Главная  \  Интересная информация  \  О горении твердого древесного топлива

Твердое древесное топливо – дрова, брикеты гранулы и прочее состоит, в упрощенном виде из двух основных составляющих:

По массе летучие могут составлять до 70% от массы сухой древесины, а уголь 30%.
При пиролизе (углежжении) древесина нагревается без доступа кислорода воздуха, и смолы из нее удаляются (испаряются) и остается уголь для шашлыка.
Когда мы начинаем разжигать костер, и подносим горящую спичку к сухой веточке, то первое что происходит это пиролиз: веточка нагревается и из нее во все стороны начинают выделяться пиролизные газы или смолы в виде паров. Если мы быстро уберем спичку то мы увидим эти пары, которые конденсируются в воздухе в видимый дым. Дым это мельчайшие частицы жидких или затвердевших смол. Дым от сигареты это то же самое. А сигаретный фильтр улавливает наиболее крупные частицы. Газы и пары могут быть бесцветными или окрашенными, но всегда прозрачны.
Если мы быстро не убрали спичку и веточка достаточно сухая, то эти газы и смолы загораются. Картина при этом упрощенно такая:

Газы и пары смол сгорают в воздухе с участием кислорода с выделением тепла. Большая часть тепла при этом уходить в окружающее пространство, а меньшая нагревает древесину. Причем нагрев идет как конвективный (горящие газы высокой температуры соприкасаются с древесиной и нагревают ее), так и лучистый – пламя излучает тепло и нагревает непрозрачные предметы.
Горение летучих (газов и паров смол) назовем первой стадией горения твердого древесного топлива.
По мере выгорания летучих веществ картина меняется и переходит к следующей смешанной стадии горения:

Та часть древесины, из которой уже вышли летучие представляет собой древесный уголь. Древесный уголь горит без открытого пламени (горящие угольки каждый наверняка видел) и отдает тепло в виде лучистой энергии и очень горячего, но несветящегося углекислого газа. Часть древесины в которой еще содержатся летучие (это, как правило, центральная часть) горит с открытым пламенем, но меньших размеров чем на первой стадии.
И третья стадия – горение древесного угля:

В этой стадии горение твердого вещества без открытого пламени.

Как горит костер

Наверняка каждый в своей жизни хотя бы раз разжигал и поддерживал костер. Иногда костер хороший жаркий и горит почти без дыма. А иногда почти один дым и никакого тепла. Конечно, это часто бывает из за сухих или сырых дров. Но умелых рук и знающей головы никто не отменял. Один и из сырых дров делает хороший костер, у другого и сухие дрова дымят на весь лес. Почему так происходит? Давайте посмотрим проистекающие при этом процессы в нашей же упрощенной схеме.
Рассмотрим здесь то же три основных момента:

• розжиг,
• нормальное поддержание костра,
• неправильное поддержание костра.

Схема розжига выглядит примерно так:

Обычный нормальный процесс розжига костра выглядит так:

• Уложить растопку (совсем тонкие сухие веточки, или сухую траву, или сухую стружку).
• На растопку уложить мелкие ветки.
• На мелкие ветки уложить ветки покрупнее.
• Поджечь спичкой (или бумажкой) растопку.
• Подождать пока все загорится, можно активизировать все дутьем.

Как происходит процесс, в свете выше изложенного?
Зажженная спичка (у нее первая стадия горения) зажигает растопку – тонкие сухие веточки (начинается так же первая стадия горения).
Над растопкой уложено промежуточное топливо – мелкие ветки. Пламенем растопки (лучистым и конвективным нагревом) нагревается промежуточное топливо. Топливо должно нагреется до высокой температуры, что бы началось выделение летучих веществ. Если топливо слишком крупное и требует для нагрева много тепла, то первой и второй стадии горения растопки может не хватить для нужного прогрева и первая попытка розжига окажется неудачной. Но пусть все хорошо подобрано.
Выделяющиеся пиролизные газы, смешавшись с воздухом, загораются, если эту смесь нагреть примерно до 270 градусов Цельсия. Так получается, если пламя растопки практически соприкасается с топливом и выделяющимися при этом пиролизными газами. НО!!! Это так если газы из абсолютно сухой древесины. С увеличением влажности древесины температура воспламенения пиролизных газов возрастает, поскольку в их составе появляется негорючий водяной пар.
Поэтому, до того как воспламенятся пиролизные газы, из топлива практически всегда идет дым. Дым, как выше было сказано, это остывшие пиролизные газы. Дыма больше при сырых дровах, меньше при сухих, но он есть всегда, кроме двух отдельных случаев, но это не относится к теме нашего изложения.
От промежуточного топлива (мелких веток) воспламеняется основное топливо (более крупные ветки). Процесс их воспламенения проходит так же через нагрев пиролиз и воспламенение пиролизных газов.
Наконец все топливо в костре охвачено пламенем. Костер ярко горит и практически не дымит.
Нормальное поддержание костра.
Нормально поддерживаемый костер горит устойчивым пламенем, почти без видимого дыма. Для этого топливо подбрасывается регулярно, достаточно часто и достаточно малыми порциями. Топливо подбрасывается в то время, когда костер горит сильным и ярким пламенем, свежее топливо по возможности должно все или большая его часть находится в пламени, но верхняя часть его часть обязательно.
На схеме это выглядит примерно так:

