Ракетный котел - 2

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Чем греем воздух? слоем? в нем значит горение замедляем, а в неком вымышленном двухфазном реакторе повышаем?

 

На практике именно так и происходит - даже если не постоянно при работе "правильно" упакованного котла с "правильными" настройками подачи воздухов, то хотя бы периодически, когда "планеты сходятся".

К сожалению, "идеальные" температуры горения, особенно, для высококалорийного топлива, нередко оказываются за пределами добра и зла в плане ресурса применяемых материалов для высокотемпературной зоны.

Даже по фетру, который как бы "должен" со всем справляться - и он если не спекается в твердую субстанцию, то начинает заметно терять в объеме, иногда чуть ли не в два раза. Замечу, что в обжиговых печах для керамики, штатно работающих на температурах 1150-1250 градусов этот же фетр не спекается и не теряет в объеме годами.

Впрочем, и обычный качественный шамотный кирпич в этих же печах тоже работает годами без каких-то критических изменений. Даже с учетом того, что при каждом обжиге материалы печи сначала "купаются" в огромном количестве горячего водяного пара, напитываясь им, а потом раскаляются до приятного розового свечения. Хотя у фетра там ресурс все-таки побольше получается. Но это так, для справки.

Не хочется спорить по поводу возможности-невозможности достижения именно максимальных температур горения топлива в рассматриваемом нами агрегате - полагаю, что она все-таки недостижима вот так, градус в градус, но даже если до этой температуры не достаем на сотню-другую-третью градусов, то это всё равно перебор выходит. Если мы достигаем температуры плавления каких-либо компонентов керамики... получаем уже частично остекленевшую керамику, и она начинает терять способность выдерживать резкие температурные перепады.

Да, это теоретически чуть ли не невозможно получить в печке выше 1500 градусов, чтобы что-то начало спекаться через жидкую фазу в стекло - у диоксида кремния (основной компонент, к примеру, моей глины) температура плавления 1710 градусов, у окиси алюминия (второй по процентному содержанию компонент) эта температура 2072 градуса, у самого шамота, как наполнителя - 1730 градусов, у каолина - 1780 градусов... но практически за отопительный сезон с сжиганием чего угодно, включая малопрогнозируемые коктейли из продуктов разложения пластиков, старых ботинок и неведомой мусорной хрени где-нибудь на приграничных слоях камеры сгорания вполне может и дать эффект.

Кроме того, чем больше температурные перепады - тем попросту меньше ресурс материала. А температурные перепады мы организовываем при каждой загрузке с изрядной порцией свежего водяного пара от свежего топлива и с изрядной порцией свежего воздуха через открытую дверку. И здесь уже имеет значение, контактирует ли этот пар с материалом, имеющим температуру 900 градусов или 1200+ градусов. Температурные деформации будут отличаться в разы. А всё это имеет прямое отношение к ресурсу.

Нужны ли нам в котле такие температуры? Нет, это, конечно, круто - осознавать, что вот прямо дома стоит агрегат, в котором настолько адовые температуры... но обычно всё, что подлежит сгоранию, сгорит у нас задолго до достижения 1000 и даже 900 градусов (если речь о дровах). А пытаться сжигать атмосферный азот - это уже грешно.

Как ограничить температуру? Отбором тепла (например, при уменьшении толщины изоляции) - плохой способ. Во-первых, "убиваем" способность системы работать на малой мощности, во-вторых, никакой гарантии, что этого будет достаточно при максимальных мощностях и "жирном" топливе. Впрочем, и сокращения диапазона эффективной мощности уже достаточно.

Моё скромное мнение - лучше это делать методом подачи "лишнего" вторичного воздуха в периоды, когда наша "ракета" начинает упорно рваться в космос по температуре. Охлаждение камеры сгорания вторичкой, имеющей после некоторого прогрева температуру всего в 300-500 градусов - это мягкое, но вполне достаточное охлаждение.

Одна проблема - вручную так сделать уже не получится. Мы выставляем подачу вторички для штатного режима работы котла (при этом подсос вторички довольно неплохо автоматически регулируется общей тягой в трубе), но весь диапазон мощностей такая однократная регулировка не перекрывает: при зависании топлива или засорении колосников вторичка начинает перетягивать тягу на себя, а при "забросе" по мощности ее просто не хватает - тяга хоть и дикая становится, но клапан подачи вторички сам по себе от этого сильнее не откроется.

Получается, что приходится давать чуть больше вторички всегда. Ну, просто в целях предосторожности. Но это "не круто", как говорит гражданин Илон Маск. Да, керамике и фетру вполне комфортно, но всё равно - "не круто". И на самых малых мощностях, и при розжиге, и при засорении колосников - тоже не круто. И если какая неведомая мусорная хрень решить плюнуться почти чистым водородом - тем более не круто.

Круто - это иметь датчик тупо в самой камере сгорания и управление заслонкой вторички именно по этому датчику. Тогда при засорении колосников и падении температуры в камере сгорания тягу уйдет не на бесполезный прогон вторички, а на продув тех колосников только первичкой. Тогда при забросе температуры в сторону космоса система даст нужное количество "прохладной" 300-500-градусной вторички и стабилизирует температурный режим.

Да, оно работает и без автоматики в этом месте. Это здорово. Но всегда можно сделать еще лучше.

ЗЫ:
Кстати, спрашивали, как контролировать количество топлива в бункере - могу предложить один смешной вариант: просто взвешивать сам котел. Есть датчики для этого - подкладываем под ножки котла, тарируем вес самого котла и смотрим только остаток - вес самого топлива (естественно, учитываем вес золы, но это уже технические мелочи, которые легко просчитываются).

 

@alarin, раскажу свой опыт.
в Таймене дно камеры дожига - это потолок воздушной камеры, убираю теплоизоляцию дна, термопара в центре КД показывает температуру ниже, причем градусов на 50-100, вопрос куда делась энергия?
Если пошло на нагрев воздуха, значит должна повысится температура горения, т. е. и факела, а она понизилась.
думается мне что пролетный воздух я нагрел, он сказал спасибо и улетел в космос в виде избытка..

 

@Igrek1977, Естественно, если концентрации реагентов достаточны для прохождения хим реакции, то все, что сверх этого пойдет на теплообмен. По вашему описанию и опыту можно сделать вывод, что соотношение топлива и воздуха оптимально с точки зрения термодинамики, а температура ниже теоретической обусловлено наличием теплообмена. Сняли теплоизоляцию - теплообмен увеличился, а нагретый кислород в химии уже не участвует и просто уносит тепло. Другой момент, что я не рассматриваю слоевого горения в принципе. В топливнике горение может идти как угодно, лишь бы нужную температуру поддерживать, а в идеале там вообше горение должно быть строго С+О2=СО2 с соответствующими джоулями и градусами. Вторичное сгорание идет исключительно в газовой фазе или псевдогазовой, если летящую сажу рассматриваем. Но на макроуровне пофиг, все одно как газ будет. В топливнике, чуть сложнее: то, что ближе к газовому окну потянется в него, то, что далеко уйдет вверх к своду. Вот эта часть встретив топливо, как то будет с ним реагировать. Но в ракете как раз такой момент мы и стремимся исключить, только теплообмен и поддержание химии на одном энергетическом уровне. Вспомните из классики, что при увеличении количества ДГ происходит отжимание воздуха и химия прекращается, соответственно и температура валится, что приводит к увеличению ДГ. Вот, то, что называют саморегулированием, а в общем весь процесс определяется только разницей температур в райзере, которая устанавливает скорость массообмена. Стационарный процесс определяется только сечениями газовых каналов и теплосодержанием топлива. Все, видите нет хитрых зависимостей в теории, чем ракета и подкупает. Уберите слоевое горение в шахтной печи, получите тоже самое. Сделанная ракетка, по сути та же шахта с боковым газовым окном и высоким газовым каналом - райзером, но с отсутствием теплообмена вела себя как классическая ракета в райзере и шахта в топливнике опыты это и показали.

 

Народноармейский метод встречавшийся не единожды в темах засыпать в ТО горчицы.

 

с максимальной температурой 1260 выгорает, крошится и плавится.
Брал с рук по-дешевке, полрулона на опыты извел. Поливка жидким стеклом помогает держать форму, но потом все-равно на куски рассыпается.

 

@hof, труба будет из огнеупорного кирпича. Почитав комментарии на форуме и характеристики многих волокнистых огнеупоров, я не нашёл "долгоиграющих" при непосредственном контакте с огнём при температурах 800+. На днях куплю коронку по бетону на 90 мм и буду делать трубу, если очередная мысля в сторону не уведет

 

@Degree, Из 20 колец на 90, получается труба где -то 75 см., весом 8 кг. Внешний диаметр где -то 123-124 мм. Пока простой из-за ТО могу запустить производство, если не получится из кирпича.

 

@Perelesnik,

Идея с датчиками очень хорошая, но на котле часто досушиваются щепки на растопку и КОТ!
(сам думал о датчиках для напольных весов, у китайцев их много)

Вес кота будет не просто учитывать,- пришел, ушел,-а зимой больше 5 кг весит,-это в пересчете на сухие дрова=несколько часов в малом режиме. Спать хочет на котле, если там спички, рукавицы, щепки на растопку-все сталкивает. Спорить с ним-только с позиции силы, он ведь там живет почти не выходя, а мы только иногда заходим.

 

@_Reba_, Значит нужен дифференциальный датчик или алгоритм обработки и загрузка топлива в ручном режиме. У меня Кота когда то машинка стиральная постирала.... Контроль количества топлива можно делать все той же температурой, с Кингом этот момент обсуждали в теме. Кратко: Если два датчика один в зоне ПВ, т е топливнике, а другой ВВ, райзере показывают одинаковую температуру, то процесс пиролиза закончен, остался только уголь. Если температура упала ниже 300 градусов, то котел надо растапливать по новой, сам без дыма не стартанет. Если в зоне ВВ градусов больше, чем в ПВ, то идет горение летучих, если наоборот, то угля. Если показания градусников проинтегрировать во времени, т е записать в график, то получим мощность ну и т. д.

 

@_Reba_, ну, если Ваш кот из рода Таргариенов и имеет примесь крови драконов, то тогда да - проблема. Но обычные коты, как правило, обладают гораздо меньшей термостойкостью и не способны долго выдерживать контакт с поверхностью крышки бункера, имеющей температуру выше 100 градусов по Цельсию.

Ну разве что на теплообменнике у них получится гнездо свить. Правда, там обычно куча всяких труб и трубочек, приборов и клапанов размещается. Впрочем, дело вкуса - многие коты принципиально не ищут легких путей в этой жизни.

В крайнем случае (кот внезапно огнеупорный или гнездо на теплообменнике), можете взвешивать кота отдельно - установив для него дополнительную посадочную площадку с теми самыми датчиками. Приятный бонус - будете знать ежедневную динамику изменения веса этого домашнего зверька. И даже вести дневник наблюдений, находить закономерности...

При некотором количестве свободного времени и вдохновения можно автоматизировать это дело, вплоть до передачи данных о весе и наличии на котле кота на приложение в смартфоне.

Но, как минимум:

if (саtweight > 0)
{
CAT = true;
weight = totalweight - catweight;
lcd. print (" Alarm! Cat detected. ");
}
else
{
CAT = false;
weight = totalweight;
}
if (CAT = true && catweight < 3) / Значение "3" (в килограммах) замените на значение реального веса Вашего кота в сытом состоянии.
{
lcd. print (" Накормите кота! ");
}
if (CAT = true && catweight > 5) / Значение "5" (в килограммах) замените на значение реального веса Вашего кота в обожранном состоянии.
{
lcd. print (" Не верьте коту - он сыт! ");
}

Без всяких датчиков на котле я обходился показаниями обычного бытового терморегулятора, измеряющего температуру воды в системе отопления. В процессе эксплуатации котла очень быстро учишься понимать закономерности изменения его показаний.

Фактически, кривая изменения температуры очень похожа на такую же кривую для литиевых аккумуляторов - сначала идет период стабильной температуры (в стабильность вносит свою роль котловый терморегулятор), затем, при выгорании топлива, идет падение - сначала плавное, затем все более крутое.

Я уже писал, что от начала падения и до момента, когда требуется дополнительный розжиг (топливо уже не способно самовоспламениться в остывшем бункере), проходит довольно большое время - час, как минимум.

Если на электронном терморегуляторе установить температуру, соответствующую началу падения температуры в системе, а потом воткнуть в терморегулятор какую-то "сигналку" - лампочку, радиоприемник, звонок, сирену, пароходный гудок... то система сообщит о том, что пора догружать топливо как раз в нужный момент.

Ну... или сообщит, что что-то не так с котлом: или дрова зависли, или циркуляционный насос скончался, или котел украли... Всякое бывает-то.

 

Вот такой светодиод, установленный в удобном месте, отлично показывает, что пора подкинуть дрова. А частым миганием может сообщить, что произошла аварийная остановка котла.

 

Давайте я попытаюсь набросать "максимальную комплектацию" такого котла.

Это будет весело, даже если и не будет иметь практического применения.

Начнем с датчиков.

Итак, весы для котла и для котэ на котле (благодарю за своевременную идею) - сие будет показывать реальный вес топлива в бункере.

Термопара (минимум ТХА, максимум - платина) в камере сгорания и в бункере. А еще круче - одна ТП на входе в трубу, одна на повороте, одна в вертикальном участке трубя; затем одна ТП чуть выше колосника в бункере и одна ближе к верхней части бункера. И еще парочка в отсеке теплообменника. И еще одна на входе в дымоход. И еще одна ближе к выходу из дымохода. И еще в канале подогрева вторичного воздуха. И еще для измерения температуры внешнего корпуса котла.

Датчики температуры - один для обратки, другой для подачи воды. Естественно, датчик температуры воздуха в помещении и температуры на улице.

Датчик потока воды в системе - для измерения объема прокачиваемой за определенное время воды.

Датчик для потоков воздуха - крыльчаточка на первичку, вторичку и на сам ДГ на выходе в дымоход.
Датчик уровня влажности - на входящий и исходящий газ.

Датчик наличия конденсата в отсеке теплообменника. Такой же датчик в дымоходе.

Датчик уровня СО на выходе - ну, это классика.

Датчик состояния дверки загрузки - откр/закр. Датчики положения всех клапанов - через потенциометры, чтобы углы можно было считывать.

Барометрический датчик в бункере, теплообменном отсеке...

Естественно, электронный датчик давления воды в системе.

Оптопара для сигнализации о переполнении зольника.

Датчик СО для помещения, датчик дыма для помещения...

Уверен, что что-то еще можно, что что-то забыл важное добавить, но пока и этого хватит. Переходим к исполнительным механизмам.

Итак, тут у нас будут сервоприводы на все клапаны - на первичку, вторичку, еще добавим механизированный шибер на выходе в дымоход, еще добавим опускающуюся и поднимающуюся пластину над выходом ракетной трубы для подстройки пределов мощности. Привод вентиляционного клапана - тоже пойдет, не будем утруждать руки работой с рычагом этого клапана.

И еще можно вибратор установить. Нет, не такой, господа гусары. А чтобы дрова в бункере шевелить, дабы они охотнее вниз опускались.

И еще дымосос можно - ну чисто для вентиляции бункера в период загрузки топлива.

Ну, понятно, регулятор оборотов циркуляционного насоса. И электроклапаны для воды... нет, лучше регуляторы, это круче - чтобы можно было плавно изменять проходные сечения.

Вот, блин, что-то маловато получается. Что еще туда втиснуть-то? Разве что заслонку для регулировки сечения входной щели ракетной трубы. Остается разве что система автоматической загрузки топлива. Но пока оставлю это.

Перейду к "плюшечкам". К ним отнесу кухонную духовку сверху бункера - вполне можно установить. Как раз, место подходящее. Перераспределив теплоизоляцию, в такой духовке легко можно молочных поросят запекать. Или, как минимум, фрукты сушить (хотя, откуда те фрукты в отопительный сезон?). Так что духовка для поросят, гусей и индеек. Или это место для перегонного куба?

Смотровое окошечко в бункер - сложно, но можно ухитриться, как-то перераспределив первичку, чтобы она то стекло обдувала.

Элементы Пельтье на корпусе - вполне реально. Или Стирлинг на бункере - тоже вариант.

Система отбора излишнего тепла со стенок бункера - тоже пойдет. Но только так, чтобы отбиралось именно лишнее тепло, а не как в случае с водяной рубашкой. Просто для отбора именно того тепла, которое обычно излучается в помещение, где котел расположен. Можно отбирать через ту же воду, или через воздух - а затем этот воздух гнать по трубам куда нужно в помещения.

Дальше - управление и система отображения информации. Ну, здесь раздолье для фантазии и творчества.
Подпрограммы для розжига, для разных режимов потребления, для спящего режима, для разных видов топлива, для ночного времени и времени, когда люди на работе...
Вычисление реальной мощности, динамики расхода топлива, автоматическое определение и поддержание режима с наибольшим КПД...
Отображение информации о состоянии системы как на мониторе контроллера, так и на экране ПК или смартфона, удаленное управление системой и так далее. Запись и анализ данных телеметрии...

Голосовое управление, в конце концов.

Вообще, когда агрегат и без интеллектуальной автоматики неплохо работает, то можно навешивать на него разные "приколы" вполне безнаказанно.

 

Два датчика температуры: теплоносителя и дымогазов. Один привод на ПВ, трехразрядный индикатор и сигнальный диодик - минимальный набор для счастливой жизни с котлом.

 

Продолжу тему товарищей: Термопара ХА в топливнике, выше входа в газовое окно даст показание температуры пиролиза топлива и горения твердого остатка на втором этапе. По показаниям выполняются: 1. Вход/Выход на режим/ из режима. 2. Дозагрузка топлива какое и когда. Исполнительный механизм может управлять подачей ПВ по показанию данной термопары. Устраняемые вредные явления: Переход в тлеющий режим (при недостатке температуры) и Избыточность газотопливной составляющей, по простому ПГ и в случае тления и в случае избыточной газификации при высокой температуре.
Термопара ПП (желательно) в место вторичного горения, на ракете в райзер выше газового окна. По показанию определяется достижение температуры вторичного горения (номинальный режим) Наличие и количество ПГ и топлива находящегося в реакционной стадии. Может управлять подачей ВВ. Разница температур первой и второй термопары покажут где, что и сколько горит или уже не горит.
Терморезистор в подачу и термопару ХК в дым трубу выполнят задачу по режиму теплообмена, т е тепловой мощности агрегата Это в основном сервисные функции управления, но на качество горения только их показаний недостаточно. Могут управлять только заслонкой и кочегаром. Если заслонки нет то только маячить кочегару.
Как видите первые два датчика самых важных практически не кто не юзает, оставляя качество горения на мать природу и конструкцию аппарата. Зато на два вторых навешивают целые компьютеры, что с точки зрения потребителя есть большой плюс в сервисе, но качество горения при этом "посмотреть дым из трубы".
Теперь понятно, что на сервисные функции можно и весы и газоанализатор и хроматограф навесить и все связать супер софтом. Это как смотреть с помощью ультразвука на слух двигаясь в лесу, а можно просто глаза заиметь, поставив два датчика температуры в нужное место. Дальше для антуражу можно накручивать чем угодно, хоть вай-фаем, хоть роялем.