Înainte de a aborda problema combustiei secundare, va fi util să aruncăm o privire mai atentă asupra combustibilului cel mai frecvent utilizat în șeminee, adică lemn.
Din punct de vedere chimic, lemnul este format din substanțe combustibile și necombustibile.
Principalele componente combustibile ale lemnului:
- Celuloza - este materialul de construcție de bază al celulelor vegetale, din punct de vedere chimic este o polizaharidă.
- Lignina - o componentă importantă a lemnului, una dintre funcțiile sale este întărirea mecanică a pereților celulari și, de asemenea, face parte din capilarele care conduc apa și nutrienții în plante și, prin urmare, și în copaci.
- Rășină - este conținută în lemnul copacilor de conifere. Datorită faptului că hidrocarburile conținute în rășină au o putere calorică semnificativ mai mare decât celuloza sau lignina, lemnul arborilor de conifere care conțin rășină are o putere calorică puțin mai mare decât lemnul arborilor de foioase.
Valoarea calorică a diferitelor tipuri de lemn
Componente incombustibile ale lemnului:
- Substanțe anorganice - formează un reziduu de combustie necombustibil - cenușă.
- Apă - umezeală conținută în lemn.
Puterea calorică totală a lemnului este afectată de proporția componentelor necombustibile, în special de umiditate. Apa conținută în lemn ca compus chimic are o anumită căldură de vaporizare (cantitatea de căldură necesară pentru a transforma apa în abur). Cu cât este mai multă apă în lemn, cu atât este necesară mai multă căldură (energie) pentru ao transforma în abur (uscare). Astfel, creșterea conținutului de apă al combustibilului înrăutățește, în general, echilibrul energetic al procesului de ardere în sine.
Umiditatea lemnului este exprimată ca raportul în greutate al apei cu greutatea totală a lemnului umed:
Dependența puterii calorice a lemnului de umiditatea conținută
Arderea lemnului este un proces chimic. Reacțiile chimice care apar în timpul acestui proces sunt atât endotermice (căldura este necesară pentru a le realiza), cât și exoterme (căldura este eliberată prin reacția lor).
La încălzirea lemnului, apa conținută în acesta trebuie să se evapore mai întâi. Evaporarea apei consumă multă căldură și răcește lemnul. Abia după evaporarea apei, temperatura crește și alte substanțe volatile încep să fie eliberate și substanțele individuale conținute în lemn sunt descompuse termic. Acest lucru creează un amestec de gaze inflamabile și resturi de cărbune pe grătar.
Gazele combustibile cu aer furnizat prin grătar (aer primar) ard sub formă de flacără lungă - combustie primară. Cu toate acestea, acest proces nu arde toate combustibilii, deoarece de obicei nu există suficient oxigen sau o temperatură suficient de ridicată.
De aceea două lucruri sunt importante.
Este necesar să se asigure că camera de ardere în care are loc arderea are o temperatură suficientă. Această condiție este asigurată de construirea unui corp închis din fontă sau oțel al insertului șemineului.
A doua condiție este furnizarea unei cantități suficiente de aer către spațiul de deasupra flăcărilor aprinse. Alimentarea cu aer pentru a susține un alt așa-numit arderea secundară este rezolvată prin proiectarea insertului și fiecare producător rezolvă această problemă diferit, dar de obicei printr-un sistem de canale din interiorul corpului insertului, prin care aerul curge peste flăcări.
Arderea secundară este susținută și de aerul utilizat pentru clătirea sticlei inserției. Producătorii rezolvă clătirea prin furnizarea de aer pe toată lungimea paharului la marginea sa superioară. Pentru tipurile mai vechi de inserții, producătorii soluționează acest lucru prin neamplarea sticlei din ușă cu un cablu de etanșare pe marginea superioară (sigiliul se află doar pe marginea inferioară și pe ambele părți ale sticlei). Îmbinarea creată în acest mod curge apoi constant aerul din interior în corpul inserției.
Alimentare secundară cu aer pentru tipuri mai vechi de inserții - Blanzek 700
În tipurile mai moderne de inserții, acest aer este de obicei furnizat din exterior printr-un sistem de conducte în corpul inserției șemineului. În ambele cazuri, fluxul de aer de-a lungul geamului ușii de inserție împiedică înfundarea excesivă și gudronarea acestuia.
Alimentare secundară cu aer pentru inserții moderne - Romotop
Acest aer, la care producătorii se referă uneori incorect la terțiar, ajută apoi la procesul de ardere secundar.
Aerul secundar permite astfel să se ardă gazele rămase ne-arse, eliberând astfel energia rămasă conținută în combustibil și în mod ideal doar dioxidul de carbon, vaporii de apă și azotul care părăsesc coșul de fum. Arderea secundară a gazelor volatile și a particulelor de emisie, adică gazificarea lor, duce la economii semnificative de combustibil (până la 50%) și, astfel, desigur, crește semnificativ eficiența procesului de ardere în insertul sau aragazul șemineului. Nu în ultimul rând, arderea secundară are un beneficiu semnificativ în reducerea la minimum a emisiilor în aer de la coșul de fum.
Odată cu furnizarea aerului terțiar în adevăratul sens al cuvântului, unii producători de inserturi pentru șemineu rezolvă îndeplinirea standardelor stricte de emisii din Germania, Austria etc. Esența este de a aduce din nou mai mult aer prin sistemul de conducte chiar în fața gâtului de ieșire, unde gazele arse părăsesc corpul inserției. Există oxigenare suplimentară și arderea ulterioară a restului de particule conținute în gazele de ardere. Această combustie eliberează o cantitate minimă de căldură, pe care o includem de obicei în așa-numitele pierderea coșului de fum. Scopul său nu este de a obține căldură suplimentară din gazele de ardere pentru încălzirea însăși, ci de a reduce ponderea emisiilor din gazele de ardere.
Vom analiza acum mai detaliat principiul arderii secundare sau, după cum am spus deja, principiul gazificării particulelor de emisie și arderea lor ulterioară. Întregul proces de ardere are loc în patru etape:
- Etapa 1 - încălzirea combustibilului și uscarea acestuia (evaporarea apei conținute în lemn)
Are loc la temperaturi de până la 100 ° C.
- Etapa 2 - descompunerea structurii combustibilului (piroliza)
Are loc la temperaturi de aproximativ 400 ° C. Gazele, vaporii și lichidele sunt eliberate, cărbunele și cenușa rămân pe grătar.
- Etapa 3 - reacția cărbunelui cu oxigen, dioxid de carbon și apă (reducerea carbonului)
Are loc la temperaturi de aproximativ 700 ° C.
- Etapa 4 - oxidare - reacția metanului și a oxigenului (combustie) pentru a forma dioxid de carbon și vapori de apă și eliberarea de căldură
Reacția exotermică, care este sursa căldurii suplimentare eliberate de arderea secundară, este în același timp sursa căldurii pentru reacțiile endotermice principale de gazeificare.
Concluzionez
Vom explica beneficiile energetice ale arderii secundare pe principiul celor două tipuri de focare de șemineu de bază. Designul istoric mai vechi al șemineului este așa-numitul semineu deschis. Cu această metodă de ardere a lemnului, doar așa-numitele arderea primară, toate gazele volatile și particulele de emisie scapă inutil în coș. Arderea secundară nu are loc deoarece condițiile menționate anterior nu sunt îndeplinite în acest tip de focalizare, și anume temperatura insuficientă și lipsa de oxigen pentru a începe gazificarea particulelor de emisie și arderea lor ulterioară. Eficiența unui astfel de proces este de până la aproximativ 30%. Este astfel o victimă destul de mare a plăcerii de a privi în vatra deschisă a flăcărilor în flăcări care nu acoperă geamul.
Din acest motiv, șemineele domină astăzi, unde vatra este realizată prin intermediul unui insert de șemineu sau a unei sobe de șemineu, ceea ce elimină dezavantajul fundamental al șemineelor deschise. Eficiența procesului de ardere în interiorul cuptorului sau aragazului pentru șemineu este apoi în intervalul 65-85%.
În toate inserțiile sau sobele există o combustie secundară, aceasta diferă doar prin intensitate, perfecțiunea de ardere a gazelor volatile și a particulelor de emisie. Gradul de utilizare a energiei conținute în combustibil și, astfel, perfecțiunea combustiei secundare exprimă în mod clar eficiența insertului sau a aragazului pentru șemineu, ca fiind cel mai important parametru de care ar trebui să țineți cont atunci când le alegeți.
Pentru produsele lor, comercianții cu amănuntul declară adesea în parametrii tehnici că își ademenesc clienții că produsul lor are o sursă de aer pentru a sprijini arderea secundară. După descrierea întregului principiu de ardere, este clar că, în ceea ce privește eficiența funcționării insertului sau sobei de șemineu, acest parametru nu este atât de important. Pe scurt, proiectarea inserției trebuie să fie astfel încât să existe o combustie secundară a particulelor de emisie și eliberarea energiei conținute în acestea. Modul în care aerul, pentru a susține arderea secundară, este furnizat în zona focarului nu trebuie să fie de mare interes pentru client, aceasta este preocuparea proiectantului, nu a utilizatorului.
La alegere, luați în considerare, pe lângă cerințele dvs. pentru proiectarea generală, tipul de inserție și aspectul estetic, în special în ceea ce privește eficiența inserției sau sobei de șemineu, ca cel mai important parametru, care este listat în fișa tehnică.
În cele din urmă, am dori să ne oprim pentru un moment asupra eficienței, ca parametru tehnic care are cea mai mare valoare informativă dintre toate celelalte. Măsurarea eficienței fiecărui insert sau țiglă are loc exact în aceleași condiții, sunt prescrise umiditatea și tipul de lemn utilizat și o serie de alte condiții de intrare. Metoda de măsurare este descrisă cu exactitate de standardul relevant și măsurarea în sine este efectuată în laboratoarele de testare de stat. Pe baza acestor măsurători, fiecare astfel de focar al inserției sau plăcii este certificat și, printre altele, se determină o valoare de eficiență pentru aceasta. Prin urmare, nu este posibilă îmbunătățirea acestor informații în niciun fel de către vânzătorii care ar dori să-și înfrumusețeze produsele pentru clienții lor. Prin urmare, este cel mai bun parametru care spune despre calitatea produsului și, de asemenea, despre cât de sofisticat este designul său.