Презентация системы СДГ в Word

Ищем спонсоров этой статьи. Благодарность и их имена будут названы в ее заголовке.

Срочно требуется средства для продолжения испытаний дровяного котла. Для приобретения или аренды некоторых приборов, оплаты проезда, проживания и работы ученых Уральского Государственного Политехнического Университета УГТУ-УПИ в Москве.

Презентация системы СДГ в Word.

Природа земли создана Высшим Разумом, в ней все сбалансировано, само регулируемо и оптимально. Человек является сам частичкой природы и создан ею. Поэтому человеку не дано создать что-то более совершенное. Он должен выявлять законы природы, изучать и следовать им. Мы во всей своей деятельности стараемся следовать этому принципу.

В настоящее время при сжигании любого топлива в топке любого вида при всех типах топочных процессов (слоевой, факельный, вихревой) при использовании воздуха в качестве окислителя основной целью является уменьшить влияние балластных газов, от количества которых зависит теплосодержание продуктов сгорания топлива, температура потока, в котором ухудшаются условия сгорания топлива.

Для этого используют:

Сухое топливо,
Минимизируют количество подаваемого воздуха, при котором не возникает неполного сгорания топлива, и нет излишнего количества воздуха.

Наша система предполагает другой механизм уменьшения влияния балластных газов на процесс сжигания топлива, а так же использования выделившегося тепла. Он основан на естественных законах природы.

Основу теории свободного движения газов заложил русский ученый, металлург, член-корреспондент АН СССР, профессор Грум-Гржимайло Владимир Ефимович (1864-1928). В дальнейшем, работу по совершенствованию системы печей на принципе «свободного движения газов (СДГ)» проводил ученик и последователь Грум-Гржимайло, кандидат технических наук Подгородников (Подгородник) Иосиф Самуилович (1886-1958). Он предложил строить печи по схеме «двух ярусный колпак».

Я учился на трудах Подгородникова И.С.

Основная идея, лежащая в основе теории СДГ, сформулированная В.Е. Грум-Гржимайло следующая:

Струйка горячего газа в окружении холодного всплывает вверх, как более легкая. При проектировании печи в каждой её части задавать такое направление движения газов, которое отвечало бы их естественному стремлению, горячий газ вверх, а струйки охлажденного вниз.

В своих работах В.Е. Грум-Гржимайло и И.С. Подгородникову не удалось решить важнейший вопрос организации естественного движения газов в топочной камере в соответствии с этим классическим определением.

На чертеже показана печь Грум-Гржимайло.

Естественное движение горячих газов в топочной камере можно обеспечить только в теплогенераторе построенном по запатентованной мной формуле:

Нижний ярус и топка объединены в единое пространство и составляют нижний колпак.

Колпак, это перевернутый вверх дном сосуд. В нем холодные частицы выталкиваются вниз, горячие всплывают вверх. Этой формулой предусматривается обязательное наличие «сухого шва». Сухой шов, это вертикальная щель шириной 2-3 см. соединяющая топку и колпак. Топка может быть различной, как по конструктивному исполнению, так и по принципу сжигания топлива. Топливо может сжигаться любое.

Суть формулы:

Речь идет о сжигании топлива в топке, размещенной в колпаке и объединенной с ним через вертикальную щель 2-3 см (сухой шов) в единое пространство.

Такое построение позволяет создать и в колпаке, и топке условия, в которых движение газов отвечает их естественному стремлению:

горячий газ вверх, а струйки охлажденного вниз.

Эта формула соответствует теории В.Е. Грум-Гржимайло.

Новизна заключается в том, что при таком построении теплогенератора не только в колпаке, но и в топке создаются условия для естественного движения газов.

При этом могут быть выдержаны нижний и верхний предел удельного теплового напряжения топочного объема.

Суть концепции:

получить из топлива максимальное количество тепла при его сжигании;
полученную теплоту использовать в максимальном объёме;
конструкция теплогенератора должна отвечать функциональным требованиям и обеспечивать оптимальную теплоотдачу.

Решение этих задач стало возможным в системе «свободного движения газов» (СДГ), где топка теплогенератора устанавливается в колпак и объединяется с ним в единое пространство через «сухой шов» (щель).

Можно эффективно сжигать топливо, получая из него максимально возможную содержащуюся в нем энергию, но при этом не эффективно использовать это тепло. Напротив, можно не изымать в полной мере энергию, содержащуюся в топливе, но эффективно использовать её.

Поэтому можно считать, что КПД энергоустановки складывается из:

КПД изъятия энергии из топлива
КПД использования выделившегося тепла.

Использование (КПД) выделившегося тепла в системе СДГ и ПДГ, и в чем различие.

Движущийся газовый поток в теплогенераторе с любой конвективной системой, переносит тепловую энергию и продукты сгорания. Что бы выяснить разницу механизма движения газового потока в системах «принудительного движения газов (ПДГ)» и СДГ представим, что источником тепла является электрический обогреватель. В этом случае не надо удалять продукты сгорания.

Заполним колпак порцией горячего воздуха. Горячий воздух, как более легкий, поднимется вверх, вытеснит холодный тяжелый воздух из колпака и будет находиться там длительное время, пока не отдаст свое тепло стенкам колпака.

Если горячий воздух, генерируемый электрическим нагревателем C (Fig.A1), постоянно подается в колпак Fig. A1, то часть теплоты потока воспринимается стенками колпака и теплообменником В, размещенном там. Если тепла генерируется больше, чем может воспринять колпак с теплообменником, то лишнее тепло (охлажденный воздух из нижней зоны колпака) переливается во второй колпак К2 и оттуда в К3, если К2 не сможет воспринять все тепло. Движение горячего воздуха в колпаках происходит без тяги трубы за счёт естественных сил природы и не требует внешней энергии. В системе ПДГ перенос тепла возможен только за счет тяги трубы.

Если пропускать через нижнюю зону колпака поток горячего воздуха, при дутье (D) равном тяге (T) Fig.A2, то тепло потока под действием архимедовой силы поднимается вверх, где происходят теплообменные процессы. Тепло горячего воздуха будет передаваться стенкам колпака и теплообменнику, помещенному внутрь колпака, а избыток тепла (охлажденный воздух) выходит наружу в колпаки К2, К3 и т.д., если они есть. Теплообменником могут быть регистры водяного котла, калорифер воздушного отопления, реторта для газификации топлива, технологические материалы и т.п Теоретически можно подобрать такой теплообменник, который будет забирать все тепло. В этом случае можно говорить, что КПД использования выделившегося тепла будет близок к 100%.

Теплопередача от газа к теплообменнику зависит: от площади контакта теплообмена; от разницы температур; от времени контакта (и др.). Чем они больше, тем больше теплопередача.

Колпак может иметь любую форму и объем, в который можно вставить теплообменник, то есть увеличить теплообмен.

То же самое будет, если пропускать через нижнюю зону колпака, при дутье (D) равном тяге (T), поток газа, полученный в результате сжигания любого вида топлива в сторонней топке любого вида при всех типах топочных процессов при использовании воздуха в качестве окислителя Fig.A2. Поток содержит продукты сгорания, которые представляют собой смесь различных газов, в том числе балластных. Молекулы их совершенно самостоятельны, не сцеплены между собой. Продукты реакции сгорания: углекислота от сгорания углерода (СО2); водяные пары от сгорания водорода, а так же балластные газы, - водяные пары топлива; азот; излишний воздух, которые являются вредными составляющими потока, так как участия в горении не принимают, а только нагреваются за счет теплоты сгорания углерода и водорода, то есть забирают полезное тепло.

Этот газовый поток, проходя через нижнюю часть колпака, разделяется по составу. Каждая частица газового потока имеет свое состояние: вес, температуру, энергию и занимает в колпаке место, определенное этим состоянием за все время свободного движения через колпак. Горячая составляющая потока под действием архимедовой силы поднимается вверх, воздействует на теплообменник и находится там все время, пока газы не охладятся. Холодная, тяжелая и вредная составляющая потока проходят низом колпака, мало воздействуя на теплообмен. Наиболее холодные струи имеют наибольшую скорость, проходят низом колпака и мало воздействуют на теплообменник. Аналогия, движение воды над глубоким омутом на дне которого всегда «тихо».

Из сказанного следует важный вывод: При пропускании газового потока через колпак повышается КПД использования выделившегося тепла, так как уменьшается влияние балластных газов на теплообмен.

При таком построении теплогенератора увеличивается площадь теплообмена и время контакта горячих газов с теплообменником, то есть улучшается теплообмен. В системе ПДГ этого сделать нельзя. Если убрать сухой шов, то все газы смешиваются.

В системе ПДГ, все продукты сгорания проходят через топочную камеру и каналы конвективной системы теплогенератора, смешиваются в единый поток, то есть уменьшают температуру и полезную теплоотдачу потока. Движущей силой потока является тяга трубы. Чтобы уменьшить влияние этого фактора и повысить КПД теплогенератора надо уменьшить количество балластных газов и уменьшить их влияние на теплообмен.

Количество балластных газов уменьшают за счет сжигания более сухого топлива, а так же улучшения смесеобразования (уменьшить коэффициент избытка воздуха - λ, не допуская неполного сгорания).

Отсюда следует важный вывод: КПД использования выделившегося тепла, полученного в результате сжигания любого топлива в топке любого типа при использовании воздуха в качестве окислителя, имеет наибольшее значение в конвективной системе, выполненной в виде колпака.

Изъятие (КПД) энергии из топлива.

Для повышения эффективности работы теплогенератора, снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, необходимо обеспечить полное сгорание топлива.

Известно 4 условия достижения полного сгорания топлива:

правильное устройство топки;
смесеобразование;
высокая температура;
оптимальная подача первичного и вторичного воздуха.

В процессе горения резко падают концентрации исходных веществ: топлива и окислителя, и также резко повышаются концентрации продуктов горения и уровень температуры. В любой системе вторичный воздух надо подавать выше топлива, для сжигания горючих газов от термического разложения топлива.

В системе ПДГ движение окислителя и горючих газов идет в попутном направлении. По мере продвижения поток все больше балластируется. В конечной зоне факела горения уменьшается концентрация топлива и окислителя. Исходные вещества разъединяются большим количеством продуктов сгорания. Возможность быстрого контактирования реагирующих молекул значительно затрудняется. В этом случае важно возбудить интенсивную турбулентность потока, что показано рисунке.

Необходимо так же в полном объеме обеспечить процесс горения воздухом, доведя его количество до оптимального (минимизировать), при котором не возникает неполного сгорания топлива и его излишнего количества.

Однако в любом случае в топке будет излишний воздух, азот и водяные пары топлива, которые уменьшают температуру потока, в котором, тем самым, ухудшаются условия сгорания топлива.

Энергия содержащаяся в топливе не выделяется полностью, в связи с уменьшением температуры горения в потоке. А выделившееся тепло, используется не полностью, так как расходуется на нагревание балластных газов в потоке.

Отсюда можно сделать важный вывод:

Чтобы повысить КПД изъятия энергии из топлива надо уменьшить влияние балластных газов на топочный процесс, повысить температуру горения.

В энергоустановках системы ПДГ нет места для размещения теплообменников, чтобы условия сгорания топлива соответствовали условиям использования выделяемого тепла. При размещении теплообменников в топке условия сгорания топлива входят в противоречие с условиями теплообмена. То есть, чем больше забирается тепла (повышается КПД использования), тем больше ухудшаются условия сгорания топлива (снижается КПД изъятия энергии из топлива).

Теплообменники, размещаемые в топке (холодное ядро), уменьшают там температуру, то есть ухудшают условия сгорания топлива.

При увеличении размера площади канала, с целью разместить в нем теплообменник, энергия газового потока в нем разжижается, размазывается, то есть уменьшается температура в потоке.

Можно сжигать топливо в колпаке без топки. Однако так нельзя добиться хороших условий сгорания топлива: высокой температуры, оптимального обеспечения реакции горения воздухом, его перемешивания и предварительного нагрева. По этой причине топливо необходимо сжигать в ограниченном объеме, где можно выдержать указанные требования.

В отличие от системы ПДГ, в нашей системе реакция горения протекает в других условиях.

Топка 1 (Рис.3) ограничивается стенками со всех сторон, а вверху катализатором (решетка из шамотного кирпича) 2. Топка имеет «сухой шов» 3, объединяющий ее с колпаком. В стенках организованы полости 4, через которые из поддувала подается вторичный воздух над топливом. Большая часть вторичного воздуха подогревается, проходя через полости в стенках топки, и подается за счет архимедовой силы в конечную зону факела горения 5, под катализатор. Воздух так же подается через щель 25 мм перед топочной дверкой, которая особенно необходима при растопке, когда вторичный воздух не может подняться в полостях. В топке создаются «условия колпака», где каждая частица газового потока имеет свою траекторию движения, определенную её состоянием, за все время свободного движения через топку. Другими словами можно сказать, что наиболее горячие частицы находятся в верхней части, а менее нагретые не могут подняться вверх. Вторичный воздух выходит из отверстий под катализатором, попадает в зону колпака и выталкивается вниз, как тяжелый навстречу потоку. По аналогии, вода выталкивает на поверхность частицы легче её. Катализатор создает турбулентность потоку и повышает температуру в топке за счет отражения лучевого тепла.

В системе СДГ, в отличие от системы ПДГ, движение окислителя и горючих газов идет навстречу друг другу, за счет этого возникает турбулентность, ускорение образования массовых контактов между молекулами топлива и окислителя. Такой характер турбулентного обмена определяет скорость образования горючей смеси, делая эту зону особенно важной. Частицы горючих газов соединяются с кислородом воздуха и выделяют тепло, превращаясь в углекислый газ и водяные пары. Образуются так же продукты сгорания.

Горячая составляющая потока поднимается вверх колпака, образуя там зону повышенной температуры, и воздействует на теплообменник, размещенный вне топки.

Балластные газы, как холодная составляющая, выталкивается в нижнюю зону топки, откуда поступают через сухой шов в колпак и далее для вторичного использования или в трубу. Водяные пары топлива, как тяжелые, не могут подняться в зону горения. Это особенно важно при сжигании топлив с большим содержанием влаги, например бурого угля, который содержит 45-55% воды и не годится для сжигания в системе ПДГ.

В этом случае можно подавать в топку большее количество воздуха, так как это меньше влияет на изменение температуры в топке и колпаке.

Следует отметить в связи с этим, что методика испытания теплогенераторов системы ПДГ не может быть применима для системы СДГ без изменения.

Следует так же отметить, что теплосодержание продуктов сгорания топлива в системе СДГ может быть выше нормативной за счет уменьшения влияния балластных газов на процесс окисления.

Это можно проследить на фото «Сравните».

У сырых дров теплотворная способность ниже, чем у сухих. То есть при их сжигании увеличивается количество балластных газов.

Влияние балластных газов на процесс горения и теплосодержание продуктов сгорания топлива можно так же проследить на примере сжигания ацетилена при газосварочных работах.

Теплосодержание продуктов сгорания ацетилена зависит от вида применяемого окислителя, то есть от количества балластных газов.

Если подавать в зону горения воздух, вместо кислорода, то температура реакции горения и энергия, изъятая из ацетилена, будет недостаточна для резки и с

варки металла.

В теплогенераторах новой системы СДГ процесс сжигания топлива естественен, саморегулируем и оптимален.

Расположение теплообменника в колпаке вне зоны горения топлива

позволяет, не снижая эффективности извлечения энергии из топлива,

максимально увеличить использование выделившегося тепла.

Улучшаются условия сжигания топлива, то есть повышается КПД изъятия энергии.

Наша система получила широкое распространение и развитие в проектировании и строительстве бытовых печей и дровяных котлов.

Ее отличает необычайная гибкость, что позволило нам создать уже тысячи высокоэффективных конструкций бытовых печей различного назначения.

Имеется возможность создания бесчисленного множества теплогенераторов различной формы, мощности и назначения, многофункциональных и многоэтажных, в том числе промышленного типа. из унифицированных конструкций топок.

В качестве примера можно привести схему, показанную на Рис.3.

Возможно создание топки из жаропрочного бетона или шамота заводского изготовления. Одну и ту же топку можно применить в энергоустановках различного назначения. Это может быть хлебная печь, печь для бани, котел отопления, многоярусная печь, комбинированная печь с различными функциями и т.д.

В пространство над катализатором 2 сейчас мы устанавливаем:

хлебную камеру (в хлебной печи);
парогенератор (в банной печи).

Топка на схеме показана с симметричными выпусками в симметричные колпаки. Топка может быть несимметричной формы, то есть иметь выпуск в одну сторону.

Колпаки могут иметь:

различную форму;
различный объем;
строиться из различных материалов;

в них может устанавливаться различное устройство, котел отопления или горячего водоснабжения, калорифер и т.п. Энергоустановка может иметь второй колпак.

PS к презентации.

Принципиальное различие двух систем заключается в следующем.

В системе ПДГ частицы газов двигаются по каналам конвективной системы вверх, вниз, в сторону за счет тяги трубы смешиваются в единый поток.

В системе СДГ частицы газов двигаются через колпак (конвективную систему) не только за счет тяги трубы, но и вверх в колпак за счет архимедовой силы газов, а так же на них воздействуют теплообменные процессы, происходящие в колпаке, которые охлаждают частицы и изменяют траекторию их движения. Это сейчас не учитывается при расчете движения газового потока. Водяные пары топлива, как наиболее холодные не могут подняться вверх и двигаются над топливом, взаимодействуя с раскаленным углеродом топлива.

Что бы лучше понять о чем идет речь вспомним о некоторых свойствах различных частей бытовых печей (теплогенераторов): топок и конвективных систем.

Основные части печей любых систем:

топка (в том числе подовая), предназначена для сжигания топлива;

конвективная система, предназначена для аккумуляции и использования теплоты отходящих газов, определяет характер движения газового потока;

Труба с естественной тягой (или механическая дутье-тяга), предназначена для удаления продуктов сгорания топлива и является общей для печей любых систем.

В данной статье рассматривается работа и сравнение только топки и конвективной системы печей различных систем СДГ и ПДГ. Труба с естественной тягой рассматривается как механизм дляпринудительного удаления продуктов сгорания топлива в любых системах и работа ее не рассматривается.

Почему в системе ПДГ нельзя создавать сложные многофункциональные печи, а в системе СДГ имеется возможность создавать бесчисленное количество энергоустановок различного функционального назначения и мощности?

Теплообмен между газовой средой и теплообменной поверхностью зависит от следующих основных причин: разности температуры, площади и времени контакта, материала, формы и массы теплообменной поверхности.

На тело (частицу), погруженное в газ, действует силы давления газа, равнодействующая которых направлена вверх. Это поддерживающая (архимедова) сила газа.

Поддерживающая сила газа (Fa) равна весу газа в объеме погруженного в газ тела. Fa= ρgV, где ρ - плотность газа, g - ускорение свободного падения, V - объём погружённого тела. (Элементарный учебник физики, под редакцией Г.С. Ландсберга).

В нисходящем канале (движении газов сверху вниз) энергия потока распределяется по сечению равномерно. Это явление называется «саморегулированием» и объясняется тем, что движущие силы газов, тяга и архимедова сила газов, направлены в разные стороны. Тяга направлена вниз, а архимедова сила газов вверх. Если в каком то месте горизонтального сечения канала температура потока выше, то там архимедова сила больше. То есть в этом месте увеличивается тормозящая сила и поток распределяется туда, где ему легче идти. Снижение температуры по сечению канала возникает у стенок каналов, где происходят теплообменные процессы, и значение ее зависит от материала стенок и формы канала и др.

В восходящем канале тяга и архимедова сила газов действуют обе вверх и складываются. По этой причине движение потока по сечению канала идет неравномерно, больше там, где больше температура. Теплообменные процессы по сечению канала распределяются неравномерно. Особенно это касается каналов с большой площадью сечения.

При движении газового потока по каналу конвективной системы любого направления за счет тяги трубы происходит следующее:

При уменьшении сечения канала газовый поток уплотняется, скорость его движения, энергия (температура) увеличивается и, как следствие, теплообмен увеличивается. В системе ПДГ частицы газов пролетают с большой скоростью над теплообменной поверхностью конвективной системы за счет тяги трубы. Однако в этом случае увеличивается сила трения потока, возникают шум при его движении и, в конечном счете, канал не может пропустить весь объем газа возникающий при горении. Здесь следует отметить, что это касается случая, когда из топки газы идут одним путем. Если имеются и другие пути, то газы идут там, где им идти легче и тогда в канале меньшего сечения ничего из выше описанного не происходит. Например, если из топки имеются два выхода, то уменьшать сечение канала под плитой нельзя из-за уменьшения нагрева плиты;

Если канал большого сечения, то поток разжижается, скорость его, энергия (температура) уменьшается. При этом имеют место теплообменные процессы при малых температурах потока.

