Noua metoda de ardere

Posted on

Arderea in formă pură reprezintă o reactie chimică cu extragere de căldură. In timpul acestei reacții din substanțe simple – carbon și hidrogen – care reacționează cu oxigenul rezultă alte substanțe. În timpul arderii eficiente, dacă aerul este folosit ca si oxidant, rezultă bioxid de carbon din arderea carbonului și apă ca rezultat al arderii hidrogenului și azot ca și componentă a aerului folosit la ardere, care reprezintă 80% din volumul total al substantelor de după ardere. Prin urmare, în focar, există întotdeauna un surplus de aer cu conținut crescut de azot care nu a luat într-adevăr parte la procesul de ardere. Plus vaporii de apă în mod normal prezenți în combustibil . Toate aceste gaze sunt numite gaze de balast , care nu iau parte la combustie , ci  numai se încălzesc de la arderea de carbon și hidrogen. Cu alte cuvinte ele reduc căldura utilă .

In sistemul de circulație forțată a gazelor – CFG, toate aceste gaze sunt amestecate pentru a forma un singur flux. Ca rezultat al amestecului de gaze de balast calde și reci, temperatura focarului scade, astfel, condițiile de ardere combustibilului se depreciază. În același timp, fluxul diluat cu gaze de balast reci acționează asupra schimbătorului de căldură și mai departe ajung în coș. Proiectarea instalațiilor cu tiraj forțat este acum atât de eficientă, încât nu există practic loc pentru îmbunătățiri.

În prezent, în timpul arderii a orice tip de combustibil în orice tip de focar, atunci când aerul este folosit ca oxidant, scopul principal este de a reduce influența negativă a gazelor de balast. Acest lucru se referă, de asemenea la toate generatoarele de căldură folosite în toate ramurile industriei. În acest scop sunt utile urmăroarele:

– Combustibil uscat, inclusiv peleti, brichete, etc

– Minimizarea cantității de aer furnizat la  nivelul focarului, care asigură o ardere completă și absența surplusului de aer.

Sistemul de Circulație  Libera a Gazelor (CLG) în interpretarea  I.V. Kuznetsov, presupune un alt mecanism de reducere a influenței negative a gazelor de balast asupra procesului de ardere a combustibilului, precum și utilizarea căldurii extrase. Ea se bazează pe legile naturii. Este posibil să se îmbunătățească condițiile de ardere a combustibilului în focar, prin eliminarea gazelor de balast din zona de combustie. Astfel eficiența extracției energiei din combustibil este crescută, adică conținutul caloric al produselor de ardere este crescut. Cu alte cuvinte, conținutul caloric al produsului de ardere depinde de tipul de oxidant și cantitatea de gaze de balast.

Elementele de bază ale teoriei de liberă circulație a gazelor au fost stabilite de către un om de știință rus și metalurgist, membru corespondent al Academiei de Științe a URSS, profesorul VM Grum-Grzhimailo (1864-1928). În continuare această lucrare a fost dezvoltată folosind principiul liberei circulație a gazelor – CLG de către Grum-Grzhimailos adeptul  dr. I.S. Podgorodnikov (1886-1958). El a propus construirea sobelor care utilizează schema dublu clopot.

Ideea principală care stă la baza teoriei CLG, care a fost formulat de V.E. Grum Grzhimailo este după cum urmează: curentul de gaz fierbinte fiind înconjurat de fluxul de gaz rece se va ridica mai usor. În designul oricărei sobe, în fiecare parte a sa, este necesar să fie prevăzută o astfel de direcție de deplasare a gazelor, care ar reflecta mișcarea lor naturală – gazele fierbinți se ridică, cele reci coboară.

Mișcarea naturală a gazelor fierbinți în focar poate fi asigurată numai într-un generator de căldură construit în conformitate cu anumite reguli. Schema generatorului de căldură este prezentat în Fig.1 oferind:

 fig 1

1-focar; 2 – trecere uscată (rostul fierbinte); 3 – Clopot inferior; 4 – Schimbător de căldură; 5 – Clopot superior; 6-evacuare. Nivelul inferior al sobei și focarul sunt unite prin rostul de trecere uscat  și formează un singur spațiu adică a unui clopot mai mic. Clopotul reprezinta un vas întors cu susul în jos. Particulele reci sunt împinse să meargă în jos, iar cele calde se ridica. În acest design prezența rostului fierbinte este obligatorie. Rostul  fierbinte reprezintă o crăpătură verticală 2- 3 cm între focar și clopot. Orice tip de combustibil poate fi utilizat pentru ardere

Esența regulilor: Aici vorbim despre arderea combustibilului în focar situat în primul clopot, unit cu el prin spații înguste de 2-3 cm vertical (rostul fierbinte) pentru a forma un singur spațiu. Un astfel de aranjament face posibilă crearea, atât în clopot cât și in focar, condițiilor pentru mișcarea naturală a agazelor: gazele fierbinți se ridica și fluxurile de gaz rece coboară. In acest caz, limita superioară si inferioară  a stresului termic specific al volumului focarului poate fi menținută. Această formulă corespunde teoriei V.E. Grum Grzhimailo.

