Ракетный котел

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Ну если Вам так по душе элементарные вещи, то давайте продолжим.

Итак, начнем с самого начала: задача котла - компенсация тепловых потерь здания. То есть, производимое им тепло примерно равно количеству тепла, теряемого зданием через стены, потолок и так далее. Цепь теплопотерь такая: в котле тепло теряется на воду в теплообменнике, затем тепло из воды в системе отопления (теплые полы, трубы, радиаторы) теряется на воздух в помещении или, в случае с теплыми полами, на тот же воздух, но через массу самого пола (+ потери вниз через теплоизоляцию, конечно). Далее тепло из воздуха теряется на стены, потолки, уходит в вентиляцию, щели и так далее. Затем внешние стены и элементы здания теряют тепло в окружающую атмосферу. Дальнейшая судьба тепла нам не столь интересна.

Итак, мы имеем на старте выделение тепла в котле, а на финише - нагрев атмосферы внешними конструкциями здания (+ вынос тепла наружу через вентиляцию и щели). Это как в электрической схеме: есть источник питания, и есть потребляющая нагрузка. И потребляющая нагрузка у нас - не радиаторы с теплыми полами, а нагреватель атмосферы в виде всего дома. Всякие трубы, радиаторы, теплые полы, воздух в комнатах и теплообменник в котле - всего лишь элемент цепи, по которому это тепло идет к конечному потребителю.

Ввиду этого, у нас 3 конструктивные задачи:
1) Уменьшить мощность потребляющей нагрузки.
2) Сделать "источник питания", соответствующий мощности потребляющей нагрузки.
3) Позаботиться о том, чтобы пропускная способность всех элементов цепи соответствовала этой потребляемой мощности (была не ниже).

Следующий момент: потребляемая мощность зависит от трех факторов:
1) Внешние погодные условия (температура воздуха, влажность, скорость ветра).
2) Теплопроводность всех внешних элементов здания и интенсивность потоков воздуха через вентиляцию.
3) Температура внутри помещений.

Важное замечание (кроме очевидного с теплоизоляцией и забортной температурой): мощность теплопотерь возрастает с возрастанием температуры внутри здания.

Другими словами (и приблизительно): чтобы поддерживать в помещениях +18, нужно чтобы котел производил 8-10 кВт энергии в час, а чтобы поддерживать +25, то котлу нужно выдавать по 12-15 кВт в час. И чем выше температура в помещениях, тем кривая зависимости становится более крутой, стремясь к вертикали по оси производимой мощности котла.

Следовательно, производимая мощность самого котла теоретически может возрастать практически бесконечно, и всё равно она будет примерно равной потребляемой мощности теплопотерь здания. Вплоть до того, что в здании можно будет печь пироги прямо на полу... или плавить металл на том же полу (конечно, если в качестве первичного теплоносителя использовать не воду при низком давлении, а что-то из теплоносителей, используемых в ядерных реакторах подводных лодок).

Да, и если котел "жаронул" так, что температура в доме подскочила до +27, можно не глушить котел, и тогда даже при такой его выдаваемой мощности температура в доме стабилизируется где-то на +32 и дальше расти не будет, так как возникнет новый баланс с теплопотерями здания.

Так почему же тогда, несмотря на всё вышенаписанное, котел может закипеть? Ответ прост: где-то в цепи теплопередачи есть "узкое место", пропускная способность которого ниже, чем передаваемая мощность.
Как в электропроводке.
Когда "узким местом" является сам теплообменник, и мы теряем тепло через дымоход, то это единственный случай, при котором вода в нем не будет кипеть. Правда, и КПД котла уходит в крутое пике.

Если же вода кипит, значит, "узкое место" находится где-то дальше по цепи - сечения труб, производительность циркуляционного насоса и так далее.

Если "узких мест" нет, то вида должна кипеть не только в теплообменнике, а и в трубах, в радиаторах и по всей системе. Вплотную подходим к системе парового отопления, где придется увеличивать давление в системе.

Теперь плавно движемся к вопросу рабочей температуры теплоносителя. При давлении в системе до 2 кг/см2 температура в самой горячей части теплообменника не должна быть выше 90-95 градусов, так как если выше, то в теплообменнике неизбежно возникают локальные зоны, где начинается процесс кипения. Если нам нужна температура выше, придется либо поднимать давление, либо использовать другой вид теплоносителя (не воду).

Но так как обычно используем воду и технологически сложно (дорого) сделать систему на высокое давление, то следует рассчитать так всю систему, чтобы радиаторы, трубы и теплые полы обеспечивали комфортную температуру воздуха в помещениях при максимально жестких для данной климатической зоны внешних погодных условиях на температуре теплоносителя в самом котле до 80-90 градусов.

Для примера, у меня в этот сезон в самую холодную погоду котел работал на 75 градусов, и этого было вполне достаточно.

Не забываем, что с повышением температуры теплоносителя резко возрастает и теплоотдача с радиаторов в помещениях. Там тоже далеко не линейная зависимость.

Если видим, что при 80 градусах в котле в доме холодновато, то лучше добавить радиаторов, чем держать теплоноситель в котле на предельных значениях. Так вся система работает более стабильно.

А теперь ближе к самому котлу:
При отсутствии явных "заторов" в цепи дальнейшей теплопередачи (например, внезапно перестал работать циркуляционный насос), при наличии механического котлового терморегулятора на заслонку первичного воздуха и герметичности самого бункера, а также работе котла в пределах 60-80 градусов по температуре теплоносителя, неконтролируемого повышения мощности до закипания воды не произойдет.

Да, есть некоторые колебания по мощности котла в зависимости от того или иного этапа переработки топлива в бункере (подробно писал выше), но эти колебания сказываются на температуре теплоносителя не более, чем на 5 градусов (ну, допустим, пусть даже на 10 градусов, пусть будет и такой вариант). Так вот, 80+10 не равно 100.

Насколько минимальны такие колебания, зависит от качества герметизации бункера, от степени подгонки регулирующей заслонки и качества регулировки плеча и длины цепочки на приводе от котлового терморегулятора (насколько адекватно заслонка "отрабатывает" изменения температуры в теплообменнике). Ну и от качества топлива зависит - чем меньше его исходная влажность, тем колебания тоже меньше.

Для примера: были у нас отключения электричества, при том, что внезапные отключения, и топливо при этом было в разных состояниях своей трансформации в бункере. Так вот, я полностью глушил тряпкой входной канал первичного воздуха, и котел ни разу не закипел в такой ситуации!

Закипел, когда я забыл зажать винт на дверке зольника и осталась там щель около миллиметра.

Закипел, когда я в оттепель поставил насос на "единичку" и забыл подрегулировать длину цепочки от регулятора.

Бункер имеет тепловую инерцию, само топливо имеет инерцию и по температуре, и по газоотдаче. То есть, изменения мощности происходят не вдруг, а очень плавно. И этой плавности гарантированно хватает, чтобы регулятор успел подстроить подачу первичного воздуха до соответствующего значения (лишь бы он имел возможность такой подстройки благодаря качеству заслонки, герметичности бункера и адекватной изначальной настройки длины плеча на приводе заслонки).

Работа бункера похожа на работу ядерного реактора со стержнями-замедлителями. Стержни способны полностью заглушить его с любого исходного состояния. Здесь бункер глушится полным перекрыванием первички. Не мгновенно, но надежно. Да, и после глушения происходит выделение горючего газа, но его количество уже не способно обеспечить такое выделение энергии, чтобы вскипятить воду в теплообменнике (если изначально та температура не была очень близка к температуре кипения воды).

ЗЫ: при заглушке первички я бы также рекомендовал и уменьшить выходное сечение ракетной трубы, чтобы сохранялись условия для качественного дожига остаточного газа (иначе температура трубы быстро понизится до запредельных значений потоком вторичного воздуха). Можно, конечно, обойтись и приглушиванием вторички, но точности будет добиться сложно, да и тепло в трубе выгоднее сохранять, прикрыв ее выход.

 

боюсь, тогда тот газ, который потихоньку выделяется в бункере газообразования будет благополучно оседать на стенках райзера и теплообменника. Если со стенками райзера всё норм (сгорит позже, когда райзер стартует), то со стенками теплообменника будет всё плохо - закоксуется.

 

Надо опытным путем определить, до какого положения можно безнаказанно закрывать заслонку ВВ. Но если котел закипел и его надо срочно заглушить - то можно пожертвовать чистотой теплообменника и полностью перекрыть ВВ вместе с ПВ.
Руслан писал, что у него на теплообменнике тоже были отложения, которые впоследствии отлетали. Впрочем, может быть так происходит только на теплообменнике из нержавейки.
Также желательно, чтоб в конструкции котла был доступ к теплообменнику для его чистки и проверки состояния.

 

Перекрывать вторичку не стоит. В правильно организованной вторичке она потребляется по мере необходимости. Для того и отпущена на свободу. Остановится поток через хайло и перестанет затягиваться вторичка. У Берга сечение её 6% от площади райзера.

 

На АПЛ в основном как теплоноситель используется вода под высоким давлением, за исключением реакторов с жидкометаллическим теплоносителем первого контура стоявших на "Золотой рыбке", ПЛА пр. 705 "Лада" и некоторых экспериментальных разработках.
Можете смеяться, но начиная с третьего поколения главных энергетических установок ПЛА управление мощностью реактора сводилось к управлению положением питательного клапана:
Используется отрицательный температурный эфект реактивности - охлаждая активную зону мощность увеличивается, при нагреве АЗ условия протекания цепной реакции деления ухудшаются и мощность падает. В остальном из-за наличия обратных связей система саморегулируемая.
Я уверен что продуманная простота намного лучше наворотов для исправления недостатков утройства. По отношению к системам отопления такими наворотами я считаю насосы, вентиляторы, дымососы, прцессоры управления горением... Всё это может быть оправдано только на мощностях выше ну хотя бы 50кВт.
На сегодня я считаю правильным, что мы отделили топливник (газогенератор) от поверхнолстей теплообмена с теплоносителем системы отопления, т. к. влияние температуры теплоносителя на газогенерацию отрицательное и не увязывается с логикой управления горением.
Площади теплообменника, сечения "райзера", сечения газового окна, сечения дымохода и т. д. всё должно быть увязано под нужную мощность системы отопления. Здесь начинаются сложности, например мне не удалось добиться устойчивой работы при сечении "райзера" ниже 70мм. По большому счёту дым. труба нужна только для запуска котла, но и для соседей и для пож. безопасности и т. д.
Вынужден прерваться возможно продолжу позже.
С другой стороны дымовая труба тоже есть одним из регуляторов горения. И что мне нравится - её влияние на горения прямо связано с температурой наружного воздуха.
По температуре теплоносителя:
- для ТТ котллов чем выше тем лучше;
- при 2-х барах в системе отопления не закипит и при 100 С;
- с точки зрения теплотехники для теплосъёма наилучший режим с пристеночным кипением, но это сдожно управляемо и поэтому опасно;
- повторюсь - я не понимаю, почему простой обыватель летом без кондиционера спокойно переносит перепады температуры в доме от +18 до +28 С, а вот зимой подай ему 23 + - 0,5 С, ну прям тропический цветок в теплице.

 

Хотел ответить, но Сергей опередил:
Перекрывать вторичку не стоит. В правильно организованной вторичке она потребляется по мере необходимости.
Закрываете первичку, температура в бункере газации потихоньку падает, нет подсоса горячего газа в райзер, райзер сосет то, что есть - вторичку. Вторичка расходуется на дожиг того, что райзер смог вытянуть из зоны газации и частично на охлаждение потока...
Вообще вопрос о кипении ТО решается в 2х направлениях:
1. увеличение объема ТО - увеличение времени реакции на изменение процесса горения. Как обычно - палка о двух концах: переходные процессы затягиваются, это значит, что возможно появление конденсата...
2. дальнейшая герметизация бункера, и прежде всего - заслонок первички и, во вторых, вторички. В связи с тем, что изначально котел делался "на коленке" "...из того, что было..." (не было смысла вкладывать больше в непроверенную идею) по заслонкам идет реальный сквозняк...

