Источник -    Еще раз о "ракетных печах".

Шевяков Владимир   

Выскажу некоторые соображения по «ракетной печке» и по некоторым похожим конструкциям. Классическая простейшая «ракетная печь» изображена на рисунке. Она состоит изкамеры сгорания, без топочной дверки, и жарового канала. Док назвал в своей печи жаровой канал жаровой трубой. Но, поскольку в таких печах канал может быть и горизонтальным, тонаверно более корректно назвать его все-таки каналом. Принцип работы такой печи и характеристики изложены у Ю.Хошева. Это простота (примитивизм) конструкции, отсутствиепечной фурнитуры и довольно большая тепловая мощность. К недостаткам можно отнести то, что горение происходит при больших избытках входного воздуха, количество которого вэтой конструкции невозможно контролировать. А это приводит к снижению температуры продуктов горения. Но это не очень важно при использовании такой топки для приготовления пищи.

Хочется добавить еще несколько характерных на мой взгляд особенностей таких печей. Это маленький объем топочного пространства и использование жарового канала для сгораниялетучих. Действительно главным отличием таких топок является то, что летучие в основной массе горят и сгорают не в топочном пространстве топки а в жаровом канале.

И если для хорошего и полного сгорания дров в обычной печи топку необходимо делать нужного объема и высоты, то в «ракетных печах» этот процесс перенесен в жаровой канал.  

Это накладывает свои требования на проектирование таких печей и, в первую очередь, на конструкцию жарового канала. Тяга, развиваемая жаровым каналом, даже при небольшойдлине довольно большая. Поскольку в канале температура около 1000 грС, то тяга 0,5м такого канала соизмерима с тягой печной трубы 3,0-5,0 м при входной температуре горячих газов 150-200 грС. Т.е. такая печь хорошо работает без всякой печной трубы.

В обычной печи скорость горячих газов в топке невелика. Несмотря на то, что входной воздух в топке нагревается до температур порядка 1000 грС и увеличивается в объеме почти впять раз, скорость горячих газов в топке примерно 0,3-0,8 м/с. При этой скорости движения горящих газов в топке они успевают почти полностью сгореть. Поэтому и необходима определенная высота топки. Поскольку площадь жарового канала меньше сечения обычной топки в восемь-десять раз, то и скорости газов там возрастут также в восемь-десять раз. И газы будут там двигаться с большой турбулентностью. Что приводит к их хорошему смешению с воздухом и, в итоге, к хорошему сгоранию.  

А поскольку для полного сгорания горящих частиц нужно примерно такое же время, как в обычной топке, то длина жарового канала должна быть соответствующей длины .Т.е. 3-5 м.Что, конечно, конструктивно сделать трудно. Поэтому жаровой канал делается такой минимальной длины, чтобы газы успели там хорошо перемешаться, начать гореть, а для их окончательного догорания их направляют в камеру дожигания. Где они при меньшей скорости движения и догорают. Это позволяет получить более чистое и полное сгорание древесины.Надо отметить для улучшения процесса горения газов в жаровом канале, его теплоизолируют. Что приводит к повышению температуры газов и более полному сгоранию всех составляющих летучих.

Если на входе в «ракетную печь» установить топочную дверку и регулировать количество входного воздуха, то горение дров будет происходить при небольших коэффициентах избытка входного воздуха, при этом должно быть также более полное и чистое сгорание дров. Устройство топки может быть очень разнообразным. Она может быть и подовой, и колосниковой, и с подачей дополнительного вторичного воздуха. Очень часто применяют готовые подовые кассеты. Это не принципиально. Главное, чтобы был правильно сконструирован жаровойканал. Собственно говоря, именно размеры жарового канала, его расположение и определяют конструкцию таких печей

Alexpilotov

Владимир Викторович! В нарисованной Вами схеме мне лично видна реализация той самой идеи о реакторе идеального вытеснения (РИВ) - топливник, и реакторе идеального смешения (РИС) - жаровой канал. Уже упоминал об этих терминах химической технологии в одной из тем. Осуществлена попытка разделить два типа процессов окисления - гетерофазный и гомогенный. И если рассматривать данную схему с этой точки зрения, то вполне возможно найти какие-то оптимальные параметры для максимально полного сжигания топлива

Шевяков Владимир

Прежде, чем забираться в эти вопросы, хотелось бы все-таки понять на сколько реальны преимущества "ракетных топок" по сравнению с обычным способом сгорания в обычной топке. Поэтому и хотелось бы оттолкнуться от известных результатов. В книге Янто Эванса одни разговоры, большей частью дилетанские, а испытаний нет. У Питера Берга есть испытания вроде бы с хорошими результатами по чистоте сгорания. Но оформление этих испытаний вызывает вопросы. Да и сам он столько представил материала, что разобраться в нем очень сложно. Жизни не хватит......  Но будем разбираться. Вопрос стоит того, что бы в нем разобраться. А что там происходит в жаровом канале, конечно интересно.

Попробуйте это как-то описать, по понятней и не очень мудрено, с точки зрения оптимального горения. 

Alexpilotov

Первое что сразу можно отметить, это постоянный состав топлива, особенно при вертикальном способе подачи дров, пиролиз идет лишь в нижней части топки. Здесь напрашивается аналогия с пеллетной горелкой. Точно так же в зону горения подается топливо и сжигание образовавшихся в результате пиролиза газов вынесено во вторую реакционную зону. Можно рассматривать дрова как длинные пеллеты. Следовательно возможна конструкция и зоны пиролиза, и зоны сжигания газов обеспечивающая оптимальные условия. Вполне логичным можно в этом случае считать необходимость утепления жарового канала для поддержания высокой температуры для более полного сгорания газов. Конечно ни о каком-то каталитическом воздействии керамики здесь речь не идёт. Также вполне приемлимы различные конструктивные особенности, имеющие целью турбулизацию потока газов и смешения со вторичным воздухом. Отсюда собственно и возникающий звук, от которого данная конструкция и получила столь "громкое название - ракетная".

Полностью согласен с Вами в том, что недостаточно одних лишь рассуждений, нужны экспериментальные данные.

Шевяков Владимир

Я, думаю, здесь все лежит на поверхности. Надо вспомнить как горят летучие в топке. Летучие горят большей частью диффузионно. Т.е. горение происходит на границе двух сред: гделетучие смешиваются с кислородом воздуха и сгорают. При этом образуются разной длины пламенна, длина которых зависит от условий поступления к ним кислорода. И чтобы весьэтот язык летучих полностью сгорел необходимо вполне конкретное время. Для этого и делают топку определенной высоты. И если топка мала, то сгорание будет неполным. Но еслиэти недогоревшие пламенна направить в жаровой канал, где скорости движения газов очень большие и поэтому возникает турбулентное движение, то летучие разобьются на мелкиезоны, перемешаются с воздухом и образуют равномерную горючую смесь, которая очень быстро будет сгорать .Такое горение называется гомогенным. Скорость и качество сгорания смеси будет определяться размерными параметрами жарового канала. Поэтому и надо делать небольшой топливник, а горящие пламенна направлять в жаровой канал. Конечно, здесьможет быть большое количество различных вариантов габаритов топки и жарового канала.

Главное в таких топках это, на мой взгляд, правильный выбор размеров жарового канала. Причем расположение жарового канала не должно сильно влиять на условия сгораниялетучих. Он может быть и сбоку и сверху, что ожет быть конструктивно более удобным. Также как и конструкция самой топки.

Топку вполне можно делать с колосником. Для отопительных печей «ракетная топка» без дверок, т.е. без возможностей регулировки входного воздуха мало подходит. Могут бытьбольшие потери с уходящими газами.

Какие же выгоды сулит этот способ сжигания дров? В первую очередь более чистое сжигание. Значит будет меньше СО. И, соответственно, меньше сажи в трубе.

Какие же просматриваются недостатки? Наличие жарового канала, размеры и габариты, которого пока еще мне не очень понятны ( да, похоже, не только мне), приводит к другойкомпоновке всей печи. Что требует накопление определенного конструктивного опыта. Но в целом направление перспективное. На рисунке предлагаемый вариант экспериментальной «ракетной печи» с колосниковой решеткой. По крайней мере, мне так представляется эта печь. Хотя конструктивных решений может быть великое множество.

Alexpilotov

Не могу согласиться. В этом случае мы потеряем столь важное свойство данной конструкции как постоянный состав топлива. Получим опять обычную разовую загрузку топлива, вместо постоянной подачи. Будут в процессе сгорания меняться и температура, и состав пиролизных газов, и их количество. Следовательно напрочь лишаем себя возможности точного регулирования параметров горения. А вот сделать регулируемое сопло (хайло) было бы совсем неплохо. И технически это совсем не сложно. Это позволит регулировать как интенсивность пиролиза, так и высоту пламени в жаровой трубе. Конечно потребуется и регулируемая подача ВВ. Но однажды подобрав размеры отверстий для тех дров что имеются в сарае можно пользоваться пока сарай не опустеет. На мой взгляд заслуживающее внимания свойство этой конструкции.

Как уже писал в одной из тем - в химической технологии рассматривается два типа идеальных реакторов. Реактор идеального вытеснения (РИВ) и реактор идеального смешения (РИС). С той или иной степенью приближения к реальному.

Топка ближе к РИВ, жаровой канал к РИС. Это первое.

