Горение древесного топлива, ч.3

(завершение статьи; часть 1, часть 2)

процесс горения дров

Рис. 5. График зависимости времени горения от веса сгораемого топлива

Эти факты ясно показывают преимущества цикла сжигания древесины с постепенным сгоранием топлива, который приводит к сглаживанию графика топливных «потерь» и приближению его к линейной форме. На Рис. 5 показано как выглядит этот график на примере экспериментальных опытов со сжиганием одного полена разного веса (0.95, 1.6 и 1.9 кг). Очевидно, что такая линейная зависимость могла быть получена при практически постоянной скорости горения и регулировке подачи воздуха. В общем случае, организация такого идеального режима работы камина будет более сложной, чем эксперимент с одним поленом. Стабильность горения определяет общий тепловой баланс и зависит от следующих факторов: количества и температуры первичного воздуха для горения, влажности древесины и емкости камеры сгорания. Экспериментальным путем было доказано, что существенно лучшие условия для сжигания древесины были представлены печами с колосниковой решеткой и дополнительной подачей вторичного воздуха, когда скорость воздуха была небольшой, а количество горячего пепла на дне камеры сгорания – значительным. Образцы конструкции камина с колосниковой решеткой и без нее показаны на Рис. 6а, 6b.

горение дров в каминепроцесс горения дров

Рис. 6a, 6b. Образцы конструкции камина с колосниковой решеткой и без нее

Эксперименты

В общем случае процесс сжигания древесины в камине определяется конструкцией камина, качеством сжигаемого дерева и воздушным режимом. Целью научно-исследовательской работы стало определение условий, при которых можно достичь высокой эффективности печи, пользовательского комфорта и минимальных выбросов. Все эти параметры трудно определяемы и связаны с процессом горения в камине, кривой выгорания древесины и скоростью горения. Тем не менее, благодаря сотням научных исследований и разработок мы имеем экспериментальные результаты, благодаря которым можно описать и оценить влияние каждого параметра на процесс горения.


Все тесты проводились на экспериментальной печи с колосниковой решеткой. В качестве топлива использовался хорошо высушенный бук с содержанием влаги около 10% . Температура горения определялась термопарами и была равна 320 ° С.

Конструкция камина, его размер и форма являются параметрами, на которые обычный пользователь обращает внимание только при покупке печи. Среди производителей бытует мнение, что хороший дровяной камин должен быть достаточно большим и с тонкими стенками. Высота камина благоприятно сказывается на дожигании горючих элементов в общем объеме выхлопных газов, а его размер, в свою очередь, определяет конкретную тепловую нагрузку, которая не должна быть слишком высокой. Рис. 7а показывает, как уменьшение объема топки влияет на интенсивность горения и скорость выгорания. Также исследовалось влияние увеличения тепловой нагрузки с 260 кВт / м 3 до 650 кВт / м 3 на скорость горения и время рабочего цикла. Первый параметр (скорость горения) увеличивался, а второй (время горения) уменьшался. В то же время тепловая эффективность печи уменьшалась с 72% до 66%.

Пользователь может повлиять на нормальную работу двух ключевых параметров процесса сгорания: качество топлива и объем воздуха для горения. При этом в понятие "качество топлива" должны быть включены, помимо традиционной влажности древесины, еще и размер поленьев, с указанием конкретных поверхностных реакций.

Ярким примером влияния площади поверхности топлива на процесс горения является Рис.8. Для тестирования были использованы два бревна диаметром 4 см и длиной 35 см и сколы (щепы) древесины в количестве 194 штук. Удельная поверхность древесного реагента была таким образом увеличена с 0,08 м 2 / кг до 0,94 м 2/ кг, что увеличило время сгорания на 10минут.

график влияния объем камина на горение

Рис. 7a-d . Определение влияния влажности древесины на горение

Другой эксперимент был поставлен для определения влияния влажности древесины на горение. Графические результаты эксперимента – на рисунке 7c. Вода, содержащаяся в топливе, влияет на температуру в камере сгорания, а также на общую эффективность печи и образование загрязняющих веществ. Принято считать, что сухая древесина – это та, которая содержит не менее двадцати процентов воды, что требует сушки в течение двух лет в сухом, хорошо проветриваемом месте. На Рис.7c показаны графики, которые были получены путем сжигания образцов древесины с содержанием воды от 11 до 20%. Различия между ними не особенно существенны, но горение древесины с высоким содержанием воды (тридцать процентов или более), приводит к увеличению количества продуктов неполного сгорания, снижению скорости горения, что приводит к нестабильности самого процесса сжигания топлива.

гафик горения и веса топлива

Рис. 8. Зависимость времени горения от веса

Управление процессом сгорания путем регулирования подачи воздуха является естественным и простым способом влияния на процесс горения. В отличие от промышленных котлов с колосниковой решеткой и циклическим процессом сгорания топлива, обычные дровяные печи имеют нерегулярный цикл подачи топливной древесины. Поэтому от цикла к циклу условия процесса сгорания будут меняться, так что единственный способ влиять на ход технологического цикла сгорания будет регулирование подачи воздуха для горения. Механическое управлением открытием и закрытием воздушных клапанов для регулирования объема воздуха для горения является самым дешевым и простым решением. Рисунок 7d показывает графическую зависимость, соответствующую воздушным режимам с избытком воздуха в 3,0 и 3,6 раз. Диаграммы показывают увеличение максимальной скорости горения при большем избытке воздуха примерно на половину, и довольно значительный сдвиг максимумов к началу цикла (более быстрое воспламенение топлива). Сокращение избытка воздуха приводит к увеличению КПД печей с 67 до 78%, а также уменьшение температуры дымовых газов на выходе с 251 до 184 ° С. При этом произошло увеличение концентрации монооксида углерода в отходящем газе с 0,45 до 0,48%.

Результаты и выводы

Несмотря на все еще недостаточное количество экспериментальных результатов, представленные графики вполне правдоподобно свидетельствует о реальной возможности осуществлять контроль за процессом горения в печи.

Перейти к часть 1, часть 2