Читайте в статье
Если вывоз твердых бытовых отходов (ТБО) по каким-то причинам невозможен, а выкинуть их в лесу или на поляне не позволяет совесть, то мусор приходится сжигать, соблюдая при этом требования пожарной безопасности.
Главным минусом такой утилизации является образование токсичных соединений, часть из которых обладает неприятным запахом, это вызвано неполным окислением органики. Однако правильно спроектированные пиролизные печи для сжигания отходов (ППСО, инсенираторы) подвержены ему в значительно меньшей степени, поэтому иногда называются бездымными.
Ведь внутри них происходит термическое разложение органических веществ на максимально простые соединения с их последующим окислением до водяного пара и углекислого газа.
Принцип работы
В основе работы пиролизной печи (ПП) лежит тот факт, что сами по себе «горючие» вещества не являются горючими, то есть горят на самом деле не они, а появляющиеся при их нагреве пиролизные газы (пиролизные газы и их применение).
Термическое разложение начинается при температуре 200 градусов, однако наиболее эффективно этот процесс протекает при нагреве на 500 и более градусов. Под воздействием температуры цепочки сложных органических молекул разрушаются, образуя заметно более простые соединения, которые сразу же переходят в газообразную форму.
В некоторых моделях ПП в пиролизную камеру подают первичный воздух, чтобы поддерживать в ней достаточно высокую температуру за счет сгорания части пиролизных газов. Такие конструкции проще, а значит дешевле, но менее эффективны, поэтому их нередко называют газогенераторными печами, чтобы отделить от настоящих пиролизных.
Кроме того, существуют печи для утилизации биологических отходов, работающие на принципе пиролизного разложения материала, но в них температуру, достаточную для превращения органики в пиролизный газ, создают за счет внешних горелок.
Еще один способ поддерживания температуры в КП заключается в том, что часть или все пиролизные газы поступают в газовую или жидкотопливную (для этого их конденсируют) горелку, которая нагревает металлическую камеру пиролиза. Затем дым поступает в камеру сгорания (дожига), где происходит дальнейшее окисление остатков пиролизных газов.
Подача воздуха в камеру сгорания приводит к воспламенению горючей смеси с последующим окислением входящих в ее состав углерода и водорода.
В зависимости от режима горения его результатом может быть как полное окисление этих компонентов (эффективный дожиг дымовых газов), так и образование промежуточных соединений, например, угарный газ или формальдегид (неэффективный дожиг).
Чтобы повысить эффективность сгорания и дожига, поступающий во вторую камеру воздух предварительно нагревают до температуры 200–500 градусов, чтобы он не охлаждал пиролизные газы, а значит не ухудшал сгорание и дожиг.
Пиролизная печь и инсинератор – в чем разница?
В классической пиролизной печи необходимая для термического разложения температура поддерживается за счет горения пиролизных газов, для чего ее сначала протапливают дровами или углем.
Но принцип работы обоих устройств одинаков – под воздействием жара органические материалы распадаются, превращаясь в негорючий остаток и пиролизный газ, после чего последний смешивают с воздухом для окисления углерода и водорода.
Что происходит с органическими отходами при утилизации?
Любые органические отходы, которые утилизируют с помощью пиролизных печей, проходят следующие этапы трансформации:
- сушка;
- термическое разложение;
- сгорание;
- дожиг.
Поскольку ТБО не являются топливом, то есть их теплотворная способность заметно ниже, чем у дров или угля, а влажность выше, то добиться их самостоятельного горения в ПП сложно, необходимы дополнительные источники тепловой энергии, которые поднимут температуру в КП.
В качестве таких источников тепла применяют:
- газовые или жидкотопливные горелки;
- закладки дров или угля;
- электрический нагрев.
Поскольку ППСО предназначены для утилизации ТБО, то использование дополнительного нагрева допустимо, ведь главной целью является превращение мусора в безвредные газы, а не получение тепловой энергии при минимальном расходе топлива.
Преимущества ППСО
Наиболее примитивными видами мусорных печей являются яма в земле и металлическая бочка, внутри которых невозможно добиться эффективного сгорания и дожига органики. Более совершенные модели по большей части представляют собой печки-буржуйки с камерой для дожига дымовых газов или без таковой.
Процент полного окисления углерода и водорода у таких печей заметно выше, чем бочках или ямах, но ощутимо ниже, чем в ППСО, поэтому главным преимуществом пиролизных конструкций является минимальная токсичность дымовых газов.
Дополнительным плюсом является отсутствие густого черного дыма, свойственного большинству мусорных печей.