Scopul principal al conceptului este de a obține căldură maximă în timpul arderii combustibilului și maximizarea utilizarii căldurii obținute. Designul generatorului de căldură trebuie să satisfacă cerințele funcționale și să asigure emisia optimă de căldură.

Este posibil să se producă un proces de ardere eficientă și de a obține energie maximă, dar a utiliza această căldură ineficient. Pe de altă parte, este posibil să nu se extragă energia conținută în combustibil complet și să se folosească eficient. Prin urmare, eficiența totală a unui anumit generator de căldură este alcătuită din eficiența extracției de energie din combustibil și eficiența utilizării căldurii.

Eficiența arderii este egală cu procentul total al resurselor de energie ce poate fi transferată în căldură în timpul arderii

Eficiența utilizării energiei în sistemul de circulație a gazelor libere CLG și în sistemul de circulație a gazelor forțată CFG și care este diferența dintre ele?

Eficiența arderii este egală cu procentul energiei ce poate fi transformată în căldură în timpul arderii. MIșcarea gazelor în generatorul de căldură prin orice fel de sistem convectiv, transferă căldura și produsele arderii. Sistemul convectiv este un instrument pentru utilizarea energiei termice extrase, care poate fi folosit pentru încălzirea unui cazan de încălzire cu apă caldă, radiator, etc. Pentru a clarifica diferența de deplasare a fluxului de gaze în sistemul  CLG și în sistemul de  CFG să ne imaginăm că un incalzitor electric este sursa de căldură. În acest caz, nu e nevoie pentru a elimina produsele de ardere.

 Teoretic este posibil să se selecteze un astfel de schimbător de căldură, care va fi capabil de a acumula toate căldura. În acest caz, este posibil să spunem că eficiența utilizării căldurii extrasă va fi aproape de 100%.

Transferul de căldură de la gaz la schimbătorul de căldură depinde de următorii factori:

– Suprafata de contact a schimbătorului de căldură;

– Diferența de temperatură;

– Durata de contact

Cu cât acestea sunt mai mari, cu atât mai mare este transferul de caldura.

Clopotul poate avea orice formă și volum, în care poate fi introdus schimbătorul de căldură. Vom avea același rezultat in cazul în care fluxul de gaz primit în timpul arderii de orice tip de combustibil într-un alt focar la orice tip de proces de ardere, atunci când aerul este folosit ca oxidant, (vezi K1 în Fig.A2, fig.2)  și va fi trecut prin zona inferioară a clopotului. Fluxul conține produsele de combustie, care reprezintă un amestec de diferite gaze, inclusiv gazele balast. Moleculele lor sunt total independente, adică, ele nu sunt cuplate între ele. Produsele de combustie sunt: acid carbonic din arderea carbonului; Vaporii de apă din arderea hidrogenului, precum și gazele de balast , plus vaporii de apă ai combustibililui;

Acest flux de gaz care trece prin partea inferioară a clopotului este distribuită în conformitate cu componentele. Fiecare particulă a fluxului de gaz are propria stare: greutate, temperatura, energie și ocupă acea locație în clopot, determinată de starea sa în timpul total de liberă circulație prin clopot.

Componenta fierbinte a fluxului sub acțiunea forței lui Arhimede, tinde să „curgă”  în sus exercitând o influență asupra transferului de căldură și este prezentă acolo tot timpul până gazele se răcesc. Gazele reci, grele și nocive ale fluxului trec prin partea inferioară a clopotului și nu exercita multă influență asupra schimbului de căldură. Cele mai multe jeturi reci având viteză , trec prin zona inferioară a clopotului și nu influențează mult  schimbătorul de căldură.

Prin urmare: Când fluxul de gaz trece prin clopot, eficiența de utilizare a energiei extrase crește, in timp ce influența gazelor de balast scade. Într-un sistem  CFG toate produsele de ardere trec prin focar și canalele sistemului convectiv  al generatorului de căldură și se amestecă într-un singur flux, cu alte cuvinte, scade temperatura și căldura utilă  a fluxului. Tirajul canalelor este forța motrice a fluxului.

O altă concluzie importantă: utilizarea optimă a energiei eliberate ca rezultat al oricărui tip de ardere a combustibilului în orice focar, atunci când aerul este folosit ca oxidant este realizat prin folosirea sistemului convectiv in formă de clopot.

Pentru a asigura eficiența de funcționare a generatorului de caldura, reducerea emisiilor de gaze de ardere, trebuie asigurată o ardere completă a combustibilului. Patru condiții pentru o ardere completă a combustibilului sunt cunoscute, și anume:

1. proiectarea corespunzătoare a focarului,

2. buna amestecare a aerului cu combustibilul,

3. temperatură ridicată în focar

4. furnizarea optimă de aer primar și secundar.

În timpul arderii inițiale, combustibilul și oxidantul scad brusc. Concentrația de produse de ardere și nivelul de temperatură, de asemenea, crește brusc. În orice sistem de ardere, aerul secundar este furnizat deasupra combustibilului pentru a putea să ardă gazele combustibile din descompunerea termică a acestuia.

În sistemul de circulație forțată a gazelor, circulația oxidantului și a gazelor combustibile are loc accidental. În timpul mișcării  fluxul este tot mai mult amestecat cu gaze de balast. La stadiul final al arderii flacăra de  ardere a combustibilului și oxidantul sunt scăzute. Materiile inițiale sunt separate de o cantitate mare de produse de combustie. Posibilitatea de contact rapid a moleculelor care reacționează este destul de dificilă.  În acest caz, este esențial să se provoace o turbulență intensivă. Este de asemenea necesară  asigurarea unei cantități adecvate de aer pentru ardere, pentru a face un amestec optim care să minimizeze și excludă arderea incompletă sau surplusul de aer.

Cu toate acestea, există întotdeauna un surplus de vapori de aer, azot și apă, de la apa prezentă  în mod normal în combustibilul din focar, care reduce temperatura fluxului de gaze, agravând astfel condițiile de ardere a combustibililor. Energia care este prezentă în combustibil nu este extrasă complet. Căldura extrasă este folosită incomplet deoarece este folosită pentru încălzirea gazelor balast prezente în flux.

Astfel: Pentru a îmbunătăți eficiența extracției căldurii, adică, ardera combustibilului mai eficient, este necesar să se reducă influența negativă a gazelor balast și creșterea temperaturii în focar.

În instalațiile cu circulație forțată a gazelor (CFG), nu există nici un loc bun pentru schimbătorul de căldură, astfel încât condițiile de ardere a combustibilului să corespundă condițiilor de utilizare a căldurii extrase. Dacă schimbătoarele de căldură sunt plasate în interiorul focarului, condițiile de ardere a combustibililor se agravează. Aceasta pentru că mai multă căldură este utilizată (eficiența utilizării crește), cu cât mai rele sunt condițiile de ardere a combustibilului (eficiența extracției de energie din combustibil este scăzută). Schimbătoarele de căldură amplasate în focar (cu miez rece) scad temperatura, ceea ce înrăutățește condițiile de arderea combustibililor. Când zona canalului este crescută pentru a putea plasa un schimbător de căldură, energia fluxului de gaz în el se diluează, adică temperatura în flux scade.

Arderea combustibilului în clopot este de asemenea posibilă fără focar. Cu toate acestea, în acest caz, nu este posibil să se realizeze arderea bună de combustibil: temperatură ridicată,  alimentare cu aer pentru ardere optimă, amestecarea corespunzătoare și încălzire preliminară. Datorită acestui motiv, arderea de combustibil ar trebui să se facă într-un volum limitat  unde cerințele specificate pot fi îndeplinite. Spre deosebire de un sistem CFG, arderea combustibililor într-un nou sistem CLG are loc în alte condiții. Focarul 1 (fig.3) are perete din toate părțile și de sus, cu un catalizator (grătar din caramida refractară) 2. Focarul este prevăzut cu rost uscat 3, pentru conectarea cu clopotul.

 3

Peretii sunt prevăzuți cu camere – 4, prin care (prin deschideri) – 5 aerul secundar este furnizat deasupra combustibilului. Cea mai mare parte a aerului secundar este încălzit tot drumul venind din cenușar, prin canalele făcute în pereții  focarului și este furnizat ca urmare a fortei lui Arhimede, în etapele finale  ale combustiei sub catalizator. Aerul este, de asemenea, transferat printr-o crevasă de 25 mm în fața ușii focarului, care este deosebit de necesară în timpul arderii inițiale a surcelelor când aerul secundar nu se poate ridica prin canale.

