Naujas malkų kurenimo būdas
Degimas - tai cheminė reakcija, kurios metu vienos medžiagos (anglis ir vandenilis), reaguodami su deguonimi sudaro kitas medžiagas išsiskiriant šilumai. Jei oras naudojamas kaip oksidatorius ir esant idealioms sąlygoms, degimo reakcijos produktai bus: anglies dioksidas (anglies degimas), vandens garai (vandenilio degimas) ir azotas, kaip sudėtinė oro dalis, reikalingo degimui, o tai yra apie 80% jo tūrio. Tiesą sakant, dėl netolygaus maišymosi kuro su oru, pastarojo reikėtų 1,6 - 2,4 karto daugiau nei teoriškai. Todėl krosnies pakuroje yra perteklinis oro kiekis su dideliu azoto kiekiu, nedalyvaujančiu degimo procese ir vandens garai garuojantys iš malkų. Visa tai - balastinės dujos, kurios degimo reakcijoje nedalyvauja, o tik šildomos anglies ir vandenilio degimo dėka t.y., eikvoja naudingą šilumą.
Priverstinio dujų judėjimo sistemoje (PDJ sistema) visos šios dujos susimaišo į vieną srautą. Rezultatas - krosnies pakuroje temperatūra sumažėja, ko pasekoje pablogėja degimo sąlygos, po to, šaltas balastinių dujų srautas praeina pro krosnies vidines sieneles, jas vėsindamas, ir tik tada iškeliauja pro kaminą.
Per daugelį metų, kai yra statomi šilumos įrenginiai su PDJ, iš techninės pusės (šie įrenginiai) yra aukščiausiame įmanomame lygyje ir rezervo padidinti jų naudingumą beveik nėra.
Degant kurui įvairių konstrukcijų pakurose, kur degimui kaip oksidatorius naudojamas oras, siekiama pagrindinio tikslo - sumažinti balastinių dujų įtaką, nuo kurių kiekio priklauso srauto temperatūra. Mažinti oro padavimą taip pat nerekomenduojama, nes tai gali pabloginti degimo reakciją ir sumažinti temperatūrą.
Tam, kad pasiekti užsibrėžtą tikslą, yra naudojamas sausas kuras, tame tarpe granulės, briketai ir pan., kurių gamyba yra gan brangi ir reikalaujanti papildomų energijos išteklių. Tada minimizuoja degimui paduodamą oro kiekį iki tokio lygio, kad kuras pakankamai sudegtų, bet ir nebūtų oro pertekliaus.
"Laisvo dujų judėjimo" (LDJ) sistema pagal I.V. Kuznecovą siūlo kitokį sprendimą, balastinių dujų įtakos kuro degimo procesui sumažinti ir išsiskiriančios šilumos panaudojimui. Ši sistema paremta natūraliais gamtos dėsniais.
Galima pagerinti kuro (malkų) degimo sąlygas, jei pašalintume balastines dujas (BD) iš degimo zonos. Tuo pačiu didėja kuro išskiriamos energijos naudingumo koeficientas t.y. padidėja deginamo kuro išskiriama šiluma arba dar kitaip sakant, šilumos kiekis išsiskiriantis degant kurui priklauso nuo oksidatoriaus ir balastinių dujų kiekio.
LDJ teorijos pagrindus paklojo rusų mokslininkas, metalurgas, profesorius V.E. Grum-Gržimailo (1864 - 1928m.). Toliau šią krosnių sistemą, kurios pagrindas yra LDJ, tobulino jo mokinys I.S. Podgorodnikovas (1886 - 1958m.). Jis pasiūlė statyti krosnis su dviejų gaubtų sistema.
Pagrindinė mintis ta, kad karštos dujos apsuptos šaltų dujų, pakyla aukštyn, nes yra lengvesnės. Projektuojant krosnis, kiekvienoje jos dalyje, reikėtų suplanuoti tokią dujų judėjimo kryptį, kad atitiktų jų natūraliam siekimui - karštos dujos kyla aukštyn, o atvėsusios - žemyn. V.E. Grum-Gžimailo ir I.S. Podgorodnikovui nepavyko išspręsti pagrindinio galvosūkio organizuojant LDJ srautą degimo pakuroje, atsižvelgiant į šį dėsnį.
