Ракетный котел

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

На превращение прозрачного дымгаза в видимый дым влияет не столько наличие колпака, сколько температура самого дымгаза.

Вообще, когда мы начинаем видеть дымгаз? Мы его начинаем видеть только тогда, когда какие-то из его компонентов перестают быть газом, когда начинается процесс микроконденсации.

Конечно, может быть и такой случай, когда дымгаз вообще не бывает прозрачным даже при высокой температуре - это если он несет с собой не сгоревшие пылеобразные твердые компоненты, как правило, это углеродистые частицы, которые могут перейти в газообразное состояние только при температурах, даже теоретически недостижимых в условиях горения обычного топлива.

Наличие таких пылеобразных включений дает нам "грязный" серый дым, вплоть до густого черного с нитками копоти. Повышение температуры такого дыма особо не влияет на его прозрачность или цвет, разве что может приводить к его самовоспламенению при контакте с атмосферным воздухом на выходе дымохода.

Причин появления серого или черного дыма всего две: низкая температура в зоне горения газа и недостаток кислорода в этой же зоне. Ну, и еще одна причина - когда газ находится недостаточное время в горячей зоне горения, и просто не успевает выжечь весь углерод перед тем, как охладиться на последующем участке.

С углеродной пылью понятно. Оно наглядное и поэтому легко понимается и легко лечится.

А вот с белым видимым дымом (часто густым белым дымом) все не так понятно для общественности.
Часто приходится видеть, как люди очень гордятся тем, что из их печки (котла) идет прозрачный дымгаз, и при этом подразумевается, что прозрачность дымгаза является главным и неоспоримым признаком полного сгорания топлива и "чистоты" выхлопа агрегата.

По этому поводу у меня плохие новости: любой грязный дымгаз (если в нем нет большого количества углеродистой пыли) будет совершенно прозрачным при достаточно высокой температуре на выходе из трубы. Даже с запредельным содержанием несгоревшего угарного газа он все равно будет прозрачным. Даже с кучей несгоревших газообразных продуктов термического разложения пластика он будет прозрачным (хотя и вонючим на запах, но сего на фото и видео никак не заметить).

С другой стороны, самый-самый чистый дымгаз, состоящий только из углекислого газа, водяного пара и нейтральных газов типа азота будет иметь вид густого белого дыма при низкой температуре на выходе из дымохода. Особенно, если там практически не содержится балластного воздуха (когда система идеально сконструирована и настроена, в выхлопе мы имеем очень мало кислорода, так как мы не даем лишнего воздуха). А низкую температуру на выходе мы имеем в случае котла с очень высоким КПД, который качественно отбирает полученное тепло и выбрасывает лишь минимум в атмосферу.

То есть, самый хороший котел может иметь густой и видимый дым на выходе, а "грязный" котел с минимальным КПД может давать совершенно прозрачный выхлоп на радость конструктору.

Поэтому сравнивать визуально качество выхлопа разных котлов можно только при равных условиях: температура исходящих газов, их влажность и относительное содержание балластного воздуха.

Вот наглядная картинка, как дымгаз становится видимым при понижении своей температуры:


В самом начале он прозрачный, но чем более охлаждается в атмосфере, тем более непрозрачным и густым он становится. Один и тот же газ.

Или другой, всем хорошо известный пример:


Нет, это не специальный съезд автолюбителей с "убитыми" двигателями - это просто мороз. При "плюсах" мы вряд ли даже увидим выхлоп всех этих автомобилей. Хотя в самих автомобилях ничего не изменится, и в выхлопных газах тоже ничего не изменится.

И в выдыхаемом нами воздухе ничего не меняется, но летом нашего дыхания не видно, а в мороз мы "дымим" вполне заметно.

Ранее в теме мы уже говорили о влажности дымгаза, и о конденсате говорили, и о микроконденсации, и о точке росы тоже говорили.

Так вот, хорошо настроенный котел обязательно будет иметь видимый выхлоп всего по двум причинам: дымгаз почти не разбавлен балластным воздухом, тепло из дымгаза отобрано теплообменником по максимуму.

 

Это какой дым?

 

Из шахтного котла на 15 кВт. .

 

Отгадали. Там написано. Причем камера сгорания теплоизолирована. Думаете если нагреть (чем только) сильнее КС дым исчезнет? Если бы все было так просто. Еще дополнительно ватой замотал и, о чудо - все проблемы решены. Неужели никто раньше не додумался до такого простого решения?

