Горение угля, как им топить, длительное сжигание

Особенности разных видов топлива

Рассмотрим два основных, наиболее распространенных, вида твердотопливного сырья — дрова и уголь.
Дрова содержат значительное количество влаги, поэтому сначала происходит испарение влаги, на что потребуется определенное количество энергии. После испарения влаги начинается интенсивное горение дров, но, к сожалению, процесс длится недолго.

Поэтому, чтобы его поддерживать, требуется регулярное подкладывание дров в топку. Температура возгорания древесины составляет около 300°С.

По количеству выделяемого тепла и длительности горения уголь превосходит древесину. В зависимости от возраста ископаемого материала минерал подразделяется на виды:

• бурый;
• каменный;
• антрацит.

Какие же главные различия в системах отопления на угле и на древесине

Уголь все ещё является довольно дешёвым продуктом, а котлы на угле — самые дешёвые из всех современных устройств. Каменный уголь горит медленно, выделяя достаточное количество тепла, чтобы проблема загрузки новой партии в котёл не тревожила вас слишком часто. Угольные котлы могут также сжигать и дрова, но с меньшей эффективностью. Уголь в доме является постоянным источником грязи. Сжигание угля вредит окружающей среде.

Древесина считается экологическим топливом, при её сжигании не образуется вредных соединений. Стоимость дров может быть очень низкой. Однако цена отдельных видов древесного топлива — брикет или пеллет, — все ещё достаточно высока. Заготовка дров — довольно трудоёмкий и затратный по времени процесс. Котлы на древесном топливе дороже, чем угольные котлы. Современные котлы, работающие на гранулированном древесном топливе практически полностью автоматизированы и не требуют специального обслуживания.

Вам подойдёт котёл для угля, если…

В вашем регионе ведётся угледобыча, или по каким-то другим причинам, уголь стоит дешево, и заказать его сравнительно легко. В регионах, где традиционно для отопления уголь не используют, применение такого котла совершенно необоснованно. В случае когда доступны и уголь, и дерево, а вы ищете недорогой автоматизированный котёл, безусловно, ваш выбор за угольным котлом. Автоматизированные котлы для пеллет и брикетов пока ещё довольно дороги, в отличие от таких же угольных котлов

Подобный выбор позволит не тратить много сил и времени на загрузку топлива, что довольно важно для сельского жителя

Вам подойдёт котёл на биотопливе, если…

• Вы предпочитаете более чистое топливо. Имея в доме угольный котёл, приходится мириться с постоянным загрязнением пространства угольной пылью. В этом случае не спасёт даже покупка специально подготовленных порций угля. Понятно, что уборка в котельной не входит в число приоритетов, уж не говоря о том, что мы дышим этой пылью, что никак не улучшает здоровье. Даже простые дрова, с которых падает опил и кора, гораздо более приятны в использовании, чем уголь. Пеллеты и брикеты и вовсе не загрязняют ваш дом, не выделяют в воздух вредных соединений. Зола от сжигания древесины, в отличие от отходов процесса горения угля, является ценным минеральным удобрением.
• У вас есть доступ к дешёвой древесине. В «лесных» регионах России достать дешёвые дрова не проблема. Можно совсем минимизировать расходы, если заготавливать дрова самостоятельно. Каждое домохозяйство имеет право раз в год получать делянку на дрова за очень небольшие деньги, правда, этим право редко кто пользуется, так как, покупка леса на корню сопряжена с немалыми затратами времени и сил. Проще купить уже поколотые дрова, которые привезут к вашим воротам. Если же вопрос денег не стоит, тогда лучше пользоваться для отопления пеллетами или брикетами.
• Вашим приоритетом является простота в обслуживании отопительной системы. Хотя угольные котлы автоматизированы, все же, пеллетные устройства гораздо более продвинуты в техническом плане. Некоторые пеллетные котлы можно загружать раз в неделю. Растопка такого котла и вовсе дело лёгкое — благодаря своему небольшому размеру, гранулы хорошо воспламеняются. Большинства котлов оснащено электрическим розжигом, который управляется контроллером, продуманной системой подачи воздуха в горелку и даже автоматическим устройством для удаления отходов горения.

