздо шире.

Газификация – это высокотемпературный процесс взаимодействия органической массы твердых горючих ископаемых, а также продуктов их термической переработки с окислителями (воздухом, кислородом, водяным паром, диоксидом углерода или их смесями), в результате которых органическая часть топлива обращается в горючие газы.

Процесс газификации протекает в газогенераторных установках. Появились они относительно недавно. В отличие от традиционных котлов, в которых горят только дрова (либо другой вид древесного топлива), в газогенераторах выделяется еще и горючий газ. Под действием высокой температуры древесина разлагается на углерод, водяной пар, смолы и масла. Происходит реакция между кислородом и углеродом, которая обеспечивает температуру, достаточную для образования окиси углерода (СО) - главного горючего компонента вырабатываемого газа. Смолы и масла также разлагаются на газы, содержащие водород. Возникающий в результате генераторный газ обладает высокой теплотворной способностью.

Рис 1. Схема работы газогенераторного котла

1 - топливо, 2 - воздух, подаваемый в камеру образования генераторного газа, 3 - воздух, предназначенный длят горения генераторного газа, 4 - дымовые газы, 5 - вход теплоносителя, 6 - выход теплоносителя, 7 - камера образования генераторного газа; 8 - камера горения генераторного газа;

9 - дымосос;

Работа газогенераторного котла осуществляется следующим образом. Для того чтобы начался процесс выделения горючего газа, топливу необходимо полностью разгореться. Для этого через специальное регулируемое окно первичного забора воздуха в камеру поступает кислород в нужном количестве. Затем подача кислорода снижается. Этого добиваются с помощью автоматического регулирования, которое уменьшает доступ воздуха в топку. Начинается процесс тления дров. Котел переходит в режим газогенерации. Выделяющийся в результате тления горючий газ смешивают с вторичным воздухом, который проходит предварительный нагрев до необходимой температуры в процессе движения к камере догорания. Происходит процесс сгорания газа.

Одним из технологических новшеств современных газогенераторных котлов является система нижнего горения. В них камера сжигания горючего газа размещена не над топкой, а под ней. Дрова при этом тлеют в нижней части топки - у колосника, а выделяющийся горючий газ дожигается в камере под колосником. Благодаря такой схеме дрова горят равномернее и дольше, а тепло дымовых газов удается использовать более полно, поскольку удлиняется их путь внутри котла.

Одним из преимуществ газогенераторного котла заключается в том, что время между загрузками топлива составляет 6-10 часов. Этот показатель в два раза больше, в сравнении с традиционными твердотопливными котлами. Некоторые производители говорят о возможности работы от одной закладки в течение нескольких суток. Но, как правило, такие модели стоят намного дороже, что и ограничивает их популярность.

Продукты сгорания горючих газов практически не содержат вредных примесей и представляют собой смесь CO₂ и H₂O (водяного пара). К тому же газогенераторный котел выпускает в атмосферу в 3 раза меньше СО₂, чем традиционный дровяной. Образование сажи и золы минимально, поэтому котел нуждается в чистке реже, чем обычный.

В качестве топлива газогенераторные котлы могут использовать дрова, пеллеты, бурый уголь, каменный уголь и даже кокс. Но наилучшее выделение летучих веществ происходит у древесины и поэтому именно ее наиболее часто рассматривают в виде топлива.

Казалось бы, купить газогенераторные котлы на древесном топливе после всего вышесказанного является идеальным решением, но не все так просто. Прежде всего, непростым обстоит вопрос с топливом, так как полезное энергетическое содержание древесины весьма существенно зависит от объема содержащейся в нем воды. Чем оно выше, тем больше проблем с эксплуатацией котла возникает. Так, если загрузить в котел сырые непросушенные дрова, то из дымовой трубы начнет валить сильный дым, в помещении, где установлен котел, появится неприятный запах. К тому же срок эксплуатации дымовой трубы и эффективность работы котла резко снизится. Поэтому многие производители рекомендуют использовать любые виды древесины, а также отходы деревообрабатывающей промышленности, влажность которых не превышает 20 %. Только строгое соблюдение этого требования позволяет котлу работать с максимальной мощностью и на протяжении длительного срока. Продолжительность сушки и конечная влажность древесины зависят от погодных условий и могут сильно колебаться. Теоретически за лето в условиях средней полосы России можно высушить доску до 12-13% влажности, а бревно до 20-30%.

Помимо этого газогенераторы является энергозависимыми. Для работы вентиляторов, используемых для наддува воздуха в камеру сгорания горючего газа либо для отвода отходящих газов, необходимо электропитание. Лишь в небольших моделях имеется возможность полной энергонезависимости. Такие котлы оснащены горелкой диффузного типа (она напоминает перфорированную трубку особой конструкции, обеспечивающую естественный ток газов) и механическими регуляторами открывания/закрывания заслонок, через которые в газогенераторный котел поступает первичный и вторичный воздух. Еще одним недостатком является цена. Стоимость газогенераторного котла в 1,5-2 раза выше, чем обычных традиционных котлов на древесном топливе.

И все же преимущества превалируют над недостатками. В последнее время появляется все больше производителей топливных брикетов и пеллет, которые также могут служить топливом. Несомненным плюсом является длительное горение на одной загрузке. Не маловажным преимуществом использования газогенераторных котлов является высокая возможность в их регулировании. Это позволяет повысить экономичность и комфортность системы отопления. Также многих потребителей порадует возможность реже чистить дымоход. Ведь газогенераторные котлы практически не выделяют сажи и копоти, которая бы оседала на стенках дымохода. Ну и последним достоинством таких котлов является возможность сжигать дрова любого размера, главное чтоб они поместились в топливник. И самое главное, что КПД газогенераторных котлов очень высок и составляет около 85 %).

Список используемых источников

1. Головков С. И., Коперин И. Ф., Найденов В, И. Энергетическое использование древесных отходов.-М.: Леси, пром-сть, 1987.— 224 с.

2. Зорина Г.И. Современные тенденции развития технологии газификации твердого топлива. // Химия твердого топлива. - 1986.- №3.-с.82-93.

3. Славянский А. К. Химическая технология древесины / Шарков В.И., Ливеровский А.А., Буевской А.В., ГОСЛЕБУМИЗДАТ, Москва 1962, 577 с.: ил..

Код для цитирования: Скопировать