При больших сечениях вертикальных каналов в системе ПДГ, сопоставимого с горизонтальным сечением колпака в системе СДГ, газовый поток размазывается по сечению, уменьшается его температура, поток протягивается за счет тяги трубы и его тепло плохо аккумулируется в канале. В таких конвективных системах теплообмен не эффективен. В таком канале нельзя поместить теплообменник, чтобы он был эффективный. По этой причине в системе ПДГ нельзя создавать сложные многофункциональные печи.

В отличие от нее в системе СДГ колпак может быть любой формы и объема. Энергия горячих газов аккумулируется, концентрируется в колпаке. Теплообмен в колпаке происходит как в едином пространстве с топкой с учетом движения газов через «сухой шов» (при равенстве дутья-тяги). Величина теплообмена между газом и стенкой увеличивается при увеличении массы теплообменных поверхностей. Это в перекрытиях, углах и утолщениях стенок, где снижается температура газов. Об этом говорят и результаты экспериментов.

Из колпака выходят наиболее холодные, отдавшие тепло газы. В колпак можно вставить теплообменник. Увеличивается время контакта горячих газов и их температура. Все это увеличивает теплообмен, то есть увеличивается КПД использования выделяемой энергии. При этом в верхней зоне колпака и у боковых поверхностях происходит снижение температуры горячих газов, за счет эффективного теплообмена. Это можно сравнить с уменьшением температуры воздуха по мере приближения к окну и стенам в зимнее время. Это видно на графике нагрева печи по высоте, полученным Колчиным Е.В. на испытаниях печей. Печь имеет два колпака. Высота первого составляет 2/3, а второго 1/3 высоты печи. Такой же характер имеет график распределение температур выходящих газов по высоте сухого шва. Если применить материал стенок колпака с низким коэффициентом теплопроводности, то температура в верхней зоне будет наибольшей. Эффективный теплообмен происходит так же и по боковым стенкам колпака. Это дает возможность создавать бесчисленное количество энергоустановок различного функционального назначения и мощности. Ранее отмечалось, что в отличие от системы ПДГ в нашей системе использование выделенной энергии приближается к 100 %. , так как частицы горячих газов остаются в колпаке до тех пор, пока не охладятся. Это относится к случаю, когда теплообменная поверхность с теплообменником может воспринять больше энергии, чем ее производит топка.

Следует отметить, что разница в эффективности печей малых размеров двух систем выражена не очень ярко, в печах больших размеров разница в результатах работы значительно увеличивается.

В последнее время во многих местах проводятся испытания печей системы СДГ в различных конструктивных исполнениях. Изменяют подачу первичного и вторичного воздуха, убирают сухой шов или изменяют его размеры и конструкцию (прерывают его) и т.д. Меняя одно, надо изменять и другое, в частности подачу вторичного воздуха, что не делается. Упор делается на сравнение температуры в верхней части топки при различных конструктивных решениях. В частности замеряется температура выходящих газов в верхней зоне печи с открытым или закрытым сухим швом. При этом забывают, что система СДГ это не сухой шов, а комплекс мероприятий. Чистота и эффективность работы достигается совокупностью конструктивных элементов и правильностью проведения сжигания топлива.

В некоторых случаях температура газов в верхней зоне печи без сухого шва оказывается выше за счет не эффективного теплообмена, так как печь без сухого шва уже система ПДГ. Повышенная температура газов в верхней части топки при закрытом сухом шве объясняется низким теплообменом в системе ПДГ, о чем написано раньше. Результаты этих экспериментов и испытаний порой трактуются неверно, делаются неправильные выводы, дискредитирующую нашу систему, мешающие развитию системы СДГ, уводящую развитие в тупик.

В частности это касается работы, проводимой руководителем технического комитета Ассоциации Печников Северной Америки МНА, моим учеником, членом нашего партнерства Алексеем Черновым. Ему Ассоциацией созданы все условия для работы, предоставлены необходимые приборы, у него создан филиал лаборатории Лопес. Важность работы проводимой в МНА трудно переоценить. Однако считаю, что этой работой должны заниматься подготовленные специалисты на постоянной основе с подключением к работе ученых, а не отдавать на откуп такой важный вопрос одному человеку, при этом живущему за счет кладки печей. Одной из причин, побудившей меня написать «PS к презентации», явилась необходимость помочь ему и другим людям разобраться в характере движения газовых потоков и теплообменных процессах в различных системах печей. Сделать правильные выводы из результатов испытаний, что бы развивать, а не тормозить развитие системы СДГ.

Аналогичной работой в России занимается генеральный директор нашего Некоммерческого Партнерства Колчин Е.В., причем на общественной основе. Его работа требует политической и финансовой поддержки, однако чиновники, отвечающие у нас в стране за развитие энергетики на восполняемой энергии, слепы и глухи к этой проблеме, несмотря на высокие практические результаты применения нового Российского метода сжигания топлива в системе СДГ в разных городах России и странах мира. Более того, следует отметить негативный вклад в развитие системы СДГ в Свердловской области бывшего губернатора, в настоящее время члена Совета Федерации Росселя Э.Э. В общем на мой взгляд он был сильный губернатор, много сделавший для развития области. Я не мог достучаться до него примерно 10 лет. Видимо сказалась негативная информация о наших печах некоторых чиновников, которым мы не смогли по объективным причинам решить их личные вопросы. На мой взгляд, он может сейчас в какой то мере исправить свою ошибку. Нельзя позволить, что бы новая технология сжигания топлива, родившаяся в России, там умерла, а развивалась вне нее.

В подтверждение большей эффективности печи нашей системы по сравнению с печью противотока можно привести следующий практический случай. Две печи, системы СДГ и противотока, были построены в США на семинаре МНА в 2008 году, в котором мне посчастливилось участвовать. Печь противотока, прогрелась значительно хуже нашей печи даже в верхней части, хотя ее затопили раньше. Это можно посмотреть на фотографии. У нашей печи люди грелись, у печи противотока нет. Печь противотока хуже и неверно обогревает помещение. При этом, печь противотока считается лучшей в своем классе и применяется чаще во многих развитых странах мира.

Следует отметить еще одно важное качество системы СДГ в моей трактовке (Кузнецова И.В.). Неоднократно замечено и отмечалось, что при понижении температуры выходящих газов меньше 100 °С, в трубе не происходит конденсации водяных паров. Это удивительное свойство впервые было замечено при испытании печи у Жан Клода во Франции http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=171. То же самое отмечалось и при других испытаниях.

Требовалось так же понять и объяснить разницу в горении дров показанных на фотографии «сравните», а так же то, что неоднократные замеры количества сжигаемого за сутки дров в котлах постоянного действия показывали, что их энергосодержание меньше, чем энергия выделяемая котлом. Чудес не бывает, энергия не из чего не появляется. Я не мог в то время объяснить эти явления.

При испытании котла в Полушкино (поселок под Москвой), с участием доцента теплотехнического факультета УГТУ-УПИ, к.т.н. Микулы В.А., ведущего специалиста по энергоаудиту Свердловской области, получены интересные данные. Низшая рабочая теплота сгорания 12.5 кг сожженного топлива, составила 3650 ккал/кг. Теплота, выделившаяся при сгорании этого количества топлива (12,5 кг), составила 3650х12,5= 45625 ккал, а полезно использованная теплота, замеренная при испытании, составила 57141 ккал, 51341*+ 5800 ккал (теплота на водяное отопление + теплота через обмуровку).То есть от котла получено больше энергии, чем теплосодержание сожженной древесины!! Если считать с учетом возможных ошибок, вызванных применением расходомера с высокой скоростью теплоносителя и отсутствию паспортных данных по теплоемкости теплоносителя, то КПД котла может располагаться в интервале значений от 66 до 125 % и более.

51341* - В соответствии с паспортом расходомера, диапазон измерения скорости теплоносителя составляет 0,3-8 м/с. На наш интервал скоростей 0,1-0,22 м/с расходомер не рассчитан и данные не могут считаться достоверными. Ошибка замеров в этом диапазоне не известна. Известна только ошибка на нижнем пределе измерения. При скорости 0,3 м/с ошибка 10%. Таким образом, точность определения этой теплоты сомнительна.

Результат данных испытаний нельзя считать достоверным, однако он в очередной раз заставляет задуматься. В виду важности вопроса этот факт требует подтверждения и объяснения, поэтому требуется продолжить испытания с участием ученых теплотехнического факультета УГТУ-УПИ, с учетом исправления указанных недостатков. У меня и нашего партнерства нет возможности профинансировать продолжение испытаний. Требуется средства для приобретения или аренды некоторых приборов, оплаты проезда, проживания и работы специалистов в Москве. Требуются спонсоры. Благодарность и их имена будут названы в заголовке этой статьи.

Для повышения достоверности испытаний Микула В.А. рекомендует следующие меры: Для измерения скорости (расхода) теплоносителя нужно организовать принудительную циркуляцию или применить расходомер с низкой скоростью теплоносителя;

Нужны точные данные по составу теплоносителя (какие вещества входят в состав и их доля…);

Для снижения влияния инертности печи и системы отопления лучше увеличить длительность испытания до 24 часов;

Для более точной информации по теплоте сгорания дров, нужно взять из партии использующихся дров 4 кубика (массой 1-2 г) из разных поленьев, герметично запаковать (в полиэтилен, либо в небольшие стеклянные баночки) и затем калориметрическим методом определить их теплоту сгорания.

Сейчас у меня возникла гипотеза, почему происходят явления описанные выше. В разделе «Газификация» отмечается, что важным для газификации свойством кокса является его реакционная способность (активность), т.е. способность взаимодействовать с кислородом воздуха, двуокисью углерода и водяным паром. При воздействии на раскаленный кокс водяного пара между ним и углеродом в зоне газификации протекают следующие реакции: С + Н2О = СО+Н2; и С + 2Н2О = СО2 + 2Н2.

По первой реакции получаются только горючие газы (50%СО и 50% Н2). Теплотворная способность смеси этих газов - 2802 ккал/нм3.

По второй реакции получаются частично горючие и частично негорючие газы (33,3% СО2 и 66,7% Н2). Теплотворная способность смеси этих газов - 1714 ккал/нм3.

При более высоких температурах интенсивнее протекает первая реакция. При более низких температурах, - вторая. Восстановления окиси углерода, или разложением двуокиси углерода по реакции С+СО2=2СО в нашем случае не происходит из-за отсутствия необходимой в топке температуры 1150 °С. (Д.Б. Гинзбург)

В состав продуктов реакции горения входят водяные пары топлива. В нашей системе СДГ водяные пары топлива, будучи тяжелыми, не могут подняться в верхнюю зону топки, проходят над топливом и воздействуют на раскаленные угли (углерод). Происходит разложение водяных паров по выше указанным реакциям с выделением горючих газов, которые и сжигаются там. Возможно, по этой причине в трубе не происходит конденсации водяных паров топлива, а энергосодержание продуктов сгорания выше нормативной. Эти факты неоднократно наблюдались при эксплуатации котлов постоянного действия. Учитывая их важность в деле повышения эффективности использования восполняемых источников энергии, это надо подтвердить или опровергнуть испытаниями. Очень важно проверить состав газов, выходящих по высоте "сухого шва"

Горение не всегда протекает до конца, т. е. сгорающее вещество не всегда присоединяет максимально возможное количество кислорода. Если процесс горения не закончился, получаются горючие вещества, способные дополнительно присоединить кислород, т. е. снова гореть. (Д.Б. Гинзбург. Газификация твердого топлива. Госстройиздат, 1958 г). В конечной стадии горения, когда в топке остаются только раскаленные угли повышается уровень выхода окиси углерода СО, выше допустимых норм. Это касается теплогенераторов любых систем и подтверждается испытаниями. При воздействии на раскаленный углерод воздухом, что происходит в конечной стадии горения, в зоне газификации кислород воздуха воздействует на углерод топлива, образует двуокись углерода (продукт полного сгорания) и окись углерода (продукт неполного сгорания, горючий газ) по реакциям С+О2=СО2; 2С+О2=2СО. Этим объясняется повышенный выход окиси углерода СО. Окись углерода СО загорается при температуре около 700 °С и сгорает синим пламенем по уравнению: 2СО + О2 = 2СО2+ 135 ккал. Такой температуры в топке в это время нет, и сгорания окиси углерода не происходит.

В этом случае надо найти другой способ сжигания углерода. Этим способом может быть подача некоторого количества перегретого водяного пара в конечной стадии сжигания топлива. Реакция горения при низких температурах протекает по формуле С + 2Н2О = СО2 + 2Н2. Температура воспламенения водорода 350 °С (Грингауз). Такая температура, возможно, присутствует в это время в топке, водород сгорает и выделения окиси углерода не будет. Это можно подтвердить или опровергнуть только проведением опытов, выполнить которые у меня нет технической и финансовой возможности.

На мой взгляд, действующая методика испытания и приборы Testo для системы ПДГ не могут быть применены для системы СДГ, так как движение газовых потоков и теплообменные процессы в этих системах различны.

Выгоды от применения теплогенераторов системы СДГ показаны на примере строительства бытовых печей. Их отличает высокая эффективность, возможность создания бесчисленного множества печей с новыми полезными для людей функциями, высокие результаты испытаний по чистоте сгорания, полученные в разных странах, высочайший спрос у людей. Причем следует отметить, что проверялись рядовые многофункциональные печи, а не специально подготовленные доведенные до совершенства, в результате экспериментов, простые отопительные печи. Система ПДГ развивалась и совершенствовалась не одно столетие, в том числе в лабораторных условиях. Нам приходится развивать систему СДГ без экспериментальных работ и доводки, причем за свой счет.

Газогенерация в системе СДГ.

При сжигании дров, торфа, отходов лесопереработки, особенно с высоким содержанием влаги, невозможно получить высокие температуры, тогда как при сжигании газа, полученного из этого же топлива, такие температуры достижимы.
При сжигании твердого топлива регулирование мощности горения осуществляется только за счет смесеобразования (количества воздуха).
При уменьшении подачи воздуха с целью уменьшить мощность горения (степень использования энергоустановки), не пропорционально и значительно снижается КПД системы.
Наивысшее КПД будет при максимальной мощности горения топлива. Из газа можно удалить содержащуюся в нем влагу, которая является балластом.
Газ не трудно подогреть перед сжиганием.
При сжигании газа требуется меньшее количество избыточного воздуха, чем для кускового топлива, благодаря чему увеличивается температура горения и как следствие полнота изъятия энергии содержащейся в топливе.
Легче автоматизировать процессы сжигания топлива. Имеется возможность приблизить по уровню удобства и эффективности сжигание твердого восполняемого топлива к газу и соляре.

В колпак можно вставить реторту для газификации топлива. Реторта, это металлический замкнутый объем, в который закладывается топливо.

Процесс выделения из топлива летучих продуктов, в ретортах обогреваемых снаружи без доступа воздуха, называется сухой перегонкой. Теплотворная способность газов сухой перегонки выше, чем генераторного газа, получаемого в аппаратах с внутренним теплоносителем. Это самый качественный газ.

Если нагревать топливо без доступа воздуха, то из него выделяются пары и газы (парогаз), называемые летучей частью топлива, и остается твердый, богатый углеродом остаток, называемый коксом (для дерева это древесный уголь). Кокс - это углерод. Выделяемый газ и кокс можно сжигать или использовать для других целей. Мы будем рассматривать получение и сжигание выделяемого газа в результате пиролиза древесного топлива, получение кокса, а так возможность его сжигания.

Получают кокс в установках углежжения, сжигая выделяемый газ. Можно полностью сжигать выделяемый газ и кокс, получая тепло (в газогенераторном котле) или другие продукты. Разница между установкой углежжения и газогенераторным котлом только в том, что в первом случае сжигаются только выделяемые газы, а во втором сжигается все.

Важным для газификации свойством кокса является его реакционная способность (активность), т.е. способность взаимодействовать с кислородом, двуокисью углерода и водяным паром. При воздействии на раскаленный кокс водяного пара между ним и углеродом в зоне газификации протекают следующие реакции: С + Н2О = СО+Н2; и С + 2Н2О = СО2 + 2Н2. На протекание обеих реакций затрачивается тепло, причем на первую больше, чем на вторую.

При более высоких температурах в газогенераторе интенсивнее протекает первая реакция. При более низких температурах, - вторая.

Мной предлагается три формулы устройства установок углежжения и газогенераторных теплогенераторов в системе СДГ. Эти формулы можно использовать для построения, как установок углежжения, так и газогенераторных теплогенераторов.

Указанные формулы являются моей приоритетной заявкой на изобретение метода для создания энергоустановок достоянием мирового сообщества. Тот, кто захочет использовать результат этой работы, должен приобрести на это право и внести плату в международный фонд.

Управление фондом и распределение средств из него должно быть под контролем международной организации и использоваться на развитие «Системы свободного движения газов». Основная задача тех, кто получит средства из фонда, сделать результаты своих работ достоянием людей.

На фото установка построенная по формуле 1.

2. «Нижний ярус газогенераторного теплогенератора состоит из

топки и ряда колпаков, объединенных через топливник в единое пространство.

Каждый колпак объединяется с топкой через сухой шов и отверстие в

верхней части и имеет свой выход в нижней части в трубу,

последующий колпак или дымовую камеру.

Каждый колпак содержит реторту или другое устройство, например теплообменник.

В нашей системе легко можно создавать множество энергоустановок

различного назначения заводской готовности из унифицированных конструкций.

Как пример показано использование ранее показанной унифицированной

топки из жаропрочного бетона или шамота в газогенераторной установке.

Регулирование степени нагревания реторты и мощности горения производится за счет перераспределения движения потоков горячих газов. Сжигание парогазов происходит только в топке (топочной камере).

На фото установка построенная по формуле 2.

3. «Установка состоит из топки помещенной в колпак и объединенной с ним в единое пространство через сухой шов по формуле, "Нижний ярус и топка объединены в единое пространство и составляют нижний колпак" (это теплогенератор), и ряда вторичных колпаков. Каждый вторичный колпак и теплогенератор соединяется между собой через отверстие в нижней части. Вторичный колпак имеет в нижней части выход в свою трубу, или в общую трубу через дымовую камеру».

Каждый вторичный колпак содержит реторту (или другое устройство, например теплообменник). Регулирование степени нагревания реторты и мощности горения производится за счет перераспределения движения потоков горячих газов. Сжигание парогазов происходит только в топке теплогенератора.

Каждый колпак, вторичный колпак или колпаковая печь может содержать теплообменник в виде регистров водяного котла, калорифера воздушного отопления, реторты для пиролиза топлива, технологические материалы, оборудование, устройство и т.п.».

Сейчас в Мире сжигание твердого топлива происходит в два этапа:

1. Дорогостоящий и энергоемкий этап производства пеллет, брикет и т.п.;

2. Сжигание пеллет по степени автоматизации, организовано на уровне газа и соляры.

В системе СДГ при построении газогенераторных установок по любой из формул можно использовать сырое топливо, так как сушка его производиться за счет тепла отходящих газов, причем в регулируемом режиме. То есть исключается дорогостоящий и энергоемкий этап подготовки топлива.

Регулирование мощности горения при этом, происходит без уменьшения КПД. В системе СДГ имеется возможность создания механизма вакуумной сушки топлива за счет тепла отходящих газов.

Состав, свойства и выход парогазов зависит от степени и скорости нагрева топлива. При низкотемпературном нагреве, что проявляется в начальный период пиролиза, парогаз является, по сути, гетерогенной смесью не готовой к эффективному сжиганию. Более того, при температурах менее 150 градусов из реторты выделяются водяные пары, которые могут тушить факел горения.

В системе СДГ имеется возможность довести парогаз, полученный при низкотемпературном пиролизе, до степени молекулярного измельчения и подготовить к эффективному сжиганию за счет нагрева в высокотемпературной бескислородной среде.

Список используемой литературы:

1. Под редакцией Г.Ф. Кнорре, «Введение в теорию топочных процессов», М 1968 г;
2. Д.Б. Гинзбург. Газификация твердого топлива. Госстройиздат, 1958 г.
3. А.Н. Кислицин. «Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы». Москва. Лесная промышленность 1990 г;
4. Э.Д. Левин, Теоретические основы производства древесного угля. 1980 г. Лесная промышленность, Москва;
5. Ю.Д. Юдкевич, С.Н. Васильев, В.И. Ягодин. Получение химических продуктов из древесных отходов. С.-Петербург 2002 г;
6. «Сжигание топлива и оптимальное …» http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=168 ;
7. Новая система сжигания топлива и перспективы её применения. http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=173 ;
8. «Газогенераторные котлы …» http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=126 ;
9. «Установка углежжения древесного угля в системе свободного движения газов» http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=124 ;
10. «Еще раз о системе …» http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=16 ;
11. «Пиролиз биотоплива в колпаке и сжигание его продуктов в системе свободного движения газов» http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=116
12. И.И. Грингауз "Паровые котлы", НКЭП СССР, Москва 1940 Ленинград

И.В. Кузнецов. тел. 7(343)3077303 e-mail: igor@stove.ru; http://stove.ru

PS к презентации добавлена 25.08.2010.