Condițiile clopotului sunt create în focar, unde fiecare particulă a fluxului de gaz are propria cale de mișcare determinată de starea sa în timpul total de libera circulație prin focar. Cu alte cuvinte, particulele calde sunt în partea de sus și cele care sunt mai puțin încălzite nu pot merge în sus. Aerul secundar iese din orificiile aflate sub catalizatorul 5, intră în zona de clopot si sunt trase în jos fiind grele, în direcția opusă direcției fluxului. Spre deosebire de un sistem CFG, mișcarea oxidantului și gazele combustibile merg în direcții relativ opuse  între ele, astfel că turbulența este asigurată, iar moleculele combustibilului intră in contact cu moleculele de oxidant mult mai des.

Catalizatorul de ardere asigură turbulența fluxului de evacuare și temperatura ridicată în focar din cauza reflecției de căldură radiantă. Acest caracter de schimb tubular determină viteza de formare a amestecului de gaze, ceea ce face această zonă deosebit de importantă. Particulele de gaz combustibil interacționează cu oxigenul din aer și extrag căldura transformată in dioxid de carbon, vapori de apă și alte produse de combustie.

Gazele fierbinți tind să urce în clopot creînd  zona de temperatură ridicată acționând asupra schimbătorului de căldură montat în afara focarului. Gazele de balast fiind mai reci nu pot merge sus și  sunt împinse în zona inferioară a focarului; apoi ele sunt transferate prin rostul uscat în partea inferioară a clopotului și apoi pentru reutilizare sau în coșul de fum.

In acest caz, continuitatea rostului uscat din vatra mai sus decât găurile de alimentare cu aer secundar, trebuie să fie asigurată. Acest lucru este obligatoriu. In timpul iernii, atunci când deschidem ușor fereastra in casa (de 2-3 cm) un de schimb greu de căldură are loc – aer rece va intra în casă prin partea inferioară a fantei și aer cald iese prin partea superioară a fantei. Schimb de căldură similar are loc în generatorul de căldură prin rostul fierbinte.

Vaporii de apă din combustibil fiind grei nu pot merge până în zona de combustie. Acest lucru este deosebit de important pentru arderea combustibilului cu conținut ridicat de umiditate, de exemplu, cărbunele brun conține 45-55% apă, și nu este potrivit pentru ardere într-un sistem CFG.

Procesul de ardere a gazului se exprimă cu ajutorul ecuațiilor chimice care arată în ce proporție și în ce mod materii separate, interacționează unele cu altele (DB Ginzburg). Astfel, în focarul generatorului de căldură a sistemului CLG aceste rapoarte ale materiilor separate, care reacționează unul cu altul sunt menținute, precum și conținutul lor. Ce este carbon și hidrogen reactioneaza cu oxigenul, în cantitatile determinate de ecuația chimică. Alte materii nu pot reacționa. Acestea sunt gazele de balast, inclusiv azotul eliberat (aer cu conținut crescut de azot). Prin urmare, cantitatea de aer trebuie să fie suficientă pentru a evita ne-arderea chimică, de asemenea raportul corect de alimentare cu aer primar și secundar trebuie menținut. Gazele reziduale fiind reci sunt trase la partea inferioară a focarului și prin rostul uscat și partea de jos a clopotului sunt aruncate în coșul de fum. Cu alte cuvinte, o reacție chimică în generatorul de căldură a sistemului CLG ruleaza teoretic cu un factor de surplus de aer egal cu 1. În generatoarele de căldură ale sistemului CFG, chiar și în timpul arderii combustibilului cu surplus de aer egal cu 1, azotul rece eliberat, dilueaza produsele de ardere reducând astfel temperatura fluxului.

Produsele de combustie includ vapori de apă din combustibil. În sistemul nostru CLG  vaporiI de apă ai combustibilului fiind grei nu se pot ridica la zona superioară a focarului, trecând peste combustibil și exercitând o influență asupra arderea cărbunelui fierbinte (carbon). Descompunerea vaporilor de apă are loc în conformitate cu reacțiile de mai sus, odată cu extragerea gazelor combustibile, care sunt arse acolo. Este probabil ca din acest motiv, condensarea vaporilor de apă din combustibil nu are loc, iar conținutul energetic al produselor de ardere este mai mare decât în normativ. Iar fumul nu este prezent!

Articol tradus de aici http://www.stove.ru/index.php?lng=1&rs=219

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *