ترافق ظاهرة الانحلال الحراري دائمًا حرق الوقود الصلب في أفران التدفئة والغلايات. يعتمد حجم العملية على عاملين - وضع الاحتراق وتصميم محطة توليد الطاقة الحرارية المنزلية. نقدم نظرة تفصيلية على الانحلال الحراري للخشب أو الفحم ، خيارات لاستخدامه في الظروف الصناعية والمنزلية. الهدف هو تبديد الخرافات التي اخترعها الباعة والمصنعين الحرفيين لمعدات "الانحلال الحراري" الباهظة الثمن والمصممة لتدفئة المنازل الخاصة.
ما هو الانحلال الحراري - وصف العملية
من الناحية النظرية ، يمكن حرق أي مادة بما في ذلك مركبات الكربون مع الهيدروجين ، على سبيل المثال:
- فحم؛
- الغاز الطبيعي (الميثان والبروبان وهلم جرا) ؛
- الكتلة الحيوية - طازجة وجافة ؛
- المنتجات الخشبية ، السليلوز ، الخشب العادي ؛
- أنواع مختلفة من البلاستيك ؛
- المطاط من المطاط الطبيعي أو الاصطناعي ؛
- النفط ومشتقاته.
- النفايات الأخرى المحتوية على الكربون.
عند المخرج ، احصل على كمية معينة من الطاقة الحرارية ، اعتمادًا على محتوى الرطوبة الأولي للكتلة المحروقة. لوصف العمليات ، نستخدم الصيغة الكيميائية:
الاحتراق هو رد فعل أكسدة سريع. في الظروف المثالية ، تتحد كل ذرة كربون مع جزيئين من الأكسجين ، وتتفاعل ذرتان هيدروجين مع جسيم أكسجين واحد. ونتيجة لذلك ، تتشكل مركبات غير ضارة - ثاني أكسيد الكربون CO2 و الماء. يتبخر الأخير عند تسخينه ، ويزيل جزءًا من الحرارة المنبعثة.
نقطة مهمة. في الظروف الحقيقية ، لا تجد جميع ذرات الهيدروجين والكربون رفيقة بسبب نقص جزيئات الأكسجين. لذلك ، تشتمل تركيبة منتجات الاحتراق على جزء صغير من المركبات القابلة للاحتراق الضارة - أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروجين الحر (N2) والكربون على شكل سناج.
الانحلال الحراري هو تفاعل تحلل لمادة تحدث عند تسخينها ونقص الأكسجين الحر. يستخدم المبدأ المشار إليه في وحدات توليد الغاز:
- يتم وضع الوقود (على وجه الخصوص ، الخشب) داخل وعاء معدني مغلق - مفاعل.
- يتم تسخين السعة خارجيًا إلى 500 ... 900 درجة ، من خلال فتحات خاصة - يتم توفير كمية كبيرة من الهواء.
- تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة ، تتحلل المادة إلى 3 مكونات رئيسية - أول أكسيد الكربون (CO) ، الهيدروجين (N2) ومخلفات الكربون الصلبة أو السائلة. تتشكل كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء بالتوازي.
- تشكل المنتجات المتطايرة غاز الانحلال الحراري - وهو مزيج قابل للاشتعال من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ، تاركًا الخزان من خلال خط أنابيب منفصل. يتم تنظيف الوقود الغازي المنطلق وتبريده ثم ضخه في الخزان.
مرجع. في ظروف الإنتاج ، يتم إرسال غاز التوليف الناتج لتسخين نفس سعة مولد الغاز.
الاحتراق والانحلال الحراري هما عمليتان مختلفتان يمكن أن تحدثا في وقت واحد. مثال: أثناء الحرق المكثف للحطب ، يتم تكوين كمية صغيرة من أول أكسيد الكربون ، وهو ثاني أكسيد الكربون غير ضار ، في فرن المرجل2 أكبر بكثير. والعكس بالعكس ، في نظام الحطب المشتعل يتم إطلاق الكثير من الهيدروجين والأبخرة ، جزء منها يتحول إلى ثاني أكسيد الكربون2 - أكسدة. أي أن الأمر كله يعتمد على كمية الأكسجين التي ينطوي عليها التفاعل.
تأثير الرطوبة العالية
يؤثر المحتوى العالي من الرطوبة في مادة البدء بشكل متساو على تفاعلات الاحتراق والانحلال الحراري. فكر في عمليات حرق الأخشاب كمثال:
- عند الاحتراق ، يتم إنفاق الطاقة المنبعثة على تبخير الماء الموجود في الخشب. يتم تقليل كمية الحرارة في المخرج بشكل كبير ، يتم إهدار الوقود.
- الرطوبة تبطئ بشكل كبير من التحلل الحراري للمادة.يأخذ الماء المتبخر جزءًا من الحرارة التي يتم إنفاقها على التسخين ، ولا يتم تحقيق درجة الحرارة المطلوبة (الحد الأدنى 500 درجة مئوية). يكاد يكون من المستحيل التحلل الحراري للخشب الذي يحتوي على أكثر من 50 ٪ من الرطوبة.
أفضل مؤشر للرطوبة للحرق المثمر أو تحلل الخشب في مولد الغاز هو 8 ... 15٪. في المنزل ، من غير الواقعي تحقيق مثل هذه المؤشرات ، التجفيف المطول لحطب الوقود تحت مظلة يسمح لك بتحقيق نسبة رطوبة 20-25 ٪.
مرجع. في تصنيع كريات الوقود والقوالب في المصنع ، يتم تجفيف نشارة الخشب إلى مؤشر 8-10 ٪. الرطوبة القصوى للحبيبات النهائية هي 15٪.
لماذا استخدام التحلل الحراري
إن نطاق عمليات التحلل الحراري واسع للغاية:
- إنتاج البروبيلين والإثيلين للصناعات الكيماوية عن طريق معالجة المواد الأولية الهيدروكربونية السائلة (الزيت).
- الحصول على الفحم بطريقة التحلل الخالي من الأكسجين لمخلفات الأعمال الخشبية.
- تسمح نفس العملية ، ولكن مع إمدادات هواء محدودة ، بتوليد غاز اصطناعي قابل للاحتراق من شجرة - مزيج من الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون والنيتروجين المحايد.
- الانحلال الحراري للفحم - البني والحجر - مساحة كاملة للمعالجة. والمركبات الناتجة هي البنزين الاصطناعي وفحم الكوك والأمونيا وقطران الفحم. يتم استخراج التولوين والبنزين والنافتالين ومركبات الفينول المختلفة المستخدمة في الصناعة الكيميائية من هذا الأخير.
- التطورات الجديدة - الاستخدام التجاري للنفايات الصلبة البلدية وإطارات السيارات والبلاستيك والمواد العضوية.
ملحوظة. يتم سرد الطرق الأكثر شهرة لاستخدام ردود الفعل الانحلالي هنا. في الواقع ، هناك العديد من حالات الاستخدام. تدعي ويكيبيديا أن عمليات الانحلال الحراري غير مفهومة تمامًا ، والعديد من المشاريع قيد التطوير.
للتحلل الحراري ، يتم استخدام أفران التحلل الحراري ومفاعلات مختلفة في الصناعة. يوضح الرسم البياني أعلاه مولد غاز يعالج نفايات الخشب ونشارة الخشب إلى وقود غازي. يتم لعب الدور الرئيسي هنا بواسطة مفاعل التقطير الجاف المباشر ، حيث تتم معالجة المواد الخام المحضرة إلى غاز تخليقي عن طريق الاحتراق البطيء.
فارق بسيط مهم. قبل التحميل في فرن الانحلال الحراري أو مولد الغاز ، يتم دائمًا سحق الخشب وتجفيفه إلى محتوى رطوبة بنسبة 10٪ أو أقل.
