Банная печь Игоря Васильева. Попытка синтеза. Часть 2

10 Янв

Просмотров: 563

0_4a508_a55b588c_LПродолжаем, начатую ЗДЕСЬ, тему.

В предыдущем посте мы закончили наши исследования характеристикой 2-х подходов, которые могут применяться при сжигании какого-либо топлива и использования полученного тепла.

Данные подходы к сжиганию топлива были, условно, названы Игорем Васильевым «На хапок» и «С заботой».

В настоящей части нашего исследования мы остановимся на рассмотрении условий, при которых может быть реализован режим сжигания дров в печи под названием «С заботой».

Режим «С заботой» предполагает создание для помещенного а печь топлива (дров) условий, наиболее благоприятных для его сгорания.

Цитата (пост от 20.03.2009г.): 

«…  «ЗАБОТА»: конечно, не в плане «геморрой» с головной болью в придачу, а буквально – заботой о нашем топливе, которое выразим, как стремление создать ВСЕ необходимые условия для ПОЛНОЦЕННОЙ и ЗАКОНЧЕННОЙ «самореализации» сжигания дров (образование конечных продуктов реакции горения дров СО2 и Н2О). И только отдав «сыновний долг» (дровам), направим полученное тепло в нагрузку (каменку*.

*Примечание. Здесь, как и в Части 1 настоящего исследования, красным цветом отмечены мои комментарии, призванные, как мне кажется, облегчить понимание сказанного.

Для того чтобы влиять на процессы, происходящие в топке печи, естественно, следует понимать, как горят дрова.

Подробно суть процесса горения дров мною, в свое время, было изложено в отдельной статье. Рекомендую на досуге ознакомиться с ее содержанием.

Здесь же мы лишь тезисно обозначим основные моменты данного процесса:

  1. Древесина является углеводородом, формулу которой, условно, можно представить в виде 62О)5)n.
  2. Горят не сами по себе дрова, а составляющие их компоненты, образующиеся в процессе термического разложения древесины. Другими словами, дрова сами по себе горючим не являются, а становятся таковым после термического разложения на составляющие их компоненты и вступление последних в химическую реакцию с кислородом воздуха.
  3. Для активации (начала) процесса горения дров их необходимо предварительно нагреть до некоторого состояния, при котором начинается распад вещества древесины на отдельные ее летучие и нелетучие составляющие – атомарный углерод С, элементарные углеводороды СxНy, газы Н2, О2, СО, СО2 и воду Н2О.
  4. Горение дров представляет собой процесс окисления (вступление в реакцию с кислородом воздуха О2) продуктов термического (теплового) разложения древесины (ее составляющих компонентов). Конечными продуктами горения дров, не способными больше вступать в реакцию с кислородом воздуха, являются углекислый газ СО2 и пары воды Н2О.
  5. В процессе горения продуктов термического разложения древесины выделяется тепловая энергия.
  6. Количество выделяемой при горении дров энергии зависит от полноты протекания химических реакций между горючими компонентами дров (С, СxНy, Н2, О2, СО) и кислородом воздуха О2 до образования их конечных форм окисления СО2 и Н2О. Данное обстоятельство непосредственно зависит как от условий, созданных в месте протекания данных реакций (наличия необходимого количества кислорода О2 и нужной температуры Т), так и от качественного состояния топлива (начальной влажности дров w). Происходящие при горении дров химические реакции и количества выделяемого при этом тепла были показаны в Части 1 данного исследования.

 

Таким образом, из изложенного следует, что в топке где горят дрова, для протекания химических процессов окисления с максимальной эффективностью (выделения наибольшего количества содержащегося в топливе тепла) необходимо создать необходимые (оптимальные) температурные условия и подать в зону реакций (горения) требуемое количество воздуха.

Помимо этого, регулировка процессом горения (полноты протекания реакций и максимизации выделяемого при этом тепла) может осуществляться как за счет количества сжигаемых в данный конкретный момент времени дров, так и за счет подаваемого в топку объема воздуха.

Как говорил Игорь Васильев (пост от 16.03.2009г.): 

«…В общем случае, не будет ошибкой считать: количество выделившегося тепла пропорционально массам прореагировавших кислорода и топлива. 

Иными словами, воздух – такой же равноправный элемент этой парочки, как дрова или там – газ. С той подробностью, что он БЕСПЛАТЕН!  

Поэтому выбор из: ограничить ли подачу халявного ВОЗДУХА или убрать-добавить ИЗЛИШЕК дров, на мой взгляд, совершенно очевиден – воздух ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно использовать по максимуму, получая необходимый баланс всегда и только за счет ДРОВ! 

Кстати, сведя их вес к возможному минимуму». 

Но вернемся к вопросу создания в топке печи оптимальных для горения дров условий.

Неоспорим тот факт, что, для протекания реакции окисления горючих компонентов дров до состояния СО2 и Н2О, помимо самого воздуха необходимо просто время, чтобы продукты пиролиза древесины успели вступить в контакт с кислородом этого воздуха.

Для этого и требуется определенная высота свободного пространства над горящими в топливнике дровами.

Как уже говорилось ранее, желательно, чтобы высота этого пространства была бы не менее 1 метра.

Но соблюдение этого требования неизбежно приводит к тому «неудобоваримому» следствию, что верх каменки в банной печи оказывается на высоте порядка 2 метров: (20 см (зольник)+ 20 см (дрова) + 100 см (пространство над дровами) + 60 см (высота каменной засыпки)), что с эксплуатационной точки зрения весьма неудобно.

Отсюда и следует компромисс, на который идут при кладке банных печей: каменку опускают ниже, жертвуя высотой топливника (поскольку уменьшать дальше другие вышеназванные структурные компоненты банной печи уже нельзя).

Поэтому при таком подходе в принятии решения об итоговой конструкции банной печи (каменка находится непосредственно над топливником и заключена с ним конструктивно в едином пространстве) неизбежно имеем не всегда эффективное сжигание топлива (повышенный расход дров и, как правило,  увеличенное время топки печи).

При уменьшении высоты топки печи для сохранения оптимальными условия для горения дров, в топливнике конструктивно пытаются создать условия, способствующие  увеличению скорости протекания реакций термического разложения дров на составляющие их горючие компоненты.  Помимо этого, в топливнике пытаются создать также условия, способствующие ускоренному окислению образовавшихся летучих и нелетучих горючих компонентов топлива кислородом воздуха.

Скорость течения реакций термического разложения древесины и окисления продуктов пиролиза дров определяется:

  • температурой, созданной в зоне термического разложения древесины и в зонах горения (окисления кислородом воздуха) ее летучих и нелетучих компонентов. Чем выше температура, тем выше скорость (и соответственно, меньше время) протекания реакций термического разложения древесины и реакций окисления продуктов пиролиза кислородом воздуха. Следовательно, повысив температуру в топке, можно безболезненно для качества сжигания дров уменьшить высоту пространства, требуемого для дожига летучих;
  • подачей в данные зоны определенного (нужного) количества воздуха (желательно предварительно подогретого);
  • скоростью доставки кислорода в места протекания окислительных реакций.

 

Факторами, способствующими поднятию температуры в топке и ускорению протекания процесса горения топлива, являются:

  1. Активное перемешивание горючих компонентов топлива с кислородом воздуха (создание турбулентности);
  2. Подвод в нужном количестве и в нужные места горящих в топливнике дров объемов воздуха (желательно предварительно подогретого) и удаление из зоны горения продуктов реакций окисления (СО2, Н2О) и сопутствующего балластного азота N как основного компонента воздуха;
  3. Обдув подаваемым в топливник (и/или камеру дожига) воздухом кончиков пламЕн с целью разрушения образующейся вокруг них оболочки, обедненной кислородом воздуха и перенасыщенной продуктами реакции горения летучих углеводородов горящей древесины, и доставки в данную зону новых порций кислорода;
  4. Дожиг летучих СО, С, Н2 до состояния СО2, Н2О в специальных камерах дожига;
  5. Быстрый прогрев стенок и перекрытия топливника до температур порядка 5000С, после чего данные элементы топливника начинают выступать мощными источниками лучистой энергии, направленной на горящие дрова и способствующие их ускоренному нагреву и термическому разложению на горючие компоненты;
  6. Удаление из топливника любых конструктивных элементов печи, поглощающих тепло и могущих понизить в нем температуру.

 

Конструктивно для перемешивания горючих с воздухом в топке применяют различные турбулизаторы дымовых газов.

Примером такого турбулизатора в банных печах Игоря Кузнецова выступает размещаемая вверху топливника шамотная или чугунная решетка, названная ее автором «катализатором». При этом обязательным условием, когда данная решетка способствует ускорению процессам горения летучих и может оправдать свое условное название «катализатора», является ее пространственное отделение от «холодного ядра» печи (засыпки каменки). Другими словами, между данной решеткой и каменкой не должно быть никакого непосредственного контакта.

В банной печи Игоря Васильева для турбулизации дымовых газов служит специальной формы перекрытие топливника.

Подвод в разные места топливника «вторичного» воздуха в банных печах разной конструкции реализован у разных авторов по-разному. Причем есть печи с предварительным нагревом такого воздуха или без такого, с регулировкой объемов подачи такого воздуха, либо без регулировки. В последнем случае конечный эффект от подачи такого воздуха в топку не всегда ясен, то ли он положителен, то ли нет. Чрезмерная подача «вторичного» воздуха в топку в неподходящий момент может снизить температуру дымовых газов в зоне протекания реакций окисления горючих компонентов дров, за счет их (дымовых газов) разбавления избыточным количеством воздуха. Тем самым сжигание дров может оказаться даже хуже, чем в случае полного отсутствия подачи в печь «вторичного» воздуха.

Выгодно в этом плане отличаются банные печи, в которых предусмотрена независимая подача и регулировка подачи в печь «первичного» и «вторичного» воздуха. Однако надо учесть, что печь с независимой подачей в топливник «вторичного» воздуха требует при топке осознанного действия со стороны пользователя задвижками и дверками печи, отвечающими за такую подачу, а также «привязывает» к себе пользователя на время топки.

Камеры дожига пламен в печах конструкции разных авторов также реализованы по-разному.

В банных печах Игоря Кузнецова периодического действия камерой дожига считается пространство, заключенное между решеткой «катализатора» и низом каменки. В банной печи постоянного действия «РусСауна» камерой дожига является пространство верхней части нижнего колпака печи, являющееся продолжением топливника.

В банной «Печи В Кубе» Игоря Васильева камера дожига располагается сбоку топливника.

Указанные выше факторы 5 и 6, способствующие поднятию температуры, непосредственно взаимосвязаны. Любой конструктивный элемент печи, размещенный в топке, требует своего начального нагрева. Поэтому данный элемент выступает поглотителем тепла и, тем самым, ухудшает на определенном этапе топки условия для термического разложения дров и завершения полноты протекания химических реакций окисления.

В банных печах большинства конструкций к таким элементам можно отнести саму каменку, размещенный в топке регистр горячего водоснабжения либо сам бак с нагреваемой для нужд бани водой, ту же решетку «катализатора», а также плохо теплоизолированные от основного массива печи стенки топливника.

И чем дольше эти конструктивные элементы печи будут нагреваться до температур порядка 5000С, тем дольше в топливнике будут отсутствовать оптимальные условия для создания и горения компонентов топлива.

А теперь подведем черту под сказанным. 

Как мы помним, целью настоящей статьи было определение круга условий, при которых может быть реализован режим сжигания дров в печи под  условным названием «С заботой», т.е. режим, при котором достигается максимальное извлечение из сжигаемого топлива тепла.

Итак, кратко перечислим эти условия:

  1. Прогреть в минимальные сроки оболочку топки печи до температур порядка 5000С, при которых происходит наиболее полное разложение (деструкция) структуры древесины на отдельные составляющие компоненты, способные гореть (окисляться кислородом воздуха).
  2. Создать в топке каким-либо способом возможность наилучшего контакта между собой  горючих компонентов топлива и воздуха (с удалением из зоны протекания окислительных реакций продуктов данных реакции). В частности, одним из таких способов может выступать способ турбулизации дымовых газов.
  3. Подавать в топливник в нужное место, в нужное время и в нужном объеме необходимый для горения дров предварительно подогретый воздух.
  4. Топливник печи не должен содержать внутри себя никаких конструктивных элементов, снижающих температуру горящих дымовых газов.
  5. Регулирование температуры горения летучих и нелетучих компонентов термически разложившейся древесины осуществлять за счет количества и качества (определенной влажности) закладываемых в печь порций дров при максимальном использовании необходимых для горения объемов подогретого воздуха. 

 

На этом прервемся.

Предлагаю внимательно еще раз перечитать данную статью и осмыслить все в ней сказанное.

А продолжение, как всегда, следует. Вскорости... 😆

Пока и до встречи!

 

Другие статьи на эту тему:

2 комментария

Размещен в разделе Банные печи

 

Теги: , ,

Добавить комментарий

 
 
  1. Константин Колышкин

    11 января 2017 at 8:30

    Владимир, БИК П3 и так является одноколпаковой.

    Что касается модели БИК П1, то 2-й колпак в ней может быть безболезненно убран.

    За счет освободившегося пространства может быть увеличен объем каменки. Об этом я писал уже в своей книге «Азбука кладки...»

    Второй колпак уместен в отопительных печах. В банных печах основным теплоаккумулятором выступает каменка.

    А продолжение по «Печи В Кубе» всенепременно и вскорости последует... 🙂

     
  2. Владимир

    11 января 2017 at 5:25

    Читал с удовольствием. Жду продолжения с нетерпением... Но забегая вперед , напрашивается вопрос:"уместен ли колпак в БИК 1 или БИК 3"?

     
 

«Банная печь Игоря Кузнецова БИК 41» 
(3-D модель и 3-D порядовки печи в SketchUp)

 Конфиденциальность гарантирована