Состав топлива разных видов

Бурый уголь относится к молодым залежам, поэтому в нем содержится наибольшее количество влаги (от 20% до 40%), летучих веществ (до 50%) и небольшое количество углерода (от 50% до 70%). Температура горения у него выше, чем дерева, и составляет 350°С. Теплота сгорания — 3500 ккал/кг.
Наиболее распространенным видом топлива является каменный уголь. В нем содержится небольшое количество влаги (13-15%), а содержание горючего элемента углерода превышает 75%, в зависимости от сорта.

Средняя температура возгорания — 470°С. Летучих газов в каменном угле 40%. При сгорании выделяется 7000 ккал/кг.

К самым старым залежам твердотопливного ископаемого относится антрацит, залегающий на значительной глубине. В нем практически нет летучих газов (5-10%), а количество углерода варьируется в пределах 93-97%. Теплота сгорания находится в пределах от 8100 до 8350 ккал/кг.

Отдельно необходимо отметить древесный уголь. Его получают из древесины путем пиролиза — сжигания при высокой температуре без доступа кислорода. Готовый продукт отличается высоким содержанием углерода (от 70% до 90%). При сжигании древесного топлива выделяется около 7000 ккал/кг.

Об особенностях использования торфяных брикетов можно прочитать в данной статье:

Разновидности угля

Существует несколько видов этого топлива, температура угля при горении у каждого типа будет разной. По происхождению различают уголь, полученный из древесины, и ископаемые экземпляры.

Ископаемое топливо сотворила сама природа. В его состав входят растительные компоненты, которые подвергались изменениям, находясь под толщей земли.

К этой категории относятся следующие типы угля:

• антрацит;
• бурый;
• каменный.

Выделяют 3 вида угля

Природные ископаемые

Самая молодая разновидностей ископаемых — бурый уголь. Этот вид топлива состоит из большого количества примесей и отличается высоким уровнем влаги (до 40%). При этом содержание углерода может доходить до 70%.

Из-за высокой влажности этот уголь имеет невысокую температуру горения и низкую отдачу тепла. Температура горения составляет 1900 градусов, а возгорание происходит при 250 градусах. Бурую разновидность редко используют для печей в частных домах, поскольку она сильно уступает дровам по качеству.

Однако высоким спросом пользуется бурый уголь в виде брикетов. Такой теплоноситель проходит специальную доработку. Его влажность понижается, а потому топливо становится более эффективным.

Данный уголь имеет высокую влажность
Каменные ископаемые старше бурых. В природе они содержатся очень глубоко под землей. Этот теплоноситель может содержать до 95% углерода и до 30% летучих примесей. При этом ископаемое имеет невысокое содержание влаги — максимум 12%.

Находясь в печи, температура горения угля составляет 1000 градусов, а в идеальных условиях может достигать отметки в 2100 градусов. Его достаточно сложно разжечь, для этого нужно нагреть ископаемое до 400 градусов. Каменный теплоноситель — самая популярная разновидность топлива для обогрева зданий и частных домов.

Антрацит — древнейшее ископаемое, практически не содержащее примесей и влаги. Количество углерода в топливе более 95%. Температура сгорания составляет 2250 градусов при подходящих условиях. Для воспламенения необходимо создать температуру минимум 600 градусов. Необходимо применять дрова для того, чтобы создавать нужный нагрев.
Интересно: температура горения дров в печке.

Данный уголь не имеет влаги

Продукты производства

Древесный уголь не является природным ископаемым, поэтому его выделяют в отдельную категорию. Этот продукт получается в результате обработки древесины. Из нее удаляют лишнюю влагу и меняют структуру. При правильном хранении влажность в древесном топливе равна 15%.