Užtikrinti natūralų karštų dujų judėjimą degimo kameroje bei visame šildymo įrenginyje, galima prisilaikant tam tikrų taisyklių. 1 pav. pavaizduota šildymo įrenginio schema: 1 - pakura; 2 - "sausa siūlė"; 3 - apatinis gaubtas; 4 - šilumokaitis; 5 - viršutinis gaubtas; 6 - dūmtraukis. Apatinis gaubtas ir pakura sujungti į vieną erdvę "sausos siūlės" pagalba ir sudaro apatinį gaubtą. Gaubtas - tai tarsi indas apverstas dugnu aukštyn. Jame kaitra kyla aukštyn, o sąlyginai vėsesnės oro dalelės leidžiasi žemyn. Šioje konstrukcijoje būtina "sausa siūlė" t.y., vertikalus 2-3cm tarpas, jungiantis pakurą ir gaubtą. Pakuros gali būti įvairios konstrukciniu požiūriu ar kt. Galima kūrenti bet kokį kurą.
Taisyklių esmė. Kalbame apie kuro deginimą pakuroje, kuri yra gaubte, sujungtame su ja vertikaliu tarpu ("sausa siūle") į vieną erdvę. Toks išdėstymas leidžia sukurti pakuroje ir gaubte tokias sąlygas, kurios atitinka natūralų dujų siekį: karštos dujos kyla aukštyn, o atvėsusios - žemyn. Siūloma schema atitinka V.E. Grum-Gržimailo teoriją.
Pagrindinė idėja - malkų degimo metu gauti maksimalų šilumos energijos kiekį ir maksimaliai ją išnaudoti. Šildymo krosnies konstrukcija turėtu atlikti tam tikras funkcijas ir užtikrinti optimalų šilumos kiekį.
Galima efektyviai kūrenti malkas ir išgauti maksimalų juose esantį šilumos kiekį, bet neefektyviai ją išnaudoti. Arba atvirkščiai, neišgauti maksimalų energijos kiekį, bet efektyviai ją išnaudoti. Todėl galima daryti išvadą, jog šildymo įrenginio naudingumo koeficientas susideda iš kuro deginimo naudingumo ir išsiskiriančios šilumos panaudojimo naudingumo.
Kuro deginimo naudingumo koeficientas apibūdina, kokią dalį energijos (%), esančią malkose, galima paversti šilumos energija, jas deginant.
Apžvelgsime šilumos panaudojimo skirtumus tarp PDJ (priverstinis dujų judėjimas) sistemos ir LDJ (laisvas dujų judėjimas).
Dujų srautas šilumos generatoriuje su bet kokia konvekcine sistema perneša šilumos energiją ir degimo produktus. Konvekcinė sistema yra priemonė panaudoti išsiskiriančią šilumos energiją skirta šildyti centrinio šildymo katilams, kaloriferiams, šilumos masyvo sušildymui ir t.t. Tam, kad išsiaiškinti skirtumus tarp dujų judėjimo PDJ ir LDJ sistemose, įsivaizduokime, kad šilumos šaltinis yra elektrinis šildytuvas. Šiuo atveju nereikia pašalinti degimo produktų.
