Горение в чистом виде - это химическая реакция, при которой из одних простых веществ, углерода (С) и водорода (Н₂), при соединении с кислородом (О₂), получаются другие вещества, с выделением тепла. Если нагревать топливо, то происходит разделение его на летучую часть, которая состоит из углерода и водорода, и твёрдого остатка, углерода. Летучая часть называется углеводородом.

Процессы горения могут быть выражены с помощью химических уравнений, показывающих, в каких соотношениях и как взаимодей­ствуют (реагируют) отдельные вещества.

С+О₂=СО₂+7940 ккал/кг С, - формула 1,

Н₂+1/2О₂=Н₂О+2579 ккал/нм³ Н₂ , - формула 2,

СО+1/2О₂=СО2+3018 ккал/нм3 СО, формула 3.

Если в качестве окислителя используется воздух, то при самой правильной организации горения,  продуктами реакции горения является раскаленные углекислота (СО₂) от сгорания углерода и водяные пары (Н₂О) от сгорания водорода. Это источники тепла в результате химической реакции горения. Кроме этого имеется 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 с повышенным содержанием азота, не принявшего участия в горении, а так же водяные пары от выпаривания воды, содержащегося в топливе. Все эти газы, балластные, 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.

Печь состоит из топки, конвективной системы и трубы. Конвективная система является, инструментом для использования выделившейся тепловой энергии, которая может быть направлена на обогрев котла водяного отопления, калорифера, теплонакопительного массива, и т. д.

В настоящее время все строящиеся печи могут иметь следующие конвективные системы:

Все эти печи характеризует общий признак. В камере сгорания объединенной с конвективной системой, движение газового потока, возникающего в процессе сжигания топлива, происходит за счет тяги трубы. Продукты реакции сжигания смешиваются в один поток. Все эти печи системы ПДГ (Принудительного движения газов).

Продукты реакции  сгорания состоят из смеси не связанных между собой газов. Часть газов источники, часть потребители тепла. В потоке они смешиваются, Fig.2. Ухудшаются условия сгорания топлива и сохранение выделенного из топлива тепла.

Ставится задача улучшить условия сжигания топлива. Разделить поток газов. Газы источники тепла направить на эффективное использование. Газы балластные, потребители тепла, вывести из печи,  мало охлаждая ее. Уменьшить количество водяных паров, выходящих из трубы, так как они безвозвратно уносят тепло затраченное на их нагрев. Используя для этого естественные законы природы. Разделить газы можно только при их возникновении.

Печи новой системы СДГ (Свободного движения газов), построенные в соответствии с моими патентами РФ на изобретение: № 2055272 от 27.02.1996 г и № 2553748 от 22.05.2015 г, СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА. У них в камере сгорания объединенной с конвективной системой, движение газового потока, возникающего в процессе сжигания топлива, происходит за счет теплообменных процессов.

Первый шаг в создании СИСТЕМЫ СДГ.

Печи, в которых «нижний ярус и топка объединены в единое пространство и составляют нижний колпак», в соответствии с патентом РФ: № 2055272. Ее отличает необычайная гибкость.

Топка и колпак объединяются через вертикальную щель шириной 2–3 см. (далее «сухой шов»). Такое построение позволяет создать  и в колпаке, и топке условия, в которых движение газов отвечает их естественному стремлению: горячий газ поднимается вверх, а струйки охлажденного опускаются вниз только за счет теплообменных процессов (при равенстве дутья-тяги). Через «сухой шов» будет происходить интенсивный теплообмен из топки в колпак, за счет конвекции и диффузии, без тяги трубы. В нижнем колпакене будет вертикального вектора тяги трубы. В топке будет естественное движение газов.Аналогию работы сухого шва можно проследить на следующем примере. Если в зимнее время открыть окно или дверь на улицу на 2-3 см, то будет проходить интенсивный теплообмен. Чем больше разница температур в доме и на улице, тем больше будет теплообмен.

Это позволило создать тысячи новых конструкций высокоэффективных бытовых печей и котлов различного функционального назначения. Имеется возможность создания бесчисленного множества теплогенераторов различной мощности и назначения, с новыми полезными для людей функциями, в том числе промышленного типа.

Как пример гибкости системы СДГ можно привести показанный на фотографии теплообменник котла, который вставляется в колпак. Не теплообменник размещается в топку, а топка с сухим швом размещается в теплообменник. Показано горение в топке котла.

Второй шаг, в совершенствовании СИСТЕМЫ СДГ.

Патент РФ на изобретение № 2553748 от 22.05.2015 г, СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА.

Рассмотрим процесс сжигания топлива в колпаке показанного на. Fig. B1

Колпак – это перевернутый вверх дном сосуд. 1- выход газов из колпака (тяги нет); 2- поддувало; 3- первичный воздух (ПВ); 4- топливо; 5- углеводород; 6- вторичный воздух (ВВ); 7- вредные балластные газы; 8- зона реакции горения; 9- полезные продукты,- СО₂ и Н₂О; 10- зона теплообмена;

Если внизу колпака сжигать дрова (Fig. B1), то из них выделяются летучие горючие газы. Они состоят из смеси углерода-С и водорода-Н₂. Если в среднюю часть топки подавать воздух, то происходит реакция горения, которую можно выразить с помощью химических уравнений

С+О₂=СО₂+7940 ккал/кг С, - формула 1,

Н₂+1/2О₂=Н₂О+2579 ккал/нм³ Н₂ , - формула 2

Соотношения веществ вступающих в химическую реакцию выдерживаются, как и их состав. То есть в реакцию вступают углерод- С, водород- Н₂, с кислородом- О₂,в количестве определенном химическим уравнением. Другие вещества вступить в реакцию не смогут. В этом случае можно говорить о теплосодержании топлива при окислении его кислородом в чистом виде. По аналогии сжигания ацетилена чистым кислородом из баллонов.  В настоящее время величина теплосодержания топлива приводится при окислении его кислородом воздуха, то есть с балластным газом азотом.

Продукты сгорания разделяются по степени нагрева. Горячие частицы, раскаленный диоксид углерода и водяные пары, поднимаются вверх. Балластные газы опускаются вниз и выходят из колпака через зоны вблизи поверхностей теплообмена. Движение газового потока происходит за счет теплообменных процессов, без тяги трубы. При сжигании топлива в колпаке, энергия горячих газов аккумулируется, концентрируется и используется в колпаке. Из колпака, нижней его части, могут выйти только охлажденные газы. Колпак может быть любой формы и объема.

Рассмотрим свойства и возможности печей разных систем.

ПЕЧИ СИСТЕМЫ ПДГ, ЭТО ПРЕШЕСТВУЮЩИ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

За долгие годы, конструкции энергоустановок ПДГ, в теплотехническом отношении, доведены до максимально возможного высокого уровня и резерв улучшить их практически исчерпан.

1.       Печи системы ПДГ не могут удовлетворить все возрастающие потребности в многофункциональных печах и котлах различной мощности множества домов различных объемно-планировочных решений и запросов заказчиков.

2.       В результате химической реакции горения возникают носители тепла углекислота (СО₂) от сгорания углерода и водяные пары (Н₂О) от сгорания водорода, а так же условно холодные балластные газы. В топке печей системы ПДГ они смешиваются, снижается температура газового потока, ухудшаются условия сгорания топлива и использования выделенного тепла;

3.       В печах системы ПДГ нет места для размещения теплообменника.

3.1 Теплообменник в топке снижает там температуру, ухудшаются условия сгорания;

3.2 В восходящем канале большого сечения поток газа распределяется не равномерно. (Там где по сечению температура больше, складываются сила тяги трубы и архимедова подъемная сила);

3.3 В нисходящем канале, например в печах противотока, поток газа распределяется по сечению равномерно (Если в каком то месте температура больше, то там возникает тормозящая тягу трубы архимедова сила). Поток газа размазывается по сечению, уменьшается его температура и он в постоянном движении, ухудшается теплообмен;

4.       Охлажденный поток протягивается с большой скоростью через каналы печи вверх, вниз, влево, вправо с большой скоростью, уменьшается время контакта, а значит, ухудшается теплообмен газов с теплообменной поверхностью;

5.       В связи с указанными причинами в системе ПДГ  нельзя создать множество многофункциональных печей различной мощности, в соответствии с возрастающей потребностью.  По этой же причине нельзя создать множество экологически чистых котлов различной мощности. В связи с этим, строительство котлов на твердом топливе законодательно запрещено в Северной Америке;

6.       Нагрев первого и последнего каналов не равномерен, в связи с чем, имеется повышенная опасность образования трещин на печи;

7.       Трудно контролировать время окончания топки печи и закрытия задвижки. Раньше закроешь, можно угореть. Если проспишь вовремя закрыть задвижку, то печь быстро охладится. То есть могут быть большие потери тепла от не вовремя закрытой задвижки.

8.       Продукты сгора­ния обычно отводятся при такой высокой температуре, что содержащаяся в этих продуктах вода находится в виде пара. В этом случае водяные пары не отдают тепла, затраченного при горении на испарение воды, и оно теряется. При температуре газов меньше 100 ^оС возникает конденсат, труба плачет и разрушается.

9.       В конечной стадии горения, когда в топке остаются угли повышается концентрация углекислого газа (СО). Из-за нехватки кислорода происходит неполное горение. Это объясняется тем, что воздух в системе ПДГ в топке выходит вертикально вверх за счет тяги трубы и мало воздействует на углерод (угли). По этой причине при испытаниях печи на экологию этот период не учитывают (но углекислый газ то остается. Закрывают глаза)!

Печи системы СДГ, НОВЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

Система СДГ позволяет создать бесчисленное множество теплогенераторов различной мощности и назначения, с новыми полезными для людей функциями, в том числе промышленного типа.

В топке происходит разделение газов. Продукты сгорания разделяются по степени нагрева. Горячие частицы, раскаленный диоксид углерода и водяные пары, поднимаются вверх, где эффективно используются. Балластные газы опускаются вниз. Удаление балластных газов из зоны горения и использования, позволяет повысить КПД изъятия энергии из топлива и использование выделенного тепла.

В теплогенераторах имеется место для теплообменника. Теплообменник размещается в колпаке. В топке эффективно сжигается топливо, а в колпаке используется выделенное тепло.

При сжигании топлива в колпаке, энергия горячих газов аккумулируется, концентрируется в колпаке. Из колпака, нижней его части, могут выйти только охлажденные газы. Колпак может быть любой формы и объема. Колпак нагревается равномерно в каждом сечении по высоте и обладает повышенной трещиностойкостью.

Печи при не своевременно закрытии задвижки мало остывают. Они обладают «эффектом автоматической газовой вьюшки». Холодный воздух из поддувала проходит низом колпака, мало охлаждая печь.

Горячие частицы водяных паров отдают тепло теплообменнику и охлажденные опускаются вниз. В этом случае водяные пары взаимодействуют с углеродом (горячими углями). В результате химических реакций возникает водяной газ,который сжигается. Процесс сжигания водяного газа описывается двумя реакциями:     

С+Н₂О=СО+Н₂+2802 ккал/нм³ тепло.

С+2Н₂О=СО₂+2Н₂+1714 ккал/нм³ тепло

По первой реакции получаются только горючие газы (50% СО и 50% Н₂). Теплотворная способность смеси этих газов - 2802 ккал/нм³. Первая реакция протекает при более высокой температуре

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.

Следует отметить, что в данном случае не тратится тепло на образование водяных паров! Водяные пары возникли как продукт сжигания водорода(Н₂).

Водяные пары топлива в условиях колпака, как условно холодные, не могут подняться в верхнюю часть колпака, проходят над углеродом и взаимодействуют с ним. Получается так же водяной газ, который сжигается. Этим объясняется факт, что в трубе при температуре выходящих газов ниже 100 ^о С нет конденсата. Об этом же говорят испытания печи в Швеции в фирме EKONOMKAMURSPISAR, http://www.ekonomka.se . Там в трубах не было конденсата, хотя температура выходящих газов была ниже 100 ^оС.

В конечной стадии горения в камере сгорания остаются угли. Если их не окислить воздухом, то получается неполное горение с выделением углекислого газа, что наблюдается в печах системы ПДГ. В системе СДГ воздух, выходит в топку через колосник и отверстия подачи вторичного воздуха и как холодный опускается в нижнюю зону, где взаимодействует с углеродом и сжигает его, образуя углекислоту- СО₂ и окись углерода- СО (горючий воздушный газ) по реакциям С+О₂=СО₂; 2С+О₂=2СО. В этом случае окись углерода сжигается с выделением дополнительного тепла, СО+1/2О₂=СО2+3018 ккал/нм3 СО, (формула 3). Обеспечивается чистота сгорания.

Об этом говорят испытания 13.12.15 печи в пос. Мурзинка. Концентрация СО минимальны в начале и конце топки, повышения концентрации нет.

И.В. Кузнецов  05.07.16 г

620143 г.Екатеринбург

Победы 51 кв. 87

тел. (343) 3077303;

8 (912) 2880065 МТС

9 (912) 6816381 Мегафон

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

http://stove.ru

http://kuznetsovstove.com

http://stovekiv.com