Пиролизни котли

Използвани съоръжения, конструкция, експлоатационни характеристики

Разстоянието, което ни дели от европейските практики в пречистването на отпадните води, все още е много голямо. Особено, що се отнася до малките населени места, курортите и вилните зони. За разлика от ситуацията у нас, за държави като Дания или Швеция, например, отпадните води, дори от малки селца, не се изхвърлят в близкото дере, както и не се заустват в рекичката в близост, а задължително се пречистват. На специалистите в бранша е известно, че съществуват т.нар. малки пречиствателни станции, които могат да обслужват както еднофамилни къщи, така и по-големи сгради, като хотели, почивни станции, курортни комплекси и дори по-малки населени места. Обикновено се разполагат в близост до самите сгради, поради което отпада необходимостта от изграждане на скъпа канализационна мрежа. Отвеждането на отпадната вода до съоръженията в повечето случаи се осъществява гравитационно.

Принципно пречиствателните станции, които се използват за обезвреждане на битовите отпадни води от отделни сгради, са с капацитет от 10 до 15 m3/d. Сред най-прилаганите и ефективни решения са септичните ями и съоръженията с подпочвена филтрация. Към групата на втората принадлежат полета с подпочвена филтрация, филтрационни кладенци, пясъчно-чакълени филтри и траншеи.

Септични ями - водите се утаяват и разграждат
Септичните ями са съоръжения, подходящи за използване при малки количества отпадни води, което определя приложението за една до няколко сгради. Капацитетът им обикновено е от 1 до 20 m3/d. Широко използвани са за хотели, малки почивни станции и др. Подходящи са за самостоятелно механично пречистване на отпадните води, постъпващи в полетата за подземна филтрация, в пясъчно-чакълестите филтри, във филтриращите траншеи и филтриращи кладенци. В тях едновременно протичат два процеса - утаяване на водите и разграждане при анаеробни условия. Формата им обикновено е кръгла или правоъгълна. Отгоре ямата най-често се покрива със стоманобетонна плоча. Тя се засипва със слой пръст, чиято дебелина често варира в диапазона от 0,35 до 0,5 m.
Могат да бъдат разделени на една, две или три камери, в зависимост от количеството на отпадните води. Употребата на еднокамерните септични ями се препоръчва за малки водни количества до 1m3/d. За водни количества до 10 m3/d се използват двукамерните, а трикамерните се прилагат при водни количества над 10 m3/d. Разпределението на обема в двукамерните и трикамерните ями е неравномерно. В двукамерните е необходимо обемът на първата камера да е 75%, а на втората 25%. При трикамерните обемът на първата камера е равен на 50% от изчислителния, а втората и третата, съответно, са с обем 25% от изчислителния. Ако септичната яма е изпълнена от бетонни пръстени, това условие отпада. Тогава, обикновено, всички камери са с равни обеми.

Влажността - до 20%
Принципно, пиролизното изгаряне на дървесината е много по-ефективно от обикновеното й изгаряне. За нормалното протичане на процеса, обаче, е добре да се има предвид, че топлотворната способност на дървесината зависи от съдържанието на вода в нея. За да се осигури дълъг експлоатационен живот на котела и работа на максимална мощност, е необходимо използването само на дървесина с ниска влажност.
При изгарянето на дървесина с по-голяма влажност се отделя не само по-малко количество топлина, но и по-голямо количество димни газове. Както бе подчертано, това съществено съкращава живота на котела и димоходите. Качеството, размерът и влажността на дървесината влияят на разхода й. Те предопределят безаварийната работа и високата мощност на котела. За сравнение, 1 kg дървесина с 20% влажност при изгаряне отделя 4 kW енергия, докато 1 kg прясно отсечени дърва с влажност 70-80%, отделят само 1 kW.
Препоръчва се влажността на дървата да е до 20% и да не превишава 30 - 35%. Използването на дърва с висока влажност може да доведе до понижаване на мощността на котела до 50%, а разходът на гориво да се увеличи почти двойно.

За въздуха в зоната на горене
Както вече бе споменато, с цел правилното протичане на пиролизния процес е необходимо да се осигури среда с ограничено количество кислород. От друга страна, кислородът е основен фактор за протичане на всеки горивен процес. За тази цел, пиролизните котли разполагат с вградени вентилатори, с които се осигурява подаването на точно определено количество кислород, необходимо за протичането на процеса, в точното място и време. Производителите предлагат различни конструктивни решения. Някои модели разполагат само с един вентилатор, докато други са снабдени с цяла вентилаторна група. Например, всмукваният от вентилатора въздух се разделя в два потока. Първият, по-малък поток, се насочва към горната камера, където осигурява необходимите условия за образуването на пиролизния газ. Вторият поток пък се отвежда към керамичната плоча, където окислява пиролизния газ.

