Поездка в Европу с P.S

С 1.08 по 17.08.06 г по приглашению Jan Clod Raybaud (Жан Клод) совершил поездку во Францию. Жан Клод, предприниматель из Франции занимается много лет вопросами, касающимися использования восполняемой энергии.

В частности выполняет работы по отоплению и горячему водоснабжению зданий с использованием солнечной энергии. Его заинтересовали наши работы по печному отоплению и горячему водоснабжению зданий. Так около года назад началось наше сотрудничество. За это время Жан Клод провел большую работу и организовал заводское производство печей нашей Системы из сборных шамотных элементов. Целью его работы было создание многофункциональной печи, способной в зимнее время обеспечить дом отоплением и горячей водой. Включить её в единую систему водяного отопления и горячего водоснабжения от двух источников энергии, солнца и дров. Кроме того, печь должна быть красивой и давала возможность готовить в ней пищу. С этой работой он справился очень хорошо. За короткое время было создано производство и организовано изготовление хлебной печи с регистрами водяного отопления.

Печь, двухъярусный колпак, имеет размеры 0.8х0.9х1.7 метра. Наружные стенки имеют толщину 60 мм. Печь имеет закрытую камеру для приготовления пищи. Внутри вставлены два регистра из труб 1 и 1.5 дюйма с развернутой поверхностью 1.76 квадратного метра. Размеры печи приняты в соответствии Европейским стандартом EN15250. По этой причине выполнить в ней катализатор с подачей в него вторичного воздуха было нельзя из-за малой высоты топливника. Объем топливника равен 86 литрам. Площадь стен топливника 0,88 м.кв., пода и перекрытия - 0,15 м.кв. Весь воздух, необходимый для горения, подается через регулируемое отверстие в поддувало снаружи помещения. Откуда вторичный воздух подается в щель перед дверкой и три ряда прямоугольных отверстий в задней стенке печи. Устройство щели перед дверкой было вызвано тем, что топочная дверка не имеет отверстий снизу и сверху для подачи вторичного воздуха. Ширина щели (сухого шва) 2 см. Для тестирования и доводки печей было приобретены различные приборы фирмы Testo www.testo.com.

Теплопроизводительность регистров не проверялась из-за отсутствия расходомеров воды. Регистры закольцованы с баком теплоаккумулятором емкостью 2.5 тонны, а также по малому кольцу «прямая - обратная труба» через термостат, открывающий путь по большому кольцу при температуре теплоносителя 55 градусов. После чего включается циркуляционный насос. При испытании печи батареи отопления нагревались.

Конструкция печи выполнена так, что её можно собирать и разбирать в любое время, так как соединение элементов выполняется без применения связующего раствора. Это позволило за время моего пребывания у Жан Клода, провести несколько экспериментов и испытаний печи.

В частности испытывались следующие режимы горения:

  1. Без подачи первичного воздуха;

  2. С подачей избыточного первичного воздуха через колосники:

  3. С подачей первичного воздуха через отверстия общей площадью 5-10% от площади пода.

Наилучшие показатели печь показала в последнем случае. Во всех испытаниях мы изменяли общий объем подаваемого воздуха. Кроме того, испытывался вариант с измененной толщиной наружных стенок печи. Нижний колпак обкладывали шамотными плитами толщиной 60 мм и глиняным кирпичом на ребро с другой стороны. Дыма из трубы практически не было на всем протяжении испытаний, запаха дыма тоже. Печь работала при разрежении в топливнике 10Ра и не дымила при открытой дверке. Испытания проводились в режиме пользования печью рядовым потребителем. То есть применялись не рубленые дрова различного диаметра, длины и пород, ветки, а так же отходы деревообработки. В этом случае между дровами образовывались большие прозоры (расстояния между поленьями). Зажигали дрова сверху. Сжигали одну закладку дров без подкладывания. Во время испытания жарили в варочной камере картошку «в мундире» и с удовольствием ели её. Результаты испытания приведены здесь (Feuil 1, 2, и 4): График 1.

Проводились замеры изменения температуры наружных стенок печи. Результаты изменения температуры правой стенки печи в четырех точках, отмеченных на графике, приведены здесь: График 2.

