Рис. 105. Зависимость расчётной температуры продуктов сгорания древесины (дымовых

Рис. 105. Зависимость расчётной температуры продуктов сгорания древесины (дымовых газов) от влажности дров при различных коэффициентах избытка воздуха, указанных цифрами у кривых.

На самом деле коэффициент полезного действия даже русских подовых печей может превышать 70% (Л.А. Семёнов, Журнал «Отопление и вентиляция», № 6, 12, 1941 г.), несмотря на невозможность строгого регулирования подачи воздуха заслонкой жерла. Причина пониженного коэффициента полезного действия во многих русских печах кроется вовсе не в отсутствии колосниковой решётки, а в неминуемо высоких коэффициентах избытка воздуха в условиях горения дров в печи при открытом жерле (проёме) печи, а также в отсутствии дымооборотов. Действительно, теоретическая температура продуктов сгорания дров очень сильно зависит от коэффициента избытка воздуха, причём значительно сильней, чем от влажности древесины (рис. 105). Так, если 1 кг абсолютно сухих дров (с относительной влажностью равной нулю) сжечь строго с 4,61 м3 (5,96 кг) воздуха, то температура всей совокупности дымовых газов превысит 2000°С. Величина 4,61 м3/кг называется стехиометрическим коэффициентом для абсолютно сухой древесины по отношению к воздуху и соответствует количеству воздуха, необходимому для полного сгорания дров, то есть тому количеству воздуха, при котором в процессе горения окисляются все компоненты древесины. Если взять большее количество воздуха, то избытку воздуха (сверх 4,61 м3/кг) уже не достанется дров. Никак не будет реагировать (химически) избыток воздуха и с продуктами сгорания, просто разбавит их и тем самым снизит их температуру. Например, если взять воздуха в три раза больше, чем минимально необходимо (то есть 13,83 м3/кг), то температура продуктов сгорания составит уже не 2000°С, а всего лишь 900°С.

Если взглянуть на пламя дров, которое постоянно мечется из стороны в сторону, то становится ясным, что вполне возможна ситуация, когда в одной зоне горения временно содержится намного меньше воздуха, чем нужно для полного сгорания летучих, а в другой - временно намного больше. Надёжное сгорание в этих условиях мыслимо лишь при существенном избытке воздуха (чтобы везде воздуха хватало), но при этом температура продуктов сгорания оказывается неминуемо ниже стехиомет-рического уровня 2000°С. Поэтому стремление повысить температуру продуктов сгорания приходит в противоречие со стремлением снизить дымность продуктов сгорания (и повысить КПД). Дымление паровозов и пароходов показывает, что топки их котлов специально работают при недостатке воздуха. Лишь для обеспечения скрытности боевые паровые суда применяли режим повышенного расхода воздуха, который дожигает летучие, но снижает температуру продуктов сгорания и мощность паровой установки. Также и в ракетных двигателях (например, ракет-носителей космической техники) коэффициент избытка окислителя выбирается меньшим единицы. Напомним, что двукратное снижение коэффициента избытка воздуха с 1,0 до 0,5 приведёт примерно к такому же снижению температуры продуктов сгорания, как повышение коэффициента избытка воздуха с 1,0 до 1,2. То есть нехватка воздуха не столь уж сильно сказывается на температуре продуктов сгорания, но сильно повышает дымность дымовых газов (и загрязнение дымоходов).

Конечно, снижение температуры продуктов сгорания за счёт повышения расхода воздуха не снижает общего теплосодержания продуктов сгорания: газы становятся холодней, но объём газов увеличивается. Если бы печь располагала очень эффективными теплообменниками (например, очень длинными дымооборотами), то можно было бы уловить всё тепло продуктов сгорания. Но дымообороты имеют ограниченную длину, и чем ниже температура продуктов сгорания, тем меньше теплоотдача в стенки дымооборотов, тем больше тепла сбрасывается через дымовую трубу (несмотря на возможно очень низкую температуру дымовых газов на срезе дымовой трубы).

Вышеприведённые рассуждения относятся к идеальному случаю, не учитывающему, что в реальности сначала преимущественно прогорают летучие, а затем выгорают угли, составляющие примерно 34% от массы абсолютно сухих дров. Картина такова, что из 4500 ккал/кг тепла, образующегося от сгорания 1 кг абсолютно сухих дров, не менее 1800 ккал/кг выделяется при сгорании летучих, а до 2700 ккал/кг при сгорании углей. При этом из 5,96 кг/кг воздуха, потребляемого на стехи-ометрическое горение 1 кг дров, не менее 2,05 кг/кг потребляется при сгорании летучих, а до 3,91 кг/кг при сгорании углей. Теплота сгорания древесного угля составляет 8100 ккал/кг при стехиометрическом расходе воздуха 11,5 кг/кг на 1 кг углей. Стехиометрические температуры продуктов сгорания летучих и углей примерно одинаковы 2000°С.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7