PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION
The article deals with the creation of a novel design of a long-burning pyrolysis furnace. The task was to develop a light and mobile wood-burning stove for heating rooms, dugouts and for the production of electricity based on a thermoelectric generator. To solve the problem, a vertical type gas gen...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/498 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103849103622144 |
|---|---|
| author | Klyus , V. Lobunets , Yu. Zurian , O. Chetveryk , H. Masliukova , Z. |
| author_facet | Klyus , V. Lobunets , Yu. Zurian , O. Chetveryk , H. Masliukova , Z. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Klyus ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Yu. Lobunets ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "O. Zurian ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "H. Chetveryk ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Z. Masliukova ",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Klyus , V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:21Z |
| description | The article deals with the creation of a novel design of a long-burning pyrolysis furnace. The task was to develop a light and mobile wood-burning stove for heating rooms, dugouts and for the production of electricity based on a thermoelectric generator. To solve the problem, a vertical type gas generator plate with an upper fuel combustion zone was taken as the basis of the design. The stove is made of standard thin-sheet stainless steel pipes and is connected to a chimney with a diameter of 100 mm and a height of 4 m. The weight of the stove is 12.5 kg. 10 ... 12 kg of hard-leaf wood is placed in the furnace. According to the indicator of the ratio of the mass of firewood to the mass of the stove (1:1), the stove has no analogues in Ukraine. The scientific novelty of the work lies in ensuring the efficiency of pyrolysis gas combustion and increasing the efficiency of the pyrolysis furnace by heating the secondary air. The furnace uses secondary air heating for efficient combustion of pyrolysis gas. The conducted tests determined the burning duration of 10 kg of firewood for 5 hours. The thermal power of the wood stove is 8 kW, the efficiency is 82 ... 86 %. For equipping the stove with a thermoelectric generator, the surface density of the heat flow on the playing surface was experimentally determined, which was 1.2 ... 1.7 W/cm2, which is slightly less than for a natural gas stove. In the future, the efficiency of the furnace can be increased due to the use of stainless radiator pipes for the chimney. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2024.4(79).145-151 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
145
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
УДК 662.76[662.63+620.92] https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)145-151
ПІРОЛІЗНА ПІЧ ТРИВАЛОГО ГОРІННЯ
Отримано 24 жовт. 2024 р.; рекомендовано до публікації 27 лист. 2024 р.
Доступно онлайн 11 груд. 2024 р.
Клюс В. П.1, Лобунець Ю. М.2, Зур’ян О. В.3,
Четверик Г. О.4, Маслюкова З. В.5
Автор для кореспонденції: Клюс Володимир,
e-mail: klius@ukr.net
У статті розглядаються питання створення нової конс-
трукції піролізної печі тривалого горіння. Була поставлена
задача розробити легку та мобільну піч на дровах для опа-
лення приміщень, бліндажів та для виробництва електрое-
нергії на основі термоелектричного генератора. Для вирі-
шення задачі за основу конструкції була взята плита
газогенераторна вертикального типу з верхньою зоною го-
ріння палива. Піч виготовлена зі стандартних труб з тонколистової нержавіючої сталі та під’єдну-
ється до димаря діаметром 100 мм і висотою 4 м. Вага печі 12,5 кг. У піч уміщається 10 … 12 кг дров
твердолистових порід. За показником відношення маси дров до маси печі (1:1) піч не має аналогів в Ук-
раїні. Наукова новизна роботи полягає у забезпеченні ефективності спалювання піролізного газу та під-
вищення коефіцієнта корисної дії (ККД) піролізної пічки шляхом підігріву вторинного повітря. Проведе-
ними випробуваннями визначена тривалість горіння 10 кг дров ‒ 5 год. Теплова потужність печі по
дровах 8 кВт, ККД 80,6 … 83,6 %. Для комплектації печі термоелектрогенератором експериментально
визначена поверхнева щільність теплового потоку на гарячій поверхні, яка становила 1,2 … 1,7 Вт/см2,
що дещо менше, ніж для плити на природному газі. В подальшому ККД печі може бути збільшений за
рахунок використання для димаря нержавіючих труб-радіаторів.
Ключові слова: піч піролізна вертикальна, верхнє горіння, дрова, підігрів вторинного повітря, технічні
характеристики.
PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION
Received Oct. 24, 2024; accepted Nov. 27, 2024
Available online Dec. 11, 2024
Klyus V.1, Lobunets Yu.2, Zurian O.3,
Chetveryk H.4, Masliukova Z.5
Author for correspondence: Klyus Volodymyr,
e-mail: klius@ukr.net
The article deals with the creation of a novel design of a long-
burning pyrolysis furnace. The task was to develop a light and
mobile wood-burning stove for heating rooms, dugouts and for
the production of electricity based on a thermoelectric genera-
tor. To solve the problem, a vertical type gas generator plate
with an upper fuel combustion zone was taken as the basis of
the design. The stove is made of standard thin-sheet stainless
steel pipes and is connected to a chimney with a diameter of 100
mm and a height of 4 m. The weight of the stove is 12.5 kg. 10 ... 12 kg of hard-leaf wood is placed in the furnace.
According to the indicator of the ratio of the mass of firewood to the mass of the stove (1:1), the stove has no
analogues in Ukraine. The scientific novelty of the work lies in ensuring the efficiency of pyrolysis gas combustion
1 канд. техн. наук
https://orcid.org/0000-0001-8536-3211
2 д-р техн. наук
https://orcid.org/0000-0002-3593-1687
3 канд. техн. наук
https://orcid.org/0000-0002-2391-1611
4 канд. техн. наук
https://orcid.org/0000-0001-9398-1968
5 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0002-4180-7930
1, 2, 3, 4, 5 Інститут відновлюваної енергетики
НАН України, м. Київ, Україна
1 Cand. of Tech. Sciences
https://orcid.org/0000-0001-8536-3211
2 Dr. of Tech. Sciences
https://orcid.org/0000-0002-3593-1687
3 Cand. of Tech. Sciences
https://orcid.org/0000-0002-2391-1611
4 Cand. of Tech. Sciences
https://orcid.org/0000-0001-9398-1968
5 Researcher
https://orcid.org/0000-0002-4180-7930
1, 2, 3, 4, 5 Institute of Renewable Energy of the
National Academy of Sciences of Ukraine,
Kyiv, Ukraine
146
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
and increasing the efficiency of the pyrolysis furnace by heating the secondary air. The furnace uses secondary air
heating for efficient combustion of pyrolysis gas. The conducted tests determined the burning duration of 10 kg of
firewood for 5 hours. The thermal power of the wood stove is 8 kW, the efficiency is 82 ... 86 %. For equipping the
stove with a thermoelectric generator, the surface density of the heat flow on the playing surface was experimen-
tally determined, which was 1.2 ... 1.7 W/cm2, which is slightly less than for a natural gas stove. In the future, the
efficiency of the furnace can be increased due to the use of stainless radiator pipes for the chimney.
Key words: vertical pyrolysis furnace, top combustion, firewood, secondary air heating, technical characteristics.
Вступ
Системи з відновлюваними джерелами енергії потребу-
ють резервних енергетичних джерел. Печі прямого спа-
лювання або печі піролізні можна розглядати як резер-
вне джерело теплової енергії.
Піч на дровах «буржуйка» традиційно слугувала для обі-
гріву приміщень різного призначення, використовува-
лася масово і не вимагала спеціальних знань щодо уста-
новки. До наших днів цей вид печей зазнав безліч змін,
і сучасні печі більш екологічні та енергоефективні. Осно-
вний недолік печей ‒ це неповне згоряння палива, що
призводить до суттєвих викидів шкідливих речовин в ат-
мосферу. Тому пошук нових рішень чистого спалювання
твердого палива за рахунок удосконалення традиційних
конструкцій піролізних печей є актуальним.
За результатами аналізу відомих конструкцій піролізних
печей 1 встановлено дві групи печей за способом го-
ріння палива: нижнє горіння і верхнє горіння. В основ-
ному використовується нижнє горіння, за яким паливо
розпалюється на колосниковій решітці, а потім процес
горіння поступово охоплює весь простір печі. Тому па-
ливо згоряє дуже швидко і значна частина теплоти ви-
носиться в димову трубу з нагрітими газами згоряння.
Різні способи регулювання швидкості згоряння дозволя-
ють дещо збільшити тривалість горіння, але при цьому
ускладняється конструкція печі і збільшується її метало-
ємність.
За технічними даними виробників кращих сучасних «бу-
ржуйок», заявлені ККД для «буржуйки Вогник» ‒80 %,
для печі тривалого горіння «Сanada економ» ‒ 75 %.
Печі з верхнім горінням здебільшого вертикального
типу 2‒4. Розпалювання палива відбувається зверху.
Утворюється обмежена зона горіння, яка в міру прого-
рання палива переміщується вниз до колосникової ре-
шітки, тривалість горіння збільшується, втрати теплоти з
димовими газами суттєво зменшуються. Проте частина
піролізного газу не згоряє через недосконалу подачу
вторинного повітря.
Метою досліджень є забезпечення ефективності спалю-
вання піролізного газу та підвищення ККД піролізної пі-
чки шляхом підігріву вторинного повітря.
Зазначимо, що для виготовлення піролізних пічок вико-
ристовують чавун або сталь вуглецеву. Тому для кращих
зразків різних виробників піролізних печей співвідно-
шення між вагою піролізної печі й вагою дров паливних
зазвичай становить 5:1 і це істотно впливає на
економічні показники використання піролізних пічок
для опалення приміщень. Тому було поставлено за-
вдання знизити співвідношення між вагою піролізної
печі і вагою дров за рахунок використання тонколисто-
вої термостійкої нержавіючої сталі для виготовлення пі-
ролізної пічки та оптимізації її розмірів.
Для досягнення означеної мети були поставлені такі за-
вдання: розробити конструкцію енергоефективної піро-
лізної пічки на дровах; знизити співвідношення між ва-
гою піролізної печі й вагою дров. Крім нагрівання
приміщення, піч у разі потреби може мати додаткові фу-
нкції, зокрема використовуватись як плита для приготу-
вання їжі, та оснащуватися портативним термоелектри-
чним генератором.
Найефективніше піролізний газ удається спалити в пли-
тах побутових газогенераторних 5‒7. Вторинне повітря
спочатку підігрівається, а потім надходить у верхню час-
тину плити, де рівномірно змішується з піролізним га-
зом та спалюється, в результаті чого горіння піролізного
газу відбувається стабільно. У разі використання піролі-
зної печі як плити для приготування їжі коефіцієнт кори-
сної дії плити на біопаливі наближається до коефіцієнта
корисної дії газової плити на природному газі. В цих
плитах здебільшого використовується подрібнене біо-
паливо (тріска, шкаралупа горіхів) або пелети й брикети.
Плити виготовляються з тонкостінної нержавіючої сталі,
а тому вони легкі та мобільні. Тривалий час викорис-
тання плит в країнах Південно-Східної Азії та Африки по-
казав їх достатню ефективність. Тому за основу для ство-
рюваної печі була взята конструкція газогенераторних
плит. Для цього плита оснащається закритою камерою
згоряння піролізного газу та димоходом.
Матеріали та методи досліджень. Розроблено крес-
лення піролізної пічки, яку було виготовлено й випро-
бувано. На рис. 1 зображено креслення піролізної пі-
чки.
Піролізна пічка складається з реторти, кожуха з днищем,
колосникової решітки, штуцера, заглушки, ніжок, засу-
вки, кришки або чавунних кілець, люку, через який мо-
жна додатково завантажувати дрова в міру їхнього зго-
ряння та кришки для зазначеного люка.
На рис. 2 наведено фото, виготовленої в металі піроліз-
ної печі.
Піч виготовлена із тонколистової термостійкої нержаві-
ючої сталі AISI 321, кришка − чавунні кільця. Піч під’єд-
нується до димаря діаметром 100 мм. У приміщенні не-
ржавіючі труби димаря не ізольовані, а зовні − з
147
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
теплоізоляцією. Одна секція димаря в приміщенні вико-
нана у вигляді труби-радіатора. Для регулювання тяги
на димарі встановлений регулятор тяги. Висота ди-
маря − 4 м. Об’єм реторти печі − 32 л. Вага печі − 9,5 кг,
чавунних кілець − 3 кг. Загальна вага − 12,5 кг. Дрова в
піч завантажуються вертикально і щільно на 75 % висоти
реторти. Отже, до прикладу, в піч уміщається 10…12кг
дров твердолистових порід.
Рис. 1 . Креслення піролізної пічки:
1 − реторта; 2 − кожух з дном; 3 − колосникова решітка; 4 − штуцер; 5 − заглушка; 6 − ніжка;
7 − засувка; 8 − кришка (чавунні кільця); 9 − люк; 10 − кришка люка
Fig. 1. Drawing of a pyrolysis furnace:
1 − the retort; 2 − casing with a bottom; 3 − grating; 4 chimney fitting; 5 − a stub; 6 − the leg;
7 − ash tray latch; 8 − cover (cast iron rings); 9 − hatch; 10 − hatch cover
Рис. 2. Фото піролізної пічки
Fig. 2. Photo of a pyrolysis furnace
Якщо є потреба добавляти паливо без зупинки печі, пе-
редбачений спеціальний люк. Тонке регулювання по-
дачі первинного повітря здійснюється за допомогою за-
сувки зольника зі штуцером.
Порядок роботи печі такий. У реторту завантажуються
дрова. Регулятор тяги і засувка зольника відкриті повні-
стю. За рахунок розрідження, що виникає, первинне по-
вітря через колосникову решітку і щілини між дровами
надходить в реторту. Через відкрите найменше чавунне
кільце дрова розпалюються, наприклад, газовим паль-
ником. Після розгоряння дров кільце закривається. Ре-
гулятором тяги і засувкою зольника регулюється процес
спалювання. Коли температура у верхній частині рето-
рти (камері згоряння) досягає 300 С, починає виділя-
тися горючий піролізний газ, який необхідно допалю-
вати вторинним повітрям. Тому вторинне повітря через
отвори на боковій поверхні кожуха надходить у кільце-
вий зазор між кожухом і ретортою, піднімається вгору й
148
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
підігрівається. Підігріте повітря через отвори у верхній
частині реторти потрапляє в камеру згоряння рівномі-
рно. Дрова поступово згоряють згори до низу колосни-
кової решітки, на якій залишається зола.
Таким чином, поліпшено конструкцію існуючих піроліз-
них пічок за рахунок підігріву та удосконалення подачі
вторинного повітря, що дало можливість ефективно спа-
лювати піролізний газ. Було знижено співвідношення між
вагою піролізної печі й вагою дров паливних до 1:1 за ра-
хунок використання тонколистової термостійкої нержаві-
ючої сталі для її виготовлення та оптимізації розмірів пі-
чки, що дає змогу покращити економічні показники
використання піролізних пічок для опалення приміщень.
За цим показником піч не має аналогів в Україні.
Ця піролізна піч на дровах використовуватиметься як ре-
зервне джерело теплової енергії в енергетичних систе-
мах з відновлюваними джерелами енергії. Передбача-
ється, що вона буде оснащена портативним термоелек-
тричним генератором для виробництва електроенергії,
який використовуватиметься за потреби.
Також ця піч є легкою та мобільною для широких сфер
застосування, а саме: житлові приміщення, господар-
ські споруди, бліндажі.
Отримані результати. Були проведені досліди. В пічку
завантажували 10 кг дров твердих порід. Температуру
вимірювали термопарою типу К (діапазон вимірювань
до 800 °С). Для контролю температури були встановлені
термопари в камері згоряння плити (t1), а також у ди-
марі на вході в секцію труба-радіатор (t2) та на виході
димової труби з приміщення (t3).
Виміри температур відбувалися в автоматичному ре-
жимі з дискретністю 5 с, що візуально контролювалася
та фіксувалися на комп’ютері. Температура в камері зго-
ряння підтримувалася регулюванням положення засу-
вки й регулятора тяги в діапазоні 550−800 С.
На рис. 3 зображені графіки для температури в зазначе-
них місцях піролізної пічки протягом 83 хв після розпа-
лювання дров.
Рис. 3. Динаміка температур від початку розпалювання:
t1 − у камері згоряння; t2 − на вході в теплообмінник; t3 − димових газів
Fig. 3. Temperature dynamics from the start of ignition:
t1 − in the combustion chamber; t2 − at the entrance to the heat exchanger; t3 − flue gases
Як видно на рис. 3, через 6-7 хв після розпалювання
дров температура в камері згоряння t1 досягає 300 С і
стрімко підвищується до 750 С. За таких температур ві-
дбувається виділення з дров горючого піролізного газу,
який згоряє в інтервалі температур 600−800 С. Прибли-
зно через 1 год температура t3 димових газів стабілізу-
ється і становить 280 С, а температура t2 становить
450 С. Різниця температур t2 і t3 становить 170 С, що
свідчить про ефективну віддачу теплоти від димової
труби до приміщення. Після завершення згоряння піро-
лізного газу відбувається згоряння утвореного із дров
біовугілля. На рис. 4 зображені графіки для температури
в зазначених місцях піролізної пічки протягом ⸞40 хв на
стадії згоряння біовугілля.
Визначення технічних характеристик печі. Вихід
біовугілля становить близько 30 % початкового об’єму
дров. Горіння біовугілля відбувається на колосниковій
решітці. Тривалість горіння 10 кг дров становила 5 год.
Інтенсивність згоряння дров − 2 кг/год. Як відомо, теп-
лотворна здатність сухих дров з вмістом вологи в них
15−20 % становить 4 кВт·год/кг, відповідно теплова по-
тужність пічки по дровах буде 8 кВт.
ККД пічки визначали методом зворотного балансу за та-
кою залежністю 8, 9
2 3 4 5n = 100%-q -q -q -q , (1)
де: 2q − втрати теплоти з димовими газами, %;
149
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
3q − втрати теплоти з хімічним недопалом, %;
4q − втрати теплоти з механічним недопалом, %;
5q − втрати теплоти від зовнішнього охолоджування ко-
рпусу печі, %.
Рис. 4. Динаміка температур на стадії згоряння біовугілля
Fig. 4. Dynamics of temperatures at the stage of biochar combustion
Втрати теплоти з димовими газами визначали за залеж-
ністю 10:
дим
2
теор
t
q = 100
t
, (2)
де димt − температура димових газів, С;
теорt − теоретичну температуру згоряння деревини,
С, приймемо рівною 1860 С згідно з 11.
Усереднені за часом експерименту (було взято середнє
арифметичне значення) температури димових газів на
стадії згоряння піролізного газу (враховується час після
виходу на стабільний режим згоряння, а це 17 хв., див.
рис. 3) і на стадії згоряння біовугілля (рис. 4) становлять:
( ) 318п С =димt , ( ) 236,8в С =димt .
Були визначені втрати теплоти з димовими газами на
стадії згоряння піролізного газу і на стадії згоряння
біовугілля за залежністю (2) − 17,1 і 14,1 % відповідно.
Для печей із колосниковими решітками втрати теплоти
з хімічним недопалом 3q = 0,5 % , з механічним недо-
палом 4q =1,8 % 8, 11. Втрати теплоти від зовніш-
нього охолодження корпусу печі 2 %5q = 9. Для
печі, установленій у приміщенні, ця теплота використо-
вується корисно, тобто 05q = .
Максимальне теоретичне значення коефіцієнта корис-
ної дії печі на двох зазначених стадіях згоряння дров па-
ливних було обчислено за залежністю (1), і становить
80,6 і 83,6 % відповідно.
Із наведених розрахунків можна зробити висновок, що
розроблена піч має достатньо високий коефіцієнт кори-
сної дії. Для його збільшення слід зменшувати
температуру димових газів (не більше 200 С) регулю-
ванням тяги димаря та подачі первинного повітря.
Теоретичний об’єм повітря для спалювання дров визна-
чали за такою залежністю 8:
0,26 ( 0,025 )p
пов нV Q W= + , (3)
де нQ − нижня теплота згоряння, МДж / кг;
pW − вміст вологи, %.
Так, для дров повітряної сухої сушки:
15,0 /нQ МДж кг= , 18 %pW = теоретичний
об’єм повітря для спалювання дров паливних обчис-
лили за залежністю (3), він становить 4 м3/кг.
Мінімальний об’єм топкового простору обчислимо за
такою залежністю 8:
,
4,2
др н
топ
v
В Q
V
кДж
Q
ккал
=
(4)
де: дрВ − витрата дров