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.

 

Энергетика  печи. (КПД   печи.) Вторичный воздух(ВВ). Катализатор.


Понятие   об  энергетики   печи,   или  о  КПД   печи  являются  базовыми  понятиями,   которые   и  определяют   выбор    конструктивных    особенностей   и  характеристик   печи.  
На  рис.1  представлена  структурная  схема  печи.  Топка представлена  состоящей  из  двух   частей.  Это  камера  сгорания  и    теплообменник  топки.   Так  удобней  рассматривать   процессы,  происходящие  в  топке.   Будем  считать,  что  в  камере  сгорания  происходит   только  сгорание  топлива,   а  в  теплообменнике  топки   происходит  только  передача  тепла  от  сгоревшего  топлива через  стенки  топки в  помещение. И дальше горячие газы с температурой выхода из топки (Ттоп) поступают в основной теплообменник.   Для  передачи  основного   количества  тепла  от  печи  в   помещения  служит  теплообменник   печи.  Пунктиром  показано  движение  газов  по  короткому  ходу   при  растопке   печи.

        

Для  получения  тепла,  необходимо сжечь дрова,  для  сгорания  которых  необходим  кислород,  находящийся  в  воздухе.   В  воздухе  21%  кислорода.  Почти  все  остальное  азот.   Негорючий  газ.  Количество   тепла,  заключенного  в  дровах,  называется   «теплотворной способностью  дров».  Определяется   в     ккал   или  в  кДж    в  расчете  на  один  килограмм  массы  дров.    Количество  тепла,  заключенное в  дровах,  (теплотворная  способность)  дров,    зависит  от  влажности  дров   и  может  колебаться   в  широких  пределах.  Влажность  дров, как топлива, обозначается     W    и  выражается    в  %  и  является  отношением массы     воды  в  дровах  к массе  реальной влажной  древесины.  Обычно  влажность  дров  колеблется  в  пределах  25-35%.      И  чем   меньше  влажность  дров,  тем  больше  тепла  в   массе   дров.   Для  абсолютно  сухих  дров  эта  величина  составляет  4500ккал/кг (18800кДж). 
С  повышением  влажности теплотворная способность  дров  понижается,     т.к.   часть   массы   топлива    составляет   вода   и   масса  горючего  материала  в   дровах  уменьшается.  Для    дров влажностью  20%    -   3400ккал/кг.      Для  влажности дров  30%  -теплотворная способность  дров  равна  2900ккал/кг,  для  влажности  40%    -  2400  ккал/кг.   Обычно    в  среднем  для  топки  используются  дрова с  влажностью  около  30%.  
Минимальное   теоретическое    количество  воздуха,  необходимого  для  полного  сжигания  дров   называется  стехиометрическим   и  для  абсолютно  сухой  древесины   для  1 кг  необходимо   4,61м3 (5,96кг)  воздуха.  Для   1кг   дров   влажностью  30%  необходимо  3,3м3,  для    влажности   40%  - 2,8м3.   На   практике  такого  количества  воздуха  не  хватает  для  полного  сжигания дров,  т.к.  не  весь  кислород   идет  на  сгорание,  а  часть  его  просто  улетает  в  трубу  вместе  с  азотом.  И  для  полного  сгорания  дров  необходимо количество   воздуха  увеличивать.   Количество  воздуха,  подаваемого  в  печь характеризуется  «коэффициентом  избытка  воздуха»  (  часто  обозначается  «альфа»   -а  ),    который  показывает  насколько  воздуха  больше,  чем   при  стехиометрическом  режиме    горения.
Воздух,  попавший  в   топку,   имеет   температуру  помещения.  В  топке  он  получает   тепло от  сгорания  дров,   нагревается  до высокой температуры,  и,   двигаясь  по  газоходам,   отдает  тепло  стенкам   печи,      с   температурой  Твых   поступает    в   трубу,    и    охлаждаясь до   температуры  Твых.трубы,  выходит  наружу.    При  этом,  часть   тепла   остается   в   печи,  и  передается  потом   в   помещение,    а  часть  улетает  в   трубу.   Количество   тепла  улетающего   в  трубу,  является потерями  с  уходящими   газами.
Рассмотрим,    как  влияют  на энергетику  печи  температура на   выходе  печи,   коэффициент избытка   воздуха  «альфа»     и  влажность  дров.   Основным     положением   в   печных   процессах  является   то,  что   температура  продуктов сгорания  топлива  обратно пропорциональна  количеству   воздуха,   проходящего  через       печь.  Т.е.  чем  больше  расходуется  для  сгорания  дров   воздуха,   тем  меньше  температура продуктов сгорания.  При этом температура самого пламени будет 1100--1200 ГрС. Это   очень   легко  объяснить,  т.к. чем   больше  воздуха   проходит через    топку,   тем  до  меньшей   температуры   он  нагревается  одним  и   тем  же  количеством  тепла   из  дров.  Это  основное    базовое   понятие,  которое  и   позволяет  правильно  подойти к  проектированию  печей  и    провести  правильный  и  грамотный  анализ   любой   печи.   И  этому  закону   подчиняются  все   печи.       Рис 2.

  Из  графиков  видно,  как  изменяется  температура  продуктов  сгорания   в  зависимости  от   коэффициента избытка   воздуха  «альфа»   и   влажности   дров.    И  там  же приведены  формулы  для  расчета  КПД  печи.  Формулы  не  идеально  точные,  но вполне достаточные для расчета  КПД   печей.  При  проектировании печи  очень  важно  правильно  выбрать    «альфу».  Ее  увеличение  приводит к   лишним  потерям,   а  снижение  ухудшает процесс  сгорания  топлива.    Обычно   «альфа»  выбирается  2,0-2,5.   Именно  при  таких  значениях   «альфа»  и  происходит  хорошее   и  качественное   сгорание  дров  с  минимальным  количеством    сажи.  В современных каминных вставках, за счет более оптимальной подачи воздуха в зону горения, удается снизить значение "альфы" ниже 2,0. Это и позволяет повысить КПД. При  этом  на  выходе  печи  температура   дымовых    газов    должна  быть    не  менее    125-150  грС,   чтобы  не  было  конденсата.   Некоторые  авторы  рекомендуют  250грС.   (И.С.Подгородников).(Возможно это рекомендации для колпаковых печей.)
При   меньших  значениях    выходных   температур    велика  угроза  появления   конденсата.   На  КПД  печи   в  основном   влияет    величина  «альфа»  и   выходная  температура  газов.   Чем  выше  выходная  температура,   тем  больше  тепла  улетает  в  трубу  и   тем  меньше  остается  в печи  и    тем  ниже  КПД.   Чем   больше  коэффициент  избытка  воздуха   «альфа»,   тем   лучше  горят    дрова,   но  тем    сильнее  остужается  печь,  проходящим  через    печь  воздухом.   Что  тоже  снижает  КПД.    Влажность  дров   на  КПД    влияет  не  значительно.  Это  связано  с   тем,   что  при  увеличении  влаги     в  дровах,   снижается   и   горючая    масса    сухой  древесины   в  этих  дровах.    И,    следовательно,    требуется   меньше   воздуха   для   ее  сгорания.  И    потери  с  уходящими   газами   также  уменьшаются.   Однако  несколько   возрастают   потери  на   преобразование лишней  влаги  в   пар.  Что  в  итоге  и   незначительно  снижает   КПД   печи.   КПД  теплоемких  печей  лежат  в  пределах     70-75%.  

В некоторых печах создают дополнительную подачу воздуха в зону горения, минуя колосник. Так называемый вторичный воздух (ВВ). Это позволяет более полно сжечь горючие газы.

Вторичный воздух может дать эффект, только на этапе интенсивного выхода горючих газов. А это весьма короткое время 10-15мин. И то надо посчитать. На остальных этапах он только охлаждает печь.
Надо четко представлять одну единственную истину: Воздух проходящий через печь, забирает часть тепла от сгоревших дров и уносит это тепло в трубу. И по - другому ни как. И чем больше этого воздуха поступает в печь, тем больше тепла улетает. А количество тепла, полученное при сгорание дров почти не зависит от количества этого воздуха. Коэффициент избытка воздуха «альфа» может меняться в широком диапазоне от 1,5 до 4 . При «альфа»=1,5 химический недожог может быть 5-7% ( Это много. Сажа.) При «альфа»=2,0-2,5 -3% ( Это норма. А.Е. Школьник, М.Б.Рабич), при «альфа»=3,0-4,0 - химический недожог будет 1%. Т.е. при изменении в широком пределе «альфы» от 1,5до 4,0 догорает дополнительно всего 5%. горючих газов. Это прибавка по теплу, полученному от сгорания дров. Но потери по уносу тепла в трубу при этом очень велики. Это 15-20%.

Именно с этих позиций и надо оценивать влияние ВВ.
Если при нормальном режиме («альфа»=2,0-2,5, хим. недожог=3%), то подача ВВ увеличивает «альфу» до "альфа"=3,5-3,7, и хим. недожог уменьшается до 1,5-2,0%, т.е. на 1,5-1,0 %. Но увеличение «альфы» приводит к снижению КПД на 7-10%. В сумме чистый проигрыш. Применение ВВ может дать некоторый выигрыш, только при возможности регулировки подачи. Как делают в дорогих каминных топках. Необходимо добавить, что применение ВВ снижает выход СО. По вопросу ВВ можно почитать материалы центра КАМИ. Там весьма грамотные специалисты. И они все правильно описывают. И сделали правильные выводы. А у нас все спорят: надо или не надо. Примером такого не удачного решения по ВВ является печь ПК. Там «альфа»=3,6 (Без ВВ «альфа»= 2,73), что и приводит к низкому КПД. Там КПД равен 70%. Что ниже, чем в бытовых печах на 7-10%.
Большинство усилий печных конструкторов направлено на то, чтобы сжечь эти дрова с минимальным количеством воздуха. И при этом не ухудшить процесс горения. При нормальном горении, при "альфа"=2,0-2,5, дрова сгорают почти полностью. Не сгоревший остаток равен 5,0%. (А.Е.Школьник) и дожечь его до конца нельзя и не имеет смысла. И к этому не стремятся. Дополнительных потерь от дожигания больше. Все стараются нормально сжечь дрова уменьшив расход входного воздуха. Это более эффективно. Для этого придумывают различные конструктивные способы подачи воздуха непосредственно в зону горения. Это и позволяет снизить коэффициент избытка воздуха с 2,0 до1,5-1,7. И в этом заметная выгода.
Применение  различных  катализаторов  для  дожигания   не  сгоревших   газов   в   печи   пока   также  не  дает   никакого  заметного  эффекта.  А  только усложняет   конструкцию  печи.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

 

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