في الكيمياء الصناعية ، يتم أيضًا استخدام تقنية الانحلال الحراري السريع ، عندما يتم تسخين المفاعل إلى درجة حرارة 700 ... 900 درجة مئوية لفترة قصيرة من الزمن. الهدف هو زيادة إنتاجية المعدات وتسريع المعالجة.
استخدام محلي
على مستوى الأسرة ، يساعد الانحلال الحراري على حل المشكلات التالية:
- تنظيف الفرن أو القلاية من رواسب الدهون اللاصقة التي لا يمكن إزالتها ميكانيكيًا ؛
- إنتاج الفحم
- تسخين منزل خاص مع غلاية الوقود الصلب الانحلال الحراري.
أفضل طريقة لتنظيف المقلاة هي وضعها في الفرن ، وضبط درجة الحرارة على 200 ... 250 درجة مئوية واتركها لمدة نصف ساعة. بدون الوصول إلى الأكسجين ، سيحدث تدمير الرواسب ، وسيبقى الرماد فقط ، وسيزيل غطاء الطباخ غازات الانحلال الحراري.
مرجع. هناك نماذج من الأفران مع وظيفة تنظيف حراري مدمجة. في نهاية "التحميص" ، يبقى فقط لمسح الأسطح الداخلية والتخلص من الرماد الناتج.
يستخدم الفحم في القلي المشوي والحدادة والأغراض الأكثر غرابة - إعادة تزويد مولد غاز السيارات بالوقود (كيف يعمل ، نقرأ في مادة منفصلة). طريقة الحصول على - حرق نفايات الخشب داخل حاوية مغلقة ، أي الانحلال الحراري البطيء.
نقترح تحليل المشاكل المرتبطة بمولدات حرارة الخشب الانحلال الحراري بالتفصيل.
أساطير حول المراجل الانحلال الحراري TT
الفرق الهيكلي الرئيسي بين سخان مولد الغاز ومرجل الاحتراق المباشر التقليدي هو غرفتان بدلاً من واحدة.يتم ترتيب فوهة سيراميك بين غرفتي الحريق ؛ يتم دفع الهواء بواسطة مروحة. الجدران المعدنية لوحدة الانحلال الحراري محمية ببطانة من الطوب الحراري. كيف يعمل:
- يتم وضع الحطب أو الفحم في الغرفة العليا (الأولية) وإضرام النار فيها.
- الأتمتة تبدأ مروحة تعزيز.
- عندما ترتفع درجة الحرارة في صندوق الإطفاء إلى 500 درجة ، يبدأ إطلاق غازات الانحلال الحراري.
- هذه المركبات المتطايرة ، التي تنتقل عن طريق التدفق العام لمنتجات الاحتراق ، تدخل إلى الغرفة الثانوية الدنيا ، حيث يتم حرقها في وجود الأكسجين (من المفترض).
في الواقع ، يبدأ غاز التوليف الناتج في الاحتراق حتى في الفرن الأساسي ، لأن المروحة توفر الهواء الزائد. يتم توجيه شعلة اللهب فقط إلى الغرفة الثانية ... وهذا كل شيء. علاوة على ذلك ، تتحرك منتجات الاحتراق عبر الأنابيب الحرارية للمبادل الحراري ، وتسخين المبرد وتطير إلى المدخنة.
إضافة. هناك تصميم آخر للسخانات - بدون مروحة ، توجد الغرفة الثانوية في الأعلى. من وجهة نظر الانحلال الحراري ، فإن المفهوم غير صالح للعمل ، حيث تعمل الوحدة كمرجل ماء ساخن يعمل بالحطب بانتظام ، على الرغم من أنه يكلف ضعف نظيراتها الكلاسيكية.
يعزو مؤيدو المولدات الحرارية للتحلل الحراري (مثل الشركات المصنعة لهذه المعدات ، والبائعين والحرفيين المنزليين) مزاياهم التالية إلى غلايات TT الخاصة بهم:
- يتم حرق الوقود بالكامل ، والباقي في وعاء الرماد عمليا صفر ؛
- وقت الحرق - 10 ساعات أو أكثر ؛
- كمية منخفضة من الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي ؛
- كفاءة عالية بفضل كفاءة 86 ... 90٪ (مؤشرات مصنعي) مقارنة بالغلايات التقليدية بكفاءة 75٪.
دعونا نحاول معرفة صحة هذه العبارات. اللحظة الأولى: إذا كان صندوق الإطفاء محملاً بالخشب الجاف (هذا مطلوب وفقًا لتعليمات استخدام السخان) ، فسيظل الرماد الناعم بعد الحرق. إن تدفق الهواء الناتج عن المروحة والتسارع في الفوهة ببساطة ينفخ بقايا الضوء في المدخنة.
والنتيجة هي وعاء رماد فارغ تقريبًا ، وهم احتراق كامل. إذا وضعت خشبًا جافًا في غلاية TT التقليدية بشاحن توربيني ، فستحصل على بقايا مماثلة - القليل من الرماد في الأسفل. أي أن اكتمال الاحتراق يعتمد على جودة الوقود ، وليس على تصميم المولد الحراري.
تعليق. وضع الحطب الخام مع رطوبة تزيد عن 50 ٪ سيعطي نتيجة سلبية في أي مرجل. النظر في هذه الخيارات لا طائل من ورائه.
أجب بإيجاز على العبارات المتبقية:
- يتوافق وقت الحرق لمدة 10-12 ساعة مع الواقع. شيء آخر هو أن المؤشر يتم تحقيقه بسبب حجم غرفة الوقود (100 لتر أو أكثر) ، حيث يتم وضع الكثير من الحطب. التحلل الحراري ليس له علاقة به على الإطلاق.
- الضمان البيئي للغلاية صحيح. تقوم المروحة بضخ الهواء الزائد ؛ حيث تتكون القليل من الغازات السامة. في وضع الاستعداد ، لا يدخل الأكسجين إلى الفرن ، ويشتعل الحطب ببطء ويزداد مقدار الانبعاثات الضارة.
- كفاءة المرجل 90 ٪ هي قصة خرافية. في وضع الاحتراق النشط ، يشبه مبدأ تشغيل الغلاية إصدارات الشحن التوربيني للوحدات التقليدية ، التي لا تتجاوز كفاءتها 75٪. عندما يتم إيقاف تشغيل المروحة ، تموت الشعلة ، وتنبعث منها الحرارة قليلاً.
استنتاج. إن الحصول على نموذج لتوليد الغاز لغلاية الوقود الصلب هو مهمة مشكوك فيها للغاية. الوحدة أغلى بثلاث مرات من الإصدارات العادية وثلاثة أضعاف الوزن بسبب البطانة. المولدات الحرارية محلية الصنع ، كقاعدة عامة ، أكثر موثوقية وأرخص من تلك التي تنتجها المصانع ، ولكنها ضخمة للغاية. من حيث الكفاءة والخصائص الأخرى ، فإنها لا تتفوق على مراجل TT التقليدية مع التحكم في التوربين أو سلسلة الجر.
سيؤكد ممارس خبير معروف رأينا في الفيديو الخاص به:
استنتاج
بشكل عام ، يعد الانحلال الحراري ظاهرة مفيدة إلى حد ما ، وتستخدم على نطاق واسع في الكيمياء الصناعية.على مستوى الأسرة ، يتم استخدام العمليات الانحلالية بشكل غير منتظم ، على الرغم من أن توليد الغازات القابلة للاشتعال يحدث في أي موقد أو مرجل يحرق الخشب. لذا من غير المجدي شراء نماذج انحلال حراري باهظة الثمن.