Užpildysim gaubtą K1 pavaizduotą pav.2 karštu oru. Pav.2 reikšmės yra: K1, K2, ir K3 gaubtų numeriai karštų dujų judėjimo kryptimi; B - šilumokaitis; C - elektrinis šildytuvas; D - oro padavimas; T - trauka. Karštas oras pakilęs į gaubto viršų privers šaltesnį orą leistis žemyn. Jis ten bus tol, kol perduos savo šilumą gaubto sienelėms. Dalis elektrinio šildytuvo šilumos bus perduodama gaubto sienelėms, o kita dalis - gaubte esančiam šilumokaičiui. Jei šildytuvas generuoja daugiau šilumos nei gali akumuliuoti gaubtas ir šilumokaitis, tai šilumos perteklius keliauja į antrą gaubtą, o iš ten ir į trečią gaubtą, jei antrasis nesugebės akumuliuoti visos šilumos. Karšto oro cirkuliacija vyksta be kamino traukos, o tik gamtos dėsnių dėka ir nereikalauja jokios papildomos energijos. PDJ sistemoje šilumos energijos pernešimas įmanomas tik kamino traukos dėka.
Jei gaubto K1 apačioje parodyto 2b pav. eitų karšto oro srautas, tai esant traukai D=T, karšto oro srautas, veikiamas Archimedo jėgos, kyla aukštyn, kur vyksta šilumos perdavimo procesai. Šiluma bus perduodama gaubto sienoms ir šilumokaičiui gaubto viduje, o šilumos perteklius (atvėsęs oras) išeina į kitus gaubtus K2, K3 ir t.t., jeigu jie yra.
Kaip šilumokaitis galėtų vandens katilo šilumokaitis, oro šildymo kaloriferis, kitos technologinės medžiagos. Teoriškai galima parinkti tokį šilumokaitį, kuris išnaudos visą išsiskyrusią šilumą. Tokiu atveju galima būtų teigti, kad išsiskyrusios šilumos absorbavimo naudingumo koeficientas artimas 100%.
Dujų šilumos perdavimas šilumokaičiui priklauso nuo:
- šilumos absorbavimo ploto;
- temperatūrų skirtumo;
- tarpusavio kontakto trukmės.
Kuo reikšmės didesnės, tuo šilumos perdavimas yra geresnis. Gaubtas gali būti bet kokios formos ir tūrio, kur galima patalpinti šilumokaitį t.y., padidinti šilumos perdavimą. Tokios konstrukcijos šilumos generatoriuje padidėja šilumos perdavimo plotas ir karštų dujų kontakto laikas su šilumokaičiu, tuo pačiu didėja šilumos perdavimas.
Toks pat procesas vyks, jei praleisti pro gaubto apačią su oro padavimu D=T, dujų srautą, gautą sudeginus bet kokį kurą greta esančioje pakuroje, kur oras yra kaip oksidatorius. Srautas susideda iš degimo produktų t.y., įvairių dujų mišinio, tame tarpe ir balastinių. Jų molekulės visiškai savarankiškos, be jokių tarpusavio ryšių. Degimo produktai - tai anglies dioksidas, kaip anglies degimo rezultatas (CO2), vandens garai, kaip vandenilio degimo rezultatas, o taip pat balastinės dujos - kuro vandens garai (kuro drėgmė), azoto mišiniai, oro perteklius. Šis dujų srautas praeidamas pro gaubto apačią pasiskirsto pagal sudėtį. Kiekviena dujų srauto dalelė yra tam tikros būsenos (masė, temperatūra, energija) ir randasi tam tikroje vietoje gaubte (LDJ sistemoje) priklausomai nuo tos būsenos. Karščiausia srauto dalis veikiama Archimedo jėgos kyla aukštyn, kaitina šilumokaitį ir randasi ten kol atvėsta. Šaltoji, sunkioji ir nenaudinga srauto dalis, praeina pro gaubto apačią, minimaliai įtakodama šilumos perdavimo procesą (šilumokaitį).
Iš to seka svarbios išvados - dujų srautui praeinant pro gaubtą padidėja išsiskyrusios šilumos panaudojimo naudingumas, nes sumažėja balastinių dujų įtaka šilumos perdavimui.
PDJ sistemoje visi degimo produktai praeina pro degimo kamerą ir konvekcinės šilumos įrenginio sistemos kanalus, susimaišo į vientisą srautą t.y., sumažina jo temperatūrą ir šilumos perdavimo naudingumą. Šioje sistemoje srautas juda kamino traukos dėka.
Iš to seka dar viena svarbi išvada - išsiskyrusios šilumos panaudojimo naudingumas, gautos sudeginus bet kokį kurą bet kokio tipo pakuroje, panaudojus orą kaip oksidatorių, yra didžiausias konvekcinėje sistemoje, kuri yra gaubto konstrukcijos.
Norint padidinti šilumos įrenginio funkcionavimo efektyvumą bei sumažinti kenksmingų dalelių išmetimą į atmosferą, būtina užtikrinti, kad kuras pilnai sudegtų. Yra žinomos 4 sąlygos, kad kuras pilnai sudegtų:
- teisingas pakuros įrengimas;
- dujų mišinio susidarymas;
- aukšta temperatūra;
- optimalus pirminio ir antrinio oro padavimas.
Degimo proceso metu staigiai krenta pirminių komponentų koncentracija (kuro ir oksidatoriaus). Lygiai taip pat staigiai auga degimo produktų koncentracija bei kyla mišinio temperatūra. Bet kokioje sistemoje antrinį orą reikia paduoti virš aktyvaus kuro degimo zonos, kad sudeginti dujas, kurios išsiskiria terminio kuro skilimo metu.
PDJ sistemoje oksidatoriaus ir degiųjų dujų judėjimas vyksta ta pačia kryptimi. Srautui judant tolyn jis tampa vis labiau "balastinis". Liepsnos viršutinėje zonoje kuro ir oksidatoriaus koncentracija sumažėja. Pirminės medžiagos yra atskiriamos dideliu degimo produktų kiekiu. Reaguojančiųjų molekulių kontaktas žymiai apsunkinamas. Šioje vietoje svarbu sukurti intensyvią turbulenciją. Taip pat būtiną degimo procesą aprūpinti oru, priartinant jo kiekį prie optimalaus (minimizuoti), kad vyktų pilnas degimas ir nebūtų kuro pertekliaus. Bet kokiu atveju degimo kameroje bus perteklinio oro, azoto bei vandens garų (iš malkų), kurie mažina srauto temperatūrą ir tuo pačiu blogina kuro degimo sąlygas. Energija, esanti kure, išsiskiria nepilnai, o išsiskyrusi šiluma taip pat panaudojama nepilnai, kadangi yra naudojama balastinių dujų šildymui pakuroje.
Iš to galima daryti sekančią išvadą: kad padidinti kuro energijos kiekį, reikia sumažinti balastinių dujų įtaką degimo procesui ir padidinti degimo temperatūrą.
PDJ sistemos šilumos įrenginiuose nėra vietos šilumokaičiui, nes nėra galimybės sukurti optimalių degimo bei šilumos panaudojimo sąlygų. Jei patalpiname šilumokaitį pakuroje, kuro degimo sąlygos prieštarauja šilumos panaudojimo sąlygoms. Kuo daugiau įsisavinama šilumos (didėja įsisavinimo naudingumas), tuo prastesnės sąlygos degimui (mažėja kuro energijos kiekis). Šilumokaičiai, patalpinti pakuroje ("šaltas branduolys"), mažina temperatūrą t.y., blogina kuro degimo sąlygas. Didinant kanalo skerspjūvį (kad patalpinti šilumokaitį), dujų srautas jame išsiplečia t.y., mažėja srauto temperatūra.
Kurą galima sudeginti gaubte ir be pakuros. Tačiau tokiu atveju nebus gerų sąlygų degimui - aukštos temperatūros, optimalaus oro kiekio degimo reakcijai, jo permaišymo bei pradinio pakaitinimo. Dėl šių priežasčių kurą reikia deginti tam tikroje aplinkoje, kad galima būtų prisilaikyti išvardintų reikalavimų.
Skirtingai nuo PDJ sitemos, LDJ sistemoje degimo reakcija vyksta esant kitokioms sąlygoms.
Degimo kamera 1 (3 pav.) iš šonų apribota sienelėmis, o viršuje katalizatoriumi 2 (grotelės iš šamotinių plytų). Ji turi " sausą siūlę 3, jungiančią ją su gaubtu. Sienutėse yra ertmės 4 sujungtos su pelenine, pro kurias paduodamas antrinis oras virš malkų pro angas 5. Didžioji dalis antrinio oro įšyla, praeidama pro pakuros sieneles ir Archimedo jėgos dėka patenka į viršutinę kuro degimo zoną po katalizatoriumi. Oras taip pat patenka pro 25mm angą, esančią priešais pakuros dureles. Šis oro srautas ypatingai reikalingas užkuriant krosnį, kai antrinis oras dar negali pakilti pro ertmes.
Degimo kameroje sukuriamas gaubtas, kur kiekviena dujų srauto dalelė LDJ metu turi savo trajektoriją priklausomai nuo jos būklės. Kitaip tariant, karščiausios dalelės randasi viršutinėje dalyje, o šalčiausios - apačioje. Antrinis oras išeina pro angas po katalizatoriumi 5, patenka į gaubtą ir leidžiasi žemyn, nes yra sąlyginai šaltesnis, dujų srautas kyla aukštyn. Skirtingai nuo PDJ sistemos, oksidatoriaus ir degiųjų dujų judėjimas vyksta priešingom kryptim ir dėka to atsiranda turbulencija ir pagerėja kontaktas tarp kuro ir oksidatoriaus molekulių. Katalizatorius sukelia dar vieną turbulenciją ir padidina degimo kameros temperatūrą atspindėdamas šilumą. Tokio pobūdžio turbulencinis apsikeitimas apsprendžia degiųjų dujų susidarymo greitį irtokiu būdu ši zona tampa ypatingai svarbia. Degiųjų dujų dalelės jungiasi su deguonimi esančiu ore ir išskiria šilumą bei virsta anglies dioksidu, vandens garais bei kitais degimo produktais. Karštoji srauto dalis kyla į gaubto viršų sudarydama ten aukštos temperatūros zoną ir veikia šilumokaitį, esantį ne degimo kameroje. Balastinės dujos, šaltoji srauto dalis, stumiamos į žemesniają degimo kameros dalį ir patenka į gaubtą per "sausą siūlę", o tada į kaminą arba antrą gaubtą. "Sausa siūlė" turibūti nepertraukiama nuo pakuros dugno ir virš antrinio oro padavimo angų. TAI BŪTINA. Jei pravertumėt namuose langą žiemą 2-3cm, tai atsiras stiprus oro srautas ("per kojas eis šaltis"). Šaltas oras pateks į patalpas per apatinę siūlės dalį, o šiltas išeina pro viršutinę. Analogiška šilumos cirkuliacija vyksta ir šilumos įrenginyje per "sausą siūlę". Sunkūs vandens garai negali pakilti į degimo zoną. Tai ypač svarbu kurenant drėgną kurą, kuris visiškai netinka kurenant PDJ sistemoje.
Degimo procesas (degiųjų dujų) išreiškiamas cheminėmis formulėmis, rodančiomis kokiomis proporcijomis ir kaip reaguoja atskiros medžiagos (D.B. Ginzburg):
С+О2=СО2+7940 kcal/kg С, arba (33190 kJ/kg);
Н2+1/2О2=Н2О+2579 kcal/nm3 Н2, arba (10780 kJ/nm3);
СО+1/2О2=СО2+3018 kcal/nm3 СО, arba (12615 kJ/nm3).
LDJ sistemos šildymo įrenginio pakuroje šie elementai reaguoja chemiškai ir jų santykis išlieka toks pat, o taip pat ir sudėtys t.y., reaguoja anglis C ir vandenilis H2 su deguonimi O2 tokiais kiekiais, kaip cheminėje formulėje. Kitos medžiagos nereaguoja. Tai balastinės dujos, tame tarpe ir atsilaisvinęs azotas (oras su dideliu kiekiu azoto). Todėl oro turi būti pakankamai daug, kad neliktų nesureagavusių elementų, o taip pat reiktų palaikyti tinkamą pirminio bei antrinio oro padavimo santykį. Išvardintos balastinės dujos leidžiasi į pakuros apatinę dalį ir per "sausą siūlę" bei gaubto apačią pašalinamos į kaminą. Kitais žodžiais tariant, šilumos įrenginyje su LDJ sistema cheminė reakcija teoriškai vyksta su oro pertekliaus koeficientu lygiu 1. Tuo tarpu šildymo įrenginiuose su PDJ sistema, net jei ir oro pertekliaus koeficientas lygus 1, po reakcijos atsilaisvinęs, sąlyginai šaltas azotas, atšaldo degimo reakcijos produktus ir mažina srauto temperatūrą.
Skyriuje "Dujų išsiskyrimas" pabrėžiama, kad svarbi kokso savybė dujų išsiskyrimui yra jo reagavimo gebėjimas (aktyvumas) t.y., gebėjimas reaguoti su oro deguonimi, anglies dioksidu ir vandens garais. Įkaitusio kokso veikiamo vandens garais dujų išsiskyrimo zonoje vyksta sekančios reakcijos:
С + Н2О = СО+Н2; и С + 2Н2О = СО2 + 2Н2.
Pirmos reakcijos metu gaunasi tik degios dujos (50%CO ir 50% H2). Šių dujų mišinio šilumos kiekis yra 2802 kcal/nm3.
Iš antros reakcijos formulės gaunasi iš dalies degios dujos (33,3% CO2 ir 66,7% H2). Šių dujų šilumos kiekis yra 1714 kcal/nm3.
Esant aukštesnei temperatūrai intensyviau vyksta pirmoji reakcija. Esant žemesnėms - antroji. Anglies monoksido atsistatymas arba anglies dioksido skilimas, pagal reakciją - C+CO2=2CO, mūsų atveju nevyksta dėl tinkamos temperatūros nebuvimo t.y., 1150°С. (D.B. Ginzburg).
Viena iš degimo reakcijos dalių yra kuro vandens garai. LDJ sistemoje šie garai yra sunkūs ir negali pakilti į viršutinę pakuros dalį. Jie praeina virš kuro ir veikia įkaitusias anglis. Tada įvyksta vandens garų skilimas pagal anksčiau minėtą formulę su išsiskiriančiomis degiomis dujomis, kurios ten ir sudega. Galimai dėl šios priežasties kamine nesikondensuoja kuro vandens garai, o kuro išsiskiriančios energijos kiekis yra virš normos. Šie faktai buvo pastebėti ne vieną karta, ekspoatuojant nuolatinio veikimo katilus. Atsižvelgiant į šių faktų svarbą siekiant didinti atsinaujinančių energijos šaltinių efektyvumą, juos reikia patvirtinti arba paneigti bandymais.
Palyginimui 4pav. nuotraukose pavaizduotas tik ką nukirstos medienos degimas nuolatinio veikimo katilų pakurose. Viršutinėje nuotraukoje katilas su PDJ (priverstiniu dujų judėjimu). Apatinėje nuotraukoje katilo pakura atitinkanti naujos ,LDJ (laisvo dujų judėjimo) sistemos, reikalavimus, kurioje šilumokaičiai patalpinti gaubte. Katilai veikia be priverstinio oro padavimo. Katilo su LDJ sistema pakuroje matome, kad aukštoje temperatūroje malkos tolygiai stipriai įkaista ir vyksta jų terminė destukturizacija (pirolizė). Pakuroje keičiasi kuro degimo sąlygos. Vyksta šaltų balastinių dujų atskyrimas, todėl atsiranda sąlygos sukilti aukštai temperatūrai ir kurui geriau sudegti. Taip užtikrinamas kuro įkaitinimas bei dujų išsiskyrimas, o taip pat "švarus degimas". Dujų mišinys yra nedegus žemoje temperatūroje, o aukštoje - sudega. Patalpinus šilumokaitį gaubte, bet ne degimo zonoje, sudaro sąlygas padidinti energijos išsiskyrimo iš kuro efektyvumą ir maksimaliai padidinti išsiskyrusios šilumos panaudojimą.