Второе - если мы уже определились с термином частицы, как многомолекулярные образования, то в таком случае реакция окисления протекает на границе раздела фаз. Твердой и газообразной. Следовательно скорость реакции ( вот мы к ней и вернулись) зависит от площади соприкосновения реагентов. И в случае частиц она значительно больше, чем в случае поленьев. Поскольку под скоростью любой химической реакции ( окисления в том числе ) понимается количество вещества вступившего реакцию в единицу времени. В жаровом канале конечно реакция идет быстрее, что и проявляется в повышенной температуре, как Вы верно подметили.

  Prol

Стало быть 3-5 метров жарового канала - это "перебор". Получается, что основной вопрос - это вопрос предварительного смешивания

Alexpilotov

Я бы не стал делать столь поспешных выводов с конкретными размерами. Топки разные. И маленькие и огромные. И длина, проходное сечение канала, материал стенок, применяемая древесина у всех разные. Нужно рассматривать всё это во взаимосвязи. Конечно это называется НИОКР (научно-исследовательские и конструкторские работы), реальному печнику недоступные. Вот тут-то и вступает в игру опыт, который в наших условиях бесценен.

А вот за конструкцию, позволяющую лучше перемешать реагенты (окислитель и топливо), всегда "за". И самый простой способ это конечно увеличить скорость потока, превысив критерий Рейнольдса для таких газовых смесей, получив в итоге турбулентный поток смеси. Совсем не помешает в этом варианте дополнительная дозированная подача воздуха. Почему-то называемым печниками "вторичным". Им, этим воздухом, разве кто-то уже успел попользоваться перед тем как подать в печь

Dok

Ну, пусть будет дополнительным. Просто все как-то привыкли так называть дополнительный воздух, подаваемый для дожига газов из каких-нибудь дополнительных отверстий из поддувальной камеры (подвала, улицы), будь то из каналов за футеровкой топливника, как у Арчибасова (Сергей из Твери) из ТВР-ров сверху и снизу топливника (комнатный, но хорошо нагретый при проходе через эти трубки), при помощи отверстий непосредственно в жаровый канал, если таковой имеется, или, к примеру, как у меня из канала за задней стенкой топливника. Но смысл понятен - желание более качественно дожечь летучие, насколько я понял этот процесс. Если неправ, поправьте!

Alexpilotov

Всё верно. И про подогрев, и про дожиг. И добавлю - улучшение гомогенизации ( перемешивание). Хотя г-н Шевяков и утверждает что дожигать особенно нечего. Мне бы не хотелось быть столь категоричным. В иных случаях (неправильной протопки, неверного открытия поддувальных и задвижек) вполне может исправить ситуацию.

В Вашей конкретной печи этот дополнительный воздух подать бы в самое узкое место ваших диффузоров. И дополнительного воздуха потребовалось бы меньше и сажа в ХК выгорала бы веселее. Не только с добавлением обрезков, но и возможно на полноценных поленьях. Но это значительно усложняет конструкцию.

Шевяков Владимир

Не то, что особенно нечего, а просто нечего. На рисунке приведены графики горения дров в печи ПДКШ-2,0. Величина химического недожога определяется по формуле (из Равича) Qх=70СО/(СО2+СО)(%). При полученных значениях СО величина хим. недожога очень мала. Именно величина СО и определяет в первую очередь величину хим. недожога. И если я не ошибся в измерениях, то что и где (на каком участке) надо дожигать? Если есть другие данные, то приведите.

Плохое сгорание дров, определяется в первую очередь неправильно выбранным колосником. Если он выбран правильно, то сгорание дров достаточно чистое.

   demin_c

  Теперь Вы меня совсем запутали - если дожигать совсем нечего зачем жаровой канал длинной 3-5 м.? Опять же если тяга от 0,5 м жарового канала соответствует тяге печной трубы 3-5 м., и этой тяги, наверно, вполне достаточно для любой печки, зачем жаровой канал 3-5 м., увеличивающий тягу как минимум в 6 раз?

Шевяков Владимир 

Полное сгорание летучих происходит в топке. А правильный выбор высоты топки обеспечивает необходимое время для полного сгорания летучих. Если правильно выполнена конструкция топки, то действительно практически все сгорает. И заморачиваться с дополнительным дожигом нет смысла. Если недогоревшие летучие направлять сразу минуя топку в жаровой канал, то для их догорания требуется такое же время, как и в топке. Но скорость газов в канале намного больше, чем в топке. И поэтому требуется более длинный канал для полного сгорания газов. Те, кто топят баню, иногда видят, как горящие газы вырываются из трубы на улицу. Чаще всего в банных печах высота топки не большая, и горючие газы не успевают в ней до конца сгореть. Но, что происходит в реактивных печах, насколько быстро там сгорают летучие, и что вылетает из райзера, можно только предполагать. Возможно, там все сгорает намного быстрее, и при других условиях. И поэтому высота райзера берется относительно небольшой. Хотя конкретных данных с замерами я не видел

