Сжигание топлива в трубе

Если в дымоходе много сажи — это проблема. Из-за уменьшения тяги снижается мощность котла (печи или камина), возможно выделение угарного газа в жилое пространство.

Также есть опасность воспламенения скопления сажи с переходом в полномасштабный пожар… Но и прочистить дымоход не так просто.

Рассмотрим несколько методов прочистки, но главное — как не допустить образования большого количества сажи.

Почему накапливается сажа в трубе

Большой слой сажи в дымоходе обычно образовывается в следующих случаях.

  1. Применение топлива с большим вылетом сажистых летучих. Сжигание в печи (котле, камине) пластика фанеры, кульков и т.п. дает много несгораемых частиц. Также и смолистые дрова образуются порядочно сажи, правда по этой причине от них мало кто отказывается, так как они дешевы. Некоторые угли, не антрациты, а длиннопламенные, жирные, полукокс…. очень неплохо забивают дымоход, такие марки все же лучше не применять, а поискать обычное топливо для печи.

Сжигание топлива в трубе

  1. Горение с недостатком кислорода, значительно способствует образованию несгоревших частиц даже с нормальным топливом — с сухими не хвойными дровами, углями-антрацитами (также марки — полуантрацит и тощие)…. Тление топлива, без достаточного вторичного воздуха для дожига газов и частиц, очень быстро уничтожит свободный проход в дымоходе. Эта же ситуация может возникнуть из-за плохой конструкции, разрушения печи, когда через топливо идет меньше воздуха, но он подсасывается уже за зоной горения…

Сжигание топлива в трубе

  1. Можно также выделить неудачные конструкции дымоходов. когда на каких-то поворотах сажа особенно любит оседать и закупоривать локально. Особенно плохо, если до этого места нельзя добраться…

Как не допустить скопления сажи

Из вышесказанного уже ясно, что нужно делать, чтобы сажи было меньше.

  • Первое о чем нужно позаботится —  организовать нормальный режим горения в котле (печи). Тление допустимо, но вторичный воздух в зону дожига должен быть всегда в достатке. В самой обычной печке, с поддувалом и конфорками на варочной панели, это организовывается просто. Если прикрыть доступ воздуху снизу, но открыть сверху (приоткрыть варочную панель), то воздух как раз пойдет по верхушкам пламени. Ошибкой будет закрыть все сверху без щелей и немного давать снизу, тогда вероятно много не догоревших частиц топлива пойдет в трубу….
  • Второй момент — регулярно применять химическую профилактическую обработку. В простейшем варианте сжигать крахмал и соль. Крахмал могут заменить кортофельные очистки, нарезанный сушеный картофель. Или сжигать покупную химию для удаления сажи, которая обычно называется словом «Трубочист…», с добавлением какого-нибудь хвалебного эпитета.  Указанные вещества размягчают сажу, после чего она летит вверх или сыпется вниз. Но подобная химическая обработка не может гарантировать удаления всей сажи, особенно при больших отложениях.

Сжигание топлива в трубе

  • Желательно создать дымоход с сажетрусками по его длине. Вынимаемые кирпичи в кладке, уплотненные глиной, или дверцы на глине, позволяют дотянуться до всех мест по длине трубы ручным инструментом, находясь в доме или на чердаке (мансарде), без рискованных акробатических этюдов хождения по коньку крыши с заглядываниями в засоренный трубный проход сверху вниз. Если сажетруски не были предусмотрены, то желательно потратить время и средства на переделку, что  окажется выгодней и проще…

Сжигание топлива в трубе

Удалять сажу  механически — самый надежный способ

Химия не поможет очистить дымоход полностью, если по стечению обстоятельств из топлива в трубу пошло много сажи, еще и увлажненной (сыры дрова, влажная погода),  с росой (низкотемпературное тление).

Надежно очистить дымоход, особенно имеющий изменения направления, можно только механически. Вскрываются сажетрусные окна (вынимаются кирпичи, открываются дверцы) и металлическими ершиками на шлангах, скребками и лопаточками сажа выгребается, ссыпается в ведра, удаляется.

В частных домах такое мероприятие рекомендуется делать по крайней мере раз в год. Даже если сажи обычно немного, необходимо делать проверку и убедится что дымоход чист.

Но лучше  операцию по проверке/очистке выполнять пару раз за отопительный сезон с нормальным топливом и горением, или чаще — по опыту эксплуатации.

Сжигание топлива в трубе

Что делать в сложных случаях

Если добраться снизу в дымоход для очистки сажи не получается, сжигание картофеля и всяческих «трубочистов» кардинально ситуацию не меняют, печная труба остается забита сажей, — что делать?

