Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

От технологии до изделия
Valery2829
Сообщения: 9
Зарегистрирован: 30 июл 2017 22:19
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 7 раз

Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение Valery2829 » 04 авг 2017 04:18

Горелка ГВТТ под пеллеты, зерноотходы, опилки, полову, щепу с высокотемпературной топкой.
Еще в 19 веке Д. И. Менделеев ввел термин «жаропроизводнтельность», под которой понимается максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, т. е. в условиях, когда все выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания..
Сегодня, такой процесс горения, еще называют- адиабатическим Адиабатическое горение — горение, происходящее при постоянном давлении или объёме, при котором отсутствуют потери энергии в окружающую среду. Адиабатическая температура горения — это температура продуктов, достигаемая при полном протекании химических реакций и установлении термодинамического равновесия.
Конструктив предложенной горелки- приближает условия сгорания топлива к такому горению. Работа горелки основана в первую очередь- на обогрев самое себя. Поверхность теплообменника, который греет воду от этой горелки- вообще не получает радиационного излучения от пламени сгораемого топлива. Это и дает возможность поднять температуру в самой горелке- более 1300гр, а в камере дожига- более 1500гр.
[img]
температуры.jpg
[/img]
Вложения
температуры.jpg

sergey70
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 07 авг 2017 19:44
Благодарил (а): 68 раз
Поблагодарили: 167 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение sergey70 » 09 авг 2017 16:56

Всем доброго здоровия, с Разрешения Валерия выкладываю первую часть указанной темы. Д. И. Менделеев в своих работах, посвященных научно обоснован¬ному использованию топлива, большое значение придавал достижению высоких температур при его сжигании. Рассматривая различные свой¬ства топлива, он указывал: «Когда горючие материалы служат для сла¬бого нагревания, например для отопления жилищ, для сушки, для по¬лучения паров и т. п., тогда теплопроизводительность топлива прямо может служить мерилом его относительного достоинства.» .Он отмечал, что в большинстве случаев имеют значение и другие свойства горючих материалов, «из которых важнейшим должно считать способность давать высокие температуры. Это последнее свойство горючего материала необходимо не только потому, что требуется нередко самим существом дела, например для плавления стали требуется иметь температуру около 1450°, но и потому, что, чем выше температура, тем скорее при прочих равных условиях совершается доведение нагреваемых предметов до желаемой температуры и, следовательно, тем скорее идет производ¬ство, а потому продукты его удешевляются» [5, с. 224].

А в наших теплообменниках, для обогрева жилых помещений- нужно греть воду. Её все равно более 100гр. не нагреть, но она много крат быстрее нагреется- если подавать на конвективную поверхность наших котлов температуру дымогазов не 700-800гр,- а более 1500гр.

При обычном сжигании топлива- получают стандартные температуры пламени, не превышающие 700-900гр. В модернизированных топках, работающих на “кипящем слое” – температуры достигают 1000гр. Причем,- во всех случаях получают стандартную теплотворность, присущую тем видам топлива- которые и сжигают в тех топках.

Изображение



Представленные величины удельной теплоты сгорания от различного топлива- получены в лабораториях, при условиях идеального горения, с отсутствием потерь тепловой мощности. А в бытовых и промышленных топках котлов- эти потери неизбежны. И если нужна солидная мощность теплогенераторной установки, в которой используется обычный метод сжигания топлива- приходится увеличивать площадь горения в тех топках, что ведет к увеличению и самих котлов и габаритов котелен.

А представленная горелка из -за своих малых размеров,- с легкостью вмещается вместе с теплообменником в пристройку к жилому строению, площадью всего в 1кв. метр.
Изображение


При этом, теплообменник может быть и на 50кВт. тепловой мощности и на 80кВт.

Все очень компактно. Солидно выглядит только дымарь и бункер под топливо. Само размещение этой энергетической установки, отдельно от помещения - упрощает загрузку топливного бункера “грязным и пыльным” топливом.

Изображение
Развиваемая тепловая мощность горелки- дает возможность легко и быстро при малых размерах своих теплогенераторных установках- производить нагрев большого объема воды, раскалять до белого каления увесистые железные прутья и т.д..





Эту горелку я представил на форуме “Країна майстрів”. И те, кто сделал эту горелку с теплообменником по чертежах, приложенных в той же теме- получили такие же результаты, что и я.

Вот один из примеров, где Николай68 поделился своими результатами.

Изображение
Изображение
Изображение






В этом испытании Николай получил теплотворность от свежей стружки- под 30мДж., что втрое превышает её показатели, исходя из стандартных величин (см. таблица теплотворности). Еще в теме на форуме “Країна майстрів” я произвел поверхностные расчеты тепловой мощности и теплотворности горелки изготовленной Николаем по моим чертежам.

В джоулях измеряется энергия и работа, а в Ваттах мощность. 1 Вт=Дж/с. 1 киловатт-час (кВтч) =3600000 Дж

Мы имеем объем тепло съёмника- 120литров воды.

4200 Дж. х 120л.= 504000Дж.

имеем разницу температур- 90гр.

имеем время нагрева- 21минуту.

Q = (m*с*dT)/t

Q = требуемая мощность охлаждения/нагрева в кВт

m = масса вещества в кг

c = удельная теплоёмкость (воды = 4,2)

dT = заданная разность температур в °C

t = время охлаждения/нагрева в секундах

Q=(120х90х4,2)/1260=36кВт

но если устранить недостатки (утеплить котел, установить шибер) то и за 15мин.- произойдет закипание.

Q=(120х90х4,2)/900=50,4кВт.

Определяем теплотворную величину топлива

(120х90х4,2)=45360 Дж

Для нагрева 120 литров воды на 90гр. необходимо 45,36 Мдж. На получение такой теплотворности было израсходовано (сожжено)- 1,5 кг стружки.

45,36/ 1.5= 30.24

Итого, с одного килограмма стружки- получаем 30,24 мДж.

Смотрим таблицу "Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива". Наши "показатели" не соответствуют показателям для древесины, выложенной в этой таблице- они гораздо больше, но еще в 19 веке Менделеев доказал теоретическими расчетами и лабораторными опытами- сущность такого результата.

…Чтобы показать это, достаточно указать на то, что, превращая дерево в древесный уголь или в воздушный (генераторный) газ, много процентов теряют из теплопроиз-водительности исходного материала, но практически выгадывают в деле пользования топливом, потому что получают возможность при сожигании полученных продуктов достигать таких температур, каких само дерево, прямо сгорая, вовсе не может давать. (Менделеев стр. 373)
Горючая масса дров и торфа с высоким содержанием кислорода обладает теплотой сгорания, значительно более низкой, чем горючая масса антрацита или каменного угля. Однако различие в жаропроизводительности указанных видов топлива существенно меньше. Так, теплота сгорания горючей массы дров на 44% меньше, чем антрацита, а жаропроизводительность горючей массы ниже лишь на 9%.

Более сложная зависимость выявляется при сопоставлении теплоты сгорания и жаропроизводительности углерода и окиси углерода. Теплота сгорания 1 кг-атома углерода в виде графита равна около 94000 ккал, а 1 моля окиси углерода — лишь около 68000 ккал. Тем не менее жаропроизводительность окиси углерода равна 2370°С, т. е. почти на 200 град, выше жаропроизводительности графита (2175°С).

Указанное положение обусловлено тем, что присоединение к углероду первого атома кислорода связано с большой затратой энергии на разрыв связей между атомами углерода в графите. Вследствие этого из 94 000 ккал потенциального тепла 1 кг-атома углерода лишь около 26000 ккал, т. е. менее 30%, выделяется в результате присоединения первого атома кислорода и образования окиси углерода. Присоединение же второго атома кислорода с окислением СО до С02 сопровождается выделением 68 000 ккал тепла:

Изображение

В результате при горении графита (а) на 1 моль продуктов сгорания выделяется около 20000 ккал (94 000:4,76), а при горении СО (б) на 1 моль продуктов сгорания выделяется около 23 500 ккал (68 000:2,88), т. е. значительно больше тепла. Этим и объясняется, что максимальная температура нагрева продуктов сгорания СО, т. е. жаропроизводительность окиси углерода, значительно выше жаропроизводительности графита.

Таким образом, горючая масса всех видов топлива — от антрацита и кокса до дров и торфа — с различным содержанием кислорода и различной теплотой сгорания характеризуется высокой жаропроизводительностью порядка 2000—2200 °С. (4. М. Б. Равич стр. 88)

А конструктив горелки- предусматривает пиролизный отсек, где в начальной стадии попадания топлива в горелку-и происходит образование окиси углерода СО, метана, этилена, водяного газа и прочих горючих соединений

Изображение

Сама горелка состоит из двух отсеков- пиролизного и факельного.
Изображение


Шнековая подача топлива не только подает топливо к самой горелке, но еще и производит его перемещение в пиролизный отсек. Именно последним витком шнека и происходит это проталкивание. И благодаря этому- происходит равномерное уплотнение объема топливной массы, находящейся в пиролизном отсеке. В этом отсеке образуется большая, плотная пеллета. Протискиваясь сквозь раскаленные стенки этого отсека- происходит равномерный прогрев всего объема топлива с его последующей пиролизацией.

Изображение

При нагреве топлива происходит разделение его на летучую часть и твёрдый остаток- кокс. Кокс у всех видов топлива состоит в основном из углерода. Углерод находится и в летучей части. Летучая часть - углеводороды. Если в эти два вещества добавлять кислород воздуха при высокой температуре, то происходит горение, в результате которого они превращаются в другие вещества, в том числе газ.

превращаются в другие вещества, в том числе газ.
В пиролизном отсеке происходит нагрев топлива без доступа кислорода воздуха, при этом их него выделяются пары, газы и остается твердый, богатый углеродом кокс (древесный уголь, если топливо древесина). Термораспад древесины происходит в целом с выделением тепла, т.е. это процесс экзотермический, в связи с этим облегчается прогрев массива топлива. А.Н. Кислицин (2). Состав продуктов пиролиза многообразен и сложен. Летучие (парогазовая смесь) состоят из газов, которые представляют собой соединения углерода, водорода, кислорода и др. (СО, СО2, СН4, С2Н4, N2, О2, Н2), паров смолы, уксусной (древесной) кислоты (СН3СООН), паров воды и пр. Из этих газов, двуокись углерода (СО2), продукт полного сгорания углерода, не способный к дальнейшему горению и поэтому является вредной примесью в газе пиролиза. Азот (N2), простое газообразное, не способное сгорать, и является балластом. При этом образуется еще и смола, в состав которой входят углерод, водород, кислород и др. Смола способна гореть с выделением большого количества тепла. При нагревании смола испаряется, образуя газообразный продукт - пары смолы.

Полученные в результате пиролиза пары смолы, уксусную кислоту и газы- мы сжигаем в отсеке высокотемпературного горения. Процессы горения могут быть выражены с помощью химических уравнений, показывающих, в каких соотношениях и как взаимодействуют отдельные вещества. В правой части уравнения указывается тепловой эффект реакции, т. е. количество тепла выделяемое при реакции. Д.Б. Гинзбург (1) приводит уравнения горения некоторых веществ. Указанные вещества входят в состав выходящих продуктов, при внешнем нагреве древесины в замкнутой ёмкости.

С+О2=СО2+7940 ккал/кг С, или (33190 кДж/кг);

Н2+1/2О2=Н2О+2579 ккал/нм3 Н2, или (10780 кДж/нм3);

СО+1/2О2=СО2+3018 ккал/нм3 СО, или (12615 кДж/нм3);

СН4+2О2= СО2+2Н2О+8555 ккал/нм3 СН4, или (35760 кДж/нм3)

С2Н4+3О2=2СО2+2Н2О+14107 ккал/нм3 С2Н4 (этилен), или (58967 кДж/нм3)

Э.Д. Левин, ( приводит таблицу 2.32, в которой показывает выход и состав газов при внешнем нагреве древесины в замкнутой ёмкости при температурах 400-700 °С. Окислительные реакции происходят за счёт кислорода, выделяющегося при разложении органической массы пиролизуемого топлива. При повышении температуры пиролиза увеличивается выход газов, в основном за счёт увеличения окиси углерода (ст.6), водорода (ст.7), метана (ст. и уменьшается выход твердых продуктов ст.2. Уменьшается выход двуокиси углерода (ст.3) и азота (ст.9), не желательных примесей в газе сухой возгонки. Увеличивается его теплотворная способность и уменьшается плотность (ст. 10, 11, 12).
Изображение


При высоких температурах разбавление газа слабее и выжимание его сильнее. При температуре 700гр. гидростатический (гравитационный) напор очень велик.

При температурах выше 400гр. образование двуокиси углерода (СО2) не является продуктом окислительной реакции, а это результат взаимодействие паров воды с раскаленным углем. В результате такого взаимодействия образуется так же водород. В этом случае речь идет о внешнем нагреве сырья в замкнутой ёмкости.

Чем выше температура в зоне газификации, интенсивнее и равномернее обтекание газами кусков топлива, больше поверхность соприкосновения газов и топлива и выше реакционная способность топлива, тем полнее разложение водяного пара и двуокиси углерода, меньше балласта в получаемом газе, больше теплотворная способность газа и выше производительность газогенератора. Топливо с большей реакционной способностью кокса при более низкой температуре газификации дает тот же результат, что и топливо с меньшей реакционной способностью кокса при более высокой температуре. ( ДБ. Гинзбург стр 23)

В представленной горелке, топливо., протискиваясь сквозь пиролизный отсек- нагревается до 800гр. При этом происходит его спекание. Будь это пеллеты, зерноотходы или опилки- все от высоких температур приобретает свойства пластичности и из самого пиролизного отсека топливо выходит уже в виде равномерной, спекшейся массой (без просыпания).

Изображение

На выходе нашей “большой пеллеты”- образуется вертикальный слой кокса.

В обычных топках, этот раскаленный углерод, при обдуве воздухом- сгорает как обычное топливо С+О2= СО2.

Но в этой горелке- он используется как катализатор для эндотермических реакций, то есть- для образования водяного газа , получения окиси углерода из его двуокиси, разложения древесной кислоты и т.д.. В этой горелке воздух не подается на раскаленный кокс, на кокс подаются только сгоревшие в топке газы и сквозь него проходят пары влажности, которые в отопительный сезон в немалом количестве содержится как и в самом топливе, так и в атмосферном воздухе, который мы подаем в горелку.

При этом мы получаем водяной газ.

Изображение

Факт получения горючего газа через разложение водяного пара раскаленным углем открыт итальянским ученым, профессором Фелицием Фонтана, жившим в 1730-1805гг.

Водяной пар при прохождении через раскаленные угли дров разлагается, образуя водород, окись углерода и угольную кислоту. Количество последней зависит от температуры, при которой происходит процесс: при t=500°C пар разлагается на водород и углекислоту, а при t=1000-1200° C на водород и окись углерода. Хотя в газовой смеси водяного газа находится небольшое количество угольной кислоты и азота, отличительные его качества обусловливаются двумя главными составными частями: водородом и окисью углерода. Поэтому при определении нагревательной способности водяного газа и количества возможных единиц тепла (калорийности) нужно иметь в виду количества тепла, выделяемых при сгорании газа - переходе водорода в воду и окиси углерода в угольную кислоту. Расход теплоты сгорания топлива (углерода) на образование водяного газа по Науманну составляет около 8% . На основании этого считают, что при водяном газе наивыгоднейшим способом реализуется тепловая способность углерода.

Водород - как топливо

Водород. Вторым по значению компонентом топлива является водо¬род. Его. содержание в горючей массе различных видов топлива (округ¬ленно) дано в табл. 14.

Таблица 14.ТАБЛИЦА
Изображение
При сгорании 1 кмоль газообразного водорода, с образованием во¬ды, выделяется 68 260 ккал тепла, т. е. 33 860 ккал на 1 кг газообразного водорода, при 3046 ккал на 1 м3 водорода при нормальных условиях (температура 0°С, давление 1 кгс/см2).

Следовательно, при сгорании I кг газообразного водорода выделяет¬ся в 4,2 раза больше тепла, чем при сгорании 1 кг углерода. Поэтому теплота сгорания топлива значительно возрастает с повышением содер¬жания в нем водорода. Так, теплота сгорания горючей массы кокса с минимальным содержанием водорода равна около 8000 ккал/кг, а теп¬лота сгорания мазута, состоящего примерно из 88% углерода и 12% водорода, — более 10000 ккал/кг. Теплота сгорания 1 кг метана, со¬стоящего из 75% углерода и 25% водорода, еще выше и равна — 12 000 ккал. (4.. М. Б. Равич 16стр.)

А Менделеев в свое время писал-

Очевидно, что производство воздуш¬ного газа много проще, чем водяного, а потому первый и рас¬пространился в промышленности весьма сильно, а второй лишь понемногу пробивает себе дорогу в приложениях для топок, хотя распространяется для освещения (после карбурирования и т. п. О разложении воды. Начнем с водяного газа, потому что здесь-дело проще. Но и оно усложняется тем обстоятельством, что для реакции Н2 О+ С = Н2 + СО требуется большой калиль¬ный жар, около 1000°, при низших же температурах происхо¬дит более или менее углекислоты и водорода по уравнению: 2Н2 + С = 2Н* + СО2; очевидно, что и водяные пары должны быть нагреты, как уголь, до 1000°, иначе они его охладят (охла¬ждение произойдет и без того, потому что, как мы видели, при реакции тепло поглощается), а потому все то тепло, которое затрачивается для предварительного нагревания воды и угля до 1000°, надо считать теряющимся при образовании водяного газа. А затратить приходится на каждый I г угля, по крайней мере, 2300 единиц тепла;* следовательно, превращая 1 г угля в водяной газ, приходится побочно расходовать на предваритель¬ное нагревание по крайней мере еще 1/2г угля (в действитель¬ности гораздо более). Газ же, происходящий при реакции, в кото¬рой участвует 1 г угля, будет весить (2+28): 12, или 2.5 г. В нем по объему будет содержаться 50% водорода и 50% окиси углерода, следовательно, по весу: 6.7%водорода и 93.3% окиси углерода, т. е. на I г реагировавшего угля 0.1675 г. водорода и 2.3325 г окиси углерода. Они, вполне сгорая, разовьют 5779 +5682 или около 11 460 единиц тепла (следовательно, Q=4584 для 1 г водяного газа, считая происходящую воду жидкою, а если она в парах Q= 4222, а если происходящая вода останется в виде паров (как это и будет в топке) — около 10 500 единиц тепла (в действительности, конечно, меньше).* А так как для побочного предварительного нагревания идет по крайней мере 0.5 г угля, то, присчитывая его, можно принимать, что на 1 г израсходованного угля получается в виде водяного газа топливо, дающее около 7000 единиц тепла. Реакцию образова¬ния воздушного газа прямо из угля и воздуха должно пред¬ставить, в параллель с предшествующей, так: СО = СО, и побочного расхода топлива здесь нет. Следовательно, на 1 г употребленного угля здесь образуется 28/12 или 21/3 г окиси углерода, которая, сгорая, после охлаждения дает 21/3 х 2436 = 5684 единиц тепла. Отсюда очевидно, что водяной газ представляет лучшую, чем воздушный газ, утилизацию теплоты угля. Если же расчесть степень жара, доставляемого горением обоих газов, то преимущество водяного газа станет еще более очевидным. Но для этого предварительно надо расчесть пре¬дельный состав воздушного газа, для чего (чтобы упростить рас¬чет) примем, что воздух содержит 23% по весу кислорода и 77% азота, следовательно на 1 г по реагировавшего угля пойдет 1!/$г кислорода и 4.463 г азота, или 5.8 г воздуха, и к 2% г окиси углерода прибавится около 4.46 г азота, т. е. в пределе воздуш¬ный газ будет содержать но весу около 34.3% окиси углерода и 65.7% азота (по объему будет тот же состав, потому что плот¬ности обоих газов одинаковы). Рассчитывая по способу, дан¬ному в § 9, получаем для такого воздушного газа жаропроизводительность XV, близкую к 1460°. * А так как водяной газ со¬держит около 6.7 весовых % водорода и 93.3% окиси углерода, то для него вычисляется' предельное XV около 1880°, т. е. гораздо более, чем для воздушного газа, и даже немного более, чем для чистого водорода (1827°). У водяного газа есть и еще одно очень важное 8 преимущество, зависящее от отсутствия в нем азота. При 0° и 760мм ] куб. м этого газа весит 672 г (по воздуху плотность = 0.52), следовательно может дать около 2837тыс. единиц тепла (или 2837 килограммовых единиц тепла) тогда как I куб м воздушного газа (разочтенного выше состава) весит 1256 г (плотность по воздуху около 0.962), следовательно, при горении даст 1256 х 835.5 — I 049 ООО единиц тепла (или 1049 килограммовых единиц тепла), т. е. при равных объемах почти в три раза менее греет и требует объемистых труб для своего провода.' Эти немаловажные преимущества водяного газа привлекли к нему лет 20 тому назад общее внимание, ему даже придали характерное название «газа будущего»,10 мно¬жество инженеров обратилось (особенно в Америке и Германии) к отысканию способов его удобного производства, стали строить заводы для его приготовления, пробовали употреблять на место воздушного газа для заводских топок — и кончили тем, что повсюду для отопления отдали практическое предпочтение воз¬душному газу по чрезвычайной простоте и верности его произ¬водства и даже по выгодности применения. Основная причина того, что водяной газ не удовлетворил возлагавшимся на него надеждам и его перестали пробовать применять на заводах (вместо воздушного газа), состоит в следующем: уголь, назна¬ченный для реакции, надо сперва сильно (примерно до 1000°) накалить, а для этого пропускать чрез него воздух (т. е. полу¬чать воздушный газ) — иначе в водяном газе будет много угле-кислоты; в то же время надо накаливать (сильно прогревать)

водяные пары и их пропускать чрез накаленный уголь, заменяя проходивший воздух, так что в одном и том же генераторе про¬исходят оба газа и их надо отдельно собирать, причем нельзя избежать ни взаимного смешения, из накопления побочно обра-зующейся массы воздушного газа, которому надо находить свое местное потребление,11 если требуется готовить толь¬ко водяной газ.12 Все это очень сложно и требует очень тщательного присмотра. При¬том для сколько-либо вы¬годного приготовления

водяного газа требуется очень богатое углеродом топливо (кокс, антрацит), тогда как воздушный газ весьма выгодно готовится из самых убогих видов топлива (например бурых углей, богатых золою, из хвойных шишек и т. п.), что одно уже заставляет предпочитать это топливо водяному газу. Все это приводит к тому, что в фабрично-заводском отношении водяному газу, по крайней мере доныне, нельзя приписывать какого-либо существенного значения в деле топки (он зато получил большое значение в деле освещения, как о том будет говориться при описании производства светильного газа), тогда как воздушный газ имеет его в высокой мере. Однако же вся история с водяным газом не пропала бесследно для практики отопления, так как подмесь этого газа к воздушному, возвышая качество послед¬него, готовится очень легко чрез посредство простой прибавки водяных паров к воздуху при производстве воздушного газа, что и составляет так называемый Даусоновский газ, который мы рассмотрим, познакомившись ближе с самим воздушным газом и его способами производства.'* Менделеев ср. 534

В этой горелке как раз и присущи условия для получения не только воздушного газа, но и водяного. Как и отмечалось раньше- температуры в пиролизном отсеке- достигают более 700гр., а на выходе, из этого отсека- температура поднимается до 900гр. Здесь и происходит спекание топлива из за того, что при таких температурах- топливо приобретает пластичность. Это последняя стадия пиролизации, в этом отделении- образуется кокс. Температуры до 1000гр. А между вертикальным слоем кокса и самой камерой сгорания- температуры поднимаются более 1300гр. По этому, влажность в этой горелке не является балластом, как в обычных топках,- а служит отличным топливом, в виде водяного газа.

виде водяного газа.
В этой горелке отлично сгорают зерноотходы после аэрации, которые просто под открытым небом пять месяцев под дождем лежали.

Более того, в этой горелке отлично горит топливо, которое перед подачей в пиролизный отсек- увлажнялось водой в отношении- на 1кг. топлива добавляли - 0,2кг воды. Процесс превращения воды в водяной газ Н2 О+ С = Н2 + СО – эндотермический. При повышенном содержании влаги- температура коксового слоя снижается, но в связи с тем, что в горелке не прямоточное горение, а в самой камере сгорания идет непрерывное вертикальное завихрение (кружение) продуктов сгорания, то, попадая в это завихрение- влажность (перегретый пар) не вылетает прямотоком в сопло, а продолжает кружить и пронизывать раскаленный кокс, который опять разогревается до температур более 1000гр.- происходит образование водяного газа. Вся камера сгорания и весь объем камеры дожига при этом- наполняются ослепительно желтым, характерным для сгорания водорода- цветом пламени .

Изображение

В саму камеру сгорания подается атмосферный воздух, который у нас на Украине, в зимний период- содержит влажность ~ 65-80%. При круговом завихрении та влага, равномерно смешиваясь с раскаленным метаном и проходя сквозь разогретый кокс- превращается в водородное топливо.

Эта реакция – промышленный процесс. В промышленности большое количество водорода получают именно из метана, добавляя к нему при высокой температуре перегретый водяной пар:

1) CH4 + H2O = CO + 3 H2

2) CO + H2O = CO2 + H2

В сумме этот процесс можно записать уравнением:

CH4 + 2 H2O = 4 H2 + CO2

Процесс горения метана СН4-заключается в реакции между метаном и кислородом, то есть в окислении простейшего алкана. В результате образуется двуокись углерода, вода и много энергии. Горение метана может быть описано уравнением: CH4 [газ] + 2O2 [газ] → CO2 [газ] + 2H2O [пар] + 891 кДж. То есть одна молекула метана при взаимодействии с двумя молекулами кислорода образует молекулу двуокиси углерода и две молекулы воды. При этом выделяется тепловая энергия, равная 891 кДж.

Кроме получения водяного газа, геометрия камеры сгорания- позволяет осуществлять восстановление горючего газа СО из двуоксида углерода СО2. Причем процесс этот- многоповторяем. Подвод воздуха позволяет создать внутрикамерное завихрение пирогазов в самой камере сгорания, по этому- прежде чем покинуть камеру сгорания- пирогазы кружат в самой камере, при этом происходит их тщательное перемешивание как с кислородом, который поступает через воздушный патрубок,- так и с парами влажности, которые содержатся в подаваемом воздуха, и с влажностью, которая образуется от сгорания метана, получаемого при пиролизе нашего топлива.

Изображение

Внутрикамерное завихрение пирогазов- позволяет сосредоточить жар высоких температур не по всему объему камеры сгорания, а только на площади коксового слоя. Поверхность футеровки раскаляется до температур не более 1000гр., а вот в зоне коксообразования- температуры поднимаются до 1300гр. и более.

Использование этой горелки- дает возможность за 15минут вскипятить ~60- 100 литров воды- всего 1кг. опилок, или~ 1кг. пеллет, или~ 1кг. зерноотходов и т.д.

На сегодняшний день успешно применяются котлы с псевдосжиженным горением. В этих котлах, где процесс горения происходит в кипящем слое- поазатели жаропроизводительности- гораздо больше, чем в котлах со слоевой топкой.

При сжигании агропеллет в кипящем слое прогнозируется более надежная работа котла, так как температура топочных газов на 100... 180 °С ниже температуры топочных газов при сжигании отходов растениеводства в плотном слое (меньше вероятность расплавления частиц летучей золы и образования плотных отложений этой золы на поверхностях нагрева котла), а очаговый остаток имеет порошкообразную структуру (агломераты расплавившейся и спекшейся золы отсутствуют). (3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ АГРОПЕЛЛЕТ В КИПЯЩЕМ

При исследовании сжигания агропеллет в кипящем слое, ТГТУ получили следующие результаты (3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ АГРОПЕЛЛЕТ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ)

Изображение

В кипящем слое от 1кг. пеллет из древесных отходов получили 20,73МДж. Этот показатель- выше, чем при сжигании этих же пеллет , но в обычной топке- (17, 17МДж). Здесь еще стоит упомянуть, что котлы на “кипящем слое”- очень дорогостоящее оборудование и довольно- таки солидных размеров. Но и они имеют те же “больные места”, то есть- теплопотери, на которые указывал Менделеев.

. По сущности дела, неизбежна потеря тепла чрез передачу и лучеиспускание в окружающее пространство. Чем выше температура, тем эта потеря более. Чем больше поверхность охлаждения, тем потеря сильнее. Поэтому чем меньше масса горящего вещества, тем ниже достигаемая температура; чем равномернее и длительнее горение, тем она выше. Оттого для получения высших температур наиболее пригодны большие печи и непрерывное ровное горение в пространствах, окруженных худыми проводниками тепла. 226 ГОРЮЧИЕ МАТЕРИАЛЫ (Менделеев)

В кипящем слое рабочие температуры горения- до 1000гр. А в представленной горелке, температуры достигают более 1300- 1500гр. Это дает возможность увеличить репродуктивность изотермических реакций. В результате, с 1кг. опилок можно получить~ 30МДж тепловой энергии. Причем- эту теплотворность получаем с опилок, а не с пеллет- то есть,- с много крат дешевого топлива, по сравнению с пеллетами.

Но даже сжигать опилки в такой горелке- кощунство. Опилки, это в первую очередь сырье для изготовления ДСП, пеллет и т.д. А вот зерноотходы, которые имеют повышенную сорность и из за этого уже не пригодны для изготовления пеллет и просто вывозятся на мусорки,- для такой горелки - отличное топливо.

Изображение





Представленная к рассмотрению горелка- не имеет “солидных” габаритов, но с легкостью может выдать как и 3кВт тепловой мощности,- так и все 100кВт. Причем- “разгон” мощности происходит за считанные доли секунды. Все это происходит только из за высоких температур горения. Высокие температуры служат катализатором изотермических процессов в этой горелке.

Горение - это химическая реакция, при которой из одних веществ получаются другие простые вещества, это соединение горючего вещества с кислородом воздуха, сопровождающегося выделением тепла (изотермические реакции)

А химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов), осуществляются за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно, химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах Возрастание химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах скорости реакции при нагревании в первом приближении подчиняется следующему правилу:-при повышении температуры на 10гр.С скорость химической реакции возрастает в два - четыре раза. Это правило Вант - Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции, но оно дает объяснение возможности этой горелки перейти с низкой мощности горенияя на высокую- за доли секунд.

Изображение

Одним из признаков того, что горелка вошла в режим высокотемпературного горения- является её способность “мгновенно” превратить жменю опилок, пеллет, зерноотходов- в чистое пламя, без вылета недожженной фракции топлива. Этим показателем и пользуются те, кто первый раз запускает такую горелку.

Изображение

Более того, высокотемпературная топка в этой горелке позволяет получить гораздо большую величину жаропроизводительности от сжигания пеллет, опилок, щепы и зерноотходов, в отличие от общепринятых величин- из за того, что в горелке используется “сухая перегонка” топлива , а раскаленный углерод (кокс) который образуется в топке камеры сгорания,- используется не как топливо, а как катализатор для последующих высокотемпературных химических реакция (преобразования двуокиси углерода- в окись углерода, влажности- в водяной газ и т.д.). И в связи с тем, что процесс самовосстановления происходит в кружеве завихрения- то он- многократно повторяем, что дает возможность- резко сократить потребление самого топлива. Пока в камере сгорания этой горелки будет находиться вертикально расположенная площадь раскаленного кокса- то и будут происходить непрерывные процессы самовосстановления продуктов сгорания и преобразование влажности в “водяной газ”. А влажности в отопительный период, как в топливе, так и в воздухе, который подается в топку- предостаточно. И в этой горелке влажность используется в виде топлива. А в обычных топках- влажность, как балласт- только мешает горению..

Скорость “сгорания” кокса при его использовании в виде ”катализатора” для эндотермических реакций- на много медленнее,- чем скорость его окисления кислородом, который поступает в топку с воздухом в обычных топах. Это и позволяет производить экономию топлива- как минимум в два раза,- не теряя при этом тепловую мощность горения. Все зависит от качества получаемого кокса из топлива, от содержания углерода в том топливе и от чистоты того топлива.

Так например- если дозировано подавать топливо (пеллеты) через сопло, то в течении одного часа можно сжечь 10кг. пеллет. Мощность горения при этом будет ~ 70-80кВт. А вот если придерживаться той же мощности горения, но подавать топливо- как и предусмотрено конструктивом этой горелке- шнековой подачей, через пиролизный отсек, с образованием вертикального слоя раскаленного углерода (кокса)- то расход топлива- резко уменьшается. На тех же самых пеллетах, расход топлива не превысит и 5кг. Причем, в обоих случаях, температура “ядра” горения в самой горелке- превысит 1300гр. В первом случае- нет образования большой площади вертикального слоя кокса, сквозь который и происходит непрерывный восстановительный процесс сгоревших пирогазов.

Изображение

Этот, удивительный на первый взгляд эффект экономии топлива- получают все, кто к этому времени уже изготовил по моим чертежам эту горелку. Прикладываю одно из сообщений с форума “Країна майстрів”.

Изображение



тепловой энергии из тонны опилок, половы, зерноотходов, измельченной древесины- гораздо больше, чем с тонны угля, сожжённого в обычной слоевой топке.

Еще одной из положительных характеристик этой горелки- является её способность сжигать “грязное” топливо, то есть- топливо, с примесью пыли, песка и пр. негативных примесей, который в обычных топках- дают повышенную зольность, с образованием коржей спекшейся золы.

Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теп¬лоту сгорания вследствие уменьшения доли горючих компонентов и уве¬личения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы.

Увеличение расхода тепла на нагрев и плавление минеральной мас¬сы имеет существенное значение в топках с жидким шлакоудалением, в топках же с сухим шлакоудалением эта величина сравнительно не¬значительна. Содержание в топливе минеральной массы понижает так¬же и его жаропроизводнтельность (увеличивается расход тепла на плавление и нагрев золы до температуры горения топлива). Практиче¬ски это заметно сказывается на жаролроизводительностн лишь при вы¬сокой зольности топлива.

По данным В. С. Крыма, содержание в топливе минеральных ве¬ществ превышает массу золы на 12—14%. Данные о зольности различных видов топлива приведены в табл. 48. (4. М. Б. Равич стр. 115)

Изображение

Менделеев . При данном виде топлива это относится особенно к переменному количеству влажности (воды) и золы (минерального или негорючего остатка), так как они нередко содержатся в изменчивой пропорции и не служат для развития тепла, а, нагреваясь до температуры горения, поглощают тепло и понижают температуру. стр.348

В этой же горелке, сорность топлива- “ не мешает” стабильности происходящих изотермических процессов. Как известно- при температурах более 1100гр.- зола плавится. По этому и не допускают повышение температур в топках бытовых и промышленных котлов до таких высоких температур. В промышленных установках с жидким золоудалением, где температуры горения такие же большие как и в этой горелке- установлены сложные механические конструкции по удалению расплавленной золы.

sergey70
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 07 авг 2017 19:44
Благодарил (а): 68 раз
Поблагодарили: 167 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение sergey70 » 10 авг 2017 23:28

ПРОДОЛЖЕНИЕ



В топках с жидким шлакоудалением потеря с физическим теплом шлака довольна велика. При многозольном топливе эта потеря может достигать 2-3 %. Это один из недостатков топок с жидким шлакоудалением.
Жидкий и подвижный шлак активно разъедает огнеупорные материалы. Для устранения этого на поду поддерживается слой шлака порядка 200 мм. Нижняя часть слоя охлаждается, загустевает или даже застывает. Это предохраняет под от разъедания.
Одним из недостатков топок с жидким шлакоудалением является ограничение минимальной нагрузки переходом шлака из жидкого в тестообразное и даже в твердое состояние.

Вытекание шлака из летки может прекратиться также при попадании в шлак большого количества несгоревших частиц углерода, так как последний резко увеличивает вязкость шлака.

Но в этой горелке, из за кругового, вертикального, а не горизонтального вращения сжигаемых пирогазов, которое применяется в промышленных топках с жидким золоудалением- – происходит отложение расплавленной золы- не на дне камеры сгорания,- а на боковых и потолочных поверхностях футеровки горелки, что в последствии,- придает самой горелке- массу уникальных возможностей.

Для создания высоких температур в камере сгорания- в первую очередь необходимо иметь футеровку с хорошими теплоизоляционными возможностями. Только тогда можно приблизиться к адиабатическому горению. При температуре более 1100гр. происходит оплавление золы, но в этой горелке вертикальное вращение пламени- не дает возможности отложению расплавленной золы на поде камеры сгорания. Это вращение, которое все время касается низа камеры сгорания- подхватывает частички расплавленной золы и разносит их по периферии своего кружения. При этом и происходит отложение оплавленной золы на вертикальных стенках камеры сгорания и на потолочных поверхностях. Часть расплавленной золы выносится пламенем в камеру дожига. И там происходит отложение на внутренних сегментах той камеры.

Эта фракция слюдяного отложения, в виде слюдяного нароста,- имеет пористую структуру, что придает этому отложению способность очень низкой теплопроводности.
Изображение


Облицованная камера сгорания слюдяным наростом оплавленной золы- позволяет в очень короткий срок , при розжиге горелки-поднять температур более 1000гр.
Изображение


Если на новой футеровке производить розжиг, то высокотемпературное горение добивается только спустя~ 25минут. А при розжиге горелки с футеровкой, на которой уже есть налет слюдяного нароста- розжиг происходит за 5 минут. Всего пяти минут достаточно, что бы после поднесения спички к разжигаемой горелке- в камере сгорания температуры подскочили до 1000гр.
Изображение


Камера дожига, для ускоренного прокаливания её объема- изготавливается не из целого шамотного кирпича, - а из его сегментов. Из за высоких температур- эти сегменты лопаются. И здесь, природная футеровка, в виде слюдяного нароста- откладывается на поверхности всей камеры дожига, тем самым- укрепляет её от разрушений.
Изображение


Такой конструктив топочной камеры позволяет получать и сжигать, (полученные в результате сухой перегонки) пары смолы, уксусную кислоту и горючие газы. При этом газообразные и жидкие продукты теплового разложения в виде паров смолы, уксусной кислоты и газов подаются в зону горения через раскаленный углерод (кокс). В этом случае происходит восстановление двуокиси углерода в окись углерода, а водяных паров в водород, которые сжигаются совместно с углеродом (коксом).

За четыре отопительных сезона на металлической поверхности теплосъемника- нет признаков окисления металла от воздействий древесной (уксусной) кислоты,- что позволяет производить изготовление теплосъемников из обычного листового металла с незначительной толщиной.

И так- в самой камере сжигания происходит регенеративный процесс восстановления сгоревших газов- в горючие смеси, которые постоянно возобновляются из за кругового вращения потока пирогазов в самой камере сгорания сквозь вертикальный слой кокса, а на выходном окне (сопле) исходящее пламя встречается с катализатором горения в виде решетки из шамота из которого выложена камера дожига. В камере дожига, при повышенных мощностях горения- дожигается избыточный объем пирогазов, не вмещающихся в объеме камеры сгорания. Камера дожига- работает как единое целое с самой горелкой. Во время работы, из за очень высоких температур- нет обычного пламени, - есть только ослепительный, раскаленный “шар” высокотемпературного факела, который находится в объеме раскаленного шамота.



Сама горелка представляет из себя- железный ящик, выложенный из середины шамотным кирпичом. К горелке приварена труба шнековой подачи топлива. К самой трубе- приварен топливный бункер. Изготовление- очень простое, не требующее высокотехнологического оборудования.
Изображение


Пиролизный отсек и вся потолочная поверхность горелки футеруется шамотным кирпичом. А вертикальные стенки камеры сгорания- выкладываются обычным красным кирпичом.
Изображение


Красный кирпич, в отличии от шамота - обладает повышенными теплоизоляционными свойствами. По этому, благодаря ему и создаётся возможность быстрого поднятия температуры в камере сгорания при её розжиге. На шамоте этот процесс очень затруднителен.
Изображение
Изображение
Изображение






Как известно- красный кирпич плавится при температурах более 1200гр. Но в этой камере сгорания, из за вертикального кругового вращения пламени- нет равномерного распространения жара. В центре ядра, под коксовым слоем- температура горения – более 1300гр., а вот на боковых стенках камеры сгорания эта температура не превышает и 1000гр. Это дает возможность образования слюдяного нароста на стенках камеры сгорания, но не дает возможности – стеканию расплавленной золы на поддон. На этих стенках- зола и остывает. И один раз в квартал- приходится сбивать лишние наросты этих слюдяный образований. Скалываются они легко и просто и при этом- нет разрушений футеровки из красного кирпича. Он к этому времени- перекаливается и приобретает прочность гранитной массы. Это позволяет сохранять конструктив футеровки- на долгие годы эксплуатации.

Первый запуск горелки.

Вы собрали горелку и перед первым запуском нужно сразу расставить все точки над "И", то есть, - заранее предположить, то что вы можете получить.

1. Если геометрия горелки отличается от чертежей- то по любому у вас будут негативные последствия. Если у вас есть желание поэкспериментировать- лучше спросите с начала- к чему приведут эти отклонения. Я с этой геометрией уже наэкспериментировался за 5лет - "выше крыши". На любой вопрос- отвечу.

2. Запустить горелку можно 3-4 пустыми пачками от сигарет, главное- правильно подобрать подвод воздуха, который будет сразу "прижимать" пламя к поду. Стремиться при розжиге - не допускать прямоточного выхода пламени в сопло.
Изображение



3. Уже через 15-20 минут- у вас раскалится камера сгорания. А проверочный критерий этого фактора - мгновенный пиролиз. Подали жменю топлива руками в сопло, или механической подачей шнеком - и тут же должен произойти мгновенный пиролиз, тут же топливо должно выдать объемное чистое пламя. Опилки должны воспламениться как порох.

4. С момента запуска и до раскаливания камеры сгорания- все время приходится добавлять подачу воздуха.

5. Минут через 40-50 раскаляется камера дожига. К зтому времени - раскаляется и пиролизный отсек. Вот только тогда и нужно производить окончательную регулировку подачи топлива и подачи воздуха - под необходимую тепловую мощность вашего горения. Обычно, подача воздуха – уменьшается (из за эндотермических процессов, которые к тому времени начнут происходить в горелке. Для сжигания окиси углерода нужно в два раха меньше кислорода, чем при сжигании чистого углерода, а для сжигания водяного газа- вообще не нужен кислород из вне).
Изображение


6. Ни когда не производить контроль работы по соплу - только через смотровое окно в задней стенке.

7. Основной признак стабильности работы камеры сгорания- зто постоянный уровень раскаленной золы на поде этой камеры. Он не должен превышать- 1см. Причем- у задней стенке образуется "горка" высотой в 2- 4см. Но зто "горка" образуется в мертвой зоне вращения пирогазов. Её профиль - как раз и соответствует профилю "обода" круга того вращения.

8. Если через час- два, а не сразу после запуска - у вас на поде камеры сгорания остается большой слой раскаленной золы- значит он не подхватывается круговым вращением- значит на воздушном патрубке подвода воздуха- очень узкая щель прорези которая, находится в нижнем профиле вашего патрубка В зтом случае-нужно расширить зтот нижний разрез.

9. Если на поде вообще не остается золы- значит в скорости вы остановитесь. Зола- это самый лучший теплоизолятор. Только благодаря ей и остается раскаленным нижний профиль круга вращения пирогазов в камере сгорания. И второе, как раз зола на поде - и предохраняет дно камеры от слюдяных пригаров расплавленной золы. Это - вообще промышленный метод предохранения футеровки пода в установках с жидким золоудалением.
Если нет золы- значит разрез на нижней части вашего патрубка - очень велик. Нужно его "заузить".

10. Во время розжига - в горелке образуется зола причем - большого объема Ее не нужно убирать - по ней вы как раз и удостоверитесь в правильном воздушном подводе. Уже через одного часа работы вашей горелки - та горка золы исчезнет, останется только небольшой слой, который будет повторять обод кругового вращения пирогазов. Эти пирогазы - подхватывают "лишнюю "золу затягивают её в свой круг изотермических реакций, расплавляют ее и "разбрызгивают" на стенки камеры сгорания и камеры дожига.

11. Если у вас геометрия горелки изготовлена без отклонений и вы выставили правильную подачу воздуха - вы получили стабильный в работе теплогенератор. И последующие розжиги- можно уже производить - "абы- как". Горелка- сама войдет в свой режим горения который вы заранее выставили и обкатали.

12. Все обслуживание- зто хоть раз в сутки нужно, заглянув в камеру сгорания, через смотровое окно - убедиться что на поде нет образования слюдяных наростов. Они обычно образуются после длительных пауз, когда в пиролизном отсеке остатки топлива, при тлении- спекаются в зольные коржи. Ту жужелку круговое вращение подхватить и расплавить - уже не может, и на ней начнется образование слюдяного нароста расплавленной золы.
Достаточно один раз выставить режим горения, а дальше уже и бабушка пенсионерка- управится с. горелкой.
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение















Нельзя подавать воздух в горелку двумя подводами воздуха и нельзя допускать избыточное давление воздушного потока в шнек подачи топлива.
Изображение
Изображение
Изображение






Не рекомендуется использовать нижний подвод воздуха в горелку.
Изображение
Изображение
Изображение







Список использованной литературы:
1. ДБ. Гинзбург. Газификация твердого топлива Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Москва - 1958 г.
2. А.Н. Кислицин. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы. Москва. Лесная промышленность. 1990 г.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ АГРОПЕЛЛЕТ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
РЛ. Исьемин, С.Н. Кузьмин, В.В. Коняхин, А.В. Михалёв, А.Т. Зорин, А.П. Прокопчик
ГОУВПО «Тамбовский государственный технический университет», г. Тамбов. 2008г.
4. М. Б. Равич. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА 1977г.
5. Менделеев Д. И. Горючие материалы (1893). —Соч., т. XI. М., Изд-в0 АН СССР, 1949.
ОТВЕТИТЬ ЦИТИРОВАТЬ
СПАСИБО


Дополнение- сжигание увлажненного топлива в горелке с высокотемпературной камерой сжигания (22,02,2015).
В высокотемпературной топке, где есть слой раскаленного углерода (кокса)- элементарно получить водяной газ. Это расписано выше, в приложенной пояснительной записки химико фихичесих процессов. которые происходят в этой горелке. Этот процесс называется - эндотермическим, он происходит не с выделением тепловой энергии- а на оборот,- с резким снижением температур. И чем интенсивнее сей процесс- тем интенсивнее падают температуры "катализатора" этой реакции- кокса. По этому- в простых слоевых топках, где температуры не превышают 700-900гр. - эти реакции просто невозможны, они вообще загасят топку- cбросят температуры на 200-300гр. и получим температуры до 600гр., а при таких температурах- углерод уже не горит.
А в этой горелке, где температуры достигают более 1300гр.- потеря каких то 200-500гр.- не может “загасить” топку. Тем более, что температуры “падают” только на коксе, а не в самой топке.
Изображение

В самой топочной камере- температуры как раз и взлетают, а все из за того. что тут же эндотермические процессы разложения воды на водяной газ- переходят на изотермические процесс сгорания водорода.
Изображение


И если учитывать то, что всего один куб водорода выделяет при сгорании в четыре раза больше жара- чем самый качественный килограмм угля (антрацит)- то зрелиеще горения водорода- не просто завораживает, а “пужает” своим жаром.
Изображение

Словами это не передать, и на видео ролике- мобильник не может отразить тот “шар” ослепительно желтого пламени водородного топлива, которое не вмещается в объеме горелки и переполняет даже “гребни” камеры дожига.
Изображение



Поверхностный подсчет того, что дает нам водородное топливо-
Всем известен тот факт, что число грамм-атома равно массе атома вещества, а грамм-молекулы = молекулярной массе вещества. К примеру, грамм-молекула Н2 в молекуле Н2О = 2г, а грамм-атом атома О2 = 16г. Грамм-молекула воды =18г. Поскольку масса Н2 равна 2*100/18=11,11%, а масса Н2О 16*100/18=88,89%, то такое же соотношение О2 и Н2 останется и в литре воды. Таким образом получается, что 1000 г воды содержат в себе 111,11 г Н2 и 888,89 г О2.
Вес одного литра водорода составляет 0.09 г, а один литр кислорода – 1,47 г. Таким образом получается, что, если следовать правилу, из 1 л воды можно получить: 1234,44 л = 111,11/0,09 – водорода, и 604,69 л = 888,89/1,47 – кислорода. Вывод: один грамм воды содержит в себе 1,23 л водорода .
И так- этой горелой можно тремя килограммами топлива- разложить литр воды (за 1 час).. Хотя можно и больше и меньше, я “не углублялся” в этих экспериментах. Тепловая мощность на выходе- взлетает, а мне всего то – дом отапливать, а не пятиэтажку. Но тем не менее- несколько дней прошлой осенью “погонял” горелку “на воде”.
И так- с одного литра воды имеем 1,2 кубометра водорода. Водород всегда горит ярким и жарким пламенем- ему “по барабану” любые огрехи вашей топочной камеры. Остается только успевать снимать этот “ужасный” жар и отдавать его на теплообменник. И что бы больше не приводить ни каких цифр, напишу проще- один литр воды, после разложения его на водяной газ (по своей теплотворности), в такой горелке- заменяет 5кг антрацита, 11кг бурого угля, 18кг сырых, свежеспиляный дров, 4,4 кубометра природного газа, 3,3 литра бензина и.т.д.
Изображение

Все “работает” просто и надежно. Высокие температуры- сами устраняют всевозможные ошибки дозировки, подачи топлива и воды…

Дополнение от15,04,2015
Недавно переснял процесс сжигания мокрого топлива не на мобильник, а на фотокамеру.

Даже видео файл не может передать тот жар от сгорающего водорода, тот ядовитый желтый цвет пламени. Но я сделал еще пару снимков, вот они то хоть приблизительно - передают цвет плазмы пламени.
Изображение
Изображение



Так, что сжигать влажность- дело высоко рентабельное. Но я этим не пользуюсь- из за того, что мне всего навсего дом отапливать, а не "дворец".

Bellarys
Сообщения: 75
Зарегистрирован: 18 сен 2017 12:29
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 36 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение Bellarys » 07 ноя 2017 09:21

Извините если посчитаете вопрос глупым , в чём разница между факельным режимом горения и газогенеративным , в факельном температуры больше я так понял , но наверное в каждом режиме есть свои плюсы и минусы

sergey70
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 07 авг 2017 19:44
Благодарил (а): 68 раз
Поблагодарили: 167 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение sergey70 » 08 ноя 2017 09:38

Bellarys писал(а):Извините если посчитаете вопрос глупым , в чём разница между факельным режимом горения и газогенеративным , в факельном температуры больше я так понял , но наверное в каждом режиме есть свои плюсы и минусы

Факельный режим можно применять при потребности в повышенной мощности, когда пламя покидает камеру дожига при этом температура самого факела падает хотя в горелке так и остается более тысячи градусов, зато это пламя можно использовать в обычных котлах без каких либо переделок. Газогенераторный режим самый простой и не требовательный так как внутри горелки ничего не горит , а только тлеет, горит пиролизный газ, который выделяется при тлении топлива и выведен из объема горелки его - газ можно транспортировать к потребителю по трубам . При таком способе сжигания один недостаток, очень большой объем золы, и невозможность применения с котлами имеющими вертикальные дымообороты. В остальном каждый способ имеет место быть, все зависит от потребностей.

Bellarys
Сообщения: 75
Зарегистрирован: 18 сен 2017 12:29
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 36 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение Bellarys » 08 ноя 2017 12:38

Примерно понял спасибо , а по экономии топлива какой лучше считается , тоесть с какого режима горения больше киловат тепла получится выжать с одной единицы топлива , я так понимаю из факельного так как топливо более качественно сгорает если я неошибаюсь ?

sergey70
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 07 авг 2017 19:44
Благодарил (а): 68 раз
Поблагодарили: 167 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение sergey70 » 08 ноя 2017 13:21

Немного ошиблись, самым экономичным и качественным является беспламенное, высокотемпературное горение когда из камеры дожига идут только раскаленные газы имеющие температуру от 1500 градусов. А если еще и воду добавлять, об этом говорилось в этой теме, то температуры поднимутся еще выше, что обеспечит еще больший выход тепловой энергии. Именно этот способ сжигания является самым оптимальным с точки зрения экономии топлива и чистоты горения. Что в свою очередь позволяет изготовить теплообменник всего из 2 мм стали. А это согласитесь немало удешевляет весь проект.
За это сообщение автора sergey70 поблагодарил:
Fermer (08 ноя 2017 17:31)
Рейтинг: 16.67%
 

Bellarys
Сообщения: 75
Зарегистрирован: 18 сен 2017 12:29
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 36 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение Bellarys » 08 ноя 2017 21:46

Понял спасибо что просветили

Аватара пользователя
kga079
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 дек 2017 04:58
Благодарил (а): 15 раз
Поблагодарили: 10 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение kga079 » 19 авг 2019 07:33

Здравствуйте, хотелось бы добавить к сказанному немного о беззольном сгорании...
Немного о золообразовании... Или что такое беззольное сгорание углерода...
Говоря о беззольном сгорании углерода имеется ввиду отсутствие механического недожога от неполного сгорания углерода, которое практически всегда присутствует в слоевых топках в силу несовершенства организации процесса сгорания на колосниках или поде... Связано это с тем моментом, что несмотря на диффузионные свойства различных видов топлива весьма неодинаковы, а потому кислороду воздуха зачастую очень сложно проникнуть к молекуле углерода для вступления с ней в реакцию С+О2 = СО2+94000кал/моль, при этом что не менее важно температурные условия прохождения реакции должны быть соответствующие (t воспламенения углерода находиться в диапазоне от 520 до 800 гр.С)... И как только имеется факт снижения температуры, как поверхность частицы углерода покрывается золой... А зола являясь отличным теплоизолятором уже не позволит раскалиться частице углерода, что при поверхностном горении углерода (а в кислородной среде углерод горит поверхностно и ни как иначе и основной перенос тепла осуществят кондуктивно, от частицы к частице)... Почему основной нагрев кондуктивный? Потому что колосник являясь холодным ядром (обдув достаточно холодным воздухом) не позволяет раскаляться частицам углерода для нормального горения которых нужна "заветная" температура в 800 гр. С, да и сам колосник зачастую норовит забиться, перекрывая доступ кислорода к частицам углерода... Потому и рождаются на свет конструкции типа механических шуровок, поворотных колосников барабанного типа, всевозможных шурудилок, принцип вступления которых в работу основан на периодической чистке колосников и сбросу не сгоревших частиц в зольник... И вообще колосник устройство довольно нерациональное (придумано для сжигания угля) с крайне неравномерной и нестабильной работой, основанной на крайностях (то через чур много, то крайне недостаточно), что помимо мех.недожога приводит к довольно значительному хим.недожогу...
Высокотемпературная горелка ГВТТ, полностью лишена подобных недостатков и потерь связанных с мех.недожогом или с хим.недожогом не имеет в силу того, что горит в ней газ, который образуется в самой камере сгорания... Воздух для горения подается в эту горелку под давлением с особой организацией распределения воздушных потоков и втягивает (эжектирует) в свой поток горючие газы (впрочем и негорючие тоже) по принципу Бернулли, что и позволяет в условиях высокой турбулентности потока кислороду воздуха гораздо лучше перемешаться и в ступать в химические реакцию с горючими газами (Пиролизные Газы, СО, Н2), чем в случае поверхностного (кускового) горения, где одна сторона горит а другая нет...
Ну а зола в виде основных солей Са, К, Mg, Na, Si, конечно же присутствует, но ввиду небольшого ее количества (в зависимости от качества топлива) и высокой скорости потока происходит ее расплавление с частичным отложением на стенках камеры сгорания (КС) в виде "природной футеровки" (зола прекрасный теплоизолятор, что помогает сберечь стенки КС от оплавления), а в основном выносится за пределы КС, где оседает в виде легкого пылевидного пепла, который легко удаляется со стенок теплообменников...
Потому термин "БЕЗЗОЛЬНОЕ ГОРЕНИЕ", всего навсего означает то, что в отличии от слоевых топок золы можно сказать практически нет, так как вся она превращается в условиях высоких температур в золу уноса...
За это сообщение автора kga079 поблагодарил:
grisha1394 (21 авг 2019 08:33)
Рейтинг: 16.67%
 

Аватара пользователя
kga079
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 дек 2017 04:58
Благодарил (а): 15 раз
Поблагодарили: 10 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение kga079 » 19 авг 2019 08:09

В дополнение к сказанному Валерой, позволю привести схему работы горелки
1-Ларину-3.jpg
1-Ларину-3.jpg (39.04 КБ) 424 просмотра

Происходит горение в двух факелах... Внутреннем и внешнем...
Работа внутреннего факела достаточно подробно освещена Валерой в приведенных выше постах...
А сказать хотелось бы не много о механизме, позволяющем то, что не доступно в остальных конструкциях (даже достаточно продвинутых)...
Все эти термохимии во внутреннем факеле только для того, чтобы максимально обогатить ТВС (топливно-воздушную смесь) и подготовить (подогреть до необходимой температуры) ингредиенты для горения в основном сопле...
Горение в сопле.jpg

Суть подготовки - уменьшение балласта как по количеству балластирующих компонентов (только азот), так и по процентному соотношению...
При этом имеем простой механизм - из одной балластной молекулы (СО2 или Н2О) получаем две молекулы горючего газа (С+СО2 = 2СО; С+Н2О = Н2+СО), который обеспечивает численное снижение балластирующих молекул и постепенное снижения процентного содержания азота по отношению в горючим газам...
Кстати этот же механизм (из одной негорючей две горючих) проводит и к снижению альфы до 1,0!!!
Ну и создание высокотемпературных условий внутри "Факельного отсека" заставляет раскаленные молекулы азота отдавать часть своего тепла кислороду воздуха... Раскаленные стенки горелки также работают на нагрев как газов в факельном отсеке, так и на нагрев топлива в пиролизном отсеке (пиролиз в реторте)...
А перекрестный подвод ингридиентов (кислород-горизонтально, горючее - вертикально) позволяет получить практически идеальную гомогенизацию...
В итоге имеем горение максимально возможного горючего в условиях идеального смешения...
При этом способе подготовки топлива удается добиться практически нулевого влияния балластирующего действия водяных паров...
т.е. про горении практически любого топлива существуют две теплоты сгорания - низшая (с учетом балластирующего действия воды) и высшая теплота сгорания...
Так вот если оценку работы любого топливного устройства производят по низшей теплоте сгорания, то эффективность работы ГВТТ необходимо оценивать по высшей теплоте сгорания... И тогда все получается в рамках действующих физических законов... Без сверх-единичных КПД...
Ну вот пожалуй и все, так как объяснил все (причем без магии и волшебства)...

Т.е. в горелке параллельно идет 2 процесса... Внутренний - горение газов в веерном потоке воздуха с целью газификации (не горения!!!) углерода, переработки паров влажности топлива, паров влажности воздуха в горючее и попутно переработки углекислоты, находящейся в факельном отсеке (как отходов горения, так и из состава пирогазов) тоже в горючие газы...
И внешний процесс горения... Про него собственно весь этот пост...
За это сообщение автора kga079 поблагодарил:
grisha1394 (21 авг 2019 08:33)
Рейтинг: 16.67%
 


Вернуться в «Высокотемпературная горелка ГВТТ»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей

Яндекс.Метрика