Печи. Дровяные печи. Печи отопительные для дачи. Печи для дома. Печь-камин. Варочная печь. Сделать печь. Угловая печь камин.

Печи без фундамента из кирпича малогабаритные.

 

Главная. Некоторые вопросы теории.

Дачная

печь.

Сделать печь. Гостевая. Контакты.

                                    

 КПД печи. Упрощенный метод.

Печи   могут  быть  разных  конструкций,  разной  мощности,   разной  теплоемкости  и  т.д.   Но все  печи  объединяет  один общий  параметр -  это  КПД  печи.   В  печи  происходит  сжигание  дров,   сопровождающееся  выделением  тепла.  И  именно    КПД  печи  показывает,  сколько  тепла  осталось  в  печи  от  того  теоретического  количества    тепла,   содержавшегося   в   сожженных  дровах.   Т.е.    КПД  печи  - это  отношение количества  тепла,  оставшегося  в  печи (именно в печи, а не переданное помещению. Тепло, которое печь передаст помещению будет меньше, чем тепло полученное от сгорания топлива. Т.к. часть тепла уйдет через неплотные заслонки, уйдет в фундамент.))  к  количеству  тепла, теоретически содержавшемуся   в  топливе.
Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:
КПД= (Q1/ Qтоп)*100 (1)
где: Q1-тепло, оставшееся в печи ;
Qтоп количество тепла содержащееся в топливе
Поскольку  Qтоп  чаще  обозначают  как  Qрн - низшая  теплопроизводительность  рабочего  топлива,   поэтому 
КПД= (Q1/ Qрн)*100
Тепловой баланс определяется по формуле:
Qрн = Q1+ Q2+Q3+Q4 (2)
Где Q2+Q3+Q4 (3) тепловые потери в печи,  
Q2 - потери с уходящими газами,
Q3 –потери от химической неполноты горения,
Q4 –потери от механической неполноты горения,
Зная эти величины, можно определить и КПД печи.
Потери    Q4  от   механической  неполноты  горения  -  это то,  недополученное  количество  тепла,   заключенное  в  несгоревших  частичках  топлива, которые  провалились  через  колосник   в  зольную  камеру.   Потери  тепла от  механической            неполноты   горения     q4    в   %  от   Qрн   определяется  по   формуле:

q4= (Q4/ Qрн)*100 (3)

     Обычно  эти  потери  составляют около  2%.

Потери   Q3   от  химической  неполноты  горения -  это  то,  недополученное  количество  тепла,  заключенное  в  несгоревших частичках   топлива  и горючих   газов,   улетевших  в  трубу. 

Величина потерь  тепла от  химического  неполноты  горения   q3   в  %  от  Qрн   определяется  по   формуле: 
q3= (Q3/ Qрн)*100  (4)

  Обычно  эти  потери  составляют  около  3%.

Потери  Q2   потери  с  уходящими  газами,  являются  основными  потерями  в  печи,  и  оказывают   большое   влияние   на  КПД  печи.  
Эти  потери  определяются  по  формуле:

Q2=Сгор*V*(Тух-tв) ккал/кг,  (5)
Где:   V  - полный     объем  продуктов  сгорания  1 кг    топлива,  т.е.  это  объем  газов  на выходе  печи (объем  воздуха,  поступившего  в  топку  плюс  объем   газов,  от  сгоревших     дров),
Сгор – теплоемкость    газов,
Тух  -  температура   уходящих  в  трубу  газов,
tв – температура  воздуха  внутри  помещения. 
Потери тепла  с  уходящими  газами   q2   в  %  от  Qрн   определяется  по   формуле: 

q2= (Q2/ Qрн)*100  (6)
Из  формулы  (5)  видно,   что  величина   потерь с  уходящими  газами   зависят  от  объема  воздуха проходящего  через печь   и    от  разницы   температур   между  выходом   печи   и  помещения.     Для  снижения  этих  потерь  необходимо  снижать  температуру  на  выходе  печи,  но  нижний  предел  ограничивается  опасностью  возникновения  конденсата  и  не  может   быть  ниже  125-150- грС,   а  снижение  объемов воздуха  приводит  к  ухудшению   процесса  горения,  и  тоже  имеет  свои  ограничения.   А  потери с  уходящими  газами  в  %  зависят  еще  и   от  величины  Qрн.   Которая  зависит  от  влажности  дров  и   снижается  пропорционально   росту  влажности.  Однако  быстрее,  т. к.  часть  тепла  расходуется  на  преобразование  лишней   влаги  в  пар.   Потери с  уходящими  газами   в  некоторых   печах    могут  достигать   40%.

   Для  подсчета  КПД  печи  необходимо определить   ее  потери.   И  зная  количества  тепла  в  сгоревших  дровах,   определяют  по  формуле (2)  Q1.  И  соответственно  КПД.  Но  если  замеры  температур  не  вызывают  трудностей,    то  непосредственные   замеры   объемов  воздуха  на   выходе печи   из-за  высоких  температур    пока  не  возможны.    Поэтому  измеряют  химический  состав  газов  на  выходе  печи  газоанализатором (ГА)  и  по  этим  результатам  по  формулам    подсчитывают  объем  газов  на  выходе.  Но ГА весьма дорогой прибор, и многим на по карману.   Существуют   и упрощенные    методы  определения  КПД.     Один   из  таких  методов  предложен  автором.


Упрощенный  метод  расчета  КПД.
Для  расчета воспользуемся таблицами из книги М.Б. Равича «Упрощенная методика теплотехнических расчетов». Стр.218, гл. тринадцатая «Упрощенные теплотехнические расчеты при сжигании дров», где весьма подробно изложен материал по расчету потерь в печи. По таблицам для наглядности построим графики потерь с уходящими газами в зависимости от выходной температуры газов, коэффициента избытка воздуха и влажности дров. На рис.1 представлены эти графики.


Как видно из графиков на величину потерь с уходящими газами самое большое влияние оказывает температура. Это и понятно. Чем больше температура выходных газов в печи, тем больше тепла улетает в трубу. Коэффициент избытка воздуха "альфа" также влияет на величину потерь, чем больше воздуха проходит через печь, тем больше потери, но в меньшей степени. Меньше всего влияет на потери влажность дров. Это также понятно. Чем больше влаги в дровах, тем меньше горючего материала. Тем меньше требуется воздуха для его сжигания. Значит и меньше потери с уходящими газами. Но для преобразования лишней влаги в пар необходимо дополнительное тепло, что в итоге и незначительно увеличивает потери.
На практике дрова, которые используются при топке, имеют среднюю влажность около 30%.
Поэтому для упрощения зададимся средней влажностью дров в 30%. Отклонения в +- 5%практически не скажется на точности замеров КПД.

Исходя из результатов таблиц и графиков Рис1 построим график зависимостей КПД от температуры и коэффициента избытка воздуха для влажности 30%. Рис.2. Потери на химический и механический недожог возьмем как 5% и прибавим их к потерям с уходящими газами для значений температуры 300грС. В процентах КПД будет выглядеть следующим образом:
КПД= 100% - Qп(%) (5),
где Qп(%)-суммарные потери в процентах из графиков рис 1., с учетом потерь на химический и механический недожог.

 


Получим графики КПД в зависимости от выходной температуры и от коэффициента избытка воздуха "альфа" . Рассмотрим, как влияет "альфа" на режим горения дров в печи. При 1 горение плохое. При четырех горение интенсивное. Из практики известно, для нормального горение дров, необходима больше 2. Если истопник, наблюдая за горением, регулирует поддувальную дверку, то он получает среднее значения "альфа" в пределах от двух до трех. Конструктивно печь рассчитывается на среднее значение "альфа" в пределах 2-3 при горении дров. Т.е. я хочу сказать, что если задать на графиках среднее значение "альфа" равное 2,5 , то при определении КПД мы сильно не ошибемся. На рис 2 показан график КПД для этого случая. Например, для температуры 200грС погрешность определения КПД при изменении "альфа" = 2-3 составляет +-4%, при температуре 300грС погрешность составит +-6%. Реальная средняя погрешность должна быть меньше, т.к. мы задали среднее значение "альфа" и отклонения в ту или другую сторону должно компенсироваться. В аналитическом виде формула для КПД будет представлена как:
КПД =100 - К*Т (%) (5) Где К –коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента избытка воздуха и от влажности дров.(1/грС).

Для "альфа" равное 2,5 и влажности дров 30% К =0,12(1/грС)

Тогда:
КПД=100 - 0,12* Т (%) (6)


Из выражения 6 видно, что в данном случае КПД печи зависит только от выходной температуры газов.
Получилась очень простая и наглядная формула для определения КПД печи.
Т.к. коэффициент избытка воздуха может сильно изменяться во время всего цикла горения, то необходимо оговорить те рамки, где этот метод будет давать приемлемую точность. Начало отсчета надо выбрать при достижении выходной температуры в 25% от максимальной. А окончание, когда начнется догорание углей и выходная температура уменьшится на 10% от максимальной. В дальнейшем эти величины могут быть скорректированы.
Конечно, необходимо сравнить предлагаемый метод с известными. Например: Если взять график температуры для печи в методе А.Бацулина, то по предложенным допущениям средняя температура получается примерно 163 грС. Тогда среднее значение КПД составит 82%. По расчетам А.Бацулина КПД составил 85%. Но в его методе трудно учесть возможный подсос воздуха, который снизит КПД. Как видно значения достаточно близкие. Конечно, этот метод вряд ли годится для точных расчетов КПД печи и исследования печных процессов. Но для оценочных измерений он подходит. И, учитывая его простоту и доступность, надеюсь, он найдет применение. С другой стороны сейчас отсутствуют гарантированные точные методы определения КПД. Да и вряд ли они появятся в ближайшее время.

ОГЛАВЛЕНИЕ.



© Шевяков В.В.   Цитирование опубликованных на сайте материалов без ссылки на сайт не допускается.