Для того чтобы топливо воспламенилось, его необходимо нагреть до 200 градусов. Следует учитывать то, что температура горения древесного угля может отличаться в зависимости от условий и вида древесины, например:

• для ковки металла подойдут березовые угли — при качественной подаче воздуха, они будут гореть при 1200-1300 градусах;
• в отопительной котле или в печи температура древесного угля при горении составит 800-900 градусов;
• в мангале на природе показатель будет равен 700 градусов.

Топливо, полученное из древесины, очень экономично. Его требуется гораздо меньше, чем дров. Этот производственный продукт идеально подойдет для приготовления мяса в мангале.

В этом видео вы узнаете, чем отличается каменный уголь от древесного:

Процесс горения

В зависимости от вида и сорта топливо делится на короткопламенное и длиннопламенное. К короткопламенным относится антрацит и кокс, древесный уголь.
При сжигании антрацит выделяет много тепла, но для его розжига требуется обеспечить высокую температуру более легко воспламеняемым топливом, например, дровами. Антрацит не выделяет дыма, горит без запаха, пламя у него низкое.

Длиннопламенные виды топлива сгорают за два этапа. Сначала выделяются летучие газы, которые сгорают над слоем угля в пространстве топки.

После выгорания газов начинает сгорать оставшееся топливо, превратившееся тем временем в кокс. Кокс горит на колосниках коротким пламенем. После выгорания углерода остается зола и шлаки.

Горение угля

Подземные пожары могут продолжаться длительные периоды времени (месяцы или годы, в отдельных случаях— до нескольких тысяч лет), пока не истощится тлеющий пласт. Они могут распространяться на значительные площади по шахтным выработкам и трещинам в массиве горных пород. Поскольку они подземные, их чрезвычайно трудно погасить, что не в последнюю очередь связано с трудностью либо невозможностью доступа к очагу горения.

Некоторые возгорания угольных пластов — естественные явления. Некоторые угли могут самовозгораться при температурах ниже 100°C (212°F) при определённой влажности и размерах кусков. Лесные пожары (вызванные молнией или другие) могут поджигать уголь, залегающий близко от поверхности, и тление может распространяться через пласты, создавая условия для воспламенения более глубоких пластов. Доисторические обнажения шлака на Американском Западе — результат доисторических горений угля, которые оставили остаток, сопротивляющийся эрозии лучше чем матрица. По оценкам учёных,Горящая гора в Австралии является самым старым из известных горящих месторождений угля — пожар там продолжается около 6000 лет.

В мире существуют тысячи активных неустранимых подземных пожаров, особенно в Китае и Индии, где бедность, недостаток правительственного регулирования и безудержное развитие вместе создают угрозу окружающей среде. Современные слоевые горные разработки открывают тлеющие пласты угля воздуху, возобновляя горение..

Среди сотен подземных пожаров в Соединённых Штатах наиболее известный находится в городе Централия, штат Пенсильвания. Начал гореть в 1962 году. Сегодня активны и другие подземные пожары в США, например в городе Вандербилт, также штат Пенсильвания (штат с наибольшим количеством подземных пожаров).

Подземные пожары могут начинаться в результате аварии, обычно вызывая взрыв газа. Некоторые подземные пожары начались, когда власти взрывали нелегальные горные разработки. Много недавних шахтных пожаров начались по вине людей, сжигающих мусор в ямах поблизости от брошенных угольных шахт (как, например, это произошло в Централии).

Сельские жители Китая в угольных регионах часто добывают уголь для домашнего использования, отказываясь от выработок, когда они истощаются, бросая быстро воспламеняющуюся угольную пыль на открытом воздухе. Отображение угольных пожаров Китая на карте со спутниковой фотографии обнаружило многие предварительно неизвестные пожары. Имеется несколько успешных примеров борьбы с подземными пожарами: в 2004 году, в Китае удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу, около Урумчи в области Синьцзян, горение которого продолжалось с 1874 года. Самые страшные из текущих пожаров находятся в каменно-угольных бассейнах Уда во Внутренней Монголии. Угольные пожары Китая сжигают 20—30 миллионов тонн угля в год. Ликвидацию подземных пожаров в шахтах, а также спасение людей в России осуществляет ВГЧС

Сжигание

Рассмотрим процесс сгорания топлива в обычной печке, которую используют для отопления частных домов. Она состоит из основных частей:

• топки;
• поддувала;
• дымохода с трубой.