Как вариант, можно приплатить пожарным, — удаление сажи  для них штатная работа. Они приедут, залезут на крышу, и скорее всего навалят сажи внизу трубы, после чего благополучно удалятся…

Сжигание топлива в трубе

Если такой возможности нет, то остается вспомнить старую профессию трубочиста и проверятеля слуховых окон, затем отправляться на крышу самостоятельно.

В этом случае применяется отличный очиститель труб — металлический ершик сделанный из троса по диаметру трубы на веревке (как сделать — см. ниже ). Он утяжеляется только круглой гирькой, так как другой балласт обязательно расклинится в трубе и запечатает ее наглухо.

А веревка берется  длиной больше чем высота дома, — когда груз улетит вниз, ее конец все равно окажется на земле.

Также обязательно при ручной очистке печной трубы (дымохода) от сажи нужно применить:

  • пояс верхолаза со страховочной веревкой, которой привязываются за ту же трубу, чтобы не упасть с крыши, например, когда сажа вылетит вверх в заглядывающее око;
  • очки и респиратор, и спецодежда обязательны, — здоровье превыше всего.

Сжигание топлива в трубе

  • Видео по теме подскажет как можно очистить дымоход от сажи и сделать ершик для чистки труб изнутри.

Сжигание топлива в топках паровых котлов

Горючее вещество, которое сжигается для получения значительного количества тепла, называется топливом. Различают естественное и искусственное топливо. Естественное топливо используют в том виде, в котором его добывают (каменный уголь, торф, нефть, дрова и т. д.). Искусственное топливо перед сжиганием подвергается переработке.

К нему относят дизельное топливо, мазут, бензин, кокс и т. д.
По физическим признакам топливо, сжигаемое в судовых паровых котлах, делится на твердое и жидкое. В качестве твердого топлива в судовых паровых котлах используют каменный уголь, антрацит, иногда дрова; в качестве жидкого — флотский мазут марок Ф5, Ф12, а также непарафинистый топочный мазут 40.

В паровых котлах малой производительности обычно применяется дизельное топливо.
Горением называется процесс окисления горючих элементов топлива, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Для обеспечения горения в топку котла необходимо подавать топливо и воздух в определенных количествах. Кислород, содержащийся в воздухе, обеспечивает окислительный процесс, в результате чего образуются .

продукты сгорания — дымовые газы.
Процесс горения топлива в топке котла сопровождается выделением большого количества тепла, часть которого теряется бесполезно (например, тепло, уходящее с дымовыми газами; тепло, отдаваемое в окружающую атмосферу нагретыми частями котла и дымоходов; тепло, уходящее с водой при осуществлении верхней и нижней продувки и т. п.).

Принимаются различные меры для уменьшения потерь, но избежать их полностью не удается. Существуют и другие потери, которые зависят от протекания процесса сгорания в топке, от полноты сгорания топлива и от эффективности использования тепла образующихся продуктов сгорания.
Сгорание в топке может быть полным и неполным.

Полным оно считается тогда, когда в результате горения горючих элементов топлива (в основном С и Н) получается углекислый газ С02 и водяные пары, которые больше не способны участвовать в окислительном процессе, т. е. гореть и выделять тепло.

При неполном сгорании получаются промежуточные продукты, способные при определенных условиях к дальнейшему окислению, в основном это окись углерода СО, водород Н2 и метан СН4. Они обладают большой теплотворной способностью, поэтому присутствие всего лишь 1 % окиси углерода в уходящих газах влечет за собой потерю тепла до 5—6 %.

Теоретически для сгорания 1 кг топлива необходимо 14 кг, или около И м3 воздуха. Практически этого количества воздуха недостаточно для обеспечения полного сгорания топлива, потому что частицы топлива и воздуха перемешиваются недостаточно хорошо и не весь кислород, поступающий в топку, вступает в реакцию с топливом. Для обеспечения нормального сгорания топлива приходится подавать в топки котлов несколько большее количество воздуха. Эта разница учитывается коэффициентом избытка воздуха, который определяется как отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку для сжигания 1 кг топлива, к количеству воздуха, теоретически необходимому для этой цели.
a = Vд / Vо ,
где а — коэффициент избытка воздуха (всегда больше единицы); — действительное количество воздуха, м3; — теоретически необходимое количество воздуха, м3.
Коэффициент избытка воздуха зависит от сорта топлива, способа его сжигания, технического состояния котельных форсунок, конструкции топки, режима работы котла и т. д. (например, коэффициент избытка воздуха при сжигании мазута — 1,15—1,3). Выбирая значение а, следует учитывать, что недостаток воздуха приводит к неполному сгоранию, потере тепла и перерасходу топлива. Большой избыток воздуха может привести к еще большим потерям, так как сильно понижает температуру в топке, что способствует образованию значительного количества окиси углерода СО. Кроме того, избыточный воздух увеличивает количество продуктов сгорания в топке, которые, нагреваясь и уходя в дымовую трубу, уносят значительное количество тепла, тем самым увеличивая потери с уходящими газами.
В судовых паровых котлах различают два основных способа сжигания топлива в топках — слоевой и факельный.

Слоевой способ сжигания топлива наблюдается только при сжигании угля и в практике на судах используется очень редко.

При факельном способе сжигания частицы топлива непрерывно движутся во взвешенном состоянии в окружении воздуха и газов, температура которых выше температуры самовоспламенения данного горючего вещества. Этот способ используется при сжигании жидкого топлива в паровых котлах. Под факелом подразумевают газовоздушную струю с распределенными в ней испаряющимися и горящими частицами топлива.
Топки паровых котлов разделяются на слоевые и камерные. Слоевые топки служат для сжигания твердого топлива, уложенного на колосниковой решетке равномерным слоем. Они могут быть с ручным обслуживанием и механизированные (частично или полностью). Камерные топки предназначены для сжигания распыленного жидкого топлива в потоке подаваемого воздуха. При этом в процессе горения образуется факел.
Топочное устройство предназначено для подачи жидкого топлива в топку котла, его распыливания и смешивания с воздухом в топочном объеме. Каждое топочное устройство состоит из форсунки, воздухонаправляющего устройства, системы включения форсунки и управления ею, регуляторов и заслонок (шиберов), а также топливных трубопроводов и арматуры. Основными узлами являются форсунки и воздухонаправляющие устройства. Обычно форсунки устанавливают внутри воздухонаправляющего устройства, которое монтируется на фронтовой топочной раме котла.
Большинство топочных устройств, используемых на морских судах, можно разделить на три группы: с паровыми и воздушными форсунками; с механическими центробежными форсунками; с механическими вращающимися (ротационными) форсунками.
Правилами Регистра СССР предъявляются определенные требования к топочным устройствам. Все оборудование, предназначенное для топочных устройств, должно быть одобрено Регистром СССР и изготовлено под наблюдением его или другого компетентного органа, признанного Регистром СССР. Конструкции форсунок должны обеспечивать возможность регулирования их производительности, следовательно, и паропроизводительности котла, т. е. иметь устройство для регулирования количества воздуха, подаваемого в топку.
Автоматические топочные устройства должны обязательно иметь ручное управление. Отключение топочного устройства должно предусматриваться с двух мест, одно из которых должно обязательно находиться вне котельного отделения.

Читайте также:  Сварочные аппараты для полипропиленовых труб рейтинг 2020

Форсунки, устанавливаемые в котлах, подразделяются на паровые, у которых топливо распыливается под действием кинетической энергии струи пара; механические (центробежные), у которых распыливание топлива осуществляется под давлением (они могут быть регулируемыми и нерегулируемыми, т. е.

допускают или не допускают регулирование их производительности); паромеханические, у которых распыливание топлива осуществляется под действием кинетической энергии струи пара и давления топлива; вращающиеся (ротационные), у которых топливо распыливается под действием центробежной силы, возникающей при вращении стакана форсунки.

Паровые форсунки в свое время получили довольно широкое распространение на судах из-за простоты устройства и обслуживания. Они обеспечивают хорошее качество распыливания и легко регулируются. При правильном регулировании процесса горения коэффициент избытка воздуха составляет 1,07— 1,10, а потери от химического недожога — 0—0,2%. Несмотря на такие преимущества, паровые форсунки практически не используют на морских судах из-за большого расхода пара на распыливание мазута (2—5 % от паропроизводительности котла). Их применяют лишь на портовых буксирах, судах прибрежного плавания и на речном флоте.
На промысловом флоте широко применяют механические центробежные и ротационные форсунки.

Распыливание мазута в механических центробежных форсунках осуществляется в результате большой скорости истечения его из сопла. Механические центробежные форсунки бывают регулируемые и нерегулируемые. У регулируемых форсунок производительность изменяется в процессе работы.