Свежее топливо попадает в середину пламени, нагревается лучистым и конвективным нагревом и начинает выделять пиролизные газы. Эти газы сразу попадают в пламя от уже горящих дров, смешиваются с ними и воспламеняются. Даже когда в пиролизных газах много влаги, они все равно сгорают в пламени от нижележащих дров.
Теперь о слегка неправильном поддержании костра.
Топливо прогорает достаточно сильно, но пламя еще остается, и в этот момент добавляется достаточно большое количество дров.
Схема при этом такая:

Костер при этом горит, но много дымит, потому что пиролизные газы частично сгорают, а большая часть уходит в виде дыма, унося при этом энергию несгоревших частиц.
И, наконец, неправильное поддержание костра. Дрова добавляют, и в большом количестве когда остаются практически одни угли. При этом в течение какого то времени очень много дыма, нет пламени. Затем пламя появляется (это практически одномоментно происходит), Дым пропадает и так до очередного прогорания. Схема после очередной порции топлива выглядит примерно так:

Что можно сделать, что бы не получать такого количества дыма?
Нужно просто повторить в упрощенном варианте схему розжига. Сначала на угли поместить небольшое количество тонких веточек, они практически сразу вспыхнут. После этого добавить непосредственно в пламя топливо покрупнее. И после его воспламенения добавлять основное крупное топливо. Дыма при этом минимум, устойчивое горение появляется максимально быстро.
Если теперь наш костер поместим на колосник, приподнятый от земли для улучшения притока воздуха, по периметру окружим охлаждаемой водой стенкой, а полученные продукты сгорания пропустим через трубы, так же находящиеся в емкости с водой то мы получим котел Теплан или любой другой жаротрубный котел с «холодной» топкой.
Пройдемся через все стадии работы котла.

Розжиг, схема следующая:

Практически все как и при розжиге костра, но!!! Смолы пиролизных газов откладываются на холодных стенках труб, уменьшая теплопередачу и уменьшая сечение для прохода газов – уменьшают тягу. Это неизбежное зло процесса розжига, поэтому надо стараться делать это как можно реже, проходить этот процесс как можно быстрее, меньше придется чистить тубы. Если дрова сырые то на холодных трубах конденсируется водяной пар и вода капает на топливо, затрудняя розжиг. Этот эффект (конденсация водяных паров) наблюдается, когда стенки имеют температуру меньше 60 гр.Ц. Что бы минимизировать этот эффект необходимо или запускаться на прогретом котле, или процесс нагрева проходить как можно быстрее – использовать байпас или уменьшать циркуляцию через котел.
Какие практические рекомендации можно предложить для оптимального процесса розжига?

• Тщательно прочистить котел, газоход и дымовую трубу.
• Заготовить мелкое сухое топливо (растопку) и мелкое основное топливо.
• Прогреть дымовую трубу для создания тяги. Для этого в основании трубы развести небольшой костерок (если есть такая возможность) или сжечь в газоходе несколько газет.
• Проверить циркуляционный насос, но циркуляцию не включать.
• Вторичный воздух закрыть, что бы не уменьшал тягу.
• Растопку начинать небольшим количеством сухой растопки, что бы минимизировать дым (смолы) и максимально быстро получить пламя.
• Постепенно добавляя малые количества сухого топлива довести процесс горения до состояния, когда пламя заполняет все топочное пространство и слегка уходит в трубы.
• Открыть вторичный воздух.
• При добавлении топлива закрывать зольник, а загрузочную дверку открывать на минимальное время. Открытая загрузочная дверка расхолаживает топку и уменьшает тягу.
• По достижении температуры более 60 градусов включить циркуляцию, если есть байпас то с байпасом.
• Байпас в последующем регулировать так, что бы обратка не была ниже 55 градусов.
• Перейти на мелкое основное топливо. На этом процесс розжига можно считать завершенным.

Нормальный режим эксплуатации. Схема следующая:

Рекомендации на поддержание нормального режима горения просты:

• Дрова помельче. Чем сырее дрова, тем мельче они должны быть вплоть до сечения 2х3 см.
• Подбрасывать почаще.
• Количество дров держать в топке такое, что бы пламя лизало трубную доску (там где трубы начинаются, но в трубы практически не уходило.
• Контролировать процесс через смотровое окошко, а не открыв дверку.
• Обратку держать не ниже 55 градусов.
• Поглядывать на дым из трубы – должен быть бесцветный или белый, когда холодно. Если темный – много первичного воздуха, мало вторичного (если пламя в топке нормальное) – приоткрыть вторичный воздух или прикрыть первичный.

Теперь про нештатные, проблемные режимы.
Нештатный 1.

За один раз загружают слишком много сырых или крупных, или одновременно и сырых и крупных дров. Картинка при этом такая:

Не сгоревшие пиролизные газы и смолы (которые в костре просто улетают в атмосферу в виде дыма) откладываются на трубах, уменьшая сечение.
Уменьшенное сечение уменьшает тягу.
Уменьшенная тяга ухудшает горение, количество несгоревших смол, отложенных на трубах, увеличивается.
Ухудшенное горение снижает температуру в трубе, еще в большей степени снижая тягу. «Умелый» оператор может за несколько часов перевести котел в неработоспособное состояние. Дальше только остановка и тщательная прочистка всего комплекса – котла, газохода трубы.

Нештатный 2.

Топливо в котле прогорает до состояние углей, затем на эти угли набрасывается много сырых крупных дров. Схема следующая:

Действуют все факторы нештатного случая 1, только значительно быстрее, поскольку пламени в топке нет и ВСЕ смолы откладываются на теплообменнике, газоходе.
И есть дополнительный сильно неприятный момент: при определенном стечении обстоятельств возможен сильный хлопок с выбросом пламени и частиц горящего топлива в помещении котельной.