Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изготовление и применение печи на отработанном масле для бытовых нужд

Аннотация

В данной статье рассмотрена возможность изготовления и использования печи на масляной отработке в бытовых условиях. Рассмотрены конструктивные особенности и технические моменты расчеты изделия. Выполнен экономический расчет и финансовый КПД применения печи на вторичном отработанном топливе. Разобрана пожарная безопасность изделия и сфера его применения в бытовых и производственных условиях. Проанализирован исторический подтекст изделия и возрождение его использования в современном мире.

Ключевые слова: печь, отработка, моторное масло, гаражная печь, отопление, теплообменник, вторичное сырье, переработка, тепло, экономическая выгода, пожарная безопасность.

печь топливо бытовой

Рождение печи на отработанном моторном масле приходится на 60-е годы прошлого века. Этим мы во многом обязаны периоду правления Никиты Сергеевича Хрущева, так как при нем простым гражданам возможно стало обзавестись личным автотранспортом, создавались гаражные кооперативы, вовсю раздавались дачные участки. Интенсивно механизировалось сельское хозяйство. И тогда же, в 60-е, пробились первые ростки экологического мышления.

Печи использовались для отопления гаражей и дачных домиков. Топливо стоило копейки - в буквальном смысле, литр 66-го бензина 2 коп, а 76-го 7 коп. А за слив отработки штрафовали, и много, до трети зарплаты за раз выходило. И уголь возить на дачу накладно было, а баллонный газ был вообще экзотикой. За самовольную порубку леса на дрова можно было и в тюрьму. В результате и появилась печь на отработанном масле.

Над принципом действия народным умельцам долго голову ломать не пришлось - самым обиходнымварочным приборомна дачах и в частных домах был тогда керогаз. Испарившийся керосин в нем дожигался в специальной камере, в отличие от примуса или паяльной лампы, где горят уже сильно нагретые пары топлива. Поэтому керогаз был сравнительно безопасен в эксплуатации, а нарушение режима горения сигнализировало о себе вонью и копотью задолго до того, как развивалось в аварию. Печь на отработке работает по тому же принципу, нужно было только придумать, как до конца сжигать сильно загрязненное вязкое топливо простыми домашними способами.

Вторыми прародителями масляной печки были газогенераторные установки, широко применявшиеся во время войны, когда высококачественное топливо шло на фронт. Общая схема работы печки вырисовывалась ясно:

1. Первичный небольшой запас энергии химически ленивого топлива пустить на его же разложение до фракций полегче и поактивнее, как в газогенераторе.

2. То, что получится - сжечь в 2 или 3 стадии, как в керогазе.

В 60-х сгорание до углекислого газа и водяных паров считалось абсолютно чистым и безопасным. В наши дни проблему экологии ставят во главу угла, поэтому печь необходимо сделать не только экономичной, но и экологически безопасной. Следовательно, требуется более глубоко дожигать используемое топливо, не допускать массового выброса тяжелых частиц в атмосферу.

Во времена появления печей рассматриваемого типа не было синтетических моторных масел, и сложных присадок к ним. Эти масла позволяют увеличить ресурс двигателя по сравнению с минеральными маслами без присадок, но при неполном сгорании дают канцерогены, токсины, мутагены и т.п. К тому же, тогдашнее машинное масло - натуральный нефтяной ректификат из насыщенных углеводородов - не могло развивать очень высокую температуру при горении. Поэтому очень вредные и опасные окислы азота в тогдашних печках образовывались только отдельными молекулами. А нынешняя простая печка на отработке может выбрасывать их в ощутимых для здоровья количествах. Следовательно, приходим к выводу что нынешнее вторсырье (отработанное моторное масло) требуется дожигать на 100%. Что бы это осуществить, нужно запустить в печи процесс пиролиза. Пиролиз- распад материи на молекулярном уровне. Он обеспечит дробление тяжелых фракций на более мелкие, которые возможно сжечь практически без остатка.

Основные виды конструкционного исполнения печей на масляной отработке:

1. Печь открытого типа (печь ОТ).

2. Печь капельного типа (печь КТ).

3. Горелка Бабингтона.

Рассмотрим более детально каждую конструкцию:

1. Печь открытого типа (печь ОТ):

Принцип действия таков: топливо нужно разжечь с применением легковоспламеняющейся жидкости, после чего начнется испарение масляной отработки и ее первичное горение, вызывающее пиролиз.