 

На выходные по плану эксперимент по сжиганию каменного угля и офисной бумаги в виде пачки (уничтожение документов ). Если кому, что интересно посмотреть делайте заявки для обсуждения методики эксперимента. Включу в план опытов.

 

@alarin, офисная бумага горит красивым сине-зеленым пламенем, но дает очень много пепла и золы

 

Бумага эта содержит много мела, который участвует и в реакциях горения, не в лучшую сторону. Зола-уносом можно увидеть процессы происходящие в конструкции. В уже упоминавшейся печке Ларса Хелбро построенной в школе в Венгрии, похоже также жгли литературу, что позволило увидеть движение газов в его "центробежном карбюраторе", ХК-КД над топливником. Газы из щели сразу за дверцей, смешиваясь с вторичкой (вернее будет сказать третичкой) из отверстий в дверке, описывают круг в камере за счёт скорости и инерции, сгорая уменьшаются в весе и выдавливаются в центр круга, уходят в два шестигранных отверстия по бокам камеры. Фото камеры и схему печи прилагаю.


К чему это отступление не соответствующее теме? Просто полезный фактор который можно использовать в экспериментах. Следы золы может сдуть при сжигании другого топлива, это также стоит иметь в виду и не затягивать с ревизией.

 

Дело в том, что в состав такой бумаги входит либо каолин, либо диоксид титана и оксид цинка. А эти вещества у нас не горят и просто переходят в золу. Можно сказать, что это топливо с повышенной зольностью.

При чем, в нашем случае значительная часть золы от офисной бумаги улетит в трубу и где-то выпадет.

Пожалуй, одна из самых трудных комбинаций топлива для данной системы. Как по наличию негорящих компонентов, так и по сложности добиться баланса горения бункер/камера сгорания.

С углем, скорее всего, получите перегрев бункера.

Но пробуйте, возможно, у Вас получится то, что у меня не получилось. С нетерпением жду отчета.

Думаем, что если обеспечить высокую температуру в КС (а это получается само собой, если в КС нет активного отбора тепла, нет переохлаждения от поступающего холодного воздуха и там все-таки идет процесс горения), а также обеспечить вменяемый баланс топливо/окислитель, то доля несгоревшего топлива в дымгазе будет всяко поменьше, чем на предоставленном фото.

Но речь шла немного не о том. Речь велась, что простая визуальная оценка исходящего дыма не является однозначным показателем качества горения. За исключением уж совсем наглядных вариантов с "грязным" (не чисто белым) дымом... хотя и здесь не всё так просто.

Например, я уже год постоянно вижу густой серо-бурый шлейф дыма над городом из трубы нашей ТЭЦ. Шлейф красиво уходит прямо за горизонт. Причина - перешли на местный бурый уголь с дикой зольностью, и эту золу тупо выдувают вместе с продуктами горения в атмосферу. Замечу, что это не несгоревшие компоненты, а просто негорючие компоненты.
Но визуал вполне обеспечивают.

Речь шла о том, что один и тот же по составу дымгаз, имеющий разную температуру на выходе из дымохода (именно так, здесь без учета температур в КС), будет иметь разный внешний вид.

 

Само собой не получится. Хоть заизолируйте в "ноль" всю камеру сгорания. То что на фото - длится часами. Энергии выделяется огромное количество, теплоизоляция очень маленькой площади может сэкономить доли процента. Уберите всю вату из своего котла- разницу не увидите.
Процессы значительно сложнее чем хотелось бы многим видеть из этой ветки. Если бы было все так просто, давно бы уже все решили. Думаете только " диванных" не хватало?

 

@Оксфорд,
я уже устал повторять: если в камере сгорания (речь о вторичном горении, или "дожиге") присутствуют 3 фактора:

1) Температура выше температуры самовоспламенения всех подлежащих сгоранию компонентов топлива.
2) Имеется количество окислителя, достаточное для полного завершения всей цепочки окислительных реакций.
3) Время нахождения топливо-воздушной смеси в зоне температуры, соответствующей первому пункту, достаточно для полного завершения реакций,

мы получим полное сгорание всего, что только способно гореть при имеющихся температурах.

При отсутствии любого из таких факторов мы, естественно, не получим полного сгорания топлива.

Если получается держать температуру в объеме камеры сгорания во всем диапазоне рабочих мощностей установки выше 700-800 градусов (что обычно достаточно для дожига основных летучих продуктов пиролиза дровяного топлива) при отсутствии теплоизоляции стенок камеры, а то и при съеме тепла с этих стенок, учитывая охлаждение со стороны подаваемого воздуха для дожига - прекрасно.
Я вот не знаю, как этого достичь без теплоизоляции и при отборе тепла в этой зоне.
Вернее, знаю, но не хочу так сильно сужать диапазон эффективных мощностей котла.

 

К вопросу сжигания материалов в ракете, дымления и пр. прелестей вставлю свои 5 копеек. Бумага в отличии от дерева не содержит лигнин, который относят к органическим соединениям ароматического ряда. Мало того она содержит значительное количество "легких" низкомолекулярных производных целлюлозы. Как известно, углеводороды ароматического ряда являются более термостойкими и требуют более высоких температур (больше тепла на разрыв углеродной связи С-С) разложения, а также большее количество кислорода на окисление. Потому и резина и пенополистирол дают много копоти. Пиролиз же целлюлозы идет при низких температурах + реакция экзотермическая+ бумага офисная содержит много гемилцеллюлозы (низкомолекулярное производное. Картон в основном делают через сульфатный процесс, потому коричневый получается, в нем низкомолекулярки меньше и сгорание идет похожее на дерево) + отдельно взятый лист является тепло -газоизолятором для последующего листа. Ну уже понятно, что стопка бумаги будет вести себя подобно пластику, вызывая бурное газовыделение при этом блокируя доступ кислорода и тепла. Такой процесс мы называем обычно тлением и сопровождается он обильным дымовыделением.
С углем думаю все понятно, перегрева не боюсь ибо керамику перегреть не так просто, а вот швы на термостойкость посмотреть стоит, они самое слабое место. Фетр у меня кстати вокруг кольца райзера порозовел, стал твердым и ломким всего за два цикла сгорания.
@hof, Дымление накрытого райзера связана с дымоудалением, если мало энергии на работу по выталкиванию газа, то начинает появляться или давление над истоком райзера, или растет температура. Оба процесса уменьшают скорость газового потока в райзере и как следствие уменьшением количества подсасываемого ВВ. Горение прекращается, температура падает идет выброс дыма, далее температура или давление в верхней части уменьшаются, тяга восстанавливаются и цикл повторяется. Данный процесс уже был описан на одной из веток этой темы при использовании райзера слишком малого сечения. Можете назвать этот цикл паровозным, поскольку от его очень напоминает. Кстати при наборе райзером температуры в районе 300 -350 идет переход от дымление на бездымное горение именно с таким паровозным эффектом. Про градусы уже выше народ все написал.

 

Все это из разряда "банальных" истин для блондинок. Можно еще добавить несколько необходимых условий. Вопрос только в том как их совместить в одном месте и в одно время. И утепление ватой нисколько к этому не приближает. Так как если температура продуктов сгорания не выше 400 градусов, то как ни утепляй - выше в КС не поднимется. А если факел имеет температуру под 1000 гр то ему на утепление пофиг. Он и в ледяной пещере будет гореть отлично.

 

@Оксфорд, Продукты полного сгорания древесины имеют температуру 1670 градусов по расчетам термодинамики, т е по законам физики и химии. Вот это и есть банальная истина для "блондинок". Все остальное технология.

 

При какой влажности и альфа?
И тягу считать через одно место тоже ни к чему, если есть более простой способ. Знаете как тяга ракетного двигателя считается - масса * скорость. А можно полностью рассчитать параметры течения по тракту и взять интеграл сил давления по поверхности. Должно, по идее, получиться то же самое. Но так почему-то никто не делает.

 

@Оксфорд, В термодинамике влажность и альфа меняются на теплоту фазового перехода, теплоемкость и массу. Тяга меняется на изменения объема. Вычислив тепловой эффект реакциии рассчитав теплоемкость, которая зависит от массы компонентов получаем температуру. Функция произведения объема (это собственно расход) на температуру во времени есть мощность. Все реальные отклонения от этих расчетов это и есть действующая конструкция вашего агрегата. Добавляете к теории ваши параметры получите конечные значения вашей конструкции. Если они совпали с результатами измерений вы "инженер конструктор", а ваш агрегат замечательный продукт творчества. Не совпали, ищите где накосячили.
Вы делаете расчет по давлению, я делаю расчеты считая давление постоянным, в этом случае не надо интегрировать функцию, расчет тяги сводится к простому произведению расхода на температуру. Для конкретной конструкции надо создать либо разницу температур такую, чтобы через вашу трубу пролез за определенное время объем газов, или сделать такое сечение, чтобы этот объем перенес энергию без потерь на работу по преодолению препятствия, т е не создавал давления. Расчет делается до дымовой трубы, а она уже рассчитывается обычным методом через давление.