Перш ніж розглянути проблему вторинного згоряння, корисно буде детальніше розглянути паливо, яке найчастіше використовується в камінах, тобто деревину.
З хімічної точки зору деревина складається з горючих та негорючих речовин.
Основні горючі компоненти деревини:
- Целюлоза - це основний будівельний матеріал рослинних клітин, з хімічної точки зору це полісахарид.
- Лігнін - важливий компонент деревини, однією з його функцій є механічне зміцнення клітинних стінок, а також є частиною капілярів, які проводять воду та поживні речовини в рослинах, а отже, і в деревах.
- Смола - міститься в деревині хвойних дерев. Через те, що вуглеводні, що містяться в смолі, мають значно вищу теплотворну здатність, ніж целюлоза або лігнін, деревина хвойних дерев, що містять смолу, має трохи вищу теплотворну здатність, ніж деревина листяних дерев.
Калорійність різних видів деревини
Негорючі компоненти деревини:
- Неорганічні речовини - утворюють негорючий залишок горіння - золу.
- Вода - волога, що міститься в деревині.
На загальну теплотворну здатність деревини впливає частка негорючих компонентів, особливо вологи. Вода, що міститься в деревині як хімічна сполука, має певну теплоту випаровування (кількість тепла, необхідного для перетворення води в пару). Чим більше води в деревині, тим більше тепла (енергії) потрібно для перетворення її в пару (сушка). Таким чином, збільшення вмісту води в паливі, як правило, погіршує енергетичний баланс самого процесу згоряння.
Вологість деревини виражається як вагове відношення води до загальної маси вологої деревини:
Залежність теплотворної здатності деревини від вмісту вологи
Випалювання деревини - це хімічний процес. Хімічні реакції, що виникають під час цього процесу, бувають як ендотермічними (для їх проведення потрібно тепло), так і екзотермічними (теплота виділяється в результаті їх реакції).
При нагріванні дров вода, що міститься в ній, повинна спочатку випаруватися. Випаровування води витрачає багато тепла і охолоджує деревину. Лише після того, як вода випарується, температура підвищується і починають виділятися інші леткі речовини, а окремі речовини, що містяться в деревині, термічно розкладаються. Це створює суміш легкозаймистих газів та деревного вугілля на решітці.
Горючі гази з повітрям, що подається через решітку (первинне повітря), згорають у вигляді тривалого полум’я - первинного згоряння. Однак цей процес не спалює всі горючі речовини, оскільки зазвичай не вистачає кисню або досить висока температура.
Тому важливі дві речі.
Необхідно забезпечити, щоб камера згоряння, в якій відбувається горіння, мала достатню температуру. Цей стан забезпечується конструкцією закритого чавунного або сталевого корпусу камінної топки.
Друга умова - подача достатньої кількості повітря в простір над палаючим полум’ям. Подача повітря для підтримки чергового т.зв. вторинне згоряння вирішується конструкцією вставки, і кожен виробник вирішує цю проблему по-різному, але зазвичай системою каналів всередині корпусу вставки, через які повітря протікає над полум'ям.
Вторинне горіння також підтримується повітрям, що використовується для промивання скла вставки. Виробники вирішують промивання, подаючи повітря по всій довжині склянки у верхнього краю. Для старих типів вставок виробники вирішують це, не запечатуючи скло у дверях ущільнювальним шнуром на верхньому краї (ущільнення знаходиться лише на нижньому краї та по обидва боки скла). Створений таким чином суглоб постійно подає повітря зсередини в корпус вставки.
Приплив вторинного повітря для старих типів вставок - Blanzek 700
У більш сучасних типах топок це повітря, як правило, подається зовні через систему повітропроводів у корпусі камінної топки. В обох випадках потік повітря вздовж скла дверцят вставки запобігає її надмірному засміченню та смолистості.
Приплив вторинного повітря для сучасних вставок - Romotop
Це повітря, яке виробники іноді неправильно називають третинним, тоді допомагає у процесі вторинного горіння.
Таким чином, вторинне повітря дозволяє вигоріти залишкам незгорілих газів, вивільняючи тим самим залишок енергії, що міститься у паливі, а в ідеалі лише диоксид вуглецю, водяна пара та азот, що виходять із димоходу. Вторинне згоряння летких газів та частинок викидів, тобто їх газифікація, призводить до значної економії палива (до 50%) і тим самим, звичайно, значно підвищує ефективність процесу горіння в камінній топці або печі. І останнє, але не менш важливе, вторинне згоряння має значну перевагу в мінімізації викидів у повітря з вашого димоходу.
Забезпечуючи подачу третинного повітря у справжньому розумінні цього слова, деякі виробники камінних топок вирішують питання дотримання суворих норм викидів у Німеччині, Австрії тощо. Суть полягає в тому, щоб знову подавати більше повітря через систему повітроводів безпосередньо перед вихідною горловиною, де димові гази залишають корпус вставки. Відбувається додаткове оксигенування та подальше згоряння решти частинок, що містяться в димових газах. При цьому згорянні виділяється мінімальна кількість тепла, яке ми зазвичай включаємо в т.зв. втрата димоходу. Його метою є не отримання додаткового тепла з димових газів для самого опалення, а зменшення частки викидів у димових газах.
Зараз ми детальніше розглянемо принцип вторинного горіння або, як ми вже говорили, принцип газифікації частинок викидів та їх подальшого згоряння. Весь процес горіння проходить у чотири етапи:
- Етап 1 - нагрівання палива та його сушка (випаровування води, що міститься в деревині)
Це відбувається при температурі до 100 ° C.
- 2 етап - розкладання структури палива (піроліз)
Це відбувається при температурі близько 400 ° C. Газ, пари та рідини виділяються, вугілля та зола залишаються на решітці.
- 3 етап - реакція деревного вугілля з киснем, вуглекислим газом та водою (відновлення вуглецю)
Це відбувається при температурі близько 700 ° C.
- Стадія 4 - окислення - реакція метану та кисню (горіння) з утворенням вуглекислого газу та водяної пари та виділення тепла
Екзотермічна реакція, яка є джерелом додаткового тепла, що виділяється при вторинному згорянні, є одночасно джерелом тепла для ендотермічних основних реакцій газифікації.
Я роблю висновок
Ми пояснимо енергетичні переваги вторинного горіння за принципом основних 2 типів камінів. Історично давніша конструкція каміна - це т. Зв відкритий камін. При такому способі спалення деревини лише т. Зв при первинному згорянні всі леткі гази та частинки викидів марно виходять у димохід. Вторинне горіння не відбувається через те, що в цьому типі фокусу не виконуються згадані раніше умови, а саме недостатня температура і нестача кисню для початку газифікації частинок викидів та їх подальшого згоряння. Ефективність такого процесу становить приблизно до 30%. Таким чином, це досить велика жертва задоволення зазирнути у відкрите вогнище полум’яного полум’я, яке не покриває скло.
З цієї причини сьогодні домінують каміни, де вогнище реалізується за допомогою камінної топки або камінної печі, що усуває принциповий недолік відкритих камінів. Ефективність процесу горіння всередині камінної топки або печі становить тоді 65-85%.
У всіх вставках або печах відбувається вторинне горіння, воно відрізняється лише своєю інтенсивністю, досконалістю згоряння летких газів та частинок викидів. Ступінь використання енергії, що міститься в паливі, а отже, і досконалість вторинного згоряння чітко виражає ефективність роботи камінної топки або печі як найважливішого параметра, який слід враховувати при їх виборі.
Що стосується своєї продукції, роздрібні продавці часто заявляють у технічних параметрах, що вони спокушають своїх клієнтів, що їхній продукт має приплив повітря для підтримки вторинного згоряння. Описавши весь принцип горіння, стає зрозуміло, що з точки зору ефективності роботи камінної топки або печі цей параметр не настільки важливий. Коротше кажучи, конструкція вставки повинна бути такою, щоб відбулося вторинне згоряння частинок випромінювання та виділення енергії, що міститься в них. Те, як повітря для підтримки вторинного горіння подається до зони вогнища, не повинен цікавити замовника, це турбує дизайнер, а не користувач.
У своєму виборі, крім ваших вимог до загальної конструкції, типу вставки та естетичного вигляду, особливо щодо ефективності роботи камінної топки або печі, найважливіший параметр, який вказаний у технічному аркуші.
Нарешті, ми хотіли б на мить зупинитися на ефективності, як технічному параметрі, що має найбільшу інформативну цінність серед усіх інших. Вимірювання ефективності кожної камінної топки або плитки відбувається за абсолютно однакових умов, прописуються вологість та тип використовуваної деревини та ряд інших умов входу. Метод вимірювання точно описаний відповідним стандартом, а саме вимірювання проводиться в державних випробувальних лабораторіях. На основі цих вимірювань кожен такий фокус вставки або плитки сертифікується, і, серед іншого, для неї визначається значення ефективності. Тому неможливо будь-яким чином покращити цю інформацію продавцями, які хотіли б прикрасити свою продукцію для своїх клієнтів. Отже, це найкращий параметр, який говорить про якість товару, а також про те, наскільки витончений його дизайн.