Вспомните, Руслан затыкал первичку тряпкой, когда отключали эл. энергию. При нормальном производстве заслонок это делает заслонка ПВ, полностью перекрывая ПВ, не допуская разгона газогенерации.

Кстати, никто не заставляет вас НЕ ДЕЛАТЬ систему безопасности котла, тем более, что в конструкции данного котла есть клапан безопасности вверху на теплообменнике. Предложите хорошую (простую и надежную) схему работы этого клапана. Кто-то писал про автомобильные термостаты... схему в студию!

Руслан быстро пробежал весь путь, разведал его, выяснил основные принципы, чтобы мы могли по нему пройти не торопясь, сосредоточившись на проблемах производства... тех же заслонок...

 

@MalKo119, Летом при +28 можно в воду залезть, зимой тоже, но лед долбить надо, а всем лень, а так бы согрелись и +23 уже было бы не нужно. Вот вам "соль земли" на ответ. На РБМК в краевом эффекте реактивность была положительной и об этом знали. Теперь с 86 года об этом знают все. Горение в ракете, имеет положительный коэффициент реактивности, т. е. горение вызывает тягу, которая усиливает горение, которое увеличивает тягу. Дымовая труба безусловно является регулятором горения, только в отличии от других агрегатов, здесь она является тормозом, т. е выполняет прямо противоположную функцию. А вот про устойчивость горения при 70 мм. было бы исключительно интересно узнать по -подробнее. Особенно интересен вопрос, давайте я сам попробую "угадать" На малой мощности, после процесса растопки сначала все начинало разгораться, но потом происходило самопроизвольное снижение интенсивности горения, начиналось дымление и так волнообразно. Если удавалось прогреть райзер чуть сильнее, то явление наступало чуть позже. Попытка регулировать воздушной заслонкой приводило к большей раскачке, но можно было подобрать зазор, когда работа была на приемлемом уровне в смысле без дымовых выбросов. Это в общих чертах, без деталей. Если это так то будет ответ на регулирование, если нет, то опишите явления чуть подробнее. если есть такая возможность.

 

Всё зависит еще от температуры ограждающих конструкций. Тут пробегал график "зоны комфорта" в зависимости от температуры воздуха, пола, потолка, стен...
Психологически: если со всех сторон тепло, то можно нормально себя чувствовать при +19...20. Если одна из стен или пол холодные, то комфортная температура воздуха поднимается выше..., например до +23...25, как писал Руслан.

 

Труба - тормоз, это сильно. Аффтар, пишы ишшо.

 

Писал про группу безопасности этим клапаном с приводом от поршня в ТО. При закипании пар поднимает клапан. Можно и на определённое давление пружиной настроить. Ручкой прямого хода пружина освобождается и клапан приподнимается. Конструкцию узла в голове проработал.

 

Боюсь, что будет проблематично обеспечить герметичность поршня в такой паровой машине в домашних условиях... Или есть на примете что-то готовое, которое можно использовать?

 

Стандартные манжеты довольно крепкие изделия с огромным моторесурсом. Разобрать газовую стойку багажника и т. п. и нет проблем и для самодельщика.

 

Руслан затыкал первичку тряпкой, но горение все равно полностью не прекращалось. Я предложил дозированно подавать в бункер отработанные газы и проверю эту идею, когда у меня будет реальная конструкция. Также можно поиграться со вторичным воздухом. Можно регулировать мощность и заслонкой на выходе из райзера, но это сложнее. Думаю, что рактеный котел можно заставить бездымно и устойчиво работать на минимальной мощности.
Что касается безопасности, то лучшее решение здесь - естественная циркуляция. Хотя, конечно, не во всех случаях она приемлема.

 

@Оксфорд, А ты посчитай работу ДГ при уменьшении объема и ответь кто эту работу совершает. На свою шахту не смотри, там этого явления нет.

 

@Оксфорд, А ты посчитай работу ДГ при уменьшении объема и ответь кто эту работу совершает. На свою шахту не смотри, там этого явления нет.