Топка соединяется с поддувалом через специальную решетку (колосники), расположенные внизу топки. На колосники укладывается топливо, а из поддувала через колосники воздух поступает в топку.

Хранение угля

Уголь для отопления ДПК легко разместить на участке и хранить. Уголь может быть размещен под открытым небом. Он не мокнет, не боится осадков. Уголь довольно тяжелый, несколько тонн угля занимает совсем немного места. Я высыпал уголь на участке и прикрыл его брезентом, чтобы было проще доставать его из-под снега. Уголь доступен как в россыпи, так и в мешках. В мешках он дороже, но зато уже подготовлен для сжигания, поколот на кусочки размером с орех. Но разгрузка этих мешков может стать проблемой, тогда как россыпью уголь высыпают с самосвала за 2 минуты. В рассыпном угле встречаются большие куски, которые потом приходится колоть. Я выбрал этот вариант. Мне даже прикольно выйти утром на морозец и поколоть уголь. Колю его колуном (такая кувалда, одна сторона которой сделана в виде клина)

Формулы горения

Температуры воспламенения разных видов топлива (нажмите для увеличения)
При загорании топлива (дрова, уголь) идет химическая реакция с выделением тепла.

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

На этом процесс горения не заканчивается, ведь поднимаясь вверх в топочном пространстве, окись углерода вступает в реакцию с кислородом из воздуха, приток которого происходит через поддувало или открытую дверцу топки.

Ее сгорание сопровождается синим пламенем и выделением тепла. Образующийся угарный газ (двуокись углерода) поступает в дымоход и улетает через трубу.

Тление с минимальным притоком кислорода приведет к образованию неядовитой окиси углерода, давая равномерное тепло.

Варианты угля

Температура горения древесного угля значительно выше, поэтому данный вариант топлива является отличной альтернативой для обычных дров. Отметим и прекрасный показатель теплоотдачи, продолжительность процесса горения, незначительный расход топлива. Существует несколько разновидностей угля, связанных со спецификой добычи, а также глубиной залегания в земных недрах: каменный, бурый, антрацит.

У каждого из указанных вариантов есть свои отличительные качества и характеристики, которые позволяют использовать его в твердотопливных котлах. Температура горения угля в печи будет минимальной при использовании бурого, так как в его составе содержится достаточно большое количество разнообразных примесей. Что касается показателей теплоотдачи, то их величина аналогична древесине. Химическая реакция горения является экзотермической, теплота сгорания угля имеет высокий показатель.

У каменного угля температура воспламенения достигает 400 градусов. Причем теплота сгорания угля данного вида довольно высока, поэтому данный вид топлива широко используют для обогрева жилых помещений.

Рекомендуем: Слуховое окно: что это такое, для чего и зачем оно нужно, предназначение

Максимальная эффективность у антрацита. Среди недостатков такого топлива выделим его высокую стоимость. Температура горения угля данного вида достигает 2250 градусов. Подобного показателя нет ни у одного твердого топлива, добываемого из земных недр.

Применение

Основным использованием топлива является его сжигание для выделения тепла. Тепло используется не только для отопления частного дома и приготовления пищи, но и в промышленности для обеспечения технологических процессов, происходящих при высокой температуре.
В отличие от обычной печки, где процесс поступления кислорода и интенсивность горения слабо регулируется, в промышленных печах особое внимание уделяется контролю над подачей кислорода и поддержанием равномерной температуры горения.

Рассмотрим основную схему сгорания угля.

1. Идет нагревание топлива и испарение влаги.
2. С ростом температуры начинается процесс коксования с выделением летучих коксовых газов. Сгорая, он дает основное тепло.
3. Уголь превращается в кокс.
4. Процесс горения кокса сопровождается выделением тепла, достаточного для запуска коксования следующей порции топлива.

В промышленных котлах горение кокса разделяется по разным камерам от горения коксового газа. Это позволяет осуществлять приток кислорода для кокса и газа с разной интенсивностью, добиваясь необходимой скорости горения и поддержания необходимой температуры.

Особенности сжигания углей

Рассматривая, при какой температуре горит тот или иной вид топлива, следует учитывать, что приводятся цифры, достижимые только в идеальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле такие условия создать невозможно, да и не нужно. Кирпичный или металлический теплогенератор не рассчитан на такой уровень нагрева, а теплоноситель в контуре быстро закипит.

Поэтому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, то есть, от количества воздуха, подаваемого в топочную камеру. Ископаемый и древесный энергоноситель лучше всего горит, если подача воздуха достигает 100%. Для ограничения воздушного потока используется задвижка или заслонка, благодаря чему поддерживается оптимальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допускать вскипание теплоносителя в водяной рубашке — если предохранительный клапан не сработает, произойдет взрыв. Кроме того, смесь пара и воды губительно действует на циркуляционный насос в системе отопления.

Чтобы контролировать процесс горения, используются следующие способы

:

• энергоноситель загружается в топку и регулируется подача воздуха;
• угольная крошка или топливо кусочками подается дозировано (по той же схеме, что и в пеллетных котлах).

Использование древесного угля

Древесный уголь в быту используется для приготовления мяса на мангале.
Благодаря высокой температуре горения (около 700°С) и отсутствию пламени обеспечивается равномерный жар, достаточный для приготовления мяса без обугливания.

Также его применяют как топливо для каминов, приготовления пищи на небольших печах.

В промышленности его используют как восстановитель при производстве металла. Незаменим древесный уголь при производстве стекла, пластмасс, алюминия.

Изготовить древесный уголь возможно и самостоятельно. Подробности:

Использование бурого угля

Хотя температура горения и теплоотдача бурого ископаемого меньше, чем каменного, его также используют для отопления и приготовления пищи.

Это объясняется его низкой стоимостью.

Но более широко применяется бурый уголь для переработки и получения различных химических веществ: полукокса, горного воска, сажи, бензина.

О горении бурого угля смотрите следующее видео:

Тепловые свойства древесины

От теплопроводности материала напрямую будет зависеть КПД. Любой обладатель частного дома с каменной печью знает об этом нюансе. Качество горения также зависит от ещё одного показателя – температуры горения. Увеличив градусы, можно гораздо быстрее подогреть воду в трубах или кирпичные стены, тем самым защитив свой дом от сильных морозов.

Если в топку положить тополь, то можно наблюдать очень высокое пламя, но его температура не превысит 500 градусов, а это не так уж и много для обогрева помещения. Предпочтительнее использовать ясень, бук и граб. Они активно сгорают, но при этом выделяют температуру в 1000 градусов. Такой показатель идеален для обогрева помещения.

Отопление углем – практические советы

Полноценное сжигание угольного топлива требует особого подхода к вопросу. Задача – достичь максимального КПД источника тепла, не перегреть теплоноситель и не устроить пожар из-за слишком высокой температуры.

Антрацит — самый калорийный коксующийся уголь

Предлагаем учесть наши рекомендации по выбору оборудования:

1. Чисто дровяные котлы и стальные печки заводского изготовления нежелательно топить углями высокой калорийности – каменными и антрацитами. Мощная теплоотдача и сильный нагрев способен деформировать стенки топливника (обычно их делают толщиной 3 мм).
2. Для угольного отопления не годятся ТТ-котлы с водонаполненными колосниками. Из-за разницы температур раскаленный спекающийся слой намертво прилипает к трубам с водой, проход воздуха и дальнейшая очистка агрегата сильно затрудняется.
3. Если вы располагаете калиброванным каменным углем крупностью фракции 25—50 мм (по классификации – орех), лучшим выбором станет котел с автоматической подачей топлива. Агрегат оснащается ретортной горелкой и вентилятором, четко дозирующим нагнетание воздуха по команде электроники. Длительность непрерывной работы – до 7 суток.
4. Идеальный вариант – купить шахтный либо традиционный котел, рассчитанный на использование угольных пород. В теплогенераторе предусмотрены подвижные колосники, поворачиваемые внешней рукояткой. Приспособление помогает сбрасывать золу из топки в нижнюю камеру.

5. Отопители, оснащенные вентилятором или дымососом, удобнее и безопаснее котлов с механическими регуляторами на цепочке. При критическом росте температуры автоматика отключит подачу воздуха, а канал закроется заслонкой. Обычная крышка поддувала прилегает неплотно, кислород просачивается в камеру, медленное горение продолжается.
6. Топить открытый камин углем – занятие бесполезное. Много тепла не получите, только разведете в комнате грязь, появится неприятный запах.
7. В целях повышения безопасности очень желательно установить на котел дополнительный клапан теплового сброса. В случае перегрева и закипания элемент сбрасывает часть теплоносителя из котловой рубашки и одновременно заполняет ее холодной водопроводной водой.

К каждому типу угля нужно приноровиться. Незнакомое горючее лучше засыпать мелкими порциями, регулируя тягу шибером и наблюдая за ростом температуры. Когда вычислите все нюансы горения данной марки, заполняйте топливник на 2/3.

Важный момент, касающийся эксплуатации кирпичной печи с плитой. Ни в коем случае не открывайте конфорки после загрузки новой порции угля, пользуйтесь боковой дверцей. При недостатке кислорода топливо выделяет пиролизный газ, который выйдет наружу через отодвинутую конфорку.

Особенности горения

Теплоносители отличаются по типу пламени. Для бурого и каменного ископаемого характерны длинные языки пламени, а антрацит и древесное топливо являются энергоносителями с коротким пламенем. Последние выделяют много тепловой энергии и сгорают почти без остатка.

Длиннопламенное топливо горит в два этапа. Сначала происходит испарение летучих фракций, горючий газ сгорает и перемещается в верхнюю область топочной камеры. Во время выделения газа уголь коксуется, после полного выгорания примесей начинается горение кокса. Появляется короткое пламя. В заключение углерод сгорает, а зола и шлаки остаются.

О сжигании угля в печах

Приведенные выше значения температур в градусах для каждого вида топлива являются теоретическими. То есть, они достижимы при идеальных условиях сгорания энергоносителя, чего в реальной жизни, да еще и в домашних условиях, не бывает. Более того, сильно перегревать кирпичную печку или металлический котел нет смысла. Они не рассчитаны на подобные режимы.

По большому счету, интенсивность горения угля в печке зависит от количества подаваемого воздуха. Угли лучше всего отдают тепло при стопроцентной подаче воздуха, но на практике этого не происходит, поскольку мы ограничиваем его количество заслонкой или задвижкой. Иначе температура в камере сжигания слишком возрастет, а так она находится в пределах 800—900 ºС.

Напоследок о сжигании угольной пыли

Мелкая фракция, остающаяся от рядового угля, тоже является полноценным топливом. Проблема заключается в загрузке – бо́льшая часть пыли сразу просыпается в зольник. Если загрузить ее поверх дров, перекрывается доступ кислорода, горение ухудшается. В подобных случаях можно применить 3 способа:

1. Дедовский. Каменноугольная пыль перемешивается с водой, делаются лепешки и высушиваются на солнце.
2. Брикетирование. Если вы располагаете большим количеством пыли, есть смысл изготовить либо заказать шнековый пресс для формования угольных брикетов в домашних условиях.
3. Добавить к мелкой фракции воды и загружать в топку в старых полиэтиленовых пакетах.

Последний способ – наиболее простой и быстрый в реализации. Вода добавляется к пыли в соотношении 1 : 10, субстанция тщательно перемешивается и раскладывается по пакетам. Котел разгоняется до рабочей температуры на дровах, затем в топку загружается 2—3 таких порции. Подробнее о методе рассказывается на видео: