Кузнецов И. |перевод Бороздин П.| Топливное горючее и оптимальное его использование. Индустриализации энергии тепла печей

Топливное горючее и оптимальное его использование. Индустриализации энергии тепла печей

Игорь Кузнецов

Перевод с английского: Бороздин П. В.

Источник: http://www.stove.ru/index.php?lng=1

В течение сгорания или нагрева горючая часть топлива подразделяется на непостоянную часть и твердый остаток. Непостоянная часть состоит из углерода и водорода. Твердый продукт сгорания состоит в большей части из углерода. Сгорание представляет собой химическую реакцию, в процессе которой от определенных веществ производятся другие простые вещества, это комбинация воспламеняющегося вещества с кислородом воздуха, сопровождаемого редакцией тепла. Когда температура в топке достигает 300-350 °C, водород воспламеняется и начинает гореть. В течение нагревания, он испаряется вместе с частью углерода в форме горючих газов – углеводороды. В течение нагревания, это испаряется вместе с частью углерода в форме горючих газов - углеводороды. В течение водорода горючего процесса превращает в водный испарился. Но углерод не горит еще, так как это загорается только в 700 °C. Поэтому густой черный дым истощается от дымохода. Это случается, пока температура в топке не достигает 700°C в каждой точке. В этот момент происходит сгорание углерода (сажа), дым в дымоходе темнеет не так сильно и постепенно исчезает. Однако при такой температуре горючий процесс идет медленно и неточно. Определенная часть горючих газов не воспламеняется целиком. Для того чтобы гарантировать эффективное сгорание, температура в топке должна составить 900 ° C для древесины и 1000° C – для угля.

В случае надлежащей организации реакции горения продуктом сгорания является углекислота от углеродистого сгорания, водный пар от водородного сгорания, азот, так как составляющей части воздуха было нужно для сгорания, и это 4/5 из его объема. Фактически благодаря неравномерному смешению углеводорода с воздухом, воздух должен подаваться количестве близко в 1,6-2,4 раз более, чем по теоретическим вычислениям. Поэтому есть излишек воздуха в топке, которая не приняла участие в горючем процессе, а также водный пар от водного испарения, который обычно присутствует в топливе. Все эти газы называются балластными газами, они не принимают участие в сгорании, а только нагреваются, благодаря теплу извлек от сгорания углерода и водорода, иначе говоря, они снимают полезное тепло.

Молекулы всех вышеприведенных газов двигаются в любом направлении, они не присоединяются друг к другу.

Возможно достичь эффективного процесса сгорания и получить максимальную энергию, но в то же время использовать это тепло неэффективно. Наоборот, возможно извлечь энергию, содержащуюся в топливе целиком, но использовать это эффективно. Поэтому возможно рассматривать, что эффективность печи производится от эффективности вытяжки энергии от топлива и эффективности использования тепла. Горючая эффективность отличает часть (%) от полного ресурса энергии древесины, которая может быть перенесена в тепле в течение топливного сгорания. Возникает вопрос, в какой системе? Если топливное сгорание имеет место в конусе домны, то извлекается больше энергии, чем в системе принудительного движения газа, благодаря меньшему влиянию балластных газов.

Для того чтобы улучшить эффективность вытяжки (т.е. горючее топливо эффективнее) тепла, необходимо увеличить температуру в топке и сократить влияние балластных газов на горючий процесс. Печи, действующие по принципу принудительного движения газа, в том числе противоточный принцип стоились в течение 100 лет. В настоящее время их проект практически не изменился. Деятельность проектировщиков была нацелена на оптимизацию первоначальной и вторичной воздушной поставки и в снижении количества воды на топливо, в сочетании различных каминов в подразделениях, на совершенствование различных частей печи. В целях обеспечения эффективного сгорания необходимо обеспечить количество вторичного воздуха в гораздо большем объеме, чем это требуется теоретически таким образом, чтобы вредные окиси углерода (продукт неполного сгорания) вступил в реакцию с кислородом в воздухе и превратился его в углекислый газ. Важно обеспечить его адекватное смешивание с кислородом, содержащимся в воздухе в объеме топки, таким образом чтобы все выходящие газы вступали в реакцию с воздухом. В противном случае мы будем иметь дело со случаем "грязного" сгорания. Однако в этом случае объем балластных газов, проходящих через систему конвективной печи увеличивается, что приводит к снижению ее эффективности. В течение последних лет дизайн печей с принудительным перемещением газа достиг максимально возможного уровня и нет практически никакой возможности для дальнейшего повышения эффективности их работы.

     В настоящее время все печей во всем мире строятся на принципе принудительного перемещения газа. Тепло накапливающие печи, в основном с использованием принципа противотока. В котельных трубы или канистрах тепло-носителя находится внутри топки. Отопительные печи также строят с применением металлических вставок топки, функционирующей на принципах неполного сгорания или котельных и печей генерирующих газ, в которых стены топки являются поверхностями, извлекающими тепло. Во всех этих печах все газы образуются как результат процесса горения, включая балластные газы проходят через конвективную систему. Балластные газы охлаждают ее, таким образом снижая эффективности работы печи. Топливная энергия, тепло, полученное от сгорания углерода и водорода, не используются полностью, но уменьшаются, благодаря балласту газового отопления. Таким образом можно сделать следующий вывод: в целях повышения эффективности работы печи необходимо уменьшить влияние балластных газов на процесс сгорания.
      В печах с принудительным движением газов нет места для надлежащего размещения котел нагревательный элемент (теплообменник), так, чтобы условия сжигания топлива соответствует условиям извлечения тепла. Если котельные теплообменники находятся внутри топки, температура в ней идет вниз, то есть условия для сгорания топлива ухудшается. В случае увеличения габаритов канала с целью установки теплообменника в энергию потока газа разрежается и температура потока снижается.
Кроме того, эффективность топки вставками и котлов зависит от скорости и теплообмена стоимости через стены из топки и стены воды теплообменника. Условия сжигания топлива вступит в противоречие с условиями теплообмена. Чем больше тепла мы (то есть чем больше мы увеличиваем эффективность теплоотдачи) тем больше ухудшаются условия сгорания топлива, которые снижают эффективность коэффициента извлечения энергии, содержащейся в топливе. Теплообменники, которые размещаются внутри топки (холодный основной) снижение температуры внутри, таким образом, ухудшение условий сжигания топлива.
       При сжигании топлива и теплообмена в тепловых генераторов, построенных в системе свободного движения газов в соответствии с формулой: "На плите в низком уровне и топки объединены в единое пространство создает ниже конус домны" является совершенно иной. Эта формула предполагает наличие сухого соединения (3 см щель) между камином и конусом домны. Топки могут отличаться как в отношении его конструкции и принципу сжигания топлива. Это может быть принцип верхнего горения, принцип нижнего горения, принцип возвращения сгорания, и принципом газовой генерации, и т.д. Любой вид топлива может использоваться для сжигания. Суть этой формулы. Мы говорим о сжигании топлива в топке, расположенной в конусе домны и оптимальном использовании добываемой тепловой энергии. Главная идея концепции состоит в том, чтобы получить максимум тепла при сжигании топлива; полученное тепло должно использоваться в максимальном объеме; проектирования тепловых генераторов должно отвечать функциональным требованиям и обеспечивать оптимального теплового излучения.
        Следует отметить одну важную особенность конуса домны: "Если горячие газы передаются через нижнюю зону конуса домны, последний будет накапливать тепло и излучать через стены или теплообменник, помещенного внутри конуса домны". То есть, проходя через конус домны, газовый поток распределяется в соответствии с температурой газовых компонентов, включенных в газовый поток.
         В топке многослойного типа (принцип верхнего горения), см. схему, рис. 1, слой твердого топлива в большей степени является зоной газификации топлива, из которой газообразные продукты газификации, смешанные с балластными газами поступают в объем топки. В этой области определенная часть холодных балластных газов, будучи самыми холодными и тяжелыми проникают через щель в нижнюю часть первого конуса домны. Зона горения в большей степени находится над слоем в объеме топки, где объемы сжигания отработанных газов происходит за счет подачи вторичного воздуха в этой области. Для улучшения газификации топлива поставка первичного воздуха должна быть ограничена (отопление в ограниченном объеме воздуха), особенно в тех случаях, когда большое количество раскаленного угля остается в топке.
       Процесс при высокой температуре горения возможен только при обеспечении газификации топлива, которое может быть достигнуто только за счет увеличения температуры в топке и создания кислородно-содержащих сред. С другой стороны, только высокотемпературный нагрев способен обеспечить быстрый нагрев всего газифицированного топлива для активизации процесса газификации.
           Высокотемпературный процесс сгорания также возможен в случае отсутствия основного холодного ядра и разделения потоков газа на холодный и горячий. Еще одной причиной повышения температуры в топке может быть регенерация (то есть использование тепла выхлопных газов для обогрева воздуха, необходимого для процесса горения).
         В тепловых генераторах, изготовленных в соответствии с вышеупомянутой формулой все условия полного сжигания топлива легко реализуются: поставка оптимального количества первичного и вторичного воздуха; хорошее перемешивание воздуха с топливом, высокая температура внутри топки; должная проектировка топки (горения заканчивается в топки пространстве, а не выше, чем катализатор, и не далее, чем сухой шов). Несоблюдение хотя бы одного условия, приведет к неполному сгоранию топлива.                         Эти условия поддерживаются благодаря распространению холодных и горячих газов; отсутствие холодного ядра в топке снижающее температуру внутри нее; регенерация (использование тепла отходящих газов для обогрева воздуха, необходимого для процесса горения); использованием катализаторов горения и т.д.
       Одной из главных задач является поставка вторичного воздуха. Наилучшими способами подачи вторичного воздуха из зольника являются следующие два: первый - через щель в двери топки-5, а второй - в соответствии с катализатором, либо через катализатор, а также небольшое количество через «сухой» шов. Используя первый способ, вторичный воздух посредством дымоходной тяги идет над слоем горючего (будучи охлажденным), в «сухой» шов, обеспечивая окисление углеводородов. Часть избытка воздуха и балластные газы, которые не принимают участие в реакции, сбрасываются в нижнюю часть конуса домны. В этом случае турбулентность потока обеспечивается как при сгорании газов, включая горячий поток идущий вверх. Используя второй путь, воздух проходит через камеру из топки стены-8 под катализатора или в катализатор, а также на совместной основе сухого щель-9, которая нагревается на этом пути. Катализатор горения обеспечивает турбулентность движения на выходе потока и высокую температуру, что особенно важно в конце зоны горения, когда концентрация горючего и окислителя является низкой, они отделены друг от сгорания продукта делает их взаимодействие трудно. Иными словами, это обеспечивает полное сгорание. То же самое можно сказать о газовых потоках, проходящих через «сухие» швы, где он окисляется.
         Сумма среднего избытка воздуха не имеет большого влияния на сокращение объема эффективности печи.
     Когда сжигание топлива происходит в топке размещенной в конусе домны топки, степень извлечения энергии из топлива возрастает. Балластных газы будучи холодными и тяжелыми не могут подниматься, через «сухой» шов и нижнюю часть домны топки они перемещаются во вторичный «сухой» шов для дальнейшего использования. Большая часть топлива отправляется в первую домну для использования.

В конусе домны энергия концентрируется независимо от ее размеров и сохраняется там до тех пор, пока температура внутри нее, по крайней мере, немного выше, чем температура выхлопных газов из домны, то есть до тех пор, пока она поглощается теплообменником.
Условия оптимального использования выхлопной энергии также хорошо реализованы, также за счет использования системы «двухколпаковой домны». Эта система очень гибкая, она дает возможность для разработки большого числа печей различного назначения и видов. Конус домны может иметь любую форму и объем. Котел, теплообменник, паровой генератор, автоклав, а также тепло-накопительное устройство, обеспечивающие тепловой выброс в течение 24 часов, а также и другое оборудование может быть установлено внутри него. В отличие от систем с принудительным движением газов, система снабжена системой сжигания топлива в условиях, соответствующих условиям теплового обмена, то есть во время увеличения теплоотдачи печи, условия сжигания не изменятся.
На основе этой теории были разработаны новые принципы проектировки для блоков сжигания угля и газогенерирующего котла. Они обеспечивают полный контроль процесса пиролиза на каждом этапе процесса, а также в ходе подготовки исходного сырья.