Твердотопливные котлы с топками типа "ракета". Принципы горения, построение узлов и элементов - 1

Хорошо давайте начнем с простого, горения одной закладки топлива, бункер 120...140л,дрова длиной в 350мм ,закладка 2/3 бункера. Попробуем разобраться, как она будет гореть при стандартной подаче воздуха. Условно примем, что дрова не клинят. Нужно выдать 5квтч тепловой мощности.

 

@Stann, Принято, бункер теплоизолирован?

 

Нет, во избежании лишней газации и для снятии части лучистой при отгорании, в большей части, верхней, будет водяная рубашка.

 

@Stann, Первое приближение: Две трети объема бункера и три четверти заполнения дают 39 Кг. дров. В пересчете на тепло 585 МДж. или 163,8 КВт/ч. в пересчете на березу по справочным данным. При требуемой мощности 5 КВт, получаем почти 33 часа горения. Фантастика правда? Но именно так наверно и считают, причем цифры скорее всего верны, а вот возьмем и проверим через термодинамику.
Горение древесины идет через два этапа: Пиролиз древесины и сгорание продуктов, дальше сгорание древесного угля. Для начала возьмем целлюлозу. (С6Н10О5) n Молярная масса ячейки 162 а. е м. Энтальпия образования - 2820 КДж/моль... Продолжение следует.

 

Продолжение. Пиролиз целлюлозы лежит в интервале температур 230 - 350 градусов, лигнин 280 -500 (Лигнин+целлюлоза=дерево (упрощенно). Продукты пиролиза: газы- СО2, СО, СН4, +Н2О, СН3СООН (пары) С -древесный уголь. Объем газов: При 400 градусах 90 л с кг., при 600 - 325 л с кг., при 800 518 л. с кг. не считая паров. Основная Химия при 400 может быть такой: 2 (С6H10O5) =2CO2+CO+CH4+5H20+8C следовательно термохимия: 2х(-2820)=2х(-393.51)+(-110.5)+(-74.85)+5х (241.84)+Х= -5640=- 787,02-110,5-74,85-1209,2+x = -3549 КДж/моль + 140 КДж/ моль энергии активации =-3410 КДж/моль. Реакция экзотермическая. Продолжение следует...

 

@alarin,

сильно оптимистично, в случшем случае около 110. Ну а вреале нужно заставить чтобы, при альфа-1,6 сгорало бы около 3 кг или в минуту 50 г .

 

Теперь опишем это на на обычном языке. Реакция пиролиза экзотермическая это значит, что при поддержании температуры и подводе энергии активации процесса реакция станет самопроизвольной. Дерево нагрели, оно начало разлагаться с выделением тепла, которое в свою очередь вызывает активацию процесса разложения ... цепная реакция в результате "бум", тротил отдыхает. Нет все правильно, только дерево не взрывается при нагреве, дело в том, что газы прут всю энергию прочь, а если им не давать уходить, то начнет расти давление, а при его росте процесс пиролиза древесины останавливается. Чтоб его запустить вновь надо увеличить температуру, вплоть до 500 градусов, когда уже кроме угля от дерева ничего не останется, ну и 518 литров газов с кг. дров создадут давление... Цифры объемов, масс и джоулей уже приведены выше и теплотехники легко посчитают создавшиеся условия в камере, если ее считать изолированной. Состав газов и химия при изменении условий естественно тоже поменяется, но нам в первой камере это не важно.
Чувствуя по опыту описанный процесс (избыточная газация и увеличение температуры) "народ", как пожарники безусловно стремятся его ликвидировать, забрав у газов часть энергии вводя водяную рубашку, но инженер разомкнет систему и направит газ через "калиброванное отверстие" в камеру сгорания номер 2, переведя процесс в статический или псевдоизолированный, но уже с новыми физ. хим условиями...
В камере сгорания 1 требуется управление объема выделяемого газа (например с помощью заслонки ПВ), но чтобы это сделать надо вернуться в самое начало, процесс розжига, забив на длину и массу дров, чтобы разобраться, а как вообще мы собираемся проводить сжигание топлива в агрегате. Естествоиспытателям, предлагающим отдаться на волю пампасов, просьба потерпеть, а для остальных, если интересно продолжу.

 

Выдам тайну, этот подвод идет строго вверх, осуществляют его раскаленные угли, поэтому варьируя (задавая) их объем (площадь),а также наличие (отстуствие) верхлежащего топлива, можно его контроллировать.
ИМХО, нужно рисовать, пусть даже от руки.

 

@Stann, Не спешите, у вас только пиролиз идет, нет никаких углей, тем более раскаленных, мы еще разжигать не начинали, поэтому энергия идет абстрактно, потому и предложил вернуться к розжигу. Мы сначала немного последствия посмотрели, есть такой прием у режиссуры.

 

За счет чего, откуда тепло? Вот типичное горение твердого топлива

 

На нём и глянем
пламя
слой
очаг
дым на переходе от углей к пеллетам. Вент работает на 10%. Единовременно "Горит" большее количество топлива нежели нужно, дашь больше воздуха, дым уйдет, но зато поднимется мощность, чего нам абсолютно не нужно.

 

Тепло начинается от спички, которой вы начнете поджигать деревяшку, которая в свою очередь действительно начнет гореть самостоятельно, когда на поверхности образуется слой угля, причем как вы правильно отметили раскаленным, потому как теплоперенос начинается излучением, что значительно увеличивает "точность"
Вот не спешите, если желаете во всем обстоятельно разобраться, давайте сначала розжиг продумаем.

 

Так никто никуда не спешит. Розжиг так розжиг. У меня он начинается с чиркания спички об коробок, затем поджиг небольшого куска бумаги свернутой трубой, это всё вне котла.
Затем опускаю подожженную бумагу на другую бумагу уложенную комком в углу колосника (внизу шахты) жду когда та возгорится, и на нее кончиками ложу небольшое количество щепок.
Пару секунд, они разгорелись без дыма, укладываю еще щепок покрупнее, они тоже разгораются, жду немного и укладываю три древесных брикета. Тут уже торопиться не нужно, смотрю температуру дымоходной вставки и на рост температуры котла. Как только вижу что они прогрелись, укладываю основную закладку.
Чтобы не дымило, на колосник укладываю картон (поз 1) он не дает проходу воздуху снизу. После просто отгорает.

 

@Stann, Пишу разорванно, на работе работу работать нужно извини.
При поджиге, создав источник тепла для топлива, запускаем процесс пиролиза. Из-за избытка кислорода часть большая часть продуктов догорает по продолжению реакции 2СО+О2=2СО2, СН4+2О2=СО2+2Н2О, Каждые 162 г. древесины 100 литров продуктов пиролиза, которые потребляют еще 34 литра кислорода или 160 литров воздуха. Итого 260 литров и в 20 раз больше при температуре 400 градусов по закону Шарля. В дальнейшем этот объем уменьшится в те же 20 раз в камере ТО, но сейчас ему надо куда то выходить. У нас есть канал ПВ и щель в райзере, газ пойдет, где сопротивление меньше, т. е горячий пойдет в щель, а холодный будет выталкиваться в канал ПВ (если в газовой фазе был дым и уже прошел цикл конвективного теплообмена со стенками камеры будет выброс). Поскольку горячий газ попавший в райзер также обменивается со стенками, но более активно, то происходит быстрое уменьшения объема за щелью (появление вектора) тяги. Получается, что чем больше Камера 1, выше щель райзера, но при этом короче путь до источника тепла, и она по сечению больше канала ПВ, тем быстрее устанавливается тяга. Также влияет соотношение сечение канала ПВ и щели райзера. Вот теперь цифры объема камеры 1, сечения щели и канала ПВ и расстояние до щели от источника в студию, у кого есть опыт и оптимальные соотношения. Дальше рассматривать нагрев трубы райзера вызывающего увеличения тяги, можно уже при реальных цифрах. Будет меняться объем газа пролетающего через щель, фактически это скорость
Пиролиз который посмотрели можно прицепить к данным по массе топлива и объемам газов. Там мы остановились перед второй стадией горения в связи с необходимостью регулировки объемов ПВ.

 

Если топлива выше его нет, то в щель не пойдет а будет всплывать над местом горения.

За счет всплытия, будет разрежение, туда и потечет холодный воздух, подпираемый столбом воздуха в помещении.