Сжигание топлива в трубе

На рисунке выше показана одна из простейших конструкций механической нерегулируемой центробежной форсунки фирмы «Тодд». Она состоит из полого корпуса 4, имеющего наружную резьбу на обоих концах. На один конец корпуса навинчивается рукоятка 5, имеющая канал для подвода мазута, на другой — корпус сопла 3 с отверстиями 6. К корпусу сопла с помощью гайки 2 крепится распыливающая шайба 1 с тангенциальными канавками. Плоскости прилегания сопла и распыливающей шайбы должны быть тщательно притерты друг к другу. Распы-ливающие шайбы изготовливаются из хромоникелевой или хро-мовольфрамовой стали. Корпус форсунки выполнен толстостенным в связи с тем, что мазут может подаваться под большим давлением. Размер соплового отверстия каналов позволяет изменять производительность форсунки.
Шайбы изготавливаются по номерам. Каждый номер соответствует определенной производительности, которая указывается в судовой  технической  документации. Для улучшения качества распиливания мазут необходимо предварительно подогревать до температуры 90—115 С (в зависимости от его марки).
Такая механическая форсунка позволяет некоторое регулирование без замены распыливающих шайб (за счет изменения давления мазута). Так, при увеличении давления от 1,0 до 2,0 МПа производительность форсунки увеличивается примерно в 1,5 раза. Если такое регулирование является недостаточным, прибегают к замене шайб. Расход энергии на работу механических центробежных форсунок в 20—30 раз меньше, чем у паровых.
Использование топочного устройства с форсункой типа «Тодд» позволяет добиться нормального сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха 1,12—1,15. При этом потери тепла от химического недожога находятся в пределах 0—0,3 %. Показатели несколько хуже, чем у паровых форсунок, но это окупается значительно меньшим расходом энергии на их работу.
Сжигание топлива в трубе

На рисунке выше показана паромеханическая форсунка конструкции СКБК (специализированное конструкторское бюро котлостроения), которая состоит из корпуса 11 с рукояткой 10 и наконечника 7 с наружной резьбой. Корпус и наконечник соединяются топливной 8 и паровой 9 трубами, которые крепятся при помощи сварки. На наконечник навинчивается стопорное кольцо 6 и накидная гайка 4. Между ними устанавливается уплотнение 5, которое служит для предотвращения подтекания мазута по резьбе. Уплотнение при необходимости поджимается стопорным кольцом 6, чем достигается необходимая плотность соединения. Накидная гайка служит для установки и крепления в определенном положении сопла 1, распылителя 2 и шайбы 3 к торцевой поверхности наконечника 7. Все указанные детали должны быть тщательно обработаны, а прилегающие поверхности притерты друг к другу.
Распылитель включает в себя топливную вихревую камеру и имеет с обеих сторон по четыре тангенциальных канала шириной 1 мм со стороны паровой части и 1,8 мм с топливной. По окружности распылителя расположены восемь продольных каналов радиусом 2 мм для прохода пара. При сборке топливный ниппель распылителя входит в отверстие сопла, образуя кольцевой зазор. Шайба распылителя 3 устанавливается между самим распылителем и наконечником 7. В ней имеется восемь топливных отверстий диаметром 1,8 мм и восемь продольных каналов радиусом 2 мм (по наружному диаметру). В наконечнике имеется два канала для прохода топлива и пара.
Топливо по каналу в корпусе, топливной трубе и каналу в наконечнике подается к шайбе 3. Через цилиндрическое отверстие в шайбе мазут поступает к тангенциальным каналам распылителя, по ним в вихревую камеру, из которой через прожимное отверстие топливного ниппеля распылителя выходит из форсунки распыленным, вращаясь с большой частотой.
Пар подходит по каналу в корпусе, паровой трубе и каналу в наконечнике к шайбе 3 распылителя. Пройдя по продольным каналам в шайбе и таким же каналам в распылителе 2, затем по четырем тангенциальным каналам, выполненным в распылителе с другой стороны, пар попадает в полость, ограниченную поверхностью сопла, распылителя и наружной стороной ниппеля. Отсюда через кольцевой зазор, образуемый отверстием в сопле и ниппеле, пар с большой скоростью выходит из форсунки, подхватывая капли топлива, выходящие из топливного отверстия ниппеля. В процессе истечения пара и топлива капли последнего дробятся на мельчайшие частицы, что способствует их хорошему перемешиванию с воздухом.
Достоинства паромеханических форсунок следующие: высокое качество распыливания мазута; .достаточно широкие пределы регулирования производительности (10—100%); возможность работы с низким коэффициентом избытка воздуха (до 1,02—1,04); малая склонность к закоксовыванию выходных отверстий, так как они периодически могут продуваться паром.
Расход пара в паромеханических форсунках (0,05—0,15 кг/кг топлива) значительно меньший, чем в обычных паровых, что очень важно для промысловых судов. Эти форсунки широко используются в паровых котлах.

Ротационные форсунки также получили широкое распространение на промысловых судах. Для их использования не требуется расхода пара на распыливание мазута, при этом достигается удовлетворительное качество распыливания топлива во всех диапазонах нагрузок (от 5 до 100%).

Распыливающая головка ротационной форсунки:

Сжигание топлива в трубе

Основной частью ротационных форсунок является распыливающая головка. Она состоит из стакана 1, закрепленного на валу 6 при помощи крестовины 5 и вращающегося с частотой 5000— 7000 об/мин. Внутренняя поверхность стакана имеет небольшую конусность, вследствие чего мазут перемещается по ней в сторону топки. Топливо под давлением 0,05— 0,07 МПа подводится по неподвижно закрепленной трубе 7 в кольцевую полость и через отверстие 4 равномерно поступает на внутреннюю поверхность стакана.
Достигая выходной кромки, пленка мазута под действием центробежной силы образует конус распыливания. Первичный воздух подается в кольцевой канал 3, образованный неподвижным корпусом воздухонаправляющего устройства 8 и вращающимся стаканом 1. Воздух входит к топку через кольцевое воздушное сопло 9 с большой скоростью (60—80 м/с), что способствует хорошему смесеобразованию. Часто в кольцевом канале 3 устанавливают тангенциальные лопатки 2 для завихрения первичного воздуха.
Мазут и воздух предварительно подогревают. Температура нагрева мазута 70—90 С. Первичный воздух подается под давлением 3,5—4 кПа, вторичный — под давлением 0,3—0,4 кПа. Воздух к форсункам подается различными способами в зависимости от конструкции паросиловой установки. Иногда топливо на внутреннюю поверхность стакана подается по отверстию во вращающемся валу.

Способы сжигания топлива в отопительных котлах

Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой.

В то же время топка служит теплобменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.

По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках — газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.

Современные котлы обычно используют три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой.

Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми.

Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива.

Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят, производительность и экономичность котельной установки.

  • Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.
  • Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу,— выносными.
  • В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные.

Ручными топками называют те, в которых все три операции — подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки — производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.

Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы.

Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в толку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.

Слоевые топки для сжигания твердого топлива делят на три класса:

  • топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижнолежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой. На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1—2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5−10 т/ч;
  • топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива, к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч; в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч;
  • топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на Колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.
Читайте также:  Труба стальная под сваи

Камерные (факельные) топки. Камерные топки применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива.

При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках — углеразмольных мельницах, а жидкое топливо — распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.

Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности.

Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами.

Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.

По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.

Камера топки с твердым шлакоудалением снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину попадают в шлакоприемное устройство.

Камеру топки б с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы.

Расплавленный шлак, выпавший из факела на под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку в шлакоприемную ванну, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.

Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.

В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака.

Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее.

Горелки бывают прямоточными и завихривающими.

Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.

А вы знали, что у нас есть Instagram и Telegram?

Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!

Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам сжигания газообразного или распыленного жидкого топлива в режиме газовой или капельной детонации и может быть использовано в различных технологических устройствах и энергетических установках, работающих на импульсно-детонационном или непрерывно-детонационном горении, например, для инициирования детонации в непрерывно-детонационной камере сгорания турбореактивного двигателя. Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью включает быстрое формирование турбулентного фронта пламени, его ускорение и усиление образовавшейся ударной волны с последующим переходом горения в детонацию. Формирование турбулентного фронта пламени осуществляется в высокоскоростном турбулентном потоке горючей смеси, образованной за счет турбулентного смешения перекрестных сверхзвуковых струй горючего и окислителя, при помощи форкамерно-факельного зажигания, при этом форкамера заполняется горючей смесью, поступающей из детонационной трубы, а зажигание горючей смеси в форкамере осуществляется при помощи слабого источника зажигания. В результате достигается быстрый переход горения в детонацию с очень коротким преддетонационным расстоянием и временем. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Изобретение относится к способам и устройствам сжигания газообразного или распыленного жидкого топлива в режиме газовой или капельной детонации и может быть использовано в различных технологических устройствах и энергетических установках, работающих на импульсно-детонационном или непрерывно-детонационном горении, например, для инициирования детонации в непрерывно-детонационной камере сгорания турбореактивного двигателя.

Одна из наиболее важных проблем при создании импульсно-детонационных и непрерывно-детонационных камер сгорания, технологических устройств и энергетических установок — обеспечение надежного инициирования детонации на кратчайшем расстоянии (до ~0.2 м) за кратчайшее время (до 5 мс) от слабого источника зажигания (с энергией не более 1 Дж).

Предшествующий уровень техники

В классических устройствах инициирования детонации либо используется прямое инициирование детонации — кратковременное выделение энергии, значительно большей указанного значения (Зельдович Я.Б., Когарко С.М., Симонов Н.Н. // ЖТФ, 1956, том 26, №8, с.

1744-1752), либо переход горения в детонацию: горючую смесь поджигают слабым источником зажигания в трубе с регулярными кольцевыми препятствиями и обеспечивают прогрессирующее ускорение пламени с переходом в детонацию на расстояниях (преддетонационное расстояние) и за время (преддетонационное время), значительно превышающих указанные значения, см.

, например, работу О. Peraldi, R. Knystautas and J.H. Lee «Criteria for transition to detonation in tubes». Twenty-First Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1986, pp. 1629-1637, в которой переход горения в детонацию в топливно-воздушных смесях достигался в трубах диаметром 5, 15 и 30 см на расстояниях до 18 м.

В последнем случае детонация в трубе возникает в результате положительной обратной связи между скоростью распространения пламени и степенью турбулентности в потоке горючей смеси, приводящей к образованию догоняющих друг друга ударных волн и самовоспламенению ударно сжатой горючей смеси перед фронтом пламени.

Наличие регулярных кольцевых препятствий способствует турбулизации горючей смеси, а отражение ударных волн от препятствий способствует образованию очагов самовоспламенения.

Известны способ и устройство инициирования детонации в трубе с набором регулярных кольцевых препятствий, описанные в работах: Kuznetsov М., Alekseev V., Matsukov I., Kim Т.Н. Ignition, flame acceleration and detonations of methane-air mixture at different pressures and temperatures // Proc. 8th ISHP-MIE, Jokohama, Japan, 2010.

— Paper No. ISH-118; Kuznetsov M. et al. DDT in methane-air mixtures // Shock Waves. — 2002, V. 12, P. 215-220.

Применение такого устройства для организации перехода горения в детонацию в метановоздушной смеси при давлении 1 атм и начальной температуре 293 К с помощью слабого источника зажигания (автомобильной свечи) привело к следующим результатам: в трубе диаметром 520 мм ПГД достигался на расстоянии более 17 м, в трубе диаметром 174 мм — на расстоянии более 8 м. Обращает на себя внимание тот факт, что в цитируемой работе в трубе диаметром 121 мм ПГД при нормальных условиях никогда не достигался, хотя предельный диаметр гладкой (без препятствий-турбулизаторов) трубы Dlim для распространения детонации в метановоздушной смеси при нормальных условиях составляет Dlim≈80-100 мм (Фролов С.М., Аксенов B.C., Скрипник А.А. Инициирование детонации в смеси природного газа с воздухом в трубе с фокусирующим соплом // ДАН, 2011, Т. 436, №3, с. 346-350; Vasil'ev А.А. Optimization of acceleration of deflagration-to-detonation transition в книге: «Confined detonations and pulse detonation engines» G. Roy, S. Frolov, R. Santoro, S. Tsyganov (Eds) — Moscow: Torus Press, 2003, p. 41-48). Кроме того, в работе Фролова С.М. Ускорение перехода в детонацию в газах: от К.И. Щелкина до наших дней // ФГВ, 2012, Т. 48, №3, с. 1-12 сообщается о достижении быстрого перехода горения в детонацию в трубе диаметром 94 мм с препятствиями специальной формы. Следовательно, предложенный способ также не обеспечивает оптимальных условий для перехода горения в детонацию, в результате чего в трубе, в которой еще может распространяться детонационная волна, переход горения в детонацию не достигается — детонация не возникает.

В Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) в течение длительного времени проводятся фундаментальные исследования условий перехода горения в детонацию, в ходе которых был разработан способ инициирования детонации в короткой гладкой трубе с помощью бегущего импульса принудительного зажигания (Фролов С.М. и др. ДАН, 2004, Т.

394, №2, с. 222-224; ДАН, 2004, Т. 394, №4, с. 503-505). Идея использования внешних источников зажигания для возбуждения детонации впервые была выдвинута Я.Б. Зельдовичем и А.С Компанейцем (Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М. Гостехтеориздат, 1955).

Экспериментальные исследования в ИХФ РАН показали, что бегущий импульс принудительного зажигания должен двигаться от одного источника зажигания к другому с ускорением, синхронно с ударной волной, при этом допустимое рассогласование прихода ударной волны и момента зажигания должно составлять не более 50-100 мкс: при большем рассогласовании при прочих равных условиях детонация не возникает. На основе анализа данных экспериментов в дальнейшем (Frolov S.M. Initiation of Strong Reactive Shocks and Detonation by Traveling Ignition Pulses. J. Loss Prevention, 2005, V. 19, №2-3, p. 238-244) был сделан вывод, что классические опыты по переходу горения в детонацию в трубах с регулярными препятствиями также можно рассматривать как инициирование детонации бегущим импульсом зажигания, но не принудительного, а самопроизвольного при самовоспламенении смеси в результате отражения ударных волн от препятствий. При этом также необходимо согласование моментов прихода ударной волны и возникновения очагов самовоспламенения (Фролов С.М. Быстрый переход горения в детонацию // Химическая физика, 2008, т. 27, №6, С. 31-44).

О новом способе сжигания топлива

Для сравнения, на фотографии рис. 4 показано горение только что срубленных дров в топках котлов постоянного действия. В верхней части фотографии, котел с принудительным движением газов. В нижней части фотографии котел, построенный в соответствии с новой системой «свободного движения газов», в котором регистры вынесены в колпак.

Котлы работают без дутья. В котле системы СДГ видно, что в высокотемпературном поле происходит равномерный нагрев дров и их термическая деструктуризация (пиролиз). В топочной камере изменяются условия сгорания топлива. Происходит отделение холодных балластных газов, за счёт этого возникает высокотемпературный процесс горения.

Это обеспечивает прогрев и газификацию топлива, а также чистое горение. Смесь, не самовоспламеняющаяся при низкой температуре, становится способной к самовоспламенению при повышенной температуре.

Расположение теплообменника в колпаке вне зоны горения топлива позволяет, не снижая эффективности извлечения энергии из топлива, максимально увеличить использование выделившегося тепла.

При сжигании топлива в теплогенераторах новой системы СДГ и использовании воздуха в качестве окислителя увеличивается теплосодержание продуктов сгорания за счёт уменьшения влияния балластных газов на процесс окисления.

Теплота сгорания сырых дров ниже, чем сухих, т. е. при их сжигании увеличивается количество балластных газов. Влияние балластных газов на процесс горения можно также проследить на примере сжигания ацетилена при газосварочных работах.

Читайте также:  Труба 273 в челябинске

Теплосодержание продуктов сгорания ацетилена зависит от вида применяемого окислителя, т. е. от количества балластных газов.

Если подавать в зону горения вместо кислорода воздух, то температура реакции горения и энергия, изъятая из ацетилена, будут недостаточны для резки и сварки металла.

В теплогенераторах новой системы СДГ процесс сжигания топлива естественен, саморегулируем и оптимален. Улучшаются условия сжигания топлива, тем самым повышается КПД изъятия энергии.

Система СДГ получила широкое распространение и развитие в проектировании и строительстве бытовых печей и дровяных котлов. Её отличает необычайная гибкость, что позволило выпустить уже тысячи высокоэффективных конструкций бытовых печей и котлов различного назначения.

Имеется возможность создания бесчисленного множества теплогенераторов различной формы, мощности и назначения, многофункциональных и многоэтажных, в том числе промышленного типа. Дровяные котлы постоянного действия показывают удивительные результаты и производительность. В их топках возникает высокотемпературный процесс чистого горения.

Это обеспечивает прогрев и газификацию топлива при температуре около 1060 оС. Они уже сейчас отапливают помещения площадью в несколько тыс. квадратных метров, при этом движение теплоносителя происходит без насоса. Неоднократные измерения количества сжигаемого за сутки дров показывают, что в них содержится меньше энергии, чем выделяется котлом.

Невероятно, но это факт, который надо подтвердить или опровергнуть испытаниями.

https://www.youtube.com/watch?v=MSUaY7rxI9s\u0026t=9s

Система СДГ внедряется во многих странах мира. Во всех испытаниях, проведенных в США, Канаде, Франции, Швеции, России, Германии печи нашей системы показали КПД до 90%. После их доводки в результате экспериментов, проведенных во Франции, удалось добиться высокой чистоты сгорания.

Независимые испытания печи данной конструкции в Швеции, выполненные в январе 2008 г. фирмой «AF-kontrol AB», показали, что выбросы СО и органически связанного углерода существенно ниже максимально допустимых значений. Она имеет КПД более 90%.

Система СДГ – это новый качественный уровень технологии сжигания биотоплив, аналога которому в мире нет, это реальное энергосбережение.

В ретортах (закрытых металлических ёмкостях), обогреваемых снаружи без доступа воздуха, можно получать из органических бытовых и промышленных отходов твёрдый, богатый углеродом кокс, пиролизный газ (парогаз) и различные составляющие их переработки.

Это металл из автомобильных покрышек, кабелей или других отходов, пиролизное топливо, активированный уголь и др. Кокс можно нацело перерабатывать в газ, воздействуя на него, например, водяным паром при высокой температуре. Это самый качественный газ с теплотой сгорания 2802 ккал/м3.

Выделяемые газ и кокс можно сжигать, получая тепло.

Газогенераторная установка системы СДГ может иметь один, два или более колпаков с ретортами, один или несколько колпаков с теплообменником и теплонакопительный колпак с топочной камерой.

Каждая реторта располагается в своём колпаке, где обогревается теплом сжигаемых в топочной камере или в колпаке парогазов.

Регулирование нагрева происходит за счет перераспределения потоков горячих газов, полученных при сжигании в топочной камере парогазов, или изменения количества сжигаемых в колпаке с ретортой парогазов.

Получение качественных продуктов переработки биомассы в максимальном объёме, обеспечивается управляемостью процесса пиролиза в каждой реторте во всех циклах, что в других системах сделать невозможно. Установки не требуют внешней энергии. Они работают за счёт энергии, выделяемой пиролизуемым сырьём.

Аналогичные по своей сути установки (модули) выпускает немецкая фирма Meta Pyrolyse-Anlagen GmbH, только они работают на электричестве. Только в этом случае они смогли добиться управляемости во всех стадиях пиролиза топлива, получения качественных продуктов и окупаемости их производства.

Сейчас в мире сжигание твёрдого топлива происходит в два этапа:

1 этап – дорогостоящий и энергоемкий этап производства пеллет, брикетов и т.п.;

2 этап – сжигание пеллет, по степени автоматизации оно соответствует уровню сжигания газа и дизельного топлива.

В системе СДГ можно использовать сырое топливо, так как сушка его происходит за счёт тепла отходящих газов. Исключается дорогостоящий и энергоёмкий этап подготовки топлива. Регулирование мощности горения при этом не вызывает снижения КПД.

В системе СДГ имеется возможность создания механизма вакуумной сушки топлива за счёт тепла отходящих газов. Имеется также возможность довести парогаз, полученный при низкотемпературном пиролизе, до степени молекулярного измельчения и подготовить его к эффективному сжиганию или переработке.

Заключение

Дальнейшая работа по совершенствованию системы СДГ требует привлечения широкого круга специалистов разных специальностей, проведения экспериментальных работ, для чего требуется создание соответствующей материально-технической базы. Необходима преемственность в развитии системы СДГ, иначе Российский приоритет её будет утрачен. Эта работа требует серьёзной политической и финансовой поддержки и должна возглавляться сильным экономическим менеджером.

Список использованной литературы:

1. И.С. Подгородников. Бытовые печи. Издательство МКХ РСФСР. Москва — 1960 г.

2. К. Мякеля. Печи и камины. Москва. Стройиздат 1987 г.

3. И.И. Грингауз. Паровые котлы. НКЭП СССР. Государственное энергетическое издательство. Москва 1940 Ленинград.

4. Д.Б. Гинзбург. Газификация твердого топлива. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Москва — 1958 г.

5. Под редакцией Ю.Д. Юдкевич, С.Н. Васильев, В.И. Ягодин. Получение химических продуктов из древесных отходов. С.-Петербург 2002 г.

6. Э.Д. Левин. Теоретические основы производства древесного угля. Лесная промышленность. Москва. 1980 г.

7. А.Н. Кислицин. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы. Москва. Лесная промышленность. 1990 г.

  • О новом способе сжигания топлива в отопительных индивидуальных печах.
  • ПРОДОЛЖЕНИЕ (Дополнение).
  • О некоторых новых свойствах системы СДГ.
  • 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 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.

  1. Что бы лучше понять о чем идет речь вспомним о некоторых свойствах различных частей бытовых печей (теплогенераторов), топок и конвективных систем.
  2. Основные части печей любых систем:
  3. • топка (в том числе подовая), предназначена для сжигания топлива;
  4. • конвективная система, предназначена для аккумуляции и использования теплоты отходящих газов, определяет характер движения газового потока;
  5. • 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 для принудительного 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?

Теплоотдача от газовой среды к теплообменной поверхности 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). Теплоотдача от газовой среды к теплообменной поверхности увеличивается при увеличении массы теплообменных поверхностей.

Это в перекрытиях, углах и утолщениях стенок, где снижается температура газов. Об этом говорят и результаты экспериментов.

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *