Бездымное топливо для печей

Автор: Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплотехник*

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Печь возводится однажды, а топить ее нужно все время, с одной стороны. С другой – конструкция печи во многом, если не полностью, определяется видом используемого топлива. А его доступность существенно зависит от запасов местных ресурсов в регионе. Так что печку выплясывают от топлива.

Современная теплотехника позволяет сжечь до углекислого газа, воды и золы все, что в принципе может гореть, и кое-что из того, что в принципе гореть не может. Это не только шутка. Чего можно ожидать от сгорания топлива в печи? И насколько простой и эффективной может быть печь на таком-то, или таких-то видах топлива? Это зависит от его свойств:

1. Агрегатного состояния – твердое, жидкое, газообразное;
2. Удельной теплотворной способности, или теплоты сгорания;
3. Удельной стоимости;
4. Скорости сгорания;
5. Температуры сгорания;
6. Способности обводняться;
7. Зольности;
8. Содержания высших органических соединений;
9. Содержания серы;
10. Активности.

Твердь, жидкость или газ?

При тщательном рассмотрении (для которого, к сожалению, здесь нет места) по совокупности качеств наилучшими пока оказываются природный газ и жидкие топлива. Но самостоятельно делать печку под них лучше не пытаться: без промышленного оборудования и отлаженной технологии за это не возьмется и опытный теплотехник. Точнее, тем более не возьмется, зная, что к чему.

И есть нюанс: поскольку это топливо отдает тепло практически мгновенно, одной печкой не обойдешься. Для сжигания нужен тоже сложный комплекс оборудования. Для примера – см. на рис. схему домовой мини-котельной. Стоит такое немало, и экономически (и экологически) оправданным оказывается для домовладений жилой площадью более 120-150 кв. м.

Примечание: КПД даже небольшого газового или мазутного котла с автоматикой достигает 90% и более. Почти все потери в централизованных котельных приходятся на трубопроводы.

Самодельной же печкой можно обогреть и снабдить горячей водой до 60-100 кв. м. жилых. Больше – сложность работ и затраты настолько возрастают, что дешевле и проще оказывается поставить двухконтурный газовый котел. Если, конечно, есть подвод газа. В таком случае нужно ориентироваться на низшее из указанных значений; при баллонном газе – на высшее.

Исключение – пиролизная (точнее, газогенераторная) печь на отработке или темном печном топливе. Ее, с соблюдением условий безопасности, несложно сделать самому. Но обогреваемая площадь – до 40-60 кв. м, отбор тепла для ГВС затруднен, а устройство полнопоточного водогрейного контура вряд ли возможно. Т.е. область применения – гараж, дача, небольшой жилой дом, при условии, что печка в пристройке.

Примечание: пиролизное масло – не топливо для пиролизных печей. Оно – продукт быстрого (50-30 с) бескислородного пиролиза отходов деревообработки при температуре около 600 градусов. Пиролизное масло довольно сильно обводнено, имеет кислую реакцию, т.е. химически агрессивные компоненты в своем составе и содержит до 2% и более серы. Сжигают его в промышленных котлах и печах при помощи специальной горелки.

Теплота сгорания и стоимость

Формальное содержание этого пункта особых пояснений не требует: килокалории или джоули. Можно только напомнить, что 1 ккал = 4,3 кДж. Т.е., если теплота сгорания 10 000 ккал/кг, то в джоулях это будет 43 000 кДж/кг или 43 МДж/кг, для твердого топлива. Для газообразного – килокалориях или кило/мега джоулях на кубометр. Для жидкого справочники дают или на килограмм, или на литр/кубометр.

Теплота сгорания общеупотребительных видов топлив колеблется от 1800 ккал/кг (бросовая древесина: ольха, ракита, подгнивший сырой хворост) до почти 11 000 ккал/кг (полиэтилен и другие органические полимеры), что в мегаджоулях будет от 7,74 МДж/кг до 47,14 МДж/кг у полиэтилена.

Здесь уже обнаруживается нюанс: полностью сжечь можно все, но цена-то килограмма разная! Поэтому делаем так:

• Производим теплотехнический расчет мощности обогрева помещения.
• Даем к нему запас в 10-20% на ГВС.
• Даем к полученному еще 50% запас на аномальные холода.
• Полученное значение ДЕЛИМ на КПД выбранной печи.
• По полученной потребной тепловой мощности печи и удельной теплотворной способности топлива определяем его массовый/объемный расход.
• Умножив расход на стоимость, получаем удельную стоимость отопления.
• Повторяем процедуру для разных печей и топлив, пока не выйдем на минимум по цене.

Примечание: отопительные приборы с КПД менее пороговых 70% можно не рассматривать. Даже если нам лично экология фиолетовым по желтому побоку, дополнительных налогов и штрафов если где-то еще и нет, то будут. Обязательно.

Скорость сгорания

В самодельных печах без сложной автоматики наблюдается четкое соответствие: чем быстрее сгорает топливо, тем меньшего КПД печи можно добиться и тем сложнее получается ее конструкция. Причина проста: без недоступных самодельщику технологических ухищрений выделившееся сразу большое количество тепла трудно уловить и направить в помещение, или в водогрейку, прежде, чем оно вылетит в трубу. Поэтому имеет смысл только самодельная печь на медленно горящем топливе – твердом, маслах, нефтешламе и т.п. Или печь медленного горения, где процесс сгорания искусственно замедляется.

По скорости сгорания среди твердых топлив выделяется каменный уголь. Она у него очень неравномерна по мере сгорания. Вначале, когда идет газификация, пламя бушует. А затем, когда остается чистый карбон (аморфный углерод, кокс) начинается медленное тление. А сделать печь с высоким КПД и в том, и в том режиме горения, не так-то просто.

Температура сгорания

Это палка о двух концах. Один конец – чем выше температура, тем проще добиться полного сгорания и высокого КПД. С другой стороны, опять же, извлечь и направить куда нужно тепло становится труднее; вследствие большого температурного градиента оно так и норовит вылететь в трубу. Поэтому усложняется конструкция печи. Кроме того, при высокой температуре сгорания нужны дорогие жаропрочные материалы.

В целом, чем ниже температура сгорания, тем проще и эффективнее оказывается печка. Корявые самодельные конструкции на тлении при 600 градусах (печи медленного горения) могут дать КПД более 85%. От дровяной/угольной печи (800-900 градусов) в самодеятельном исполнении трудно добиться КПД более 75%, и нередко оказывается, что с гордостью представленная на видео конструкция до конца отопительного сезона прогорела или потрескалась.

Примечание: максимально достижимая в самодельных конструкциях температура сгорания примерно 1100 градусов; это пиролизные и газогенераторные печи. Выше – без спецсталей и огнеупоров выдержит разве что несколько пробных топок.

Обводненность

Обводнение топлива отбирает тепло не только и не столько на испарение воды. При высокой температуре при наличии катализатора – углерода – еще больше энергии уходит на химическое восстановление воды и соединение выделившегося кислорода с атмосферным азотом. Водность топлива в процентах по весу обозначается как W.

Способность топлива поглощать влагу во-первых, уменьшает его теплоту сгорания. У дров – вдвое и более при повышении влажности с 20% до 50%. Обводненное жидкое топливо может оказаться и взрывоопасным. А едва влажный бурый уголь самовозгорается, поэтому его и не транспортируют от мест добычи, ТЭЦ на буром угле строят возле добычных карьеров.

Печь, работающая на обводненном жидком топливе, должна быть снабжена специальной горелкой и системой подготовки топлива. Твердотопливная – сложным дымовым трактом, в котором восстановленные компоненты и окислившийся азот не остынут прежде, чем распадутся до исходных и отдадут обратно тепло.

Зольность

Зольность вычисляется просто: вес твердого остатка (золы) делим на исходный вес закладки. Если из килограмма топлива остается 30 грамм серенького порошочка – зольность его 3%. Зольность топлива в спецификациях обозначается большой буквой A.

Зольность характеризует более хозяйственные особенности печи. Золу нужно выгребать, с одной стороны. С другой, зола большинства видов топлива – прекрасное удобрение.

Высшая органика

Это высшие спирты, соединения фенольного ряда, полимеры и т.п. С одной стороны, они имеют очень большую теплотворную способность, что видно на примере хотя бы полиэтилена. С другой – при температуре ниже 900 градусов дают много нагара и сажи. Или сжигать нужно очень медленно, на тлении, чтобы успели распасться.

Сера и горючие минералы

Горючие минеральные компоненты, кроме углерода, почти все очень вредны. Особенно – сера. Она при сгорании дает окислы серы (ангидриды), а они в атмосфере – сильные, ядовитые и очень «парниковые» кислоты. Топливо с содержанием серы более 1% считается непригодным для быта; допустимая доля мышьяка, фосфора и прочих горючих минералов – до 0,1%

Активность

Активность топлива – параметр условный. Она характеризует способность топлива вспыхивать и сгорать самого по себе.

Предельно активным считается топливо, вспыхивающее от искры, причем зона горения сразу распространяется по всей его поверхности. Высокоактивное топливо требует поджога небольшим количеством еще более активного или с помощью фитиля, но затем на открытом воздухе быстро и по всей поверхности разгорается. Средне активное требует розжига более активным топливом и без дополнительных мер (пошуровать, поворошить) или наддува на открытом воздухе полностью не сгорает. Горение низкоактивного топлива может проходить только в специальных устройствах после розжига.

Активность топлива мало зависит от его теплотворной способности, но гораздо более – от агрегатного состояния, температуры кипения (для жидкого топлива) и степени измельчения (дисперсности) для твердого. К примеру, бензин и этиловый спирт при комнатной температуре предельно активны. В солярке при комнатной температуре факел гаснет, но, распыленная форсункой, она при 90 градусах сама вспыхивает на открытом воздухе. Древесина в виде дров средне активна, в виде сухой стружки – высокоактивна, а в виде опилок – очень слабо активна.

Примечание: по ТУ температура вспышки летнего дизельного топлива – 62 градуса. Но это в закрытом тигле.

О пеллетах

О печной проблеме думают не только самодельщики. Ныне налажен широкомасштабный выпуск практически идеального твердого топлива для бытовых печей – топливных пеллет, см. рис.

Делают пеллеты из любой бросовой высушенной биомассы методом сухого горячего прессования. Теплота сгорания пеллет – 13-20 МДж/кг. Водность менее 10%; зольность – до 5%; активность – средняя. Сгорают пеллеты полностью до углекислого газа и воды без дополнительных мер; содержание вредной неорганики (сера и элементы ее группы, тяжелые металлы) – практически нулевое.

Стоимость пеллет на рынке оптом – до 5000 руб. за тонну. Есть в продаже и пеллеты в мелкой расфасовке, для выездов на пикник, на дачу и т.п. Расчеты специалистов на спасительную для человечества роль бытовых печей как раз и основаны на предположении о широком использовании пеллет.

С началом отопительного сезона компания АО "СУЭК-Красноярск" предлагает своим потребителям новый продукт глубокой переработки бурого угля – топливный брикет. Бездымное топливо прессуется под большим давлением и при высокой температуре, что позволяет максимально удалить вредные летучие вещества сразу при производстве.

Данный продукт имеет широкое применение и может использоваться во всех видах топок, котлов, а так же отлично горит в каминах и печах. Приготовление пищи на открытом огне не допускается.

Основными преимуществами топливных брикетов по сравнению с другими видами топлива являются:

1. Энергоэффективность. По своим теплотворным свойствам (6 000 ккал/кг) топливный брикет более чем в полтора раза превосходит бурый уголь и топливные пеллеты, что сравнимо с каменным углем и позволяет надолго сохранить тепло в помещении при сокращении объема потребляемого топлива. Равномерное горение топливных брикетов, отсутствие спекаемости и отсутствие шлаковых образований дает возможность экономии топлива до 30 %.
2. Экологичность. Топливные брикеты – экологически чистый продукт, так как при его производстве не используются никакие клеящие добавки, не образует дыма и посторонних запахов при сгорании, а это означает, что использование брикета имеет минимальное влияние на окружающую среду.
3. Удобство в применении. Продукция упакована в бумажные мешки по 20 кг, что дает экономию складских площадей и подсобных помещений. Отсутствие потерь при транспортировке и перевалке. Полное отсутствие пыли и грязи при хранении.

На всю продукцию дается гарантия качества и соответствия сертификату.

This page was last updated on 2 ноября 2017 at 10.51 дп

Пиролизные печи относятся к печам длительного горения Пиролизная печь сегодня имеет много преимуществ. Они-то и сделали ее установку настолько популярной. Печь, не требующая постоянной загрузки в нее топлива, и справляющаяся с обогревом даже не маленького дома, сейчас не мечта, а реальность. Такую печь можно сделать самостоятельно, если знать последовательную схему ее сборки, а можно и купить готовую в магазине.

Используем пиролизные печи для отопления дома или бани

Одним из вариантов экономного расходования топлива является использование печей или котлов долгого горения. На одном и том же количестве топлива они работают на много дольше, чем другие виды отопительных приборов. К печам длительного сгорания относятся и новые пиролизные печи.

Сейчас пиролизные печи начинают становиться более актуальными, и все чаще и чаще используются для обогрева частных домов

В основе действия этих печей состоит принцип процесса пиролиза – термического разложения любых органических веществ на пиролизные горючие газы и твердые остатки. После данного процесса, при высокой температуре, полученный пиролизный газ перемешивается с кислородом. Согласно законам химических реакций, это способствует практически полному сгоранию и самого газа, и топлива.

Если на каком-то этапе отделить от состава твердые остатки, то, как не странно, получится кокс, а оборудование можно назвать углевыжигательной печью. При отоплении же основной обогрев воздуха получается за счет выхода тепла при сгорании пиолизного газа, смешанного с воздухом.

Преимущества пиролизных печей:

• Высокая экономичность печи. Топлива здесь сгорает более тщательно, и тепла из него добывается на много больше.
• Экологическая безопасность. Она достигается за счет того, что в выходящих из дымохода газах очень присутствует очень маленькое количество вредных веществ.
• Достаточно быстрый разогрев.
• Высокий КПД (до 85%), Который выгодно отличается от обычных котлов.
• Большой интервал мощности (тепловой). Данная печь может работать и на 5 и на 100 процентов своей способности.
• Возможность подключения к устройству любого из контуров отопления.
• Дает возможность применения различных видов топлива, (вплоть до сырых дров, автопокрышек и мусора.
• Требует минимальное участие человека в своей работе

К недостаткам можно отнести достаточно большие размеры, наличие площадки для запасов топлива, присутствие посторонних запахов при сжигании мусора, необходимость в вентиляции помещения, скапливание в выходном канале, а также дымоходе конденсата.

Что такое пиролизный газ

Пиролиз древесины – это изменение структурного состава древесинного вещества при воздействии температуры. Этот процесс относится к изотермическим, то есть, высвобождающим тепло.

В результате пиролиза, древесина разлагается на:

• Летучие углероды;
• Древесный уголь.

Продукты пиролиза древесины в свою очередь горючие вещества. Именно эти вещества, сгорая, выделяют тепло, как конечную цель самого процесса их термообработки.

Пиролизные печи длительного горения

Среди всех металлических котлов и печей самой большой популярностью на сегодня пользуются отопительные приборы, имеющие функцию длительного сгорания. Данные устройства очень экономичны, а также особо просты в эксплуатации. Они идут и для небольших дачных помещений, и для домов с постоянным проживанием.

Одним из вариантов экономии топлива является применение печей или котлов длительного горения

На рынке сегодня есть множество разнообразных моделей пиролизных котлов и печей, в том числе и фирмы «Самогрейка», но вполне реально такой прибор сделать и самостоятельно.

К особенностям данного отопительного прибора относятся:

• Большой объем топки и увеличенных размеров дверка для закладки топлива. Это позволяет сразу уложить много дров или других материалов.
• Разделение топки на два отсека. Один из них предназначен для тления дров, в другом происходит процесс сжигания газов.

Наличие отбойника огня от дымохода. В простонародье он называется зубом и выглядит в виде пластины, которая приварена к верху топки. Она препятствует попаданию пламени в трубу.

У простого котла функция отопления состоит из повышения температуры самой печи и помещения, а также следующей за этим отдачей потом тепла с разогретой уже поверхности. Топливо здесь сгорает достаточно интенсивно. Если печка металлическая, это оказывается очень неудобным. Топливо не сгорает совсем все. Его нужно постоянно подбавлять, а температура в доме то поднимается, то падает. В печке длительного горения процесс происходит иначе. Простая печка поджигается снизу, а уже потом огонь в ней идет наверх и по сторонам. Пламя образовывается большое, дрова очень быстро прогорают, оставляя много углей. Так происходит потому, что в печь постоянно открытый доступ воздуха. Приборы же длительного горения работают иначе – дрова поджигаются сверху, а затем уже пламя распространяется вниз. И лишь на то место (горелка), где горят дрова, распространяется воздух. Процесс горения не слишком интенсивен, больше похож на тление. Одновременно выделяется намного меньше тепла. Тепло воздуха в помещении остается на одном уровне. Кроме самих дров, в печи сжигается и пиролизный газ, образующийся во время тления дров. Он перемещается во вторую камеру, где усиленно мешается с воздухом. В результате этого продукты вторичного сгорания можно сказать не содержат вредных веществ, а КПД печки значительно повышается, способствуя снижению расходов на отопление.

Самодельная бездымная печь своими руками

Способные и талантливые специалисты могут изготовить пиролизную печку своими руками. Однако, на практике, это требует больших знаний, умения и опыта. Кроме того, смельчакам, отважившимся на такое изобретение, следует знать, что на практике есть несколько подводных камней, о которые разбилось уже немало самодельных устройств.

Для выполнения работ вам необходимо наличие следующего инвентаря:

• Сварочного аппарата;
• Грамотно разработанного чертежа;
• Опыта работы непосредственно в печном деле.

Однако, даже наличие всего этого не даст полной гарантии успеха в выполнении задуманного. Для работы необходимы еще и хорошие, высококачественные материалы, а их стоимость сейчас довольно велика. Главным образом это касается металлической части, где обязательно должна использоваться хорошая легированная сталь. В добавок ко всему, данный агрегат имеет и электронную систему, без которой невозможен процесс управления устройством. А без него работа прибора не будет иметь смысла. Поэтому, прежде, чем принять решение об изготовлении пиролизной печи самостоятельно, стоит хорошенько обдумать все нюансы. Построить рабочую модель такой печи реально, вот только КПД у нее будет значительно ниже, чем у качественного промышленного образца, и ваше устройство не окупится затратами на топливо. Кроме того, если вы не сможете грамотно настроить электронную часть котла, то вам придется постоянно быть вблизи котла и следить за ним. Многие из неграмотно выполненных пиролизных печей превратились в еще одну разновидность буржуйки.

Можно ли сказать, что лучше: гидролизный котел или пиролизная печь

Гидролизные котлы отопления, как известно, это устройства, которые работают на твёрдом топливе. Для их работы используют дрова, солому, отходы древесины, уголь, пеллеты и многое другое. Данные котлы, работающие на дровах и угле, широкое распространение приобрели в системах отопления для производственных и бытовых помещений. К преимуществам таких котлов относятся экономичность, простота в использовании, высокая экологичность, и доступность. Гидролизные котлы есть возможность использовать даже там, где есть перебои в подаче электроэнергии, или ее нет вообще.

Процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу такого котла приблизительно в той же степени, что и работу газовых или жидкотопливных котлов

Длительные поиски новых энергосберегающих технологий нашли возможным качественно использовать знания органической химии.

Учеными замечено, что:

• При высокотемпературной среде, в условиях ограниченного доступа кислорода, процесс горения некоторых твердых природных веществ сопровождается постоянным выделением горючего газа;
• Образовавшийся газ пригоден к дальнейшему сжиганию;
• В процессе его сгорания выдается много тепла.

Иными словами, гидролизный котел можно назвать прародителем нового пиролизного котла. Но он незаменим там, где установка или обслуживание современной модели невозможно.

Как работает пиролизная печь (видео)

Много лет мы использовали домашние печи и котлы, даже не зная о том, что, усовершенствуя немного процесс горения, платить за топливо можно мы могли бы на много меньше, а тепла нам доставалось бы больше. Но благодаря новому открытию очень нас ждут великие изменения.