Печь Лачиняна

[kga079]

Возникло желание на примере измененной Лачинянки (изменения связаны со своими взглядами не процессы в КС (камере сгорания) и введя водяную рубашку - аналог Ники)... Поскольку Нику можно увидеть только купив чертежи, буду свои пояснения скрин-шотами...
Учитывая невысокую коррозионную стойкость решил внутри все футеруем резанным шамотом (ША), толщиной 40мм, устроив на стыках кирпичных сегментов газоходы -эжекторы в которых вход эжектирующего воздуха выполнен из под колосников, а эжектируемого из зоны горения углей... (рис.1)...

Теплосъем производится водоохлаждаемой стенкой  с внешник сторон газоходов (8шт) - см.рис.2 

и после прогрева верхней камеры сгорания-колпака и разогретых шамотных стенок -см.рис.3...

Классическая (прямой контакт пламени с водо-охлаждаемой поверхностью) тепловоспринимающая поверхность - 8 газоходов (740мм х 40мм) - 2368см2; площадь нагрева через шамотный кирпич (37,7*3,14*74 -2368 = 6392см2)
Приведу результаты инструментальных замеров (правда на печах с многослойной стенкой, произведенных Шевяковым и опубликованой в журнале Молодой ученый - см. рис.4

Могу конечно ошибаться но на 5кВт в пиролизном режиме расчитывать вполне реально, В среднем - 3,5кВт... На большее можно расчитывать пропорционально увеличив конструкцию...
В отношении малого теплосъема... Бесспорно прямой контакт с ВОП (водо-охлаждаемая поверхность) предпочтительней, но надо учесть что температура ДГ (дымогазов) по мере продвижения по ходам ТО постоянно снижается... Да и о роли температуры в КС (камера сгорания) не стоит забывать (10л воды греть температурой в 1000 гр. С вдвое эффективнее чем температурой в 500 гр. С) Но об этом позднее...
К плюсам теплопередачи через шамот можно отнести теплоемкость и тепло-накопительные свойства (остывает на сразу) шамота...
Не затрагивал проблематику увеличения количества монтажных шпилек (своего рода термосифоны), в силу того, что работать они будут только по мере оседания топлива и соответственно увеличения количества "работающих" термосифонов...

[kga079]

Идем дальше ...
Рассмотрим подробнее процессы происходящие а Лачинянке с самых азов...
Начнем с горения

Лежат у нас в зольном ведре дрова, которые мы подожгли и которыми пытаемся распалить уголь в основной закладке... Открыт "на всю" кран подачи воздуха для работы в "пиролизном режиме", дует вентилятор, обеспечивая воздухом для горения дрова и уголь, когда он разгорится...
Как распределяются воздушные потоки? Куда в первую очередь и куда в последующие?
Равномерно распределившись (с долей допущения) вокруг зольного ведра воздух в первую очередь стремится вверх (где у нас газоходы), потому как очень не любит ломаний (особенно на углы более 45 градусов и уж тем более 90 градусов) потока... А вот упершись в мини-свод (большая часть грани с впускными отверстиями газоходов), он турбулизируясь и приобретая некоторую избыточность давления, находит для себя путь в к дровам. Первый вывод - первичен путь воздуха в газоходы...
Как движутся пламя и ДГ (дымовые газы)? По пути наименьшего сопротивления, то есть в основном через неплотности между кусками угля в порты -входы газоходов. причем тяги на первых порах нет, но есть небольшой эжектирующий эффект,.. В силу того что небольшой горячие ДГ находят для себя и еще один довольно короткий путь - тоже во входное отверстие газоходов, вступая по пути в конфликт (противоход) с поступающим для горения дров и угля воздухом, вызывая пульсации..., но попадая таким "обходным" путем в газоходы и разогревая их (не забываем о догорании ДГ), вскорости получаем тягу и как следствие более веселые процессы горения как у дров так и разогрев и разгорание угля... Второй вывод: путь ДГ и ПГ в порт следствие результирующего действия тяги (в большей степени) и эффекта эжектирования (в меньшей степени)...
Потому как без эффекта эжектирования в любое из отверстий газоходов не полезет ничего... Всплывание горячено газа конечно будет но и без посторонней помощи (эжектирования) ему тоже не обойтись... У @Валеры2829, вся работа горелки ГВТТ на этом построена, только не в канал а в струю...

Идем дальше...
Следующий этап... Дрова в зольном ведре прогорели, уголь разгорелся... Начался этап разгона для создания условий перехода в "режим пиролиза"

Движение газов:
Увеличиваем подачу воздуха через вентилятор... Воздух поступает в газоходы (по прежнему приоритет) для горения летучих в огневых каналах (газоходы) и под колосники для горения твердой угольной фазы (углей)...
Летучие в зоне горения углей - расширяясь во всех направлениях для движения все же выбирают путь наименьшего сопротивления... Зона горения углей условно поделена на зоны влияния со своими путями движения газов в 8-ми зонах таковыми являются порты или ГО (газовые окна) в центре зоны горения углей путь движения летучих вниз под колосники, где они встречаясь в кислородом воздуха сгорают и поднимаясь вверх (в зону горения углей), восстанавливаются из СО2 в 2СО еще более увеличивая давление газа в слое горящих углей, причем экзотермия процесса сгорания СО превышает эндотермию реакции восстановления:
Скокс+СО = 2СО - 39893ккал/моль
2СО + О2 = 2СО2 + 135300ккал/моль
что в купе с прямым горением углерода топлива ведет к существенному росту температуры, что для угля, учитывая особенности его горения на колосниках (преобладает кондуктивный нагрев между комочками горящего почти без пламени угля с ростом температуры внутри слоя и выстужением по краям и на колосниках). Получившаяся своеобразная обращенная горелка в плане создания высоких температур работает эффективнее нежели слой определенной толщины лежащий на колоснике...
Рост температуры в слое горящих углей вызывает прогрев вышележащего слоя и его пиролизацию без доступа воздуха (содержание азота не превышает 4%, жаропроизводительность 2030гр.С)

Пары влажности воздуха и пары влажности топлива... Реакция образования водяного газа и его последующее сгорание, думаю особых пояснений не требует... Формулу все же приведу:
Скокс + Н2Опар = Н2+СО-30044ккал/моль эндотермия - 30044ккал
СО + 1/2О2 = СО2 + 67650ккал/моль
Н2 + 1/2О2 = Н2О + 57800ккал/моль экзотермия - 125450ккал
То есть снова приличный рост температуры в слое горящих углей...
Как мы видим условия для довольно быстрого роста температуры внутри слоя горящих углей вполне благоприятны... Ограничивающим фактором может служить лишь материал колосниковой решетки... Для чего нам высокая температура или способность к быстрому набору температуры?
1) Для компенсации недостатка теплообменных поверхностей (нет площади - бери температурой)
2) Для возможно более быстрого отклика при процессах саморегулировки системы
Теперь вопрос немного не в тему:
А как с диссоциацией паров влажности на водород и кислород?
Нужна температура 2500 гр. С, но в середине "кучки" горящих углей той, что меньше других (граничных зон подвержена выстужению воздухом, реакциями восстановления разве не возможны условия для получения температур достаточных для начала процесса диссоциации паров?
Хотелось бы услышать мнение форумчан...

[kga079]

Продолжение...
Процесс разогрева описанный ранее,  протекает аналогично процессу горения в Энергии ТТ, и отличается только распределения воздуха для горения между газоходами и колосниками... В случае с Лачинянкой зольное ведро (почему столько внимания ведру) служит ограничивающим фактором для доступа воздуха под колосники (есть еще фактор прогрева воздуха, но он важен для пиролизного режима)...
Идем далее... Нижняя топка разогнана, необходимые температуры достигнуты...
Полностью прекращается подача воздуха через вентилятор, и путем уменьшения подачи воздуха через нижний воздуховод в форсунку (под зольное ведро) добиваемся такого режима при котором основное горение происходит в газоходах, а воздуха под колосниками хватает лишь для поддержания минимально необходимой температуры слоя полу-горящих, полу-тлеющих углей.

Причем угли должны тлеть, а функцию поддержания необходимого температурного режима будет выполнять обращенное горение (для чего необходима более высокая эффективность) тех ПГ, которым удалось пройти под колосники через слой тлеющих углей... Причем чем сильнее горение в газоходах, тем больше ПГ высасывается из слоя углей тягой-эжекцией (вплоть до полного прекращения диффузии ПГ под колосники)...
Нет горения под колосниками - начинается процесс постепенного снижения температуры в слабогоряще-тлеющем слое углей с соответствующим снижением греющего воздействия на вышележащий слой, который остывая начинает выделять меньше ПГ, что вызывает снижение температуры горения в факеле газоходов... В результате получим снижение тяги и некоторое перераспределение потоков воздуха со смещением в сторону под колосникового пространства, что вызовет улучшение горения углей и новый рост температуры в углях с ростом нагрева вышележащего слоя и соответственно увеличением выделения ПГ... Своеобразный механизм саморегуляции или балансирование вокруг некой равновесной зоны...
Этот механизм не используется в Энергии ТТ, потому в свое время уважаемому @Анестезиолог -у и не удалось заставить работать Лачинянку должным образом...
Видимо неспроста Сергей Суренович пошел на усложнение зольного отделения (достаточно сложный механизм открывания)... Казалось бы к чему городить огород? Делай газоплотную дверку как в Энергии ТТ и все... В этом случае "ВСЕ" пиролизному режиму... Ввиду отсутствия механизма саморегуляции...

Чтобы пиролизные газы и все газы имеющие потенциал для горения не вылетали в трубу, считаю единственно верным задействовать потенциал, использованый Лачиняном и оставленный без внимания в Энергии ТТ - это задействовать в качестве камеры дожига (или верхней камеры горения) колпак по аналогии с колпаком Кузнецова (или Грум-Гримайло)... Расписывать теорию СДГ не буду - прочтете на соответствующем сайте,

Имея горение в газоходах в "пиролизном режиме", аналогичное горению в райзере "ракеты", будем иметь приличный проскок воздуха из под колосниковой зоны в верхнюю камеру (для кого то правильнее сказать о избытке альфы), и и этот избыточный воздух приходится так кстати в камере дожига, в которой конечно не происходит таких эффективных процессов как в горелке ГВТТ, но родственные процессы (конечно с другими скоростями и соответственно эффективностью) вполне имеют место быть ... Достаточно взглянуть на обилие футерованных прямоточных пеллетных горелок...
Вывод по измененной Лачинянке:
Это печка - тихоход, но процессы проходящие в ней правильные и имеют под собой здоровые идеи... С достаточно полно использующие потенциал "восстановительных" реакций, позволяющих использовать энергию как бы законсервированную в углекислом газе и паров влажности... Ну а недостаток теповоспринимающих поверхностей легко компенсировать устройством теплообменника-конденсатосборника на первом метре дымохода...
Как видно из всего перечисленного в плане температур заявленных С.С. Лачиняном моё видение работы аппарата существенно отличается от того что нам озвучил Сергей Суренович, потому как работать при низких температурах она сможет только в присутствии весьма недешевых катализаторов... А для подтверждения "сказочных" расходов с 10-ти кратной экономией необходимы серьезные испытания с замером отдаваемой мощности, коих не было и видимо никогда не будет... По крайней мере пока не найдется какой-либо доброволец...

[Dil]

Ну а недостаток теповоспринимающих поверхностей легко компенсировать устройством теплообменника-конденсатосборника на первом метре дымохода...

Т.е. к недостаткам можно смело добавить, что оно греет потолок, а не "пол"?

[kga079]

Т.е. к недостаткам можно смело добавить, что оно греет потолок, а не "пол"?

Пол в данном случае зольное отделение... Зачем греть золу, к тому же она хороший теплоизолятор?

[Dil]

kga079, золу греть не надо, надо греть помещение. Причём желательно снизу, что бы ноги не мёрзли.
В классических конструкциях первый самый горячий дымоход проводят именно снизу. Ради этого эффекта жертвуют многим.

[kga079]

Эта разновидность Лачинянки вообще то с водяной рубашкой.  Боюсь Вы ее перепутали с печкой...  Делайте водяной теплый пол...  И все...     Даже батареи не обязательны...   В Рязани климат по мягче чем в Сибири, так что и одного водяного теплого пола хватит...

[kga079]

Патент на Лачинянку:
       
вертикальной стенке последнего.

[kga079]

Заслуживает рассмотрения вариант с увеличенной тепловоспринимающей поверхностью...1,75 м2
Конструктивно данный вариант близок к Энергии ТТ, хотя элементы управления горением в "экономном-пиролизном режиме" в Энергии ТТ отсутствуют...






Материал газоходов - Трубки МКР диаметр - 50/60 х 1000мм
Футеровка вермикулито-бетонные кольца диаметром 350/450 х 300 (400) мм ...
Сразу о недостатках: ревизионный люк (сверзу) будет футероваться жаропрочным бетоном и крепиться с учетом требований газоплотности... Это добавлю позднее.

[Dil]

 В Рязани климат по мягче чем в Сибири,

kga079, климат мягче, но у нас угля нет, топить нечем эту замечательную печку

[kga079]

Топите шишкой, лузгой, стружкой, щепой, хоть дровами (только с обязательной пересыпкой опилками), торфом (брикетом)... Принцип, если верен - верен ВСЕГДА!

[Dil]

kga079, наверное можно поискать такое экзотическое топливо, хоть и дорого выйдет. За газ в деревне уходит ок. 8р в год, а телега дров столько же. Ещё опилки добывать где то... А лузга это что?

[kga079]

Отходы от производства подсолнечного масла...  Газ конечно хорошо. Пока цены низкие...
А у нас уголь самое выгодное топливо... Выгоднее магистрального газа.
Что Вы считаете экзотическим топливом?  Уголь или шишки?

[leon10010]

Лузга - шелуха подсолнечных семечек. Там в отходах ещё жмых есть.

[Dil]

kga079, в наших местах печки топили дровами. Всё остальное топливо редкость, экзотика. Шишками пчеловоды дымари разжигали, но чтобы топить, не слышал. Тем более семечками...