Нужное количество вторички или сравнение двух шахтных котлов

В конце прошлой зимы после многих экспериментов над вторичным воздухом (ВВ) дал себе слово больше не заморачиваться над этим. Но сделал в том году еще один котел вернулся опять к ВВ.
Имеем два котла атмосферника:
тип 1-по схеме Юрийййя, Ворфоломея или Холмова.
тип2-по схеме Малко.
Принцип у всех одинаковый-нижнее сгорания топлива на колесниках, определенная высота жара, подсушивание верхних слоев нетронутого топлива, газовая щель (тип1) или она же жаровый стакан (тип2).Сложилось мнение на форуме что количество ВВ должно соответствовать 1% от площади колесника.
На котле (ТИП1) имею колесник 51см на 40см и соответственно вторичку где-то 20,5см.кв.И я вижу что ее не хватает (темный дым), хотя котел прекрасно работает по времени, сжиганию и расхода разного топлива (что дрова -что опилки) и выдает требуемую температуру. Хозяин даже слышать не хочет в добавке ВВ.
На котле (ТИП2) с колесником 60см на 60см имею вторичку 2,54см.кв.,что по суте дела в 10 раз меньше чем должна быть как мы все считаем. Котел работает в бездымном режиме постоянно, первичка придушена (если хто-то хочет сказать что проскок воздуха) и температуру держит отлично (фото дымовой трубы и трубы вторички прилагаю).Если прикрываю ВВ котел начинает работать плохо.
Вопрос всем -почему такая разница в подаче вторичного воздуха? Может правильно на котле (ТИП1) решать ее подачу и распределении в газовой щели или камере дожига?

 

А я бы в отношении моего котла не согласился бы. У меня сгорание происходит не на горизонтальных полосниках а в вертикальном зеркале. И поступление первичного воздуха с фронтальной двери отсутствует.

соответствовать коэффициенту избытка воздуха 1,6 для моего конструктива.
Соотношение площадей - не показатель. Оно при одном и том же конструктиве, но при разной форме прозоров и разной геометрии их размещения будет очень даже широко отличаться.

Бездымный режим еще не показатель качества горения. тут может быть химнедожег 2-4%, а может и 20%. А визуально будет одно и то же.

Любая классическая схема котла на твердом топливе предполагает введение вторичного воздуха только в камерной топке (почему вы это дело камерой дожига, кстати, называете?) и только острым дутьем. Не две дыры по бокам как у многих конструктивах. А ряд мелких щелей или мелких отверстий, расположеных в определенном месте для каждого конкретного конструктива.

 

На котле Малко фронтальной двери для первички вообще нет и подача первички только под колесниками. А сгорания тоже происходит в жаровой трубе-вы ее хоть в стенку врежте и получете ту же газовую щель.
[MERGETIME="1354370030"][/MERGETIME
А вы разве не по дыму учите всех регулировать ваши котлы?

 

Где я такое писал?
Я говорил, что первый признак качественного горения - это бездымное горение. Не более того.

 

А типа просверлите дырок больше или закройте лишнее болтиком? Вы наверное прибором меряете? Я задал вопрос почему разница в 10 раз-это немало.

 

Нет, не типа.
Счастливого обсуждения.

 

Не знаю на основании чего и каким образом "Сложилось мнение на форуме что количество ВВ должно соответствовать 1% от площади колесника.", но у меня - иной подход - не на основании площади колосниковой решётки (а точнее - площади всех прозоров в колосниковой решётке) а основании того, сколько кислорода требуется для дожигания угарного газа, образующегося на раскалённом угольном слое и попадающего оттуда в камеру дожига.

Суть расчета базируется на следующем. При горении дров (не зависимо от того - в костре, в печи, в котле или ином агрегате, то ли на поде, то ли на решётке) имеем горение летучих и древесного угля, потому как древесина – очень неоднородный материал и состоит из сложной смеси естественных полимеров, важнейшими из которых являются целлюлоза (около 50%), гемицеллюлоза (около 25%) и лигнин (около 25%). Кроме того, древесина обычно насыщена влагой и подчас довольно значительно. Когда древесину нагревают, её составные части распадаются (пиролиз) с выделением летучих продуктов при различных температурах: гемицеллюлоза при 200-260 град, целлюлоза при 240-350 град, лигнин при 280-500 град. В остатке, после сжигания летучих компонентов, что происходит по достижении температуры свыше 450 град, остаётся углистый остаток – его массовая доля в древесине -20-25% от первоначальной массы древесины без воды. Сама же картина горения дров такова, что из 4500 ккал/кг тепла, образующегося от сгорания 1 кг абсолютно сухих дров, не менее 1800 ккал/кг выделяется при сгорании летучих, а до 2700 ккал/кг при сгорании углей. При этом из 5,96 кг воздуха, потребляемого на стехиометрическое горение 1 кг дров, не менее 2,05 кг воздуха потребляется при сгорании летучих, а до 3,91 кг при сгорании углей (то есть - соотношение следующее 1 часть всего необходимого для полноценного сжигания кислорода воздуха идёт на сжигание летучих, а 2 части - на полное сжигание углерода древесного угля). Теплота сгорания древесного угля составляет 8100 ккал/кг при стехиометрическом расходе воздуха 11,5 кг на 1 кг углей. Сами же стехиометрические температуры продуктов сгорания летучих и углей примерно одинаковы 2000°С.

Однако сам процесс сгорания дров в топке состоит из нескольких этапов. В топке с колосниковой решёткой эти этапы протекают (в упрощённом виде - в том какой нужен нам для того чтобы разобраться с оптимальным сотношением необходимых для нормальной работы котла объемов первичного и вторичного воздуха) следующим образом.

Первый этап. После первичного розжига дров в топке на колосниковой решётке и образования на ней первичного очага горения (слоя раскалённых цглей) кислород подаваемого через прозоры колосников в топку первичного воздуха взаимодействует как с летучими (водородосодержащими - Н), так и с древесным углём (углеродом - с) - в общем-то одновременно.

Наиболее упрощенно это взаимодействие описывается следующими реакациями:
с летучими - 2Н2 + О2= 2Н2О.
с древесным углём - С + О2 =СО2.

Не буду описывать всю кинематику химических реакций в процессе газификации твердых топлив, или как еще называют этот процесс - гидроформилирование или синтез Фишера-Тропина (который предельно упрощенно можно выражать как последовательность реакций С + 0.5О2 = СО; С + СО2 = 2СО; С + Н2О = СО +2Н2, хотя на самом деле в этом синтезе реакций очень и очень много, так как состав летучих - довольно разнообразен), а сразу же скажу итоговый результат - на оба процесса взаимодействия на первом этапе (до самого того момента, пока не все дрова в шахте опустились на колосниковую решётку - полностью газифицировались и превратились в раскалённый древесный уголь - тратится равноценное количество кислорода воздуха - половина на окисление летучих, половина - на окисление угля.

Ибо, не смотря на то что летучие (все водород-содержащие компоненты древесины) соединяются с кислородом воздуха намного интенсивнее, чем углерод (так как для горения летучих - окисления их кислородом - требуется намного более низкая температура, чем для горения угля), однако в прозорах колосниковой решётки кислород соприкасается в первую очередь с углём, а лишь затем те его порции, какие не успели прореагировать проходя через слой раскалённых углей, соединяются с летучими, накапливающимися внизу топочной камеры у входа в камеру дожига.

Оттого расход кислорода воздуха на первом этапе (при сжигании дров на колосниковой решётке и достаточной подаче этого воздуха для постоянного образования слоя раскалённого угля) распределяется следующим образом:
1 часть О2 первичного воздуха - на летучие (Н)
1 часть О2 первичного воздуха - на древесный уголь (С).

Но, если продукты окисления летучих в обычных условиях топочного горения уже как правило не подвергаются восстановлению (кислород потраченный на их окисление так и остается в их составе в виде паров Н2О какие, пройдя камеру дожига и соответствующие каналы в теплосъёмной части котла - вылетают в дымоход), то с углекислым газом СО2 картина совсем иная, а именно - он сразу же "не отходя от кассы" (еще находясь в надколдосниковом слое раскалённого угля) взаимодействует с этим же углём (углеродом - С) и восстанавливается из диоксида в оксид углерода (причем - в нормальных режимах работы топки котла, как правило, весь диоксид превращается в раскалённом угольном слое в оксид):

СО2 + С = 2СО.

Вот этот то оксид - СО, на образование какого ушла половина кислорода первичного воздуха (вторая половина ушла на окисление - сжигание - летучих) и поступает в камеру дожига, где и наступает второй
акт "марлезонского балета" - дожиг угарного газа и части летучих неуспевших прореагировать (сгореть) на.
первом этапе. В камере (отсеке или ином устройстве) дожига несгоревших на первом этапе древесных газов эти газы (состоящие в идеальных условиях из одного угарного газа, потому как остальные - это уже продукты полного сгорания летучих и баластный азот воздухв) и соединяется с кислородом уже вторичного воздуха и (для случая идеальных условий) весь окисляется до СО2 - окончательного продукта
горения углерода (древесного угля) по слкдующей схеме:
2 СО + О2 = 2СО2.

Таким образом и получаем что на сжигание одного килограмма абсолютно сухих дров в идеале расходуется
почти 6,0 кг воздуха из которых одна часть (порядка 2 кг) идет на полное сжигание летучих, а две части (порядка 4 кг) - на полное сжигание угля (одна половина этого воздуха - 2кг - на сжигание С до СО - на первом этапе, вторая половина этого воздуха - на сжигание СО в СО2 на втором этапе - этапе дожига).

В результате чего и имеетм следующее соотношение объемов первичного и вторичного воздуха
- первичный 2 части (1 часть - на летучие, вторая часть на окисление С до СО)
- вторичный 1 часть (на окисление СО до СО2).

Отсюда и делаем вывод какие именно (как по площади сечения, так и по скорости поступления) нам необходимо делать каналы подачи:
- первичного воздуха - то есть площадь сечения входного отверстия именно зольника, величина какой регулируется дверцей зольника - её приоткрывание или прикрываением (а никак не площадью прозоров уже колосниковой решётки. Ибо прозоры колосниковой решётки лишь распределяют равномерно - в той или иной степени - по зеркалу горения тот объем первичного воздуха величина какого регулируется и определяется площадью сечения только и исключительно только канала его подачи в подколосниковое пространство. Площадь прозоров колосниковой решётки определяет совсем иной параметр - интенсивность сжигания закладки топлива)
- и вторичного воздуха - то есть площадь канала подачи в камеру дожига воздуха наобходимого для полного дожига СО в СО2.

В идеале соотношение этих площадей 2:1. А вот сама величина (зазор щели) каждого из этих каналов регулируется уже соответствующей задвижкой (дверцей или иным устройством). В идеале такая регулировка должна осуществляться синхронно - чтобы соблюдать неизменное соотношение первичного воздуха ко вторичному как 2:1 (в идеале), или несколько иное (в ту или иную сторону - в зависимости от конструкции котла и интенсивности горения как слоя углей на колосниковой решетке, так и летучих в камере первичного горения).

Вот так, где-то.

 

Давно пытался понять про соотношение первички и вторички в плане обоснования близкое к научному, первый раз наткнулся на что то подобное, любое топливо для полного сгорания имеет свое соотношение первички и вторички и я интуитивно предпологал что эту связь нужно расматривать в бытовых котлах в сечениях подачи первички и вторички, а вторичку корректировать по способу подачи, можно подавать одной струей, можно множеством точек. Например вытянет ли естественная тяга одинаковое количество воздуха из отверстия предположим плошадью 20 мм. кв. или из нескольких отверстий например 10 суммарной площадью 20мм.кв?
А про уголь (бурый например) не могли бы похоже расписать?

 

А для угля с соотношением первичного и вторичного воздуха - даже проще чем с дровами.

Как было показано выше - для дров - первичный воздух расходуется в топке на сгорание летучих - полное (в идеале) из окисление углерода (С) древесного угля до оксида углерода (СО - угарный газ), а вторичный воздух - нужен лишь (в идеале - когда первичный сжёг все летучие) для дожига оксида углерода (угарного газа) в диоксид углерода (углекислый газ).

Но летучих много (от 2/3 до 3/4 от веса безводной части топлива) у дров, а у угля - их мало, там почти один углерод (85-95%).

Поэтому для угля соотношение первичного и вторичного воздуха определяется всё теми же вышеуказанными этапами реакций окисления углерода в оксид углерода, а затем оксида в диоксид.

При наличии в составе угля почти 100% углерода (не считая минеральных негорючих примесей - шлаков) - соотношение первичного и вторичного воздуха равно 1:1 - в идеале.
Но таким высоким процентом углерода (до 100% в горючей составляющей + негорючие минеральные составляющие) обладает лишь кокс (летучих нет вообще) и приближается к нему антрацит (летучих почти нет).
У остальных же сортов угля, даже сортов каменного угля, процент содержания угнлерода в горючей части ниже, а летучих - больше (до 7-10%), а у сортов бурого угля - до 13-15%.

Поэтому соотношение первичного и вторичного воздуха для полноценного (в идеале) сгорания:

- "обычных" (не высококачественных) сортов каменного углей - 1: 1/1+0,1 = 1: 0,9

- сортов бурых углей - 1: 1/1+0,2 = 1: 0,85-0,80.

В то же время, при слоевом сжигании высокоуглеродистых топлив - углей - процесс горения сосредоточен в пределах довольно тонкого топливного слоя, в котором развиваются высокие температуры. Но процесс горения чистого углерода в слое имеет свойство саморегулирования. Такая саморегуляция заключается в том, что количество прореагировавшего (сожженного) углерода будет соответствовать количеству поданного окислителя (кислорода воздуха). Поэтому при постоянном расходе воздуха постоянным будет и количество сожженного топлива. А вот изменение тепловой нагрузки - мощности работы печи или котла в данный момент времени (или в течении определенного периода, в течении какого в топочной камере уголь находится в достаточном для работы топки количестве) в этом случае должно производиться (и производится) за счет регулировки подачи воздуха в камеру сгорания и камеру дожига.

Однако, с углём - иные (чем с дровами) проблемы и трудности.

Для возможности создания высоких температур толщина слоя при сжигании антрацита и кокса поддерживается достаточно большой. При этом рабочей зоной слоя является относительно тонкая нижняя его часть, в которой осуществляются экзотермические реакции оксидирования углерода кислородом воздуха, т. е. происходит собственно горение. Весь вышележащий слой служит как бы тепловым изолятором горящей части слоя, предохраняющим зону горения от охлаждения за счет излучения теплоты на стенки топливника.

Поэтому у "угольных" котлов шахтного типа порожек (высота от поверхности самой колосниковой решетки до нижнего среза "щели" канала в камеру дожига) должен быть меньше чем у "дровяных" - чтобы горел не такой высокий слой каменного угля как слой древесного угля. Это -первое.

Второе. Большое значение для экономичной работы котлов на угле имеет качество самих этих углей. Согласно стандартам для коммунально-бытовых нужд ныне выделяют в основном каменные угли (марок Д, Г, Ж, К, Т и др.), а также бурые угли (очень редко - антрациты и коксы). По размеру кусков угли должны поставляться следующих классов: 6—13, 13—25, 25—50 и 50—100 мм. Зольность угля на сухую массу колеблется в пределах 14—35% для каменных углей и до 20% —для антрацита, влажность — 6—15% для каменных и 20—45% для бурых углей.

При этом значительная часть угля поставляется, однако, несортированным, рядовым, с качественными характеристиками (по влажности, зольности, содержанию мелочи) существенно ниже предусмотренных стандартами.
Сжигание некондиционного топлива происходит несовершенно, с повышенными потерями от химического (если нет или недостаточное количество вторичного воздуха) и механического недожога. Поэтому важной качественной характеристикой угля, влияющей на: эффективность его сжигания, является его фракционный состав. И вот почему.

При повышенном содержании в топливе мелочи она, уплотняясь, закрывает прозоры в горящем топливном слое, что приводит к кратерному, горению, имеющему неравномерный характер по площади слоя. По этой же причине хуже по сравнению с другими видами топлива сжигаются бурые угли, имеющие свойство растрескиваться при нагреве с образованием значительного количества мелочи.

С другой стороны, использование чрезмерно крупных кусков угля (более 100 мм) также приводит к кратерному горению.

Влажность угля, в общем-то, не ухудшает топочного процесса; однако она снижает удельную теплоту сгорания, температуру горения, а также осложняет хранение угля, так как при минусовых температурах происходит его смерзание. Для предотвращения смерзания влажность каменных углей не должна превышать 8%.

И - третье. Очень вредным компонентом в углях является сера (какой нет в дровах), так как продуктами ее сгорания являются диоксид серы SO2 и сернистый ангидрид SO3, обладающие
не только сильными коррозионными свойствами, но и весьма токсичными свойствами - ибо образуют пары серной кислоты Н2SO4, какие разъедают не только металлические поверхности теплообменников котлов, но и лёгкие людей.

Вот такие пироги.

 

Поправка, бурые угли имеют значительный процент летучих, от 40 и выше, больше влаги до 40 процентов, с ней все понятно, принимаем как непреодолимость (если специально не сушить), значит вторички нужно больше, ну и как следствие вопроса первички и вторички как факторов полноценного сжигания, какие условия, обьем камеры дожига, температура должны быть чтобы процесс проходил нормально, есть ли какие количественные данные?

 

некоректно отталкиваться от площадей, ибо нужно учитывать сопротивление каналов (колосника) и скорости воздуха

 

Корректно. Для рассматриваемого здесь случая при неизменной тяге аэродинамическое сопротивление - неизменно. Скорость же движения газов - определяет интенсивность процессов (горения и теплоотдачи - через коэффициент избытка или недостатка воздуха), а никак не конструктивные базовые соотношения (то есть заложенные в конструкцию котла в виде площадей каналов систем подачи) первичного и вторичного воздуха.

 

Я бы не стал говорить, что есть такое мнение. Это соотношение сам придумал. И некогда задвинул на форум. Но это не совсем верное утверждение. Можно брать за исходную точку, не более. В разных конструкциях это будет звучать по разному. Сам это утверждение считаю не верным. Кстати в котлах Калвис 2-70 и Венибе 20, информацию по которым предоставил ув. К. В. (Авиа), это сходится. Но там воздух с боков. Бог его знает на что оно влияет, но факт. Много ньюансов в этом вопросе. Для себя пытаюсь вывести оптимальный вариант на те котлы, которые делаю, и не смотрю по сторонам. Это отвлекает. Но одно могу сказать точно, иногда кажеться, что вторичного не хватает, а на самом деле жуткий перебор. Уменьшение вторичного приводит к лучшему результату. И для задействования вторичного воздуха, нужно создать некоторые условия, тобиш изоляция от водяной рубашки минимум в зоне поджига факела. Вот как то так по шахтным котлам. По опилкам там и делать нечего. В шахтном горят за милую душу и без дыма. Топливо не газит по обьему. Вот и ответ. А вкотле Малко и бог велел. Дрова несколько другая история.
П. С. Калвис использует теплонапряжение колосника около 190 Квт. м2. с прозорами около 20-25% В бытовых котлах всяческими мерами уменьшая сам колосник. То кирпичами по бокам, то на взрослее моделях перекрытием передней части и глушением подачи воздуха через лючек над колосников. В к2-70- это уже чистый колосник с такими параметрами.

 

Да в общем-то - есть.
Но - не буду "спешить поперед батька у пекло" - пусть сначала мастера и волшебники настоящего котлостроения расскажут, а я, так - любитель все го лишь, простенький.