Рисунок 1 - процессы в печи ОТ

Рисунок 2 - схема устройства печи ОТ

Рисунок 3 - процессы в печи КТ

Рисунок 4 - схема устройства печи КТ

Рисунок 5 - Горелка Бабингтона

Рисунок 6 - схема устройства горелки Бабингтона

Горючие газы, попадая в перфорированную трубу, вспыхивают от контакта с кислородным потоком и сжигаются окончательно. Интенсивность пламени в топливнике регулируется воздушной заслонкой. Одной из особенностей печи такого типа является необходимость применения выпускной трубы значительно большой высоты. Высокая выпускная шахта позволит использовать силу Кориолиса.

Она обеспечит постоянное перемешивание нагретой топливовоздушной смеси. Без этого невозможно добиться качественного, полного и безопасного, сгорания топлива. Чтобы тепло от первоначального сгорания легких фракций пошло на расщепление тяжелых, которые потом дадут основную массу тепла, смесь нужно все время перемешивать.

Данная печка на отработке имеет несколько плюсов: простота, дешевизна и независимость от электричества. Минусы данной конструкции:

· для работы необходима стабильная естественная тяга, без нее агрегат начинает дымить в помещение и затухать;

· вода либо антифриз, попавшие в масло, вызывают мини-взрывы в топливнике, отчего из дожигателя во все стороны брызгают огненные капли и хозяину приходится тушить пожар;

· высокий расход горючего - до 2 л/час при слабой теплоотдаче (львиная доля энергии улетает в трубу);

· неразъемный корпус тяжело чистить от сажи.

2. Печь капельного типа (печь КТ):

Принцип работы прост - топливо капает в раскаленную чашу, взрывообразно испаряется, вспыхивает и сгорает. Сюда же поступает, с наддувом от маломощного вентилятора, атмосферный воздух.

Для первоначального разогрева чаши необходим розжиг горелки, поэтому в промышленных условиях пламенная чаша используется редко, но в бытовых нуждах ее с успехом применяют. Конструкция обеспечивает почти полное сгорание в непосредственной близости от чаши, поэтому котел на отработке с пламенной чашей необходимо изготавливать таким образом, чтобы горячий газ как можно дольше задерживался в системе. Для этого внутри делают лабиринт из перегородок, чтобы газовая смесь прокрутилась внутри подольше, тогда и КПД будет выше. Но при слишком сильной закрутке сгорание получается неполным. Конструирование пламенной чаши с нуля требует очень серьезных знаний и опыта.

К самым значительным особенностям можно отнести:

· перфорированную трубу, помещенную внутрь стального корпуса из газового баллона или трубы

· топливо поступает в зону сжигания в виде капель, падающих на дно чаши, размещенной под дожигателем

· для повышения эффективности агрегаты могут оснащаться системами принудительной подачи воздуха

Реальный недостаток капельной печки - сложность исполнения для новичка. Требуется много расчетов и доработок для получения оптимального варианта конструкции для требуемых задач, потребуются неоднократные доработки. Второй негативный момент характерен только для печек с наддувом. В них струя пламени постоянно бьет в одно место корпуса, отчего последний довольно быстро прогорит, если не сделать его из толстого металла или нержавейки. Зато перечисленные минусы с лихвой перекрываются достоинствами:

· Агрегат безопасен в эксплуатации, поскольку зона горения полностью закрыта железным корпусом.

· Приемлемый расход отработанного масла. На практике хорошо настроенная буржуйка с водяным контуром сжигает до 1.5 литраза 1 час для отопления 100 мІ площади.

· Есть возможность обернуть корпус водяной рубашкой и переделать печь на отработке в котел.

· Топливоподача и мощность агрегата поддается регулировке.

· Нетребовательность к высоте дымохода и удобство очистки.

3. Горелка Бабингтона:

Изобретение Бабингтона по принципу работы в корне отличается от традиционных масляных горелок. Здесь отработка или дизель подается насосом под небольшим давлением из бака к рабочей поверхности - сферической или наклонной. По ней жидкость стекает вниз, образуя тонкую пленку. По центру поверхности проделано отверстие малого диаметра (не более 0.3 мм), сквозь которое подается сжатый воздух.

Принцип, по которому работает горелка на отработанном масле Бабингтона, состоит в следующем. Поток сжатого воздуха, выходящего через малое отверстие под давлением, отрывает часть масляной пленки от поверхности. В результате получается струя топливовоздушной смеси, которая после розжига образует устойчивый факел пламени. Он направляется в топку печи или котла и нагревает ее стенки либо водяную рубашку.

В данном способе очень важен подогрев отработанного масла или дизельного топлива перед сжиганием:

· Разжиженное горючее образует более тонкую пленку на рабочей поверхности и лучше распыляется потоком воздуха. Это способствует более эффективному горению.

· Чем мельче капельки жидкого топлива, взвешенные в струе, тем легче произвести розжиг котла или печи Бабингтона в ручном или автоматическом режиме.

К плюсам данного типа отопителя можно отнести:

· Использование тяжелых видов жидкого топлива любого качества. Даже при большом количестве примесей в отработанном масле система будет исправно функционировать.

· Не так критично наличие в отработке воды или автомобильного антифриза. Дело в том, что сила поверхностного натяжения воды выше, чем у жидких углеводородов. Соответственно, пленка из отработки легче отрывается от рабочей поверхности под воздействием воздушного наддува. Если в масле имеется немного воды, то она не попадает в зону горения, а стекает вниз, в отстойник.

· Большой выбор используемых видов жидкого горючего.

Недостатки горелки Бабингтона:

· Сложная организация дозированной подачи топлива. Потребуется 2 емкости, насос и топливный тракт с системой дозировки для регулирования интенсивности горения.

· Наличие струи открытого пламени, высокая пожароопасность.

· Необходимость корректировки системы топливоподачи для перехода с отработки на дизельное, мазутное или растительное топливо.

Область и возможное применение данных типов отопительных устройств:

Местом для использования отопителя является частный гараж или небольшой бокс. Загвоздка кроется в том, что отопление гаража-бокса сильно отличается от отопления жилого дома. Так как гараж намного меньше, то здесь начинает закон квадрата-куба: при уменьшении размеров геометрического тела, отношение его поверхности к объему увеличивается. От сюда следует что печь для гаража должна иметь тепловую мощность на единицу объема помещения большую, чем домовая.

Рассмотрим два примера. Дом 10х12 м и высотой 5 м с цоколем и перекрытиями. Общий объем получается 10х12х5 = 600 м³. Площадь его поверхности складывается из пола, 4 стен и крыши, 10х5х2 (2 короткие стены) + 12х5х2 (2 длинные) + 10х12х2 (пол и крыша) = 100 + 120 + 240 = 460 м². На м³ объема приходится 460/600 = 0,77 м², через который тепло уходит.

Теперь стандартный гараж, 4х7х2,25 м. Объем = 63 м³; площадь поверхности - 105,5 м².На 1 м³ объема приходится 105,5/70 = 1,67 м², что практически в 2 раза выше чем в случае с жилым домом. Если, скажем, по расчету печь для дома вышла на 10 кВт, то там на единицу объема приходится 10/600 = 0,017 кВт. Для гаража тогда нужно на 1 м³ 2х0,017 кВт, а на весь объем 0,034х63 = 2,33 кВт. Из этих расчетов можно сделать вывод- для поддержания оптимальной температуры в гараже необходимо использовать экономичную печь средней мощности, так как требуется обогревать помещение небольшого объема, но большими тепловыми потерями. Решить проблему путем применения утеплителя тоже не сильно получится. Требуется утеплять стены с внешней стороны, но это невозможно в большинстве случаев, так как зачастую гаражи стоят вплотную друг к другу (стенка является перегородкой для двух гаражей).

Есть несколько известных способов отопления гаражных помещений:

1. Тепловая шапка- шапка нагретого воздуха внутри помещения, не касающаяся или касающаяся самыми краями стен и потолка. Пол гаража не выстужается так сильно, как тонкие металлические стены и крыша без чердака.

Рисунок 7 - поток воздуха в тепловой шапке

Происходит этот эффект потому, что нагретый воздух, довольно быстро остывая, теряет свою кинетическую энергию и не может растолкать, чтобы подняться выше, плотный холодный воздух. Ведь воздушный поток имеет массу и обладает инерцией, которую нужно преодолеть. Нагретому воздуху тогда приходится расширяться уже вниз и в стороны, т.к. окрестности горячего воздушного столба уже успели немного прогреться и стали не такими плотными. Точно такую же природу имеют характерные «наковальни» грозово-кучевых облаков и облако ядерного взрыва, но там мгновенное энерговыделение столь велико, что гриб образуется обязательно.

Получается, чтодля эффективного, экономного и быстрого прогрева гаража любого типа нужна печь сравнительно небольшой мощности, создающая достаточно быстрый, но не очень плотный конвективный поток. Тепловой «гриб», закрутившись под потолком, осядет вниз, в т.ч. и в яму, а стен коснется только снизу. Если они снаружи прикрыты снегом, то 60-80% возможных теплопотерь через них придется на верхнюю часть, до которой «гриб» не дотянется. А так как не будет разности температур - не будет и теплопотерь.

