З намi у вашай хаце зауседы будзе цёпла!

 Подписаться на обновления

Подогрев первичного и вторичного воздуха в котлах

В последнее время на специализированных форумах возникает множество споров о необходимости подогрева воздуха участвующего в горении. Нахватавшиеся вершков теоретики и им подобные даже доходят до истерик, влезая в дебри аэродинамики и молекулярной физики. Однако внятного ответа почему и зачем нужен подогрев так и не находят.
В данной статье, мы с вами, уважаемые читатели постараемся разобраться во всех нюансах и тонкостях данного вопроса.

Если у вас возникли вопросы по работе сайта звоните по телефону

+375-29-677-53-35

По этому номеру вы можете получить бесплатные консультации.

После модернизации котлов Glaz12 и Glaz16 наша команда решила не останавливаться на достигнутом и сделать их еще лучше. Поэтому для еще более уверенной работы на минимальной мощности и ее смещения в сторону нижних границ мы решили вмонтировать в котлы подогреватели первичного и вторичного воздуха. Шаг конечно революционный и смелый и поэтому без понимания физики процессов понять его довольно трудно.
Итак представим себе котел Glaz12,работающий на минимальной мощности. На колосниках у него лежит слой углей, которые горят, а через заслонку под колосники поступает необходимое количество воздуха, которого хватает чтоб в топке генерировалась тепловая мощность 3,75 квт. КПД котла при таком режиме составляет 75 процентов и поэтому на выходе мы имеем полезную мощность 2,8 квт. Образовавшиеся газы покидают слой углей и устремляются в газовое окно, где встречаются со вторичным воздухом. После чего они проходят теплообменник и улетают в трубу.
Вроде все просто, но не совсем. Котлы Glaz хороши тем, что на минимуме они именно горят, а не тлеют и как мы уже не раз писали, в очаге горения создается определенная температура. В различных источниках утверждают, что эта температура должна быть не ниже 800 градусов Цельсия, поэтому ее и возьмем в качестве опорной. Теперь будем смотреть на горящее топливо с точки зрения балланса энергий.
Для простоты примем, что в котел на горение с улицы поступает воздух с температурой 0 градусов и вносит в котел 0 ватт тепловой энергии. Топливо которое горит, освобождает в результате реакций 3,75 квт химической энергии. (Большая часть ее превращается в тепловую конечно но об этом чуть ниже). Это был приход в котел.
Куда идет расход? Вроде все просто: 2,8 квт полезного тепла идет на нагрев теплоносителя системы отопления, а 0,95 квт потери. Но нас этот балланс не устраивает и мы копнем глубже.
Рассмотрим куда и как распределяется энергия нашего топлива, если учтем КПД котла в 75 процентов и температуре уходящих 140 градусов Цельсия. Для упрощения расчетов примем, что теплоемкость газов от температуры не зависит и постоянна во всем диапазоне.
Если в изолированной печи идеально сжечь некое количество древесины с идеальным соотношием воздуха, то в результате химической реакции мы получим газы с температурой около 1400 градусов Цельсия. Логично будет предположить, что если в газах с температурой 1400 градусов сосредоточена энергия 3,75 квт, то в уходящих газах из котла при температуре 140 градусов мы потеряем

Qух=3,75*(140/1400)=0,375 квт тепловой энергии

Тогда остальные потери энергии с химнедожегом и паразитными проскоками воздуха составят:

Qхн=0,95-0,375=0,575 квт

Следовательно (если проигнорируем дожиг и не будем усложнять задачу) в топке выделилаль тепловая мощность:

Qт=3,75-0,575=3,175 квт

Тогда с таким неидеальным сгоранием максимальная температура в очаге горения составила бы:

Т=1400*(3,175/3,75)=1185 градусов

Но это значение температуры мы бы получили в идеально изолированной печи, а в реалии будет намного меньше. Почему?
Все потому, что горящее топливо начинает излучать в окружающее пространство энергию, как это делает костер. И чем выше температура очага горения, тем больше энергии он излучает.
Зная, что очаг горения покидают газы с температурой 800 градусов, то их энергия составит:

Qг=3,75*(800/1400)=2,145 квт

В топке порождается 3,175 квт, с газами уходит 2,145 квт, а куда пропало остальное? Остальное - это и есть энергия переданная стенкам котла посредством излучения. На долю лучистой пришлось:

Qл=3,175-2,145=1,03 квт

А далее для полноты картины мы узнаем, что в теплообменнике газы отдали:

Qт=2,145-0,375=1,77 квт

На рисунке изображен балланс энергий уже более развернуто. Как видим доля лучистой энергии в общем баллансе составляет почти треть.
И коль уже начали разговор про лучистую то предлагаю поговорить о ней подробнее. Горящий слой углей распространяет свои лучи во все стороны и от излучения нагревается все, что находится в прямой видимости их попадания: дрова, лежащие сверху, пепел, находящийся снизу под колосниками, боковые стенки шахты и шамотный кирпич. Дрова поглощают выпавшую на них долю энергии, выделяя при этом газы и выпаривая влагу. Зола или пепел, нагреваясь, тут же отдает эту энергию первичному воздуху, поступающему под колосники. Эта часть энергии с воздухом возращается обратно источнику. Тоже самое можно сказать и про шамотный кирпич. Нет он воздухом не охлаждается, а имеет свойства отражать излучение обратно , поэтому лучистая в основном греет дрова и водоохлаждаемые стенки шахты, которые находятся выше шамотных. Именно благодара шамотным кирпичам в котлах Glaz мы добиваемся отличных показателей работы на минимуме!
Убери кирпичи и доля лучистой в шахте возрасла бы в разы, что привело бы к уменьшению температуры горения и срыву в тление. Именно поэтому от шахты тепло отбирать нужно крайне аккуратно, дабы не навредить процессу.
А теперь представим ситуацию, что воздух идущий на горение, мы нагрели от 0 до 100 градусов цельсия в неком стороннем источнике. Воздуху мы сообщили при этом:

Qво=3,75*(100/1400)=0,267 квт тепловой энергии.

Для упрощения расчетов теплоемкости воздуха и газов я принял одинаковыми. Теперь тепловая энергия, выделяемая на колосниках увеличится на эти самые 0,267 квт и составит:

Q=3,175+0,267=3,442 квт.

Тепловая мощность повысилась, а значит повысится и температура в очаге. Сразу напрашивается вывод, что если температура воздуха, идущего в топку, повысилась на 100 градусов, то и в очаге она тоже повысится на сотню. То есть была 800, а стала 900 градусов. Однако это не так. Всю картину нам опять портит излучение. Ведь колличество передаваемой таким путем энергии зависит от абсолютной температуры аж в 4ой степени. Увеличим ее в очаге в 2 раза, а лучистая энергия от источника возрастет во все 16 раз!
После недолгой, но муторной итерации я получил, что в нашем случае температура в очаге повысится на 40 градусов и составит 840 по Цельсию. Доля лучистой при этом возрастет с 1,03 квт до 1,19 квт и балланс энергий в топке распределится так как мы видим на рисунке. В условиях данной задачи воздух мы нагревали в стороннем источнике, а что если мы сконструируем дополнительный теплообменник в самом котле и будем греть воздух газами, которые покидают камеру дожига и имеют вполне солидную температуру которая позволяет нам это сделать.
В итоге мы будем иметь балланс энергий в котле как на рисунке. Как видим путем внедрения дополнительного теплообменника мы получили еще более устойчивую работу на минимальном режиме и разгрузили по мощности основной теплообменник на целых 170 ватт.
Этот момент не прошел мимо нашего внимания при испытаниях котла Glaz12"Бижбуляк" и в данный момент наша команда работает над теплообменником- тандемом благодаря применению которого появится возможность иметь на всех режимах постоянную температуру уходящих газов.

Если вы заметили ошибку или хотите задать вопрос пишите на

glazbaikal@mail.ru

Наша группа В Контакте

Подписаться на обновления

Все права защищены