Испытание печи "Вирма"

 

       В период с 02 по 13 июня 2015 года проводились испытания печи «Вирма», конструкции Платонова М.С.

      Место проведения испытаний: Цех готовых каминов, производственная площадка ООО «Ками» (Петрозаводск, ул.Онежской флотилии, 2а).

      Испытания проводились в соответствии со стандартной методикой испытаний печей, принятой в ООО «КАМИ».

 

Испытания проводились в два этапа:

    1.  Определение эффективности печи.

    2.  Испытания на перетоп.

 

 

На рис. 1 показан внешний вид испытываемой печи.

 

                                          Рис 1   Печь «Вирма»                                    

 

Печь «Вирма» - двухконтурная кирпичная печь, разработанная группой «Домашний Очаг»

Масса печи  1500 кг,

Площадь наружной поверхности без учета нижней грани – 6,1м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внутреннее устройство огнеупорного сердечника печи показано на рис.3

Рис. 3. 

 

  Конструктивно печь состоит из сердечника, собранного из огнеупорного кирпича, установленного на ребро, и наружной оболочки из огнеупорного кирпича, также установленного на ребро. Наружная оболочка облицована плитами из керамогранита.

  Топка сердечника снабжена колосником, который по боковым сторонам стыкуется с чугунными элементами «Алтайская кольчуга». Воздух на горение поступает через колосник и элементы «Алтайская кольчуга». Также на дверце топки есть нижние жалюзи, через которые при необходимости можно подавать дополнительный воздух.

  Схема движения дымовых газов внутри печи не симметричная. Поднимаясь по центральному каналу, дымовые газы затем опускаются по левой стороне печи, переходят за зольником на правую сторону, поднимаются по правой стороне и уходят в насадную трубу.    

 Конструктивные параметры печи соответствуют требованиям ГОСТ 2127-47

«ПЕЧИ ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОЕМКИЕ. Нормы проектирования».

  Цель испытаний: определение эффективности печи, определение устойчивости печи к перетопу.

  Результаты испытаний приведены на соответствующих графиках и в таблицах.

 2. Подготовка к испытаниям и проведение испытаний

 В процессе испытаний производился контроль эффективности топочного процесса, контроль процесса изменения температуры наружных поверхностей печи и контроль целостности наружного контура печи.

 Испытания проводились в два этапа:

- стандартные испытания с сжиганием 15 кг  дров (3 закладки по 5кг).

- испытания на перетоп с сжиганием  60кг дров (12 закладок по 5 кг).

 Контроль температуры стенок печи производился при испытаниях на перетоп.

Для контроля процесса изменения температуры наружных поверхностей печи на ее стенках  были обозначены 12 точек (см. рис.1). В связи с тем, что схема движения газов внутри печи не симметрична, производился замер температуры на всех четырех стенках  печи.

 Таким образом, на печи было отмечено 12 точек замера температуры. Замеры температур производились ручным пирометром с лазерным наведением. Периодичность снятия замеров – 60мин в течение 10 часов, затем 1 раз по истечении суток с начала испытаний. 

Для контроля состава отходящих газов и их температуры был использован газоанализатор Delta 65 фирмы MRU (Германия).

 В испытаниях от 3 июня было сожжено  15 кг сухих дров (3 закладки по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке были полностью закрыты на протяжении всего времени топки. Жалюзи на зольниковой дверце были открыты и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 В испытаниях от 4 июня было также сожжено  15 кг сухих дров (3 закладки по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке полностью открывались после закладки свежей порции дров. Через 15 минут горения жалюзи на дверце топки закрывались и оставались полностью закрытыми до момента подкладки следующей порции дров. Жалюзи на зольниковой дверце были открыты,  и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 В испытаниях от 5 июня было сожжено  60 кг сухих дров (12 закладок по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке полностью открывались после закладки свежей порции дров. Через 15 минут горения жалюзи на дверце топки закрывались и оставались полностью закрытыми до момента подкладки следующей порции дров. Жалюзи на зольниковой дверце были открыты,  и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 В испытаниях от 13 июня было сожжено  60 кг сухих дров (12 закладок по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке оставались закрытыми на протяжении всей топки.  Жалюзи на зольниковой дверце были открыты,  и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 Зонд газоанализатора был установлен на высоте 2,5 м,  на коренной трубе непосредственно над местом врезки металлического отвода, соединяющего печь с коренной трубой . Запись показаний газоанализатора фиксировалась в режиме реального времени программой MRU profi, установленной на ноутбуке, подключенном к газоанализатору.  Запись показаний заканчивалась при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 25% от максимального значения, полученного в ходе конкретного испытания.

 3 . Результаты испытаний

 Испытания печи проводились по трем направлениям:

- определение эффективности печи по результатам анализа отходящих газов;

- определение картины распределения температур на наружных поверхностях печи в процессе ее нагрева и последующего охлаждения;

- оценка влияния перетопа на целостность внешней поверхности печи.

 Всего было проведено три испытания печи. Газоанализатор использовался в каждом из испытаний.

 3.1. Результаты испытаний печи «Вирма» от 3 июня 2015 года

  В испытаниях от 3 июня было сожжено  15 кг сухих дров (3 закладки по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке были полностью закрыты на протяжении всего времени топки. Жалюзи на зольниковой дверце были открыты и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 Таблица средних показателей процесса приведена на рис.4.

Рис.4. 

 

Из таблицы видно, что при сжигании 15 кг дров температура отходящих газов в норме. Для предотвращения образования конденсата достаточна средняя температура отходящих газов 150… 180 оС (на уровне выходной заслонки).

 

Концентрация СО 942 mg/m3 существенно ниже европейской нормы (1500 mg/m3), что говорит о достаточно полном дожиге топлива.  При пересчете на 0% кислорода в дымовых газах концентрация составляет 6303 ppm/0%. (этот показатель позволяет сравнивать процессы при приведении коэффициента избытка воздуха к 1, т.е. сравнивать не разбавленные концентрации ).

 

Средний КПД печи составил 80,8%, что также удовлетворяет требованиям европейских норм по минимальному КПД (78%).

 

 

График показаний газоанализатора в режиме реального времени показан на рис. 5.

Рис.5. Графики процесса испытания печи от 3 июня 2015г.

 

Красным цветом показан график КПД. Видно, что 15 кг дров было сожжено за три раза. При подкладывании следующей порции дров дверка топки открывалась и в печь попадало избыточное количество воздуха – КПД резко падал. После подкладывания свежей порции дров интенсивность горения повышалась и концентрация СО2 в отходящих газах (зеленый график) доходила до своего максимума в данном конкретном опыте.  Черным цветом показан график концентрации СО в отходящих газах. Видно, что концентрация СО даже на своем пике не превышает 2000 ррм (0,2%).

 

 

  

 

3.2. Результаты испытаний печи «Вирма» от 4 июня 2015 года

 В испытаниях от 4 июня было также сожжено  15 кг сухих дров (3 закладки по 5кг). Влажность дров – 20%. Состав – береза. Подкладывание следующей закладки дров осуществлялось при снижении концентрации СО2 в дымовых газах до 4%. Жалюзи на топочной дверке полностью открывались после закладки свежей порции дров. Через 15 минут горения жалюзи на дверце топки закрывались и оставались полностью закрытыми до момента подкладки следующей порции дров. Жалюзи на зольниковой дверце были открыты,  и сама дверца была приоткрыта на 15 градусов, чтобы установленная на дверце зольника отбойная пластина  не перекрывала поток воздуха на входе.

 

Таблица средних показателей процесса приведена на рис.6. 

Рис.6. Средние показатели процесса от 4 июня 2015г.

 

Из таблицы видно, что при сжигании 15 кг дров средняя температура отходящих газов в норме – 172,8 оС. При этих же условиях сжигания средняя температура отходящих газов в опыте от 3 июня была чуть меньше – 168,1оС. При наличии других подтверждений этот факт можно расценивать как признак того, что дополнительная подача воздуха через жалюзи дверцы топки позволяет выделять больше тепловой энергии (более полное сжигание)

 Концентрация СО 787 mg/m3, что также ниже, чем в опыте от 3 июня.  При пересчете на 0% кислорода концентрация составляет 5487 ppm/0%, т.е. не смотря на то, что жалюзи топочной дверцы периодически открывались и количество воздуха, прошедшего через печь было больше, чем в первом опыте, абсолютное количество СО выброшенного в атмосферу меньше, чем при использовании только колосника и «Алтайской кольчуги».

 Средний КПД печи составил 78,5%, что также удовлетворяет требованиям европейских норм по минимальному КПД (78%). Некоторое падение КПД связано с незначительным увеличением температуры отходящих газов и уменьшением концентрации СО2 – конечного продукта сгорания.

 

 График показаний газоанализатора в режиме реального времени показан на рис. 7.

  Рис.7. Графики процесса испытания печи от 4 июня 2015г.

 

Красным цветом показан график КПД. Видно, что 15 кг дров было сожжено за три раза. При подкладывании следующей порции дров дверка топки открывалась и в печь попадало избыточное количество воздуха – КПД резко падал. После подкладывания свежей порции дров интенсивность горения повышалась и концентрация СО2 в отходящих газах (зеленый график) доходила до своего максимума в данном конкретном опыте.  Черным цветом показан график концентрации СО в отходящих газах. Видно, что концентрация СО даже на своем пике не превышает 2000 ррм (0,2%).

 

 

 

3.3. Результаты испытаний печи «Вирма» от 5 июня 2015 года

 5 июня проводились испытания на перетоп. Всего было сожжено 12 закладок по 5 кг. дров. В сумме это составляет 60 кг.

 На рис. 8 приведена таблица средних показателей

 Рис.8. Средние показатели процесса от 5 июня 2015 года.

 

Из таблицы видно, что при сжигании 60 кг дров средняя температура в трубе составляет уже 274 оС. Максимальная температура в трубе доходила до 320 оС.   Этот высокий показатель говорит о том, что тепловоспринимающие поверхности уже прогрелись до максимального значения и физически не могут воспринимать тепловой поток. Почти все тепло уходит в атмосферу.

Также видно, что КПД значительно снизился из-за повышения температуры на выходе. Концентрация СО также снизилась, т.к. при прогреве печи сжигание становится более полным.

 

 

 

 

Графики процесса испытания печи от 5 июня 2015г показаны на рис.9.

Рис.9.Графики процесса испытания печи от 5 июня 2015г 

 

Из графиков видно, что присутствует тенденция снижения эффективности печи с увеличением числа закладок дров. Это объясняется ростом температуры в дымовой трубе. Внутренние поверхности печи уже прогреты и не могут «впитать» тепло достаточно полно.

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Результаты испытаний печи «Вирма» от 13 июня 2015 года

 

3 июня проводились вторые испытания на перетоп. Всего было сожжено 12 закладок по 5 кг. дров. В сумме это составляет 60 кг. Влажность дров находилась в диапазоне 12…15%, в то время, как влажность дров во всех предыдущих испытаниях составляла 18...20%.  Эта случайная переменная не позволяет напрямую сравнивать результаты испытаний на перетоп.   

 На рис. 10 приведена таблица средних показателей

 Рис.10. Средние показатели процесса от 13 июня 2015 года.

 

Из таблицы видно, что при сжигании 60 кг дров средняя температура в трубе составляет уже 268 оС. Максимальная температура в трубе доходила до 360 оС.   Этот высокий показатель говорит о том, что тепловоспринимающие поверхности уже прогрелись до максимального значения и физически не могут воспринимать тепловой поток. Почти все тепло уходит в атмосферу.

В отличие от испытаний на перетоп, проведенных 05 июня 2015 года, жалюзи на дверце топки не открывались. Это сказалось на увеличении концентрации СО в дымовых газах почти в два раза. Этому увеличению несомненно способствовало и то, что дрова в испытаниях от 13 июня были более сухими, т.е. горели более «дружно» и выделение летучих шло более лавинообразно. В связи с этим преждевременно делать однозначный вывод о влиянии закрытой дверки топки на качество сжигания. 

 

 

Графики процесса испытания печи от 13 июня 2015г показаны на рис.11.

 Рис.11.Графики процесса испытания печи от 13 июня 2015г показаны на

 

Из графиков видно, что присутствует тенденция снижения эффективности печи с увеличением числа закладок дров. Это объясняется ростом температуры в дымовой трубе. Внутренние поверхности печи уже прогреты и не могут «впитать» тепло достаточно полно.

На графике концентрации СО (черный график в нижней части экрана) хорошо видны сильные всплески концентрации СО при подкладывании свежей порции дров. Интенсивное горение сухих дров приводит к увеличенному выбросу летучих, для сжигания которых воздуха, подаваемого через колосники и Алтайскую кольчугу уже не достаточно.

 

 

 

 

 3.5. Результаты замера температуры на наружных поверхностях печи и контроль состояния этих поверхностей.

 

При испытании печи на перетоп была достигнута максимальная температура стенки 171оС (5 июня) и 186оС (13 июня). Это зона верхней части левого опускного канала. Именно в этом месте наиболее горячие дымовые газы, выходя из центрального канала, воздействуют на левую стенку печи.

Температура в 170оС и 184оС соответственно  была достигнута на задней стенке печи на уровне верхней зоны топки.

Визуальный осмотр поверхностей печи показал, что разрушения после проведения испытаний на перетоп отсутствуют.

 

Было замечено некоторое коробление плит керамогранита от неравномерного воздействия нагрева в процессе экстремальной эксплуатации печи. Коробление составило 1…2 мм на краях плит размером 600 х 600мм. После остывания печи форма плит вернулась к первоначальной.