  В технике всегда был главным принцип: "Лучшее - враг хорошему". Поэтому, для того, чтобы что-то поменять, или попытаться поменять, надо это лучшее много раз всесторонне проверить. Поэтому, прежде, чем использовать какие-то "ракетные" принципы, надо их хорошо понять, исследовать все сторонне, и только тогда как-то возможно их использование. А простое увлечение каким-то модным трендом всегда заканчивается в итоге разочарованием. В технике есть хороший пример. Это роторный ДВС. Казалось, лучше и проще не придумаешь. В разработку были вброшены гигантские деньги. Но в итоге так и не смогли получить надежное уплотнение внутренних трущихся деталей. И двигатель не пошел. И в технике таких примеров много

Alexpilotov

  Ваши данные показанные на графиках достаточно убедительны. И спорить с замерами бессмысленно. Однако есть один простой вопрос - откуда же тогда берётся сажа в каналах и трубе? А ведь это практически чистый углерод, который тоже можно сжечь в контролируемых условиях. Это первое

Второе - Вы верно указываете на правильность подбора колосника. Я бы расширил этот пункт. Не только колосник, но и размеры топки, материал стенок её, а также опыт истопника, основанный как в Вашем личном случае, на глубоких знаниях предмета и пытливом уме исследователя. Ваша печь правильно спроектирована и правильно топится. А это, согласитесь, не так уж часто встречается. Отсюда и вывод, который я уже писал в предыдущем сообщении - "в иных случаях..." Вот в этих иных случаях, как мне видится, и имеет смысл применять подачу дополнительного воздуха. В первую очередь для перемешивания того аэрозоля, который мы называем дымовыми газами.

 Мераник

Зачем подогревать поступающий для горения воздух?

Alexpilotov

Самый простой ответ, который неоднократно встречался на этом форуме - чтобы не охлаждать реакционную зону.

Попробую объяснить своё видение этого.

Отбор энергии (введением холодных масс) от реакционной зоны приведёт к снижению константы скорости реакции. Это первое, но не единственное. Второе - снижение температуры реакционной массы, как мне кажется, приведёт к агломерации частиц аэрозоля ( дымового газа). То есть снижению поверхности реагента. Что в свою очередь снизит саму скорость реакции. Не возьмусь это утверждать на все 100%, неплохо было бы проверить гипотезу инструментально. Летом на даче попробую. Сам заинтересован.

 zika

Возникает сразу масса вопросов.  Где находится в топливнике та реакционная зона,в которую нельзя подавать холодный воздух ??? 

Теперь по холодному воздуху и его классификации. ( при прочих равных условиях)

Где находится "бытовой" параметр, который разделяет воздух на холодный ?

Возможно если проводить исследования с приборами, то какие-то расхождения и будут, но на бытовом уровне этот вопрос можно закрывать.  Тем более холодного воздуха, в объёме за единицу времени, поступит в топливник больше, чем за тоже время теплого. 

Alexpilotov

Вопрос поднятый Вами прагматичен и с точки зрения потребителя печного отопления актуален.

Итак по пунктам:

1. Непосредственно в топливник подавать ДВ никакого практического смысла не имеет. Полагаю это понятно без дополнительных разъяснений. Предполагается подача ДВ в зону где заканчиваются светимые пламена. Именно в этой зоне и имеются те самые частицы аэрозоля, которые было бы неплохо сжечь. И подавать таким образом (тангенцально, перпендикулярно ... ) чтобы максимально перемешивать поток дымовых газов.

2. Приводимые данные Ваших экспериментов малозначимы. Для температуры кончиков пламён разница в 15 градусов ничтожна. Подогревать ДВ имеет смысл до гораздо более высоких температур. Вплоть до температуры самовоспламенения аэрозоля. Только в этом случае мы заметим нужный эффект.

3. Безусловно требуется регулировка подачи ( дозирование) ДВ на разных этапах протопки.

4. Что же касается воздуха подаваемого в топку тут Вы абсолютно правы. И хотя холодный воздух (-20) плотнее теплого (+20) и, соответственно, содержит больше кислорода в единице объёма, эта разница может быть определена только инструментально. Да и то далеко не всяким прибором.

Александр Мельников

А хотите я расскажу, почему не отмахиваюсь от идеи?  Факельная печка - раз, "хайло Смирнова" - два, Кирилка - три, Подгорнов - четыре.  

По отдельности всё уже сделано не раз. В лаборатории не проверял, но ТТХ отличные