Этот дым образован из частиц несгоревшего углерода, а причинами его появления служат:
- недостаточное измельчение молекулярных цепочек;
- неэффективное перемешивание пиролизных газов и воздуха;
- низкая температура в месте перемешивания пиролизных газов и воздуха.
Правильно спроектированные и построенные пиролизные мусорные печи лишены этих недостатков.
Еще одним плюсом является уничтожение потенциально опасных микроорганизмов, способных пережить кипячение. Даже внутри КП температура превышает 500 градусов, что является губительным для них, после чего они превращаются в пиролизные газы и окисляются до безобидных веществ.
ППСО вы можете использовать для утилизации любого мусора, включая пластиковые бутылки и автомобильные покрышки, причем сильного неприятного запаха, который обычно издают эти материалы при переработке, не будет.
Ведь причиной запаха являются различные органические соединения, включающие в себя углерод и водород, которые после ППСО превращаются в:
- водяной пар;
- углекислый газ;
- азот;
- соединения с более высокой (1300 градусов и выше) температурой пиролизного разложения
Тем не менее, обычная пиролизная печь не способна полностью расщепить молекулы до углерода и водорода, поэтому полностью избежать появления различных запахов и токсичных веществ не получится.
Недостатки
Минусов у ППСО тоже немало:
- Лишь часть мусора можно сжечь без использования дополнительных энергоресурсов, поэтому общие затраты на утилизацию мусора оказываются заметно выше, чем сжигание в обычных печах.
- Чтобы обеспечить эффективное термическое разложение ТБО или иных отходов на пиролизные газы, а затем качественно окислить последние, приходится использовать аппараты сложной конструкции, изготовленные из дорогих материалов. Это сильно увеличивает стоимость ППСО по сравнению с обычными печами.
- В магазинах не найти малогабаритных пиролизных мусорных печей, а те, что доступны, весят как минимум 1,5 тонны и стоят за 400 тысяч рублей.
- Самодельные устройства, которые обсуждают на форумах и выкладывают в Ютубе, являются экспериментальными, поэтому не известны ни их надежность, ни химический состав дыма при сжигании разных видов отходов. Повторяя такие конструкции, вы делаете это на свой страх и риск.
- Химический состав дыма зависит от конструкции ППСО и количества подаваемого вторичного воздуха, а его избыток не менее вреден, чем недостаток, поэтому приходится либо постоянно контролировать режим работы печи, либо ставить сложную автоматику для этого. В первом случае печь получается малокомфортной в эксплуатации, во втором ее и без того немалая стоимость становится еще больше.
Популярные модели
Из-за сложной конструкции и высоких требований к материалам такие печи изготавливают лишь для применения предприятиями, поэтому их производительность составляет от одной тонны мусора в сутки. Ниже мы подготовили краткий обзор наиболее популярных моделей таких устройств.
Марс Н-100
Этот инсениратор предназначен для утилизации любых органических отходов I–IV классов опасности. Установка оснащена футерованными камерами пиролиза и сгорания, а также горелками под различные типы топлива, поддерживающими температуру внутри КП.
Производительность устройства до шестидесяти кг в час. Средняя стоимость 800 тысяч рублей (зависит от курса рубля и комплектации).
ЭСО-100
Это еще один инсениратор для утилизации отходов I–IV классов опасности. Аппарат оснащен дизельной горелкой и двумя вентиляторами наддува, подающими воздух в камеры пиролиза и дожига, поэтому не является в полной мере пиролизным, а газогенераторным. Производительность 50–70 кг в час, средняя стоимость 500 тысяч рублей.
ECO-300У
Этот аппарат представляет собой угольную ПП, но по желанию заказчика ее могут оснащать газовой или дизельной горелкой для вывода печи на режим пиролизного горения.
Также в комплект поставки может быть включен дизель-генератор, обеспечивающий работу ППСО там, где нет доступа к сети электрического тока. Производительность 35–90 кг/ч, средняя стоимость в минимальной комплектации 500 тысяч рублей.
Фортан 2,8 м3
Этот модуль пиролиза оснащен двумя горелками (газовой и жидкотопливной), которые работают от газообразного или конденсированного пиролизного газа, поэтому модулю необходима емкость для хранения такого топлива.
Вместо продуктов пиролиза горелки могут работать на любых жидких или газообразных видах топлива. Модуль поставляют в сорокофутовом контейнере. Производительность устройства составляет 200–400 л в час или 5–10 м3/сутки, средняя стоимость 3,4 миллиона рублей.
Как сделать ППСО самому?
Если вы решили самостоятельно построить такую печь, то в первую очередь изучите весь доступный материал на эту тему, например, прочитав соответствующие форумы и посмотрев видео.
Вот ссылки на наиболее интересные форумы:
- www.solidwaste.ru.
- burnerclub.ru.
- forum.guns.ru.
- stovemaster.ru.
- sanatatur.ru.
- www.forumhouse.ru.
- termoportal.ru.
Выбор конструкции
В интернете можно найти множество конструкций пиролизных печей для утилизации мусора, сделанных из металла или кирпича.
Какой из вариантов выбрать, решать вам. Кроме того, заранее продумайте способ подъема тепла в пиролизной камере, а также способы регулировки подачи первичного и вторичного воздуха. После этого подберите готовую модель или разработайте собственную конструкцию печи.
Порядок действий
Если вы никогда не проектировали и не строили ППСО, то рекомендуем вам сварить такую конструкцию из металла.
Для этого хорошо подходят:
- стальные трубы соответствующего диаметра;
- пустые газовые баллоны;
- листовая сталь толщиной 6–10 мм.
Мы предлагаем делать самую простую конструкцию – емкость внутри емкости, то есть камера пиролиза снаружи окружена камерой сгорания и дожига. Такой аппарат можно сделать прямоугольным или круглым, зависит от доступного вам материала.
Далее мы дадим пошаговое руководство на примере стальной прямоугольной печи с размером пиролизной камеры 1000х500х500 мм (глубина, ширина, высота) и декоративно обложенной снаружи кирпичом с укладкой слоя базальтовой ваты между металлом и керамикой.
Вот порядок действий:
- Нарисуйте чертеж печи так, чтобы зазор по бокам и сверху между внутренним и внешним корпусом составлял 5 см, а снизу 15 см. Если вы хотите сделать конструкцию с невысокой дымовой трубой, то предусмотрите наддувные вентиляторы для подачи первичного и вторичного воздуха с регулировкой оборотов в большом диапазоне.
- Просчитайте размеры всех деталей с учетом сварных швов.
- В передней лицевой детали предусмотрите закрывающееся с помощью дверки или накладной пластины отверстие для обслуживания печи.
- В верхней пластине наружного корпуса предусмотрите отверстие под дымовую трубу.
- Продумайте способ подачи и регулировки первичного воздуха.
- В нижней пластине камеры пиролиза нарисуйте отверстие под форсунку из титана.
- Нарисуйте форсунку и продумайте способ ее крепления, чтобы верхняя часть была заподлицо с верхней частью плиты. Для этого можно снизу приварить уголки или сделать форсунку фигурной, чтобы ставить ее снизу и крепить на болтах.
- Продумайте форму воздуховодов подачи вторичного воздуха, они должны подогревать воздух, чтобы последний не охлаждал пламя, а также спроектируйте устройство для регулировки подачи воздуха и внесите их в чертеж.
- Продумайте и просчитайте фундамент и кирпичное основание, на котором будет стоять печь, затем внесите его в чертеж.
- Продумайте и начертите дверцы с герметичным закрыванием, если они будут закрываться неплотно, то подсос воздуха снизит эффективность печи.
- Подготовьте фундамент и основание.
- Из подходящего металла нарежьте все детали.
- Если вы строите такую печь без помощников, то сваривайте детали прямо на основании.
- Сварив нижнюю пластину наружного корпуса с примыкающими к ней деталями, выстелите дно получившегося короба шамотным кирпичом, он защитит металл от выгорания.
- Отдельными деталями или целиком вварите камеру пиролиза.
- Установите форсунку.
- Установите дверцы и убедитесь в том, что они герметично и надежно закрываются.
- Обложите наружный корпус ППСО базальтовой ватой толщиной 50–100 мм, крепите теплоизолятор с помощью проволоки или скотча.
- Обложите печь кирпичом на цементный раствор. Чтобы перекрыть пространство над печью, уложите уголки, а поверх них кирпичи.
- Возведите трубу. Помните, чем она выше, тем лучше будет работать печь, за исключением конструкций с наддувом воздуха. Сверху на трубу установите зонтик, который защитит дымовой канал и печь от попадания воды во время дождя.
- Дождитесь застывания раствора и проведите первую пробную топку, заполнив пиролизную камеру на четверть.
Видео
Представляем вашему вниманию видео ролик, в котором показана работа бездымной печи для сжигания твердого мусора:
Заключение
Пиролизная печь для сжигания мусора более эффективна, чем подавляющее большинство подобных печей другой конструкции, но заметно сложней.
Сжигая мусор в ней, вы не добьетесь полного расщепления токсичных и неприятно пахнущих веществ, но во много раз снизите их долю в дымовых газах по сравнению с печами других конструкций и тем более простой бочкой или ямой в земле.