При испытании печи с одинарными стенками 17.12.05 года, нагрев стенки между точками 2 и 3 достигал температуры 125 градусов, что недопустимо. Второй колпак в точке 4 нагревался до 48 градусов. Правда, по словам Жан Клода, испытания проводились в соответствии с принятыми нормативами, то есть качество дров было лучше и их количество больше. Из сказанного вытекает, что при исполнении указанной печи с двойными стенками происходит перераспределение тепла. Регистры нагреваются больше, а стенки нагреваются до допустимой температуры и дольше держат тепло.

Следует отметить, что во время испытаний, мы несколько раз приоткрывали на небольшую величину дверку топки, что бы проверить характер изменения горения. Так же открывали дверку и ворошили угли. В том и другом случае время не фиксировали.

По результатам экспериментов и наблюдений можно сделать следующие выводы: При сжигании топлива без подачи первичного воздуха происходит медленное чистое горение топлива при относительно низких температурах. Такое сжигание топлива можно применять в отопительных тонкостенных печах. При подаче первичного воздуха в количестве большем, чем вторичного, в общем объеме подаваемого воздуха, происходит «грязное» горение. При подаче первичного воздуха в количестве меньшем, чем вторичного, в общем объеме подаваемого воздуха, происходит чистое горение при относительно большей температуре, чем в первом случае. Следует отметить, что в конце горения, когда в топке остаются тлеющие угли, резко повышается выход окиси углерода (СО). Хотя внешне это ничем не проявляется ни по изменению цвета углей ни по другим внешним признакам. Этот вопрос требует изучения. При всех испытаниях фиксировалась пониженная температура выходящих газов в трубе.

Практика показывает, что применение катализатора с подачей вторичного воздуха в него и под него, а так же уменьшения первичного воздуха в общем объеме подаваемого воздуха, улучшает газификацию топлива и повышает температуру в топливнике примерно в полтора раза, при чистом горении. Например, в дровяной банной печи БИК (банная печь Игоря Кузнецова) температура больше 1060 градусов Цельсия. Камень жадеит, температура плавлении которого 1060 Со плавится. Это можно посмотреть здесь: Печных дел Мастера Такое сжигание топлива позволяет строить любые многофункциональные печи, в том числе промышленные печи для выполнения технологических задач, решаемых в высокотемпературном поле, котлов водяного отопления, печей для бань и т.п. Оптимизируется температура выходящих газов.

Кроме выше указанных испытаний мы испытывали другую аналогичную печь, в которой дрова укладывались стоя с небольшим наклоном назад. Печь выполнена без сухих швов и регистров. В этой печи колосниковая решетка выполнена из четырех шамотных элементов в виде треугольников, установленных на основание вершиной вверх. Между элементами имеются щели примерно 10 мм, для подачи первичного воздуха. В начале сжигания топлива, когда угли не забивают щели между колосниками, происходит энергичное горение с выделением из трубы дыма (грязное горение). По мере забивания щелей, горение становится чище. Топочную дверку открывать нельзя из-за дымление через неё.

Суммируя все сказанное можно сделать выводы:

  В нашей Системе оптимальным является сжигание топлива с регулируемой подачей как первичного, так и вторичного воздуха. При этом объем подачи первичного воздуха должен составлять меньшую долю в общем объеме подаваемого воздуха. В крупных тепловых агрегатах можно автоматизировать подачу воздуха в зависимости от состава и температуры выходящих газов во всех стадиях горения. Это позволит оптимизировать во всех отношениях сжигание в них топлива. Важно правильно организовать подачу вторичного воздуха. При этом избыток воздуха повышает чистоту сгорания топлива и мало влияет на изменение КПД.

  Топливник по высоте должен быть ограничен катализатором в виде решетки из шамотных элементов с подачей в эту зону вторичного воздуха.

  Топочные дверки применять те, у которых имеется возможность регулируемой подачи воздуха как в нижней, так и верхней части.

  Стенки нижнего колпака нужно делать двойными.

Я благодарен г-ну Jan Clod Raybaud и судьбе, что у меня была возможность принять участие в некоторых экспериментах и испытаниях печей. В России у меня нет возможности выполнить такую работу из-за отсутствия лаборатории, приборов, специалистов по испытанию и финансирования.

К сожалению, во время поездки у нас не было возможности, необходимых приборов и модели для замеров температуры и состав газов по высоте топливника и колпака. Эти данные необходимы многим ученым для изучения законов «Системы свободного движения газов». Здесь нас могут ждать большие открытия.

Очень важно было бы провести испытания на общую теплоотдачу печи от сжигания измеренного количества дров. На мой взгляд, при сжигании топлива в нашей «Системе» выделяется из топлива примерно в 1.5-2 раза больше энергии, чем при сжигании в системе «принудительного движения газов», частным случаем которой является система «Противотока», применяемая на Западе. Это объясняется тем, что тепло, полученное в результате реакции горения в «системе принудительного движения газов», разбавляется балластными газами (азот, излишний воздух, водяные пары), забирающими тепло на свой нагрев, и в смешанном состоянии поступает для нагрева теплообменника. Тепловой агрегат «системы принудительного движения газов» состоит из топливника и конвективной системы в виде дымовых каналов, по которым газы двигаются вверх, вниз, вправо или влево, по пути отдавая свое тепло стенкам каналов. В этой системе все продукты горения (в том числе холодные балластные газы) и тепло единым потоком проходят весь путь по дымовым каналам. По аналогии можно говорить, что в поток горячей воды добавляется холодная вода, которая уменьшает её температуру, и эта разбавленная вода поступает для нагрева теплообменника. Если в канале сделать камеру большого объема, для размещения теплообменника, то при прохождении газового потока через неё энергия его рассеивается и нельзя нагреть теплообменник до большой температуры, поэтому единственное место для размещения теплообменника - это топливник. Однако в этом случае холодные поверхности теплообменника резко снижают температуру в топливнике и ухудшают условия реакции горения, то есть уменьшается КПД изъятия энергии из топлива.

В тепловом агрегате нашей Системы теплообменник размещается не в топливнике, а в колпаке, в котором газовый поток сгущается в верхней зоне колпака, и его высокая температура воздействует на теплообменник. Топливник устанавливается в колпаке. Отсутствие холодных поверхностей теплообменника в топливнике повышает в нем температуру. Конструкция топливника обеспечивает отделение условно холодных балластных газов от газового потока и направление их мимо теплообменника низом колпака в трубу или второй колпак. Условно холодные балластные газы не могут подняться в верхнюю зону колпака из-за их большего веса и охладить газовый поток. По аналогии, вода выталкивает на поверхность вещества с меньшим удельным весом, чем у неё. Такая конструкция теплового агрегата позволяет создать в топливнике высокотемпературное поле, в котором происходит газификация топлива и оптимальное его сжигание. Газовый высокотемпературный поток, очищенный от балластных газов, поднимается в верхнюю зону колпака и воздействует на теплообменник. Котлы, построенные по этой технологии, показывают ошеломляющие, фантастические результаты. Этот факт подтверждается результатами эксплуатации дровяного котла нашей Системы в отопительном сезоне 2005-2006 г, построенного Пермской фирмой ООО «Вист», тел. 8(342)2530164, vist-k@inbox.ru . Котел размером 195х169 и высотой 210 см отапливает цех размером 36х16 м, высотой 9 м, в том числе 60 м2 двухэтажная часть. Стены из кирпича 52 см.

Площадь: 36х16+60=636 м2. Объем здания: 36х16х9=5184 м3. Потребность в трубе 57х5, (10х149+2х123)х4=70 п.м. на котел. Тепловоспринимающая поверхность труб 3,14х0,057х70=12,52 м.кв., что примерно соответствует мощности 126 кВт. Температура на выходе 65-70 гр. (могли больше), на выходе не мерялась. Топливо горбыль сосновый сырой, расход 1 м3 в сутки. Мощность по сжигаемому сырому топливу 57 кВт. По словам представителя фирмы Машьянова С.А. котел поддерживал температуру в цехе 18 Со, при наружной температуре доходящей до -40 Со. Этот факт требуется подтвердить или опровергнуть испытаниями. О хорошей работе котлов говорят отзывы и других заказчиков. Возможно, что такие испытания нельзя будет провести с помощью приборов «Тесто».

Во время пребывания во Франции меня пригласили посетить крупную старейшую Немецкую фирму Wolfshöher Tonwerke, которой в этом году исполняется 150 лет. Эта фирма расположена вблизи Нюрнберга (Nürnberg) и имеет в своем составе три предприятия в различных городах. Выпускает высококачественные шамотные элементы для кладки бытовых дровяных печей, а также необходимые для кладки материалы (мертели и штукатурки) экологически чистые, со строго заданными свойствами. Поехали мы туда с Жан Клодом и Фридрихом Мотовитским (Friedrich Motovitski), он встречал нас и сопровождал в поездке по Германии с 13.08 по 15.08.06г. Директор фирмы г-н Konrad Kügel любезно ознакомил нас с производством.

Меня приятно удивило высокоавтоматизированное производство. В цехах можно редко встретить людей, на всех переделах работают роботы. Удивительно то, что фирма работает на четырех различных глинах, свойства которых меняются по мере разработки карьеров, а заданные свойства шамотных элементов строго выдерживаются. Это направление деятельности фирмы (лабораторию) возглавляет г-н Johann Reis, выпускник 1977 года, кафедры «Технология Силикатов» Уральского Политехнического института, расположенного в Екатеринбурге. Это же институт окончил и я. Управление технологическим процессом осуществляется с использованием компьютеров. Фирма выпускает тысячи различных наименований элементов и материалов высокого качества. Её услугами пользуются многие печники Германии и прилежащих стран. Из таких элементов можно сконструировать и построить любую печь нашей Системы. Об этом нам можно только мечтать.

После ознакомления с производством фирмы была организована встреча с ведущими специалистами фирмы. Во встрече принимали участие: директор г-н Konrad Kügel, технический руководитель фирмы г-н Axel Wolf, специалист по новой технике г-жа Ulrike Wolf, инженер г-н Friedrich Motovitski, начальник лаборатории г-н Johann Reis, г-н Жан Клод и я. Несколько часов я рассказывал о нашей системе и отвечал на вопросы. Наша Система проектирования печей вызвала большой интерес и получила очень высокую оценку. Г-н Konrad Kügel назвал её гениальной. В порядке обсуждения обменялись мнениями о возможных путях сотрудничества. Такую же оценку дал нашей Системе генеральный директор Национальной Лиги Печников России г-н Копанев В.Н. после моего выступления 16.06.06 г, на внеочередном собрании печников Лиги и Гильдии печников Москвы.

И.В. Кузнецов 01.09.2006 г.

01/09/2006 © Igor Kuznetsov"Kuznetsov's

P.S.

Мои предположения о разнице в эффективности теплогенераторов системы «Принудительного движения газов» (далее системы ПДГ), и системы «Свободного движения газов» (далее СДГ), вызвали даже у моих сторонников неоднозначную реакцию, так как в этом случае затрагивается сама основа теплотехники, «удельная теплота сгорания топлива», важнейший показатель практической ценности топлива. Попробую уточнить некоторые моменты, которые вызвали у меня желание опубликовать данное предположение, кроме данных о суточном количестве сжигаемого топлива, которое мне сообщил Машъянов С.А.

Чтобы получить хорошее сжигание топлива в системе ПДГ, необходимо точно сбалансировать подачу первичного и вторичного воздуха. Недостаточная подача воздуха, по отношению к его оптимальному значению, приводит к повышенному расходу топлива за счет неполного его сгорания и грязному горению. При чрезмерном увеличении количества подаваемого воздуха процесс будет менее эффективным из-за потерь на нагрев избыточного воздуха. Кроме этих потерь, имеются потери на нагрев водяных паров и азота, выделившегося из воздуха, который участвовал в реакции горения. Избыток воздуха, азот, водяные пары забирают тепло выделившееся в результате реакции горения и уносят его в трубу, уменьшают температуру газов, идущий на теплообменник, а так же температуру горения топлива.

При сжигании топлива в теплогенераторах системы СДГ, в отличие от теплогенераторах системы ПДГ можно подавать избыточное количество воздуха. Это улучшает окисление кислородом воздуха горючих газов, при этом существенное влияние балластных газов на реакцию горения исключается. Они, как наиболее холодные и тяжелые выталкиваются вниз и низом колпака через сухой шов (щель), уходят в трубу унося меньше тепла и не воздействуют на теплообменник. Профессор В.Е. Грум-Гржимайло в книге "Пламенные печи" издание 2-е стереотипное, Госмашметиздат, Л-М, 1932 году упоминает «Закон о делении газовых потоков». Это объясняет, почему в топливнике теплогенераторов системы СДГ при правильной подаче первичного и вторичного воздуха возникает высокотемпературное поле, где происходит термическое разложение топлива, разделение газового потока и сжигание выделившихся газов. При этом, чем выше температура в топливнике, тем лучше условия газификации топлива, выше температура реакции горения и большая температура газов идущая на нагрев теплообменника. Возможно, этим и объясняются невероятные, фантастические результаты работы котла в Перми. Однако я считаю, что этот факт требуется подтвердить или опровергнуть испытаниями.

Теплоту сгорания определяют не только теоретически, но и опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах, называемых калориметрами. Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в колориметре. Результаты, полученные этим методом, близки к значениям, рассчитанным по элементарному составу топлива.

Кроме указанного метода, существуют и другие методы определения теплоты сгорания. В статье, Определение теплоты сгорания твердого топлива при сжигании в малометражных котлах авторы: Л.Л. Покровский, вице - президент Академии строительства Украины. А.П. Дудников, к.т.н., заслуженный машиностроитель Украины. И.А. Перекупка, старший научный сотрудник. Предлагается новая методика определения теплоты сгорания твердого топлива, разработанная в СИЦОО (г. Киев). Испытания теплогенераторов, предназначенных для отопления и горячего водоснабжения зданий индивидуального строительства, проводятся в режиме сжигания одноразовой загрузки твердого топлива. К этим теплогенераторам относятся чугунные и стальные отопительные котлы мощностью до 100 кВт. Главным элементом испытания является определение низшей теплоты сгорания твердого топлива. Ими разработана методика для определения теплоты сгорания твердого топлива при его сжигании в теплогенераторах с одноразовой загрузкой, позволяющая получить точные результаты при значительном уменьшении массы первичной пробы топлива. Это уменьшает трудоемкость испытаний, а благодаря определению фактической зольности по анализу всей массы очаговых остатков, повышена точность определения теплоты сгорания.

Таким образом можно говорить, что определение теплоты сгорания топлива производится в теплогенераторах системы ПДГ путем сгорания, в которых влияние балластных газов велико.

Влияние балластных газов на процесс горения и теплотворную способность топлива можно проследить на примере сжигания ацетилена при газосварочных работах. Теплотворная способность ацетилена будет зависеть от вида применяемого окислителя. Если подавать в зону горения воздух, вместо кислорода, то температура реакции горения и энергия изъятая из ацетилена будет недостаточна для резки и сварки металла.

На диаграмме 1 показано три графика, Feuil 1, Feui 2, Feuil 4. На Feuil 2 приведены значения СО, СО2 , О2 , Т- дымовых газов, КПД . На графике Feuil 4, показана температура в топливнике и в подъемном канале во второй колпак. Я не специалист по испытаниям.

Norbert Senf mheat@heatkit.com любезно выполнил приближенные вычисления результатов испытания печи во Франции по методике используемой в Северной Америке, вот они:

Из расчетов, выполненных по таблице, средние величины испытания,  0.208%; Температура- 13.6%; CO -проводившегося более 88 минут, составляют: O2   173F. Если мы введем эти значения в таблицу-выходящих газов в дымовой трубе  Condar , которую мы использовали для других испытаний, мы получим эти значения для печи двойной колпак со змеевиком: Общий КПД составляет 80%, что является очень высоким показателем, вычисленным с использованием метода, применяемого в Северной Америке. Если мы добавим 11% скрытых потерь теплоты (потеря воды при испарении), то мы получим европейский КПД 91%.

Я привел здесь доказанные испытаниями факты и цифры и не привел не доказанные цифры и предположения, прошу прощения за это. Это объясняется тем, что испытуемая печь по сути является котлом с очень высоким КПД и чистым горением. В  121-этом испытании температура выходящих газов была ниже допустимой нормы 250F  оC. В испытываемых печах в Канаде, в которых нет змеевиков, температура выходящих газов была в норме при высоком КПД.

Ассоциация печников Северной Америки (МХА) проводили некоторые испытания наших печей в Канаде, но результаты не опубликовали, http://mha-net.org/docs/v8n2/wildac06c.htm , http://mha-net.org/docs/v8n2/wildac06d.htm . Alex Chernov alex_stovemaster@yahoo.ca , принимал участие в испытаниях и сообщил мне по телефону, что КПД печей по результатам испытания очень высокие, нижней печи 87 %, а верхней 85% , температура выходящих газов соответственно 121Со, и верхней 149 Со.

Это же подтвердил Norbert Senf :

Ваши эксперименты с первичным и вторичным воздухом представляются интересными, с интересными результатами. В ходе испытаний, проведенных нами с Alex Chernov, я был удивлен низкими температурами в дымоходе, низким количеством избыточного воздуха, что показывает очень высокую эффективность. Однако во всех случаях воздушные системы содержали только первичный воздух, и у меня сложилось впечатление, что сгорание было довольно грязным. У нас была проблема с измерением СО , но содержание СО представлялось очень высоким. Если это происходит лишь из-за воздуха, подаваемого под слой топлива, то это хорошо, поскольку в данном случае проблема устранима.

Норберт Сенф пишет, что при испытании печей были проблемы с измерением СО. Поэтому, утверждение о высоком СО спорно , хотя на мой взгляд и имеет основания быть. Надо учесть, что в том и другом случае испытывались многофункциональные печи и выполнены они были без учета рекомендаций изложенных в статье "Сжигание топлива ...". В другой системе сжигания топлива, ничего подобного создать нельзя.

Мы прошли нелегкий путь от полного непонимания и отрицания нашей системы до признания фактических результатов нашей работы. Наши работы получили высокую оценку ученых из различных институтов, среди них академики, д.т.н., к.т.н. Помогло то, что наши работы пользуются большим спросом и отличными отзывами. Необходимо создание исследовательской, научной и учебно-методической базы в Екатеринбурге по изучению и развитию «системы свободного движения газов», с привлечением к работе ученых. Нужна преемственность в развитии системы. Нужны такие моторные люди как Жан Клод, заинтересованные в конечном результате, который быстро переделывал печь для проведения различных экспериментов. Система ПДГ изучалась десятками тысяч людей и доводилась в лабораторных условиях не одно столетие. Я везде говорю и пишу, что наша система находится в начальной стадии развития. Её законы никем не исследованы, требуют изучения и новых методов испытания. Ждать от меня ответы на многочисленные вопросы, требовать от меня идеальных результатов работы печей по всем нормативным параметрам, как это некоторые люди пытаются делать, очень не серьезно . Г-н Кюгель сказал на встрече немецкую поговорку: "Was nichts kostet, ist nichts Wert", примерно, "Что ничего не стоит, не имеет ценности", или "Что достаётся бесплатно, не ценится". Я хорошо понимаю смысл высказывания. Однако у меня нет другой возможности оставить наработанные материалы людям, так как я уже стар.

Мы добились хороших результатов в создание нового метода сжигания топлива (без учета предположения, что в системе СДГ выделяется из топлива примерно в 1.5-2 раза больше энергии, чем при сжигании в системе ПДГ, которое требует доказательство). Об этом говорят результаты испытания печей, проведенные во Франции и Канаде. Наша система «сжигания топлива в колпаке и оптимальное сохранение выделившейся энергии» позволяет довести (повысить) КПД энергоустановки, по методу испытания применяемого в Северной Америке, до 80-87 % , против 70 % который показывают сертифицированные энергоустановки при сжигании твердого топлива. Эта система применима для сжигания любого вида топлива, включая не восполняемые источники энергии, газ, нефть, уголь. Внедрение её в жизнь позволит экономить много миллиардов долларов США. Нужны финансовые вложения, так как дальнейшее развитие сдерживается из-за их отсутствия. Требуется разработать ряд типовых решений энергоустановок, сертификация и доведения их до возможности использования в энергетике. Потребность в энергоустановках в условиях уменьшения невосполняемых источников энергии, безгранична. Сейчас человечество растрачивает принадлежащие будущим поколениям источники не восполняемой энергии. Это неизбежно приведет к экологическим проблемам и катастрофам на земле, на которой должны жить будущие поколения.

И.В. Кузнецов 12.10.06 г.

12/10/2006 © Igor Kuznetsov "Kuznetsov's stoves"

stoves"