2. Тепловое излучение

Для мгновенного кратковременного обогрева рабочей зоны или можно использовать тепловое (инфракрасное, ИК) излучение от специальных отопительных приборов. Но если гараж металлический или с тонкими кирпичными стенами, толку от ИК излучения будет не много: и металл, и кирпич достаточно хорошо поглощают ИК. Через металлическую стенку, хорошо проводящую тепло, оно очень быстро пройдет наружу, а там его унесет конвекция. Плохо проводящий тепло кирпич, наоборот, будет накапливать его в себе. Отдавать начнет, когда из гаража, возможно, нужно будет и уходить. И отдаст не более половины полученного, т.к. то, что накоплено, уйдет как минимум поровну внутрь и наружу. Реально - наружу больше, т.к. температурный градиент направлен туда.

Исходя из вышеперечисленных особенностей этих двух способов можно сделать вывод, что самым эффективным способом является тепловая шапка. Для ее создания лучше всего подойдет печь открытого типа на тяжелом отработанном ГСМ. Она является довольно сильным источником тепла, которое распространяется широким фронтом. Так же ее использование выгодно с экономической стороны. Продажная цена отработанного масла по РФ колеблется от 5 до 14 руб./л. самовывозом, это еще около 5 руб./км легковом автомобиле. Тем более есть небольшое ухищрение- предприятия нередко отдают отработанное машинное масло задаром или за копейки, лишь бы вывезли, так как за переработку (утилизацию) нужно отдельно платить.

Нужно так же учесть пожароопасность печи ОТ, ведь одной из ее составляющих является открытое пламя, и нельзя забывать, что корпус отопителя разогревается до высоких температур. Все это делает ее опасной в использовании, но при соблюдении ТБ пригодной для использования, так как пожарная инспекция не контролирует установку обогревателей в частных гаражах

Приблизительный расчет печи для частного гаража:

Расчетные температуры наружного воздуха (на основании СНиП 23-01-99):

Для г. Хабаровск:

t_н = -32 ; t_х.п.= -23 ; t_о.п.= -10.1

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования отопления

t_х.п- расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования вентиляции

t_о.п- средняя температура отопительного периода

Допустим, нам нужно рассчитать мощность нагревателя, необходимого для отопления гаража с размерами 4Ч6Ч2.3м, с неутепленными стенами, полом и потолком. Находится гараж в г. Хабаровск, имеет две внешние стены (находится в составе кооператива), внешние стены стоят на подветренной стороне, термоизоляция стен отсутствует, пол не утеплен, плоская неутепленная крыша, имеет 2 воротины (двери) для выхода наружу.

Будем исходить из условного соотношения, что для качественного обогрева одного квадратного метра площади помещения, находящегося в Северном районе, необходимо израсходовать 160Вт тепловой энергии.

Существует типовая формула для расчета требуемой мощности обогревателя для помещения:

Qк = 0.16 Ч Sк Ч k1 Ч k2 Ч k3 Ч k4 Ч k5 Ч k6 Ч k7 Ч k8 Ч k9Ч k10 Ч k11,

где Qк - искомая тепловая мощность, необходимая для полноценного отопления конкретной комнаты 0,1- перевод 160 Вт в 0.16 кВт, просто для удобства получения результата именно в киловаттах.

Sк - площадь помещения.

k1 - коэффициент, учитывающий высоту потолков.

k2 - коэффициент, учитывающий количество внешних стен.

k3 - коэффициент, учитывающий расположение внешних стен, относительно сторон света.

k4 - коэффициент, учитывающий направление зимних ветров.

k5 - коэффициент, учитывающий уровень зимних температур в регионе.

k6 - коэффициент, принимающий во внимание теплоизоляцию стен.

k7 - коэффициент, учитывающий теплопотери через пол.

k8 - коэффициент, учитывающий теплопотери через потолок.

k9 - коэффициент, учитывающий количество окон в помещении.

k10 - коэффициент, вносящий поправку на площадь остекления помещения.

k11 - коэффициент, учитывающий количество дверей на улицу.

Таблица 1 - Значения поправочных коэффициентов

Полученное значение округляем до целого в большую сторону, по правилу расчета обогревателей. Получим требуемое значение мощности печи Qк = 13 КВт. Данную мощность может обеспечить выбранная ранее конструкция, т.к. печи ОТ могут развивать мощность до 15КВт при расходе отработанного моторного масла 1.2-1.5 л/час.

Размещено на Allbest.ru