|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
•
|
Печи длительного горения - 2
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Большое спасибо Ю.М. Хошеву! Смею Вас уверить, что я совсем не испытываю
личной неприязни ни к Булерьяну, ни к новым печам, более того, до недавнего
времени я и сам хотел выбрать одну из них, и удержало меня от покупки только
желание выбрать самую лучшую, причём свой выбор я почему-то решил сделать сам.
Начал сравнивать характеристики, читать отзывы тех, кто реально эксплуатирует
подобные печи. Со временем выяснились кое-какие недостатки, которые трудно было оценить без теоретических знаний, а некоторые рекламные постулаты о процессе горения и извлечения дополнительного тепла вообще ставили в тупик. После этого я и решил «погружаться в тему». Начал с теории, и в этом мне очень помогла толковая книга «Дачные бани и печи. Принципы конструирования», о которой просто не могу сказать несколько слов. Это великолепная работа Юрия Михайловича Хошева, специалиста, имеющего учёную степень «доктор физико-математических наук» . В этой книге, в простой и доступной форме проведён системный анализ всех процессов и проблем, которые только могут быть в бане, включая и фундамент и крышу, и всё, что входит и выходит из бани, в том числе и организм человека. Книга изобилует справочными данными практически на все случаи жизни (даже медицинскими), графиками, диаграммами, рисунками и схемами. |
 Когда я всё
это увидел, я понял, что эта книга должна быть всегда у меня на столе. Мне
захотелось её купить, так как она была у меня в «электронном виде» (на компьютере).
Я начал повсюду искать, где она продаётся, сколько бы она ни стоила. 2. Разрез печи Умка.
Выяснилось, что предложений очень много, но нигде в наличии её нет. Ну а когда
я узнал, что сам тираж был в количестве всего 100 (сто!!!) экземпляров, я
понял, что это некоммерческий проект, и моё чувство уважения к автору стало
более сложным, мне захотелось встать и снять шляпу.Большое Вам спасибо , Юрий Михайлович, благодаря Вашей работе я начал самостоятельно мыслить и что-то соображать. Именно по этой причине я начал искать настоящие технические характеристики от немецкой фирмы – производителя, зная немецкую пунктуальность и аккуратность. Такие характеристики нашлись только для печей Булерьян. Только поэтому я провожу анализ работы именно Булерьяна, а не какой-то другой печи. Вы посмотрите на те характеристики, которые вам предлагают в качестве технических на другие печи, скорее это похоже на внешнее описание чёрного ящика из программы «Что? Где? Когда?», где все измерения, в основном, сделаны при помощи линейки. |
| Каталитическая печь медленного горения | Приложение № 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Рис. 3 (138). Схемы малодымящих сертифицированных
печей США (www.epa.gov): б – каталитическая схема с уровнем дымления не более
4,1 г/час. 1 – корпус печи, 2 – отражатель, 3 – распределительная труба
вторичного воздуха, 4 – выход дымовых газов, 5 – дымовая труба, 6 – экран от инфракрасного
излучения, 7 – канал подогрева вторичного воздуха, 8 – огнеупорная футеровка, 9
– канал подогрева первичного воздуха, 10 – перегородка разделительная и
отражательная, 11 – катализатор сотовый, 12 – обходной (байпасный) канал с
задвижкой (клапаном), 13 – огнеупорный сплошной под, 14 – распределительный
ввод горячего вторичного воздуха на дожигание летучих.«Катализатор представляет собой крупноячеистую структуру (сотовую, дырчатую, решетчатую) с низким газодинамическим сопротивлением, изготовлен из термостойкой керамики со специальными керамическими добавками, нагревается потоком газа, рассекает, перемешивает и дожигает остаточные количества газифицированного топлива. Каталитическое действие может мыслиться по-разному (но лучше комплексно). Можно дожигать газы (на окислах ванадия, марганца, железа, кобальта, никеля, молибдена и др.), окись углерода (на платине, палладии и родии) как в автодвигателях, саму сажу (окись меди). Катализатор работоспособен лишь при наличии избытка кислорода (не менее 13% в отходящих газах), поэтому печи с катализатором могут работать с большими избытками воздуха (в отличие от некаталитических печей). Отметим, что катализаторы в печах, сертифицируемых ЕРА, обладают именно химическими каталитическими свойствами и начинают работать при температурах 180–400° С. Катализаторы имеют ограниченный ресурс (до 6 лет при грамотной эксплуатации ) и мыслятся как сменные элементы . Растопка печи ведётся при открытой обходной задвижке для предотвращения «отравления» катализатора продуктами пиролиза.» (Ю.М.Хошев «Дачные бани и печи» стр381) Катализатор может разрушиться всего за два года , при неправильной растопке, сжигании мусора и нерегулярной чистке печи. ( http://www.woodheat.org/how-epa-certified-stoves-work.html ) А вот что мне удалось найти в интернете . Это похоже на правду, однако, окончательный выбор за вами. Ключевым моментом (критерием правды) является температура дожига летучих. Чтобы не путаться переведём градусы, указанные в рекламе, из Фаренгейта в Цельсий: 600 ° F = 316°C и 1200 ° F=649 ° C. Выходит так, что пиролиз происходит при 650° C , а дожиг летучих происходит при 316°C . Это вполне согласуется с приведёнными выше данными Ю.М.Хошева, а ему можно верить. Чугунные печи длительного горения Вермонт (Vtrmont). http://www.isist.ru/files/kamin/vermont.html Печи Vermont Castings каталитического горения, Являясь максимально производительными, каталитические дровяные печи идеально подходят для помещений, не имеющих центрального отопления, где нужна печь с мощным отопительным эффектом. Характеристики каталитических печей: высокая эффективность; длительное время горения; верхняя загрузка дров; встроенный термостат с термометром. Механизм каталитического горения: Подача "первичного" воздуха в печь происходит через клапан, управляемый термостатом; дозированный воздух поступает в топливную камеру уже подогретым, т.к. предварительно воздух проходит по зазору боковых стенок печи; струя "подготовленного" горячего воздуха подаётся в камеру, обдувая и очищая от частиц сажи стекло топливной дверцы. "Вторичный" воздух, забор которого так же производится под контролем термостата, подаётся в каталитическую камеру, где он смешивается с дымом, образованным при сгорании дров в топливной камере. В дыме, попавшем из топливника, содержится большое количество не дожжённых "древесных" газов; при взаимодействии кислорода с "древесными" газами образуется горючая смесь; проходя через каталитическую камеру температура смеси снижается с 1200 гр. F до 600 гр. F и на выходе запускается процесс вторичного дожига - происходит воспламенение смеси отработанных газов. Таким образом, механизм каталитического горения преобразует экологически вредные составляющие дыма в полезную тепловую энергию. Эффекты: Дополнительная тепловая энергия, образованная при каталитическом дожиге газов; Экологичность дыма, выходящего из печи в атмосферу; Экономичный расход дров.
Приложение № 4 Остановлюсь более подробно на необходимом режиме работы, при котором топливо сгорает полностью, а значит, вредные выбросы минимальны. Это нестабильный режим, так как в естественных условиях он склонен лавинообразно нарастать с увеличением температуры выше 320 °С. Это крайне нежелательно в нашем случае. Происходит это по причине возрастающего разогрева древесины пламенем сгорающих летучих, что приводит к ещё большему увеличению выхода летучих. Процесс имеет экспоненциальную зависимость. Если мы вспомним вид экспоненты, то наиболее стабильной её частью является пологая ветвь, при значениях аргумента (показателя степени) меньше единицы, это соответствует режиму тления. Нам же нужно удержать процесс на нестабильном участке, а значит замедлить выделение летучих, удерживая величину нагрева в районе 320 °С. Нас интересует стабильность, то есть такой режим, при котором летучие горят медленно и стабильно, с температурой прогрева дров в районе 320°С. При этом стенки топливника холодные (в печном деле до 400-500°С – это холодно), что обеспечивает хорошую теплоотдачу (КПД) в отапливаемое помещение. Чем ниже температура стенок топливника, тем теплоотдача лучше. Циркуляция воздуха по конвективным трубам способствует этому охлаждению. Кроме хорошего теплоотвода (то есть охлаждения закладки дров), замедлить выход летучих можно и уменьшением подачи кислорода (не нужно только сильно ограничивать его доступ). Должно быть именно пламенное горение, так как только оно поддерживает температуру дров . Другими словами, нам нужно добиться точного соответствия (равенства) подогрева и теплоотвода. Только тогда режим будет стабилен. Задача не из лёгких, так как участки зоны горения имеют разную удалённость от отверстия подачи первичного воздуха, а кроме того, сама зона горения постоянно изменяется в процессе топки. Было бы куда проще, если бы в Булерьяне было бы устройство, обеспечивающее распределённую, более равномерную подачу первичного воздуха в топочное пространство. Равномерная подача первичного воздуха имеет огромное значение, потому что если пламя «сорвалось», то раздуть его заново очень трудно (вспомните раздувание костра). Печь переходит в стабильный режим тления, КПД падает до 45%, засоряется дымоход и окружающая среда. Температуря дров падает ниже 270°С и поддерживается только в отдельных углях процессом их тления. Интересный вопрос насчёт эжекторов второй камеры. Зачем они нужны вообще? Ведь в режиме тления они бесполезны, даже вредны, так как могут быть причиной попадания дыма в помещение, в нашем сбалансированном режиме всё и так должно сгореть в первичном воздухе. Выходит, что они так, «на всякий случай», когда выход летучих будет так велик, что нужно будет их дожигать дополнительным воздухом. Мне представляется, что они должны уменьшать величину языков пламени, то есть стабилизировать процесс горения. На практике замечено, что лучше топить Булерьян крупными сухими поленьями, то есть налицо критичность к выбору топлива. Это тоже вполне объяснимо. Вспомните сигарету. Возможно ли сделать так, чтобы она не дымила? Возможно ли сжечь сигаретный дым? Даже очень большая подача свежего воздуха не способна заставить сигарету вспыхнуть. Это и есть режим тления. Когда каждая крупица табака истлевает раньше, чем может образоваться достаточное количество летучих, способных к воспламенению. То же самое происходит в Булерьяне, если его набить опилками, шелухой мелкими щепками или ветками. Получается такая большая сигарета размером с Булерьян, которую невозможно равномерно прогреть до необходимой температуры в 320 градусов. Несколько лучше будет, если загрузить такую печь мелкими дровами. Выходит, что для большей универсальности Булерьяна по топливу, возникает проблема подогрева топлива, то есть вопрос охлаждения был решён слишком хорошо, даже чересчур. Что можно предложить в такой ситуации? Это тепловой аккумулятор (термостойкий, теплоёмкий огнеупорный под, как в малодымящих печах). С одной стороны, такой под уменьшит теплоотдачу снизу, при этом низ печи будет более холодным, что увеличит безопасность, а с другой стороны будет стабилизировать равномерность прогрева. Для мелких дров можно ещё поэкспериментировать с видом укладки поленьев – таким образом, чтобы они грели друг друга. Необходимо также добавить, что такое «идеальное» или стехиометрическое горение будет проходить значительно быстрее, чем 12 часов, обещанных в рекламе, но значительно медленнее, чем при обычном неконтролируемом пламенном горении. Тут выбор за вами, либо экология и безопасность, либо куча проблем. Приложение № 5
Пиролиз (Ю.М.Хошев)
При нагревании
древесины без доступа воздуха (такой процесс называется «сухой перегонкой»)
сначала при температурах 100–150°С происходит полное испарение всей свободной и
связанной (гигроскопической) воды, затем при 150–275°С происходит начальный
пиролиз с потреблением теплоты. При температурах 275–450°С происходят главные
реакции распада веществ древесины, причём с бурным выделением тепла (с
саморазогревом древесины). Наконец, при 450–550°С происходит последняя стадия
пиролиза, требующая подвода теплоты извне и заканчивающаяся образованием древесного
угля, сохраняющего анатомическое строение древесины. Промышленный древесный уголь
по ГОСТ 7657-84 имеет «кажущуюся» (в воде) плотность 370 кг/м3, насыпную плотность
после размола 210 кг/м3, температуру воспламенения 340°С, НКПВ пыли 128 г/м3,
ПДК пыли 6 мг/м3.
Древесный уголь в
форме реальных «углей» (в виде обугленного слоя на древесине) имеет плотность
190 кг/м3, насыпную плотность (104–180) кг/м3, коэффициент теплопроводности
0,074 Вт/м.град. В результате всего цикла пиролиза образуется древесный уголь,
жижка и горючие газы. Жижка при отстаивании разделяется на два слоя – верхний водный
и нижний смоляной. Из водного слоя впоследствии выделяют уксусную кислоту,
метиловый спирт, ацетон и другие продукты. Из смоляной части выделяют дёготь,
жидкие топлива, антисептик креозот, которым пропитывают ж/д шпалы. Выход углей,
жижки и газов составляет по массе соответственно 33%, 52% и 15% для берёзы и
38%, 44% и 18% для сосны (Б.Н. Уголев, Двевесиноведение, М.:Академия, 2004 г.).
Древесина состоит из трёх типов натуральных полимеров – длинноцепной целлюлозы, короткоцепных гемицеллюлоз (пентоз из пятичленных колец и гексоз из шестичленных колец) и лигнина, состоящего из бензольных колец (рис. 92). Пиролиз любых органических соединений идёт через разукрупнение (дробление, деление, разрыв, крекинг) молекул (и цепей молекул) с отделением кислородных соединений углерода, летучих углеводородов, молекул водорода и воды. Одновременно идёт агрегация углеводородных остатков в углерод через формирование бензольных колец С6Н6 (рис. 92), которые объединяются в двойные бензольные кольца (нафталиновые), затем в тройные (антраценовые) и так далее вплоть до сеток колец (микрокристаллов графита, а также высших непредельных углеводородов СnНm). При пиролизе твёрдых углеводородов образуется кокс (в случае каменного угля) или древесный уголь (в случае древесины).  При пиролизе
углеводородных газов (метана, пропана и т. п.) и паров углеводородных жидкостей
(бензина, керосина, бензола и т. п.) образуется газовзвесь мелких углеродных
частиц (чёрный дым), при осаждении дающая сажу (копоть). В любом случае
образуется углерод в так называемой аморфной форме – в виде
микрокристаллического (рентгеноаморфного) графита, имеющего связи с С–Н, а
потому легко воспламеняющегося. Наибольшее дымление даёт лигнин (которого очень
много в коре берёзы), но лигнин даёт и в 1,5 раза больше тепла при сгорании,
чем целлюлоза.
Рис. 7 (92) Химическая структура древесины и некоторых продуктов пиролиза (исходные и конечные продукты пиролиза древесины). Состав гимицеллюлозы приведён для гексозной части (пентозная часть содержит в кольце 5 углеродных атомов). Считается, что пиролиз начинается с пентозной части гемицеллюлоз и лигнина. Наибольшую вероятность обугливания имеет лигнин, поскольку он уже содержит в своём составе бензольные кольца (рис. 92). В этом легко убедиться. Достаточно положить на разогревающуюся чугунную плиту дровяной печи (или комфорку кухонной электроплиты) образец древесины (например, обычную осиновую спичку без головки) и образец материала из практически чистой целлюлозы – хлопка, льна, бумаги (непроклееных сортов, например, туалетной). Хлопок (в виде ваты или марли) начинает буреть при 220–240°С (именно поэтому максимальная стандартная температура утюгов устанавливается равной 220°С). Выделяющихся горячих газов глазами не видно, поскольку они абсолютно прозрачны и бесцветны (как воздух) вплоть до плазменных температур 5000–7000°С, а химических реакций горения, которые могли бы окрасить газ, пока нет (температуры самовоспламенения газов превышают 450°С). При температурах 320–340°С хлопок начинает чернеть и комкуется (сжимается), над хлопком появляется белый дымок – это пары выделяющихся труднокипящих жидкостей конденсируются в холодном воздухе, превращаясь в туман. Самовоспламенение в виде появления тления обугленного остатка наблюдается при температуре выше 440°С. Древесина (осиновая спичка) начинает буреть уже при температурах 180–190°С, начинает выделяться белый дымок (туман жидкостей) при 230–250°С, а при 300°С становится абсолютно чёрной с полным сохранением исходной формы спички. Это указывает, что сажа от разложения лигнина оседает на каркасе целлюлозы. Поскольку именно лигнин вызывает раннее выделение горючих газов и сажи, удаление лигнина гидролизом снижает пожароопасность и дымление древесины. Так. известно, что некоторые народы в древности для обогрева курных помещений использовали именно вымоченный в реке, а затем тщательно высушенный хворост. Процессы пиролиза, как правило, завершаются при нагреве древесины до 500–600°С. В заключение напомним, что сухая безводная окись углерода СО (угарный газ) практически не реагирует с кислородом О2 до температуры 700°С. Выше 700°С протекает медленная гетерогенная реакция, то есть реакция идёт не в объёме, а с первоначальной сорбцией СО на поверхности твёрдых материалов. Причём некоторые вещества способны существенно снизить температуру окисления СО (например, в составе катализаторов для очистки выхлопных газов автомобилей от угарного газа). Продолжая нагревать дощечку на раскалённых углях, мы замечаем, что нижняя поверхность (широкой стороны) дощечки начинает постепенно буреть, а затем и чернеть (обугливаться). Однако, при перевёртывании доски ни тления, ни устойчивого пламени на её горячей стороне пока нет. Лишь местами видны ленивые голубые прозрачные всполохи (см. поз. 9 на рис. 94), похожие на горение метана в кухонной плите или спирта в медицинской спиртовке. Это указывает на то, что из доски начинают выделяться горючие газы, причём, видимо, простейшие вещества (типа спиртов, альдегидов, кетонов, окиси углерода и т. п.) в незначительном количестве и в виде смеси с воздухом. Все эти соединения имеют высокую подвижность в порах древесины (особенно в продольном направлении) ввиду высоких коэффициентов диффузии в воздухе Dт=D0(Т/273)n, где Т – температура в градусах Кельвина Рис. 8. (П.А. Долин, Справочник по технике безопасности, М.: Энергоатомиздат, 1984 г.): 
При дальнейшем
прогреве дощечки обугливающийся слой на нижней пласти (на широкой стороне)
начинает тлеть (то есть гореть без пламени). При этом из дощечки (причём
преимущественно с торцов) начинает выделяться белый (бурый) дым. Это конденсат
(роса, туман) жижки, выходящей из пор древесины в виде газа (паров) сначала
диффузионно, а затем и под напором (струями). Наконец, на границе с кромкой
(узкой стороной) белый дым воспламеняется, возникает светло-жёлтое пламя, впоследствии
охватывающее всю нижнюю пласть. Это означает, что доска воспламенилась, и если
её извлечь из очага, она может гореть на воздухе самостоятельно.
Горение может
попеременно переходить то в тлеющий режим, то в пламенный (факельный, огневой).
Оба режима тесно связаны между собой общей природой, но отличаются химизмом и
кинетикой. В режиме тления главным (ведущим) процессом является горение твёрдых
продуктов пиролиза (углей). В режиме пламенного горения ведущим является
горение газообразных продуктов пиролиза. В режиме тления газообразные продукты
выделяются медленно (столь же медленно, как горит обугленный слой древесины),
не могут воспламеняться из-за малой концентрации паров и при охлаждении
конденсируются, давая обильный белый дым.
Таким образом,
горение древесины обычно начинается с тления – воспламенения углей обугленного
слоя (а не воспламенения горючих газов).
При увеличении
толщины первичного обугленного слоя до 1–3 мм и повышении температуры
обугленного слоя (до 300–350°С для берёзы и 350–400°С для сосны) поверхность
углей самовоспламеняется в воздухе. Это означает, что угли на поверхности
вступили в реакцию окисления С+О2 ® СО2 с выделением
энергии и нагревом поверхности углей до 1000–1200°С, в результате чего
поверхность начинает светиться и «истлевать» (разрушаться). При этом возникает
повышенный тепловой поток внутрь древесины (за счёт теплопроводности от горячей
поверхности). За счёт разогрева начинается пиролиз глубинных слоёв древесины.
Газообразные продукты
пиролиза (так называемые летучие) либо сгорают в обугленном слое, либо выходят
через холодные части поверхности древесины в виде белого дыма.
Скорость сгорания
углей в режиме тления ограничивается скоростью диффузии молекул кислорода в
воздухе к поверхности обугленного слоя и внутрь него (навстречу диффундирующим
от поверхности молекулам углекислого газа), то есть механизм окисления в режиме
тления является диффузионным (по аналогии с процессами испарения, см. раздел
4.2.2).
Если тлеющую поверхность обдуть потоком
воздуха, то она начнёт разгораться.Этот момент нужно точно отследить. Дождитесь, когда горение в печи станет без пламени, то есть закончится выделение летучих и начнётся горение древесного угля (пламя при горении древесного угля невидимо глазу, выделение дыма минимально). Для ориентировки вспомните, режим горения, когда обычно жарят шашлыки. После того, когда остались только угли, можно смело переводить печь в режим медленного горения. Здесь есть одно предостережение . Некоторые печи (например, фирменный Bullerjan ) запрещается эксплуатировать долго в режиме растопки. Всё дело в материале, из которого изготовлена печь. Если печь из чугуна – ей такой режим не страшен, если из нержавейки – уже требуется более щадящий режим, ну а если обычное железо, оно сравнительно быстро прогорает. Чтобы его не перекаливать контролируйте температуру нагрева. Как это сделать без градусника? Перекаливание печи - это нагрев стенок топки выше 700°С. В любительской практике температуру раскалённой детали можно определить по цвету: Темно-коричневый (заметно в темноте) — 530-580 °С Коричнево-красный — 580-650 °С Тёмно-вишнёво-красный — 730-770 °С Вишнёво-красный — 770-800 °С Приложение № 6 Варианты дожига летучих. Почему в Булерьяне нельзя сжечь пары креозота?< ( теория, кому неинтересно, читайте чуть ниже « Выводы » ) «Разогревающиеся дрова (в топке) начинают выделять пары креозота (смесевые совокупности веществ - летучих продуктов пиролиза в виде испарённых горючих жидкостей), сгорающие самостоятельно или в пламени растопочной закладки. Но нагреваются при этом и те поверхности поленьев, которые не контактируют с огнём, и из них при 150–320°С начинают выделяться пары креозота, неспособные самостоятельно сгорать из-за своей низкой концентрации в воздухе. Если температура в растопочной камере низка, то эта часть паров креозота конденсируется с образованием тумана, так называемого «белого» дыма: при большой концентрации бурого или серого цвета. Воспламениться эти жидкие капельки тумана не могут принципиально, поскольку температура мелких частиц в газах всегда равна температуре газа (в отличие от крупных капель, способных существенно нагреваться относительно газа). Для сгорания эти мельчайшие капельки тумана должны где-то испариться «до молекул» (превратиться в пар), а затем эти молекулы могут «сгореть» в воздухе (окислиться) тремя путями. Во-первых, если температура древесины ниже 270°С , то концентрация паров креозота в воздухе над поленом будет ниже нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ), и такая паровоздушная горючая смесь сможет сгореть лишь в пламени постороннего источника (сжигателя, дожигателя), а самостоятельно сгореть не сможет (если нет катализатора)». (Именно поэтому и появились каталитические печи медленного горения (тления)!) «Поэтому, если пламя растопочной закладки слабое (низкое) и не охватывает всё полено целиком, то пары креозота, истекающие с верхних сторон (и особенно торцов) поленьев, могут не попасть в пламя, конденсируются в холодных газах в топливнике в туман и уходят в трубу в виде белого дыма или, находясь в горячих дымовых газах, уходят в трубу в виде бесцветных пахучих невидимых глазом паров (которые в свою очередь могут затем вновь сконденсироваться где-то в холодной трубе или в холодной атмосфере в виде белого дыма). Может быть и такой случай, когда пары креозота не могут воспламениться в трубе, но могут разлагаться в горячих газах трубы с образованием продуктов пиролиза (или продуктов окислительного пиролиза) с образованием сажи - черного дыма. Этот черный дым подмешивается в белый дым и окрашивает его в бурые цвета. Так что белый дым - это капельки креозота, возникшие при конденсации паров креозота. Черный дым - это частицы сажи, возникшие при пиролизе паров креозота. (Отличают и «сизый» дым - ультрадисперсные частицы сажи, возникающие при окислительном пиролизе паров креозота при развитом пламенном горении). Белый дым характерен для этапа разжигания холодной печи. Чёрный дым более характерен для этапов развитого пламенного горения печи, когда в условиях нехватки кислорода (или касаний пламени холодных стенок) реализуется пиролиз паров креозота. Именно поэтому в каминах и русских печах при растопке стараются расположить поленья «костром» - торцами вверх и рядом друг с другом, чтобы пары креозота с пористых торцов сразу попадали в пламя от растопки (или растопку располагают поверх закладки дров). Во-вторых , если в результате более интенсивного нагрева поленьев образуются концентрации паров креозота выше НКПВ, то такие паро-воздушные горючие смеси способны воспламеняться (взрываться) от внешнего источника зажигания (даже кратковременного типа искры) и сгорать самостоятельно, или без доступа дополнительного воздуха (вспышкой) или во внешнем воздухе (голубым пламенем). НКПВ паров креозота около поверхности древесины (подсушенной пламенем до абсолютно сухого состояния) достигается при температуре древесины 270–320°С (охлаждаемой испарением креозота). Такая температура поверх ности достигается при нагреве её тепловым потоком порядка 14 кВт/м 2 , что соответствует воздействию дымовых с температурой на уровне 700°С или излучению абсолютно чёрного тела (стенок печи, углей или раскалённых сажистых частиц в пламени с температурой на уровне 450°С ). Здесь можно выделить два режима: когда креозот выделяется из полена медленно (температура древесины на уровне 270°С ), и пламя, возникнув, доходит до полена и тухнет, когда креозот выделяется быстро (температура древесины на уровне 320°С) и пламя устойчиво горит прозрачно-голубым цветом как в бунзеновской горелке (см. раз дел 5.6.4). Каждый может наблюдать в печке мелкие язычки голубого пламени, исходящие из трещин воспламеняющегося полена. В-третьих , если разогрев поленьев очень силен (температура древесины выше 320°С ), то образуются концентрации паров креозота выше верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ). Такие горючие смеси не могут гореть самостоятельно (не воспламеняются внутри себя) из-за низкого содержания в них кислорода. Но они могут гореть, реагируя с внешним воздухом в виде факелов, когда в оболочке, ограничивающей объём горючих газов, диффузно смешивается горючий газ изнутри и воздух извне, и происходит горение. Такое горение знакомо всем по длинным колышущимся «языкам» пламени в топке: внутри «языка» – горючий газ, вне «языка» – воздух. Объёмные концентрационные пределы воспламенения в воздухе (НКПВ - ВКПВ) составляют для водорода 4–74%, окиси углерода 12–74%, метана 5–15%, пропана 2,4–9,5%, бензола 1,4–6,7%, этилового спирта 3,3–19,0%, коксового газа (продукта пиролиза чёрного угля) 5,6–30,8%, доменного газа 35–74% и т. п. Таким образом, при низких температурах стенок топливника «белое» пахучее дымление поленьев с внешних сторон закладки практически неизбежно. За счёт нагрева в дымовой трубе, «белый» дым можно испарить (сделать невидимым), но не сжечь, так что запах летучих продуктов пиролиза сохранится. Поэтому во многих случаях из-за соображений экологии стремятся сделать так, что бы пламя при растопке как можно быстрее поднялось над дровами и дожигало летучие. Так, например, предлагается растопку производить наверху закладки (рис. 107а), а последующие закладки дров производить постепенно и понемногу. Однако, дачники, стремясь избежать дополнительной хлопотности, чаще всего сразу закладывают всё (необходимое для разовой протопки) количество дров в топливник поверх растопки разом (как и предписывал ГОСТ 2127-47). Естественно, при этом поверхности поленьев, не прогревшиеся до 270°С – (которые «не лижутся» пламенем и не облучаются горячи ми 500°С стенками печи), начинают дымить белым дымом. Дымление белым дымом полностью прекращается при разогреве стенок топливника выше 500°С (а это очень высокая температура для топливника) и/или дымовых газов в топливнике выше 800°С , поскольку внешние поверхности поленьев в закладке воспламеняются в этом случае от лучистого тепла, а внутренние поверхности поленьев в закладке воспламеняются за счёт горячих дымовых газов. Поэтому для быстрой растопки печи вслед за обеспечением тяги в трубе необходимо как можно быстрей нагреть стенки топливника». Хошев Ю.М. «Дачные бани и печи» стр 158 Приложение № 7 Выводы Вторая камера в Булерьяне предназначена для некаталитического дожига летучих. Идея такая. При температуре прогрева дров выше 320°С выделяются летучие, которые не могут сгореть без дополнительно подаваемого кислорода, вследствие большой концентрации. Они подаются во вторую камеру, где должны сгорать во вторичном воздухе. Сама идея далеко не нова и с успехом используется во многих печах, только эти печи не медленного, а обычного (быстрого) горения. Как уже говорилось выше, это малодымящие печи США и многие другие. Дрова сгорают полностью (в том числе и летучие), в трубе нет даже сажи, не говоря уже о летучих – только один пепел. Однако этот режим очень трудно достичь в Булерьяне при переводе его в режим необходимый режим, так как любая нестабильность горения переводит его в режим тления. При тлении выделяются пары креозота с концентрацией ниже нижнего предела воспламенения (см.выше «Во-первых»), при этом они разбавляются вторичным воздухом и тем более не могут сгореть. Вся трудность, на мой взгляд, заключается в режиме горения первой камеры, который очень трудно обеспечить применением разномастного топлива, да ещё в отсутствии теплоизолирующего теплоёмкого пода, который может дать необходимую стабильность. Эта та универсальность (и опилки и шелуха и отходы), которой мы все так восхищаемся. Не случайно в поселении Ковчег было замечено (из практики), что лучше топить крупными поленьями определённых размеров. Тогда прогрев идёт более равномерно, и хоть как-то можно приблизиться к необходимому режиму горения. Однако практика упрямая вещь, и она показывает, что реально такой режим не достигается. Что можно предложить по части тонкой регулировки такого режима, основываясь на теоретических знаниях. Самый лучший выход – визуальное наблюдение над второй камерой. Там должно быть горение синим пламенем , как в горелке газовой плиты. Это самый лучший вариант, самый бездымный и экологичный. Если пламя будет обычного цвета – значит есть выброс в трубу сажи, копоти и СО. Ну а если вы видите сизый дым (как на всех рекламных фото Булерьяна) – прощай экология и готовьтесь чистить трубу и собирать конденсат. Такое окошко для наблюдения за пламенем есть в некоторых моделях Булерьяна, конечно, было бы лучше, если его величина позволяла бы наблюдать и за второй камерой (есть другие печи с такими дверями). Что же посоветовать, если такого окна нет: 1. Можно его сделать, а лучше всего заранее выбрать печь, где имеется такое окно. 2. Экспериментально найти положение задвижек для каждого топлива, каждого вида закладки и влажности. 3. Сделать регулировку поддувала автоматической, чтобы при появлении белого дыма задвижка приоткрывалась, а при появлении красного пламени наоборот, ограничивала доступ воздуха. Чувствительность должна быть высокой, как крыло у бабочки. 4. Теплоизолировать под, что дополнительно к стабильности, повысит срок службы печи Кстати, учитывая перечисленные трудности, вопрос о том, возможно ли вообще обеспечить равномерный нагрев закладки топлива в нижней камере Булерьяна и обеспечить такой режим сжигания летучих газов во второй его камере остаётся открытым . Так, например, учёные из Новосибирска, анализируя эти режимы работы с помощью компьютера, приняли решение отказаться от второй камеры и от вторичного воздуха вообще, что позволило исключить возможность обратного выброса дымовых газов в отапливаемое помещение, а значит повысить безопасность. Приложение № 8 Опыт использования печей медленного горения http://www.eco-kovcheg.ru/think_o_pechkah.html Заканчивается очередная зима, проведённая в экопоселении. И каждую зиму приходилось обогревать дом, в котором мы жили. За это время накопился опыт эксплуатации печей разной системы. Речь пойдёт о печах медленного горения Синель и Булерьян. Разновидностей печей с этими названиями много. Расскажу о самых распространённых Это печки-сёстры. Принцип работы у них очень похож: в печку закладываются дрова, разжигаются и потом регулируется интенсивность горения. Дрова должны гореть медленно, что обеспечивается регулировкой притока воздуха и тяги, а также организованным процессом дожигания газов. Благодаря этому достигается высокий КПД печи при сравнительно небольшом расходе дров. Основное отличие печей в организации циркуляции тепла в помещении. В Синели циркуляция происходит за счёт наличия просвета между камерой сгорания и внешним кожухом, а у Булерьяна за счёт вваренных в корпус труб. Кроме того у Синели есть решётка, располагаемая сверху камеры сгорания. Благодаря этому Синель можно использовать для согрева воды и даже приготовления пищи, тогда как Булерьян рассчитан только на отопление. Дожигание газов происходит следующим образом: камера сгорания разбита на две части. В верхнюю камеру организован дополнительный подсос воздуха, который и участвует в дожигании газов. Непременное условие для этого - наличие золы в топке, которая гасит огонь и способствует образованию газов. В самом начале эти печи были очень популярны. Преимущества очевидны: быстро устанавливается, помещение быстро прогревается, работает практически на любом древесном топливе (дрова, кора, опилки...). Полной закладки в печку среднего размера реально хватает на 12 часов горения при маленькой интенсивности горения. После зимовки с этими печками обнаружилось ряд тонкостей и деталей, которые многим, и мне в том числе, показались непривлекательными. 1.1 Критичность к утеплению трубы. Это издержки высокого КПД печки. Из-за того, что горение происходит медленно, в трубе низкая температура выходных газов. Если в кирпичной и банной печке температура на выходе трубы должна быть не ниже 110 градусов, то в печи медленного горения это может быть 18-20 градусов. Понятно, что при плохом утеплении трубы в ней образуется конденсат, который стекает в специальный стакан и, при большом его количестве, может вытекать на пол. В результате на полу образуется пятно, которое очень сложно отмыть, а если его после помывки закрашивать, то краска не сохнет по 2 недели. Кроме того конденсат очень едкий. Если вы ставите трубу из обыкновенного металла, а не из нержавейки, всего лишь за сезон в трубе может образоваться дыра . 1.2 Образование в трубе массы из конденсата, напоминающую шлак, но горючую, которая горит с высокой температурой. Она имеет свойство нарастать (скорость зависит от качества утепления трубы, режима горения и качества дров). Опасность её заключается в том, что при возгорании её практически невозможно потушить, кроме как залив воду через трубу. Закрывание заслонок не помогает, т.к. подсос воздуха идёт через трубки, подведённые к камере сгорания. Её горение может быть очень эффектным, напоминающем новогодний фонтан, который выбивается из трубы и падает на крышу. Открытая часть трубы быстро раскаляется докрасна. 1.3. Если вовремя не закрыть заслонки и не отрегулировать режим горения (все мы люди - такое бывает), печка очень сильно раскаляется, иногда докрасна, что понятное дело, небезопасно. 1.4. Качество тепла и ощущения. Как любая металлическая печка эти модели на корпусе сжигают довольно много кислорода. При недостаточной вентиляции ощущения некомфортные, становится душно. Тепло от них довольно агрессивное (познаётся в сравнении), явно ощущается, что исходит оно из одного места. 1.5. Ещё один момент, связанный с режимом горения. Иногда происходят сильные выбросы дыма из трубок подсоса воздуха и через отверстие для забора воздуха. Не уверен, что до конца его осознал, но, видимо, происходит следующее: в камере дожигания не хватает температуры для сгорания газов и они накапливаются. В какой-то момент появляется или уголёк, или искорка, которая воспламеняет газы, получается микровзрыв, газы не успевают сгореть полностью, расширяются за счёт резкого повышения температуры и их избыток выбрасываются в помещение.  Что касается готовки. На Синели (рис. 9) наши хозяйки
пекут лепёшки, на на ней можно приготовить кашу, согреть воду для внутренних
нужд.
При должной сноровке можно готовить еду и
внутри печки (касается и Булерьяна). Если завернуть подготовленное блюдо в
фольгу и положить в печку, присыпав золой, или поставить глиняный горшочек с
необходимыми продуктами, получается очень даже неплохо.
Несмотря на всё вышеперечисленное эти печки с
успехом эксплуатируются в мастерских, в больших помещениях общественного
назначения и во временных домиках, где нет возможности поставить фундамент для
большой печки, а тепла хочется.
И, наконец, несколько советов по эксплуатации, если вы всё-таки решили воспользоваться какой-то из этих печек: - ТЩАТЕЛЬНО УТЕПЛЯЙТЕ ТРУБУ! - используйте, по возможности, сухие дрова. Их расходуется меньше, образуется меньше конденсата и легче создать необходимый режим горения; - не уходите из комнаты, пока не отрегулируете режим горения; - через 2-3 месяца эксплуатации (особенно в первый год) контролируйте состояние трубы! При необходимости - чистите её; - топите печку, как написано в инструкции - крупными поленьями. Так горение длится дольше. Хороших вам зимовок, хорошего настроения и много тепла - печного и душевного! Приложение № 9 Эжекторы это такие калиброванные трубочки, вваренные внутри обогревательных (конвекторных) труб   «Высокого показателя КПД и большой
теплоотдачи достигают за счет горения топлива в режиме газогенерации и более полного его
сгорания. При переводе печей Bullerjan,
Buller, Буллер, Буллерьян (Рис. 10) в
режим газогенерации дрова начинают медленно тлеть , чего добиваются с помощью
регуляторов, которые уменьшают доступ воздуха в топку и частично перекрывают
выход печных газов в дымоход. Топливные газы, выделяющиеся в процессе горения,
поступают в специально оборудованную вторичную камеру топки, куда врезаны
инжекторы-дожигатели с калиброванными отверстиями. В них впрыскивается свежий
воздух, воспламеняющий несгоревшие топливные газы, что позволяет превратить
в тепловую энергию 90 % содержащихся в дыме мелких частиц, сжигая их в камере
сгорания , тем самым не допуская их выброса в атмосферу. Расход энергии топлива происходит
медленно и экономично. Даже золы практически не остается. Одной
закладки дров хватает на 8-12 часов! Регулятор мощности
на дверце топки и регулятор-газификатор на дымовом патрубке позволяют управлять процессом выделения тепла и устанавливать
желаемую температуру и время горения . Топливом для Bullerjan,
Buller, Буллер, Буллерьян могут служить древесные отходы, дерево,
торфобрикеты и отходы от картонажных изделий. Большая дверь печи и емкость
камеры горения позволяют использовать даже очень большие поленья. Лучше
всего применять крупные круглые поленья длиной с саму печь» . Если вы уже прочитали режимы дожига летучих, а также о режиме газогенерации, вам уже понятно, с какой лёгкостью даже здравый смысл приносится в жертву ради красного словца. Это немецкие http://www.ofenseite.com/Hot-air-stove-Bullerjan-02-Classic-I-15-kW http://www.ofenseite.com/Hot-air-stove-Bullerjan-02-Classic-II-15-kW http://www.ofenseite.com/Hot-air-stove-Bullerjan-02-Desgin-I-15-kW Bullerjan ® обычно работает с конвекцией системы. Bullerjan ® серии подходит практически для всех областей применения. Он может быть использован в домах, ремонт магазина, а также складские помещения. Вы можете интегрировать Bullerjan ® печь в гостиной или вы можете разместить печь в середине комнаты.
Расчёты . Выброс СО в атмосферу фирменной печи « Bullerjan 02 Классический» согласно характеристикам фирмы-изготовителя составляет СО- 438,6 мг/м3 (0,044%), что вполне вписывается в стандарты Германии ( СО - 0,4-0,2% ) и тем более России ( СО - 4,0% ). Однако практика эксплуатации показывает, что при порывах ветра возможны выбросы дымовых газов в жилое помещение, при этом легко подсчитать, что концентрация СО превышает предельно допустимую норму для жилой зоны в 88 раз . Это значение справедливо для режима, в котором производился замер характеристик. Если нам «удастся» перевести печь в режим газогенерации (как это лихо утверждает реклама), выброс СО может увеличиться до 33%, что существенно (в 750 раз) больше предыдущего значения, и в больше предельно допустимого. Напомню, что выбросы возможны через обратный ход эжекторов, установленных в конвективных трубах. Эти воздухонагревательные трубы не только напрямую сообщаются с обогреваемым помещением, но и постоянно выбрасывают в него воздух. Чтобы понять, в каком режиме производились замеры характеристик, произведём несложные расчёты. Выход газов составляет по массе 14 г/с (см. таблицу). Нетрудно подсчитать, что при такой массе выброса за один час масса отходящих газов составит: 14 х 3600 = 50400 (г/час) или 50,4 (кг/час) . Известно, что для горения дров расходуется воздух, и его масса в идеальном случае, при полном сгорании топлива (стехиометрическое горение), составляет 5,96 кг (4,61 м3) воздуха для каждого килограмма абсолютно сухих дров и 4,77 кг (3,7 м3) для дров 25% влажности. Эти справочные данные позволяют нам вычислить массу дров (сухих и влажных), которая сгорит в данной печи за один час в том режиме, при котором были произведены замеры характеристики « Отход газов по массе» фирмой – производителем. Для абсолютно сухих дров массовая доля выброса составит: 1+5,96=6,96 кг для каждого кг дров. Для влажных дров (25%) массовая доля выброса составит: 1+4,77=5,77 кг для каждого кг дров. Разделим общий выброс на массовые доли и получим кратность выброса: 50,4 / 6,96 = 7,24 теперь вычисляем массу дров: 1 х 7,24 = 7,24 кг/час (сухие) 50,4 / 5,77 = 8,735 для влажности 25%: 1 х 8,735 = 8,735 кг/час Значительно большее значение массы закладки дров (7-8 против 5кг) объясняется тем, что на самом деле горение в печи происходило со значительным избытком воздуха, что даёт дополнительную неучтённую массу газов, и с другой стороны позволяет уменьшить температуру в топке, что, впрочем, вполне оправдано, как щадящий режим работы. Бросается в глаза разительное несоответствие расхода дров в час, заявленное в рекламе и произведённое путём расчётов на основе справочных данных для идеального горения, которое, впрочем, и заявляется фирмой-производителем. Отсюда можно сделать выводы:
Следует также
отметить, что заявляемый КПД также относится к данному режиму горения, так как
только этим можно объяснить столь значительную его величину.
Эти выводы
подтверждаются также и температурой отходящих газов ( 300 ° C ).
Кстати, некоторые фирмы-производители (зарубежные) указывают температуру даже 380°
C. Что касается «наших» фирм (страны СНГ), то здесь налицо заявки на
режим медленного тления – 60-65°C, однако
при этом режиме выбросы никто не замеряет, а просто делаются ссылки на
зарубежные измерения, которые, как уже нам известно, делают Bullerjan практически идеальной печью. Что это, рекламная уловка или
обыкновенный обман, судите сами. Что же
касается режима горения при температуре отходящих из печи газов выше 320°C , то его
никак нельзя назвать медленным или режимом тления, однако этот режим наиболее
безопасен, так как при достаточном количестве вторичного воздуха топливо
действительно сгорает практически полностью, значит вредных выбросов минимально
возможное количество, при этом тяга в печи хорошая, а значит риск
«опрокидывания тяги» при порывах ветра минимален. Поэтому нет ничего
удивительного в том, что все замеры делаются именно в этом режиме. назад
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(