Конструкция на пиролизните котли
Основни конструктивни елементи (фиг. 1)на всеки пиролизен котел са:
n херметически затворена камера (камера за зареждане), в която се извършва термичното разлагане на дървесината;
n дюза от огнеупорен бетон, в която пиролизният газ се смесва с вторичния въздух, образувайки гореща смес. Тя би могла да се самовъзпламени при температура около 560 °С;
n камера за изгаряне, в която температурата на изгаряне на пиролизния газ достига до 1200 °С;
n топлообменник за загряване на вода и вентилатор за подаване на необходимото количество въздух за протичане на горивния процес и за неговото регулиране.
Независимо от разнообразието на решения, предлагани от производителите на пиролизни котли, конструкцията на всеки пиролизен котел трябва да осигури последователното протичане на три процеса

изсушаване, карбонизация и окисление
По време на изсушаването от поставената в херметически затворената камера дървесина се отнема излишната влажност. След това, в условията на висока температура и ниско съдържание на кислород, дървесината започва да тлее.
Втората фаза - карбонизацията, представлява процес, при който дървесината се разгражда до получаването на пиролизен газ. Над слоя тлееща дървесина се образува високотемпературен слой. Той осигурява предварителното изсушаване на дървесината и в същото време подгрява постъпващия в зоната на горене въздух.
Всички освободени по време на пиролизата газови компоненти се насочват към дюза от стоманобетон, разположената под камерата за зареждане. За да се осигури пълно изгаряне на продуктите от пиролизата, е необходимо да се подава точно определеното количество вторичен въздух.
При третия етап - окислението, пиролизният газ изгаря в долната камера при температура до 1200 °С. По време на този финален етап пиролизният газ, в резултат от взаимодействието си с богатия на кислород въздух, изгаря. Отделя се топлинна енергия, която, именно, се използва за отопление.
В процеса на горене пиролизният газ си взаимодейства и с активния въглерод, в резултат на което на изхода на котела

изхвърляните димни газове не съдържат вредни примеси
Допълнително, отделената при изсушаването вода си взаимодейства с дървените въглища от процеса на карбонизация и ги преработва в процеса на окисление. По този начин, за разлика от системите, базирани на класическо изгаряне на дървесина, тук съществуват условия да се осигури пълен кръговрат на въглеродния диоксид и водата. Според резултатите от направени изследвания, емисиите от СО2 от тези котли са почти три пъти по-ниски в сравнение с характерните за котлите на твърдо гориво. В процеса на пиролизно горене се образуват минимално количество сажди и пепел, което предопределя по-лесното и по-рядко почистване на тези котли.
Препоръчително е също пиролизните котли да работят на максимална мощност, тъй като, ако отделилите се в процеса на разлагане на дървесината водни пари и газове не изгорят, те образуват конденз. Той се превръща в катран и кислород, отлагащ се от вътрешната страна на котела. Резултатът е потенциално постепенно корозиране на стоманените повърхности на котела.
Фактор, оказващ пряко влияние върху ефективността на пиролизния котел, е

вградената автоматика
При някои модели е автоматизирано само управлението на помпата и вентилатора. Други, по-интелигентни системи разпознават температурата и химичния състав на димните газове и управляват работата на котела, като вземат предвид всички тези параметри с цел оптимална ефективност на работа.
Като друг голям плюс на пиролизните котли следва да се посочи и по-голямата им безопасност в сравнение с други видове котли на дърва, в случай на прекъсване на електрозахранването. Причината е, че те са херметически затворени. При прекъсване на захранването спира и вентилаторът, съответно спира притокът на кислород, и горенето бавно затихва от само себе си. Някои от по-усъвършенстваните модели са оборудвани с предпазни вентили, които при спиране на тока отварят и охлаждат котела, вкарвайки в него студена вода. Съществуват, разбира се, и модели с доста по-сложни системи за защита.
Някои модели разполагат с херметично затварящи се врати на горивната и камерата за зареждане на пиролизните котли. По този начин се осигурява сигурна изолация на протичащите в котела процеси и не се допуска изпускането дори на минимални количества дим. Подобни пиролизни котли са подходящи за директен монтаж във всяко помещение.
На българския пазар се предлагат

пиролизни котли с мощности от 10 kW до 1 MW
подходящи както за еднофамилни домове, така и за отопление на по-големи сгради. Коефициентът им на полезно действие варира между 85 и 95%. Недостатък е необходимостта от ръчно зареждане на 8 или 10 часа.