Преди да разгледаме въпроса за вторичното изгаряне, ще бъде полезно да разгледаме отблизо горивото, което най-често се използва в камините, т.е. дърва.
От химическа гледна точка дървесината се състои от горими и негорими вещества.
Основни горими компоненти на дървото:
- Целулозата - е основният строителен материал на растителните клетки, от химическа гледна точка е полизахарид.
- Лигнинът - важен компонент на дървото, една от неговите функции е механичното укрепване на клетъчните стени и също така е част от капилярите, които провеждат вода и хранителни вещества в растенията, а следователно и в дърветата.
- Смола - съдържа се в дървесината на иглолистните дървета. Поради факта, че съдържащите се в смолата въглеводороди имат значително по-висока калоричност от целулозата или лигнин, дървесината от иглолистни дървета, съдържаща смола, има малко по-висока калоричност от дървесината на широколистните дървета.
Калорична стойност на различни видове дървесина
Незапалими компоненти на дървото:
- Неорганичните вещества - образуват негорим остатък от горенето - пепел.
- Вода - влага, съдържаща се в дървото.
Общата калоричност на дървесината се влияе от дела на негоримите компоненти, особено влагата. Водата, съдържаща се в дървото като химично съединение, има определена топлина на изпаряване (количеството топлина, необходимо за превръщане на водата в пара). Колкото повече вода има в дървото, толкова повече топлина (енергия) е необходима, за да се превърне в пара (сушене). По този начин нарастващото водно съдържание в горивото обикновено влошава енергийния баланс на самия горивен процес.
Влагата на дървесината се изразява като тегловно съотношение на водата към общото тегло на мократа дървесина:
Зависимост на калоричността на дървесината от съдържащата се влага
Изгарянето на дърва е химичен процес. Химичните реакции, които възникват по време на този процес, са както ендотермични (за тяхното извършване е необходима топлина), така и екзотермични (топлината се отделя от тяхната реакция).
При нагряване на дърва водата, съдържаща се в него, първо трябва да се изпари. Изпарението на водата консумира много топлина и охлажда дървесината. Едва след като водата се изпари, температурата се повишава и други летливи вещества започват да се отделят и отделните вещества, съдържащи се в дървесината, се разлагат термично. Това създава смес от запалими газове и остатъци от въглен върху решетката.
Горимите газове с въздух, подаван през решетката (първичен въздух), изгарят под формата на дълъг пламък - първично горене. Този процес обаче не изгаря всички горими вещества, тъй като обикновено няма достатъчно кислород или достатъчно висока температура.
Ето защо са важни две неща.
Необходимо е да се гарантира, че горивната камера, в която се извършва горенето, има достатъчна температура. Това състояние се осигурява от конструкцията на затворен корпус от чугун или стомана на камината.
Второто условие е подаването на достатъчно количество въздух в пространството над горящите пламъци. Захранване с въздух в подкрепа на още един т.нар вторичното изгаряне се решава чрез конструкцията на вложката и всеки производител решава този проблем по различен начин, но обикновено чрез система от канали вътре в тялото на вложката, през които въздухът тече над пламъците.
Вторичното горене се поддържа и от въздуха, използван за изплакване на стъклото на вложката. Производителите решават изплакването, като подават въздух по цялата дължина на стъклото в горния му ръб. При по-старите видове вложки производителите решават това, като не запечатват стъклото във вратата с уплътняващ кабел на горния ръб (уплътнението е само на долния ръб и от двете страни на стъклото). Така създадената фуга след това непрекъснато изтича въздух от вътрешността в тялото на вложката.
Вторичен въздух за по-стари видове вложки - Blanzek 700
При по-съвременните видове вложки този въздух обикновено се подава отвън чрез система от канали в тялото на камината. И в двата случая въздушният поток по стъклото на вратата на вложката предотвратява нейното прекомерно запушване и смаляване.
Вторичен въздух за модерни вложки - Romotop
Този въздух, който производителите понякога неточно наричат третичен, след това подпомага процеса на вторично горене.
По този начин вторичният въздух ще позволи на останалите неизгорели газове да изгорят, като по този начин освобождава останалата енергия, съдържаща се в горивото и в идеалния случай само въглероден диоксид, водни пари и азот, напускащи комина. Вторичното изгаряне на летливи газове и емисионни частици, т.е. тяхната газификация, води до значителни икономии на гориво (до 50%) и по този начин, разбира се, значително увеличава ефективността на горивния процес в камината или печката. Не на последно място, вторичното изгаряне има значително предимство при минимизиране на емисиите във въздуха от комина ви.
С доставката на третичен въздух в истинския смисъл на думата някои производители на камини решават изпълнението на строги норми за емисии в Германия, Австрия и др. Същността е да се вкара повече въздух отново през системата от канали точно пред изходната шийка, където димните газове напускат тялото на вложката. Има допълнително оксигениране и последващо изгаряне на останалите частици, съдържащи се в димните газове. Това изгаряне отделя минимално количество топлина, което обикновено включваме в т.нар загуба на комина. Целта му не е да получи допълнителна топлина от димните газове за самото отопление, а да намали дела на емисиите в димните газове.
Сега ще разгледаме по-подробно принципа на вторичното горене или, както вече казахме, принципа на газификация на емисионните частици и последващото им горене. Целият процес на горене протича на четири етапа:
- Етап 1 - нагряване на горивото и изсушаване (изпаряване на водата, съдържаща се в дървото)
Провежда се при температури до 100 ° C.
- Етап 2 - разлагане на структурата на горивото (пиролиза)
Провежда се при температури около 400 ° С. Газ, пари и течности се отделят, въгленът и пепелта остават върху решетката.
- Етап 3 - реакция на въглен с кислород, въглероден диоксид и вода (намаляване на въглерода)
Провежда се при температури около 700 ° C.
- Етап 4 - окисляване - реакция на метан и кислород (изгаряне) за образуване на въглероден диоксид и водна пара и отделяне на топлина
Екзотермичната реакция, която е източникът на допълнителната топлина, отделяна от вторичното изгаряне, е в същото време източник на топлина за основните ендотермични реакции на газификация.
Заключавам
Ще обясним енергийните ползи от вторичното изгаряне на принципа на основните 2 вида огнища за камини. Исторически по-старият дизайн на камината е т.нар открита камина. При този метод на изгаряне на дърва се използват само т.нар първично горене, всички летливи газове и емисионни частици излизат безполезно в комина. Вторично изгаряне не се случва, тъй като при този тип фокус не са изпълнени споменатите преди това условия, а именно недостатъчна температура и липса на кислород, за да започне газификация на емисионните частици и последващото им изгаряне. Ефективността на такъв процес е до около 30%. По този начин е доста голяма жертва на удоволствието да гледаш в откритото огнище на пламтящи пламъци, които не покриват стъклото.
Поради тази причина днес доминират камините, където огнището се реализира с помощта на камина или печка за камина, което премахва основния недостатък на откритите камини. Тогава ефективността на горивния процес в камината или печката е в диапазона от 65-85%.
Вторичното горене се случва във всички вложки или печки, то се различава само по своята интензивност, съвършенството на изгаряне на летливи газове и емисионни частици. Степента на използване на енергията, съдържаща се в горивото и по този начин усъвършенстването на вторичното изгаряне ясно изразява ефективността на камината или печката, като най-важния параметър, който трябва да вземете предвид при избора им.
За своите продукти търговците често посочват в техническите параметри, че примамват своите клиенти, че техният продукт има подаване на въздух за подпомагане на вторичното горене. След описанието на целия принцип на горене е ясно, че по отношение на ефективността на работа на камината или печката този параметър не е толкова важен. Накратко, конструкцията на вложката трябва да бъде такава, че да има вторично изгаряне на емисионните частици и освобождаване на съдържащата се в тях енергия. Как въздухът, за да поддържа вторичното горене, се подава в зоната на огнището, не трябва да представлява особен интерес за клиента, това е грижата на дизайнера, а не на потребителя.
При избора си вземете предвид, освен вашите изисквания за цялостния дизайн, вида на вложката и естетическия вид, особено върху ефективността на камината или печката, като най-важния параметър, който е посочен в техническия лист.
И накрая, бихме искали да се спрем за момент на ефективността като технически параметър, който има най-голяма информативна стойност от всички останали. Измерването на ефективността на всяка камина или плочка за камина се извършва при абсолютно същите условия, предписват се влажността и вида на използваната дървесина и редица други условия за влизане. Методът на измерване е точно описан от съответния стандарт и самото измерване се извършва в държавни лаборатории за изпитване. Въз основа на тези измервания всеки такъв фокус на вложката или плочката е сертифициран и наред с другото за него се определя стойност на ефективността. Следователно не е възможно да се подобри тази информация по какъвто и да е начин от продавачи, които биха искали да украсят своите продукти за своите клиенти. Следователно това е най-добрият параметър, който разказва за качеството на продукта, както и за това колко сложен е неговият дизайн.