Сжигание топлива

Уважаемый г-н Президент РФ Дмитрий Анатольевич Медведев.

Вас пытаются подставить под неприятность.

ПРОЕКТ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗАКОНА N 305620-5, 09.07.2010 - принят Государственной Думой ФС РФ в I чтении (Постановление N 4048-5 ГД).

Если Вами будет подписан Проект N 305620-5, то он фактически поставит запрет на строительство бытовых кирпичных печей и котлов для населения России, так как делает это неподъемным по финансовым и коррупционным причинам для 99% населения. Это дискредитирует Вас, как прогрессивного политика, может привести к смутам и акциям неповиновения. Нельзя запретить людям есть или пить, так же как и строить в своем доме бытовую печь. Это синонимы по значимости.

Проект предусматривает включить в СРО трубо-печные работы. В эту категорию, кроме работ в промышленности, чиновники ВНИИПО МЧС включают работы по бытовым печам. Они уже лицензировали трубо-печные работы по бытовым печам, на что печнику надо было потратить с учетом проезда и проживания 30000-50000 руб. С принятием Проекта, трудности и затраты возрастут в десятки раз и окажутся не посильны печникам и людям, поэтому чиновники от МЧС будут торговать правом разрешать строить.

Надо внести в проект поправку: .. трубо-печные работы, за исключением бытовых кирпичных печей и котлов для населения.

Намного проще и эффективней повысить пожарную безопасность, если организовать обучение печному делу в ПТУ, техникумах и институтах. Печное дело шагнуло сейчас далеко вперед. Тем более это касается вопроса использования восполняемых источников.

Письмо отправлено в адрес http://letters.kremlin.ru Президента РФ 12.08.10г.

Кому не безразлична судьба печного дела в России, ее граждан, прошу внести свою посильную лепту в решении вопроса поставленного в письме.

Сжигание топлива и оптимальное использование выделившейся при этом тепловой энергии. Индустриализация энергоустановок.

При горении или нагревании горючая часть топлива разделяется на летучую часть и твёрдый остаток. Летучая часть состоит из углерода и водорода. Твердый остаток состоит в основном из углерода. Горение - это химическая реакция, при которой из одних веществ получаются другие простые вещества, это соединение горючего вещества с кислородом воздуха, сопровождающегося выделением тепла. При температуре в топке 300-350°, воспламеняется и начинает гореть водород. Из топлива при нагревании он улетучивается вместе с частью углерода в виде горючих газов - углеводородов. Водород сгорает в водяные пары. Но углерод еще не горит, так как он воспламеняется только при 700°. Поэтому из трубы идет густой черный дым. Так продолжается до тех пор, пока температура в топочном пространстве не дойдет всюду до 700°. Теперь уже начинается горение и углерода (сажи), дым в трубе светлеет и постепенно исчезает. Однако при такой температуре горение будет идти медленно, вяло. Часть горючих газов не успеет сгореть в топочном пространстве. Для достаточно быстрого энергичного горения температура топки должна быть 900° для дров и 1000° для угля.

При самой правильной организации горения, продуктом реакции горения является углекислота от сгорания углерода, водяные пары от сгорания водорода, азот как составляющая часть воздуха требуемого для горения, а это 4/5 части его объема. Фактически из-за неравномерного перемешивания углеводорода с воздухом, его надо подавать в 1.6-2.4 раза больше теоретического. Поэтому в топке имеется избыточное количество воздуха, не принявшего участия в горении, а так же водяные пары от выпаривания воды, содержащегося в топливе. Все эти газы, называются балластными, участия в горении не принимают, а только нагреваются за счет теплоты сгорания углерода и водорода, то есть забирают полезное тепло. Молекулы всех перечисленных газов совершенно самостоятельны, не сцеплены между собой.

Можно эффективно сжигать топливо, получая из него, максимально возможную, содержащуюся в нем энергию, но при этом неэффективно 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 и КПД использования выделившегося тепла. КПД горения характеризует, какую часть (%) из всего энергосодержания древесины можно преобразовать в тепло при сжигании древесины. Возникает вопрос, в какой системе? При сжигании топлива в колпаке выделяется и используется больше энергии, чем в системе принудительного движения газов, за счет уменьшения влияния балластных газов.

Чтобы улучшить КПД изъятия энергии (эффективнее сжигать топливо) необходимо повысить температуру в топливнике и уменьшить влияние балластных газов на топочный процесс. Более 100 лет строятся печи, действующие на принципе принудительного движения газов, в том числе принципе противотока. Наше время не внесло в их конструкцию практически ничего нового. Изобретательская деятельность направлялась на оптимизацию подачи первичного и вторичного воздуха, на уменьшение в топливе количества воды, на объединение различных очагов в комплексы, на усовершенствование различных частей энергоустановки. Для эффективного горения необходимо подавать в топливник количество вторичного воздуха, больше теоретического, чтобы вредная окись углерода (продукт неполного сгорания) прореагировала с кислородом воздуха, превратившись в двуокись углерода. При этом важно хорошее распределение его в топочном объеме, перемешивание, чтобы все выходящие из топливника газы прореагировали с воздухом. В противном случае получается «грязное» горение. Однако в этом случае в газовом потоке повышается количество балластных газов, которые проходят через конвективную систему энергоустановки, что ведет к снижению её КПД. За эти годы конструкции энергоустановок с принудительным движением газов, в теплотехническом отношении, доведены до максимально возможного высокого уровня и резерв улучшить их КПД практически исчерпан.

Сейчас в мире все энергоустановки строятся на принципе принудительного движения газов. Теплонакопительные печи в основном конструируются с использованием принципа противотока. В котлах трубы или емкости для теплоносителя размещаются в топливнике. Строятся также калориферные печи, с использованием металлических топочных вставок, работающие на принципе тлеющего горения, или газогенераторные котлы и печи в которых стенки топливника являются теплоотдающей поверхностью. Во всех этих энергоустановках все газы, образующиеся в результате реакции горения, в том числе балластные проходят через конвективную систему. Балластные газы охлаждают её, снижая КПД энергоустановки. Энергия, содержащаяся в топливе, то есть тепло полученное от сгорания углерода и водорода, используется не полностью, а уменьшается за счет нагревания балластных газов. Отсюда можно сделать такой вывод: чтобы повысить КПД энергоустановки надо уменьшить влияние балластных газов на топочный процесс.

В энергоустановках с принудительным движением газов нет места для правильного размещения регистров котла водяного отопления (теплообменника), чтобы условия сгорания топлива соответствовали условиям использования выделившегося тепла. При размещении регистров котла в топливнике в нем понижается температура, то есть ухудшаются условия сгорания топлива. При увеличении размеров канала, с целью разместить в нем теплообменник, энергия газового потока в нем разжижается, размазывается, то есть уменьшается температура в потоке.

Кроме того, КПД топочных вставок и котлов зависит от скорости и величины теплообмена через стенки топливника и стенки водяного теплообменника. Условия сгорания топлива входят в противоречие с условиями теплообмена. То есть, чем больше мы заберем тепла (то есть повысим КПД теплоотдачи), тем больше ухудшим условия сгорания топлива, (то есть снизим КПД изъятия энергии содержащейся в топливе). Теплообменники, размещаемые в топливнике (холодное ядро), уменьшают там температуру, то есть ухудшают условия сгорания топлива.

Совсем в других условиях протекает реакция горения и теплообмен в теплогенераторах построенных в системе свободного движения газов по запатентованной формуле "Нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак". Этой формулой предусматривается обязательное наличие сухого шва (щель 3 см) между топливником и колпаком. Топливник может быть различный, как по конструктивному исполнению, так и по принципу сжигания топлива. Это может быть принцип верхнего горения, принцип нижнего горения, принцип обратного горения, принцип газогенерации и т.д. Топливо может сжигаться любое. Суть формулы. Речь идет о сжигании топлива в топливнике, размещенном в колпаке и оптимальном использовании выделившейся при этом тепловой энергии. 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.

Следует отметить одно из главных замечательных свойств колпака: «Если пропускать через нижнюю зону колпака горячие газы, то колпак аккумулирует их тепло и отдаёт его через стенки или теплообменник расположенный в колпаке». То есть при прохождении колпака, газовый поток разделяется по степени нагрева составляющих его газов.

В топках слоевого типа (принцип верхнего горения), схема на Fig.1, слой твердого топлива является в большей мере зоной газификации топлива, откуда интенсивно поступают в топочный объем газообразные продукты газификации, смешанные с балластными газами. В этой зоне часть холодных балластных газов, как наиболее холодных и тяжелых, через сухой шов уходят в низ первого колпака. А зона горения в большей мере находится над слоем в топочном объеме, где происходит сгорание выделившихся газов за счет подачи туда вторичного воздуха. Для улучшения газификации топлива, подача первичного воздуха должна быть ограничена (нагрев с ограниченным количеством воздуха), особенно когда в топливнике остается большое количество раскаленного угля.

Высокотемпературный процесс горения возможен только при обеспечении газификации топлива, которую возможно обеспечить только при повышении температуры в топливнике и создания там кислородосодержащей среды. С другой стороны, только высокотемпературное тепло способно быстро прогреть всё газифицируемое топливо для активизации процесса газификации. Высокотемпературный процесс горения возможен также при отсутствии в топливнике «холодного ядра» и разделения потоков холодных и горячих газов. Еще одним источником повышения температуры в топке может быть регенерация (подогрев воздуха идущего на горение отработанными газами).

В теплогенераторах построенных по выше указанной формуле легко реализуются все условия полного сгорания топлива: подача оптимального количества первичного и вторичного воздуха; хорошее перемешивание воздуха с топливом; высокая температура в топке; правильное устройство топки (горение заканчивается в топочном пространстве, не выше катализатора и не дальше сухого шва). Несоблюдение в полной мере хотя бы одного условия, ведет к неполному сгоранию топлива. Эти условия обеспечиваются за счет разделения потоков холодных и горячих газов; отсутствия в топливнике холодного ядра, снижающего в нем температуру; регенерации (нагрева воздуха идущего на горение отработанными газами); устройства катализатора горения и т.д.

Организация подачи вторичного воздуха является важнейшей задачей. Лучше всего подавать вторичный воздух из поддувала двумя путями: первый - через щель у топочной дверки -5; второй - под катализатором или через катализатор, а так же незначительное количество в сухой шов. По первому пути, вторичный воздух, за счет тяги трубы проходит над слоем топлива (как наиболее холодный) в сухой шов, обеспечивая окисление углеводородов. Часть не прореагировавшего излишнего воздуха и балластных газов уходят низом из колпака. В этом случае обеспечивается турбулентность потока, так как в процессе горения горячая составляющая газового потока поднимается вверх. По второму пути воздух пропускается через полость стенки топливника -8 под катализатор или в катализатор, а так же в сухой шов через щель -9, нагреваясь по пути. Катализатор горения обеспечивает турбулентность движения выходящего потока и высокую температуру, что особенно важно в конечных зонах горения, где мала концентрация топлива и окислителя, разъединенных продуктами сгорания, затрудняющих их взаимодействие. То есть обеспечивает полноту сгорания. То же можно сказать и о газовом потоке, проходящем через сухой шов, где он окисляется. Количество вторичного избыточного воздуха не сильно влияет на уменьшение КПД энергоустановки.

При сжигании топлива в топливнике, размещенном в колпаке, повышается степень изъятия энергии из топлива. Балластные газы, как наиболее холодные и тяжелые не могут подняться вверх и через сухой шов, и низ колпака направляются для дальнейшего использования во второй колпак. То есть большая часть энергии, содержащаяся в топливе, направляется в первый колпак для использования. В колпаке энергия сгущается, независимо от его размеров и удерживается там пока температура в нем хоть на малую долю выше температуры выходящих из колпака газов, то есть до тех пор, пока она не воспримется теплообменником. Также хорошо реализуются условия оптимального использования выделившейся энергии, в том числе за счет использования системы «двухъярусный колпак». Система обладает невероятной гибкостью, дает возможность конструирования бесчисленного количества энергоустановок различного назначения. Колпак может быть любой формы и объема, в него могут быть вставлены: котел, калорифер, парогенератор, реторта, теплоаккумулирующий массив, обеспечивающий теплоотдачу в течение суток, и другое оборудование. В отличие от систем с принудительным движением газов, в нашей системе условия сгорания топлива соответствуют условиям теплообмена, то есть при увеличении теплоотдачи энергоустановки, условия горения не изменяются.

На основе этой теории разработаны новые принципы устройства установки углежжения и газогенераторного котла. В них обеспечивается полная управляемость процессом пиролиза во всех технологических стадиях и при подготовке исходного сырья.

На Fig.1 показана схема энергоустановки, построенная по формуле "Нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак". Обозначения на схеме следующие. А, В, и С, соответственно топливник, нижний колпак (первый) и верхний колпак (или второй, последовательный). В нижний колпак -В, могут быть вставлены теплообменники, например регистры котла.

Топливник состоит из поддувала с колосником над ним, топочного пространства -1, катализатора -2, пространства над катализатором -3, в верхней части которого имеются выходные отверстия в нижний колпак. В передней части топливника имеется щель -5 для подачи вторичного воздуха из поддувала. В нижней части боковой стенки топливника может быть встроен регенератор -6. В задней части топливника имеется сухой шов -7 (щель шириной 3 см). Боковые стенки топливника имеют внутри полость -8, через которую из поддувала через отверстия под колосником подается под катализатор или в него вторичный воздух. В задней части полости имеется щель -9 шириной 5 мм для подачи вторичного воздуха в сухой шов.

В пространство над катализатором -3 может быть вставлена хлебная камера (в хлебной печи), парогенератор (в банной печи) и другое. Топливник на схеме показан с симметричными выпусками в симметричный колпак. Топливник может быть несимметричной формы и иметь выпуски в несимметричный колпак. Это даёт возможность унифицировать топливник для разных моделей энергоустановок различного назначения, создания модульных печей заводского изготовления. Колпаки могут иметь различную форму и строиться из различных материалов, в них может устанавливаться различное печное оборудование по просьбе заказчика.

Возможно создание топливника из жаропрочного бетона заводского изготовления. Один и тот же топливник 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. Например, если взять топливник -А и вставить его в колпак -В, показанные на Fig.1, то можно получить следующие печи, которые так же могут работать на электричестве:

1.Отопительную печь одноярусный колпак, типа печи противотока, однако более эффективную;

2. Водяной котел, если в боковые полости колпака вставить регистры;

3. Хлебную печь, если в пространство -3 над катализатором вставить варочную камеру;

4. Печь для бани, если в пространство -3 над катализатором вставить парогенератор;

5. Отопительную печь повышенной теплоемкости для суровых климатических условий, если выполнить наружную оболочку (можно силами заказчика).

К этим печам можно пристроить выше или рядом второй колпак, повышающий КПД энергоустановки. При этом они могут нести различную функциональную нагрузку. Топливник -А, может быть вставлен в колпак имеющий бесчисленное множество решений, в том числе в форме открытого камина.

На первых порах изготавливается на заводе один топливник. Колпаки можно делать из сборных бетонных элементов и строить разнообразные индивидуальные печи по желанию заказчика с этим топливником. В дальнейшем продолжить изготовление топливников другого типа и мощности нашей системы.

Такая многофункциональность нашей "системы" предполагает высокую конкурентоспособность на рынке энергоустановок. Считаем это направление развития энергоустановок перспективным, отвечающим требованиям энергосбережения и сложившейся конъюнктуре рынка.

Литература:

Под редакцией Г.Ф. Кнорре, «Введение в теорию топочных процессов», М 1968 г. www.stove.ru