Вогнетривка цегла та її вплив на процес горіння у твердопаливному котлі
Футерування котла – наявність у топці, в зоні горіння вогнетривких матеріалів (шамотна цегла, вогнетривкий бетон).
Процесу спалювання твердого палива у водогрійних твердопаливних котлах присвячено багато книг та наукових праць. Досліди тривають століттями, і продовжуються нині. При всіх наших нових технологіях, залишилося дуже багато питань щодо спалювання палива.
У цій статті ми розглянемо таку важливу деталь як обмуровування твердопаливного котла, її функції та вплив на горіння палива.
На промислові твердопаливні котли ставлять сучасну автоматику, застосовують нові матеріали, технології, але такі речі, як футерування, теплова напруга, довжина факела, допалювання газів, теплопередача залишаються незмінними.
Фізику процесу горіння твердого палива добре описано багатьма теплотехніками минулого століття. Ними виведені формули та аксіоми, в яких неможливо сумніватися або намагатися їх змінити. Але реалії сучасного світу завжди намагаються це зробити, так би мовити обдурити фізику.
Для початку я хотів би навести приклади імпортних твердопаливних котлів. Якщо дивитися конструкції німецьких водогрійних та парових котлів, англійських, американських, то ви побачите в них футерування, а саме обкладену шамотною цеглою або вогнетривким бетоном топку, обмурований довгий другий хід газів для допалювання палива.
За кордоном усі твердопаливні котли мають кладку з вогнетривів. Дивимося на ринок твердопаливних котлів України: обкладену шамотною цеглою або вогнетривким бетоном топку має лише кілька виробників, і те, у більшості вона обкладена наполовину, чого просто недостатньо для підтримки потрібної температури.
Про що це каже? Економія? Відсутність знань?
Адже це той найвищий ККД, правильний допал палива та газів – економія сил і часу. Чи це іноземці такі дурні? Може, вони просто не розуміють, що можна обходитися в твердопаливних котлах без цегли? Думаю що ні. На відміну від нас, іноземці вважають кожну копійку, і не лише зараз, а й на 10 років наперед. Вони розуміють, що купуючи якісний твердопаливний котел, вони заощаджуватимуть довгі роки, не забруднюючи навколишнє середовище та не палитимуть зайве паливо.
А в нас ситуація навпаки: що дешевше, то краще – “заощадив”! Але, як кажуть: “кроїлово призводить до попадалову”. Купуючи дешевий котел, наші люди не думають про економію у далекій перспективі. Більшість у нашій країні живе “тут і зараз”, стикаючись із пристойною витратою паливів у своїх котлах, думають, що так і має бути.
Почнемо з будови деревини. З таблиць бачимо, що у деревині вихід летких речовин становить до 85 відсотків, кількість летючих у паливі позначається аналогічно зі складом палива у відсотках до ваги робочого палива чи паливної маси та інших. (Vp, Vх тощо. буд.). У складі летких речовин та коксу знаходиться горючі елементи, тому кожна з двох частин палива горить, але умови їх спалювання дуже різні.
Характеристика палива по виходу летких накладає відбиток на конструкцію топки та методи її експлуатації. При спалюванні в топках котлів деревного шматкового палива, процесу виходу летючих у їх чистому вигляді не відбувається, оскільки до палива постійно подається повітря для горіння. Однак свіжозавантажене паливо в першу чергу починає сильно “газити”, рясно виділяючи леткі речовини. Дим із труби стає темного кольору, але потім процеси горіння і газифікації вирівнюються та протікають паралельно.
Якщо, наприклад, взяти дрова — паливо з дуже високим виходом летючих (понад 80% від ваги палива), то при спалюванні їх на колосникових гратках конструктор повинен передбачити великий обсяг топкового простору, в якому згорятимуть горючі летючі речовини.
Повітря, необхідне для горіння летких речовин (як і коксу) у топковому просторі, на колосниковій решітці, підводиться зазвичай через піддувало і колосникову решітку. Таким чином, значна частина повітря, прямуючи в топковий простір, пройде через колосники та шар палива транзитом. Це повітря буде охолоджувати колосники і шар палива, що лежить на них, тому при спалюванні дров в твердопаливному котлі, колосники не будуть сильно нагріватися і можуть бути простий конструкції (не водоохолоджувані).
У сучасних котлах, для допалу летких, частина повітря подається безпосередньо в топку. Це називається вторинне повітря чи гостре дуття. Але подача вторинного повітря має бути правильно розрахована та організована, тому що надмірна його подача охолоджує топку та порушує процес горіння. Так само вторинний повітря повинен мати натиск, інакше він просто не зможе змішатися з полум’ям і транзитом відлетить у димар, забираючи тепло з топки.
Тому, беручи до уваги високий вміст летких речовин у деревному паливі, треба розуміти, що важливим фактором при спалюванні твердого палива в котлах є велика довжина полум’я. Тобто, щоб усе правильно горіло і допалювалося, полум’я має пройти деяку відстань, не торкаючись холодних поверхонь теплообмінника. Вогнетривка цегла ізолює стінки топки від безпосереднього контакту з полум’ям.
Багато хто помилково вважає, що роль вогнетривкої цеглини – це захист стінок від прогару. Можливо, якоюсь мірою він так і працює. Хоча теплообмінним поверхням водогрійних котлів не загрожує прогорання, поки теплообмінник заповнений теплоносієм. Прогоряння теплообмінника – проблема повітряних котлів (теплогенераторів). Основна роль вогнетривких матеріалів у водогрійних котлах – це відсікання зони горіння від безпосереднього контакту з теплообмінником для підвищення температури у вогнищі. Можна сказати, що шамот виступаємо в даному випадку як утеплювач.
Важливим фактором допалу летючих компонентів твердого палива є температура.
З курсу шкільної фізики всі знають: щоб реакція йшла швидше треба підвищувати температуру. Але, крім швидкості реакції, у спалюванні важлива якісна складова. У летючих компонентах існують сполуки, яким потрібна висока температура, інакше реакція окислення не відбудеться. Наприклад, щоб окислити СО потрібна температура від 600 гр. та вище і т.д.
Науково доведено, що в котлах з стінами, що охолоджуються, навряд чи вийде підняти загальну температуру більше 500 гр., а особливо, якщо язики полум’я дістають до стінок теплообмінника , то ситуація з допалюванням стає зовсім сумна.
Тому у всіх котлах, що працюють на деревному паливі, рекомендується закривати вогнетривкою цеглою або бетоном хоча б частину топки.
Без великої температури в зоні спалювання не вдасться створити якісне горіння, цей висновок описаний у багатьох книгах теплотехніки.
Таким чином вогнетривка цегла в топці необхідна для спалювання низькокалорійного палива.
(продовження слідує)