Naujos LDJ sistemos šilumos įrenginiuose deginant kurą, kur oras naudojamas kaip oksidatorius, degimo produktų šilumos kiekis padidinamas dėka sumažinamos balastinių dujų įtakos oksidacijos procesui.
Drėgnų malkų šilumos kiekis yra mažesnis nei sausų t.y., jų degimo metu padidėja balastinių dujų kiekis. Balastinių dujų įtaką degimo procesui galima stebėti pavyzdžiui degant acetilenui suvirinimo darbų metu. Acetileno degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekis priklauso nuo naudojamo oksidatoriaus t.y., nuo balastinių dujų kiekio. Jei naudotume or1 vietoje deguonies degimo zonoje, tai degimo reakcijos temperatūra ir energija, išsiskyrusi iš acetileno, būtų nepakankama metalo pjovimui ar suvirinimui.
Naujos sistemos LDJ šildymo įrenginiuose kuro degimo procesas yra natūralus, savireguliuojamas bei optimalus. Pagerinus kuro degimo sąlygas, tuo pačiu didėja ir energijos išgavimo efektyvumas.
LDJ sistema plačiai naudojama ir vystoma projektuojant ir statant buitines krosnis ir malkinius katilus. Jos išskirtinumas - nepaprastas lankstumas, kuris jau suteikė galimybę išleisti tūkstančius aukšto naudingumo, įvairios paskirties buitinių krosnių ir katilų konstrukcijų. Yra galimybė sukurti be galo daug įvairios formos, galingumo, paskirties, daugiafunkcinių, kelių aukštų, tame tarpe ir pramoninių, šilumos generatorių. Malkiniai nuolatinio veikimo katilai rodo nuostabius rezultatus ir produktyvumą. Jų pakurose vyksta švaraus degimo procesas aukštoje temperatūroje. Tai užtikrina dujų išsiskyrimą iš kuro, kuris įkaista iki 1060°С. Šie įrenginiai jau dabar apšildo keleto tūks. kv. m patalpas, kai tuo tarpu šilumos nešėjas juda be siurblio. Daugkartiniai matavimai per parą sudeginamų malkų parodė, kad jose esančios energijos kiekis yra mažesnis, nei išskiria katilas. Neįtikėtina, bet tai yra faktas, kurį reikia patvirtinti arba paneigti bandymais.
LDJ sistema įgyvendinama daugelyje pasaulio šalių. Atlikti šios sistemos krosnių bandymai JAV, Kanadoje, Prancūzijoje, Švedijoje, Rusijoje, Vokietijoje parodė naudingumą iki 90%. Po eksperimentų Prancūzijoje ir galutinio jų patobulinimo, pavyko pasiekti labai švaraus degimo. Nepriklausomi šios konstrukcijos krosnies tyrimai Švedijoje, kuriuos atliko "AF-kontrol AB" įmonė 2008m. sausį, parodė, kad CO ir organiškos anglies išmetimas yra daug žemesnis, nei maksimaliai leidžiami rodikliai. Jos naudingumas virš 90%. LDJ sistema - tai naujas ir kokybiškas biokuro deginimo technologijos lygis, kuriam analogų pasaulyje nėra, tai realus energijos taupymas.
[...]
Šiuo metu pasaulyje kieto kuro deginimas vyksta dviem etapais:
1 etapas - brangi ir energijos reikalaujanti granulių ar briketų gamyba;
2 etapas - granulių deginimas, kuris automatizacijos lygiu prilygsta dujų ar dyzelinio kuro deginimui.
[...]
Apie naujas LDJ (laisvo dujų judėjimo) sistemos savybes.
Principinis dviejų sistemų skirtumas. PDJ sistemoje dujų dalelės konvekcinės sistemos kanalais juda į viršų, apačią ir šonus dėka kamino traukos ir susimaišo į vientisą srautą.
LDJ sistemoje dujų dalelės juda gaubtu (konvekcine sistema) ne tik dėl kamino traukos, bet ir į gaubto viršų dėka Archimedo jėgos, o taip pat jas veikia šilumos perdavimo procesai, vykstantys gaubte, kurie vėsina daleles ir keičia jų judėjimo trajektoriją. Pastarasis veiksnys neįtraukiamas į dujų srauto judėjimo skaičiavimus. Kuro vandens garai negali kilti aukštyn, nes yra sąlyginai sunkūs, todėl juda kuro paviršiumi, saveikaudami su įkaitintomis kuro anglimis.
Tam, kad geriau suprasti apie ką kalba, prisiminkime apie kai kurias įvairių namų krosnių (šilumos generatorių) dalis, pakuros bei konvekcines sistemas.
Pagrindinės bet kokios sistemos krosnių dalys:
- pakura (tame tarpe padas), skirta kuro degimui;
- konvekcinė sistema, skirta praeinančių dujų šilumos akumuliavimui ir panaudojimui (apsprendžia dujų srauto judėjimo principą);
- kaminas su natūralia trauka (arba mechaninis oro padavimas - trauka), skirtas degimo produktų pašalinimui, kuris yra vienodas bet kokio tipo krosnims.
Šiame straipsnyje apžvelgiamos ir palyginamos tik pakuros ir konvekcinės sistemos PDJ ir LDJ sistemose. Kaminas, su natūralia trauka, turimas omenyje, tik kaip priverstinio degimo produktų pašalinimo mechanizmas ir jo veikimas detaliau nenagrinėjamas.
Kodėl PDJ sistemoje negalima kurti sudėtingų daugiafunkcinių krosnių, o LDJ sistemoje yra galimybė kurti begalę skirtingos paskirties ir galingumo šildymo įrenginių?
Dujų šilumos perdavimas šildymo paviršiui priklauso nuo: temperatūrų skirtumo, kontakto ploto ir laikotarpio, medžiagos, šildymo paviršiaus formos bei masės.
Kūną (dalelę), esančią dujose, veikia dujų slėgio jėga, kurios atstojamoji nukreipta į viršų. Tai palaikanti (Archimedo) dujų jėga.
Palaikanti dujų jėga (Fa) yra lygi kūno masei, patalpinto dujū tūrį. Fa=ρgV, kur ρ - dujų tankis, g - laisvo kritimo pagreitis, V - patalpinto kūno tūris. (Elementarus fizikos vadovėlis).
Nusileidimo kanale (dujų judėjimas iš viršaus į apačią) skerspjūvyje srauto energija pasiskirsto vienodai. Šis reiškinys vadinamas"savireguliacija" ir paaiškinama tuo, kad dujų jėgų, kamino trauka ir Archimedo jėga, skirtingų krypčių. Traukos kryptis žemyn, o Archimedo jėga - į viršų. Jei kažkurioje horizontalaus kanalo skerspjūvio vietoje srauto temperatūra aukštesnė, tai ten Archimedo jėga didesnė. Toje vietoje stabdanti jėga padidėja ir srautas krypsta ten, kur jam lengviau judėti. Temperatūros kritimas kanalo sienelių skerspjūvyje vyksta ten, kur yra šilumos mainų procesai, o jos reikšmė priklauso nuo sienelių medžiagos, kanalo formos ir kt.
Pakilimo kanale tauka ir dujų Archimedo jėga veikia viena kryptimi (į viršų) ir yra sumuojamos. Dėl šios priežasties srautas kanalo skerspjūviu juda netolygiai, greičiau ten, kur temperatūra aukštesnė. Šilumos mainų procesas pasiskirsto netolygiai. Ypatingai tai pastebima kanaluose su dideliu skerspjūviu.
...
Vertė: Eduard Volynskij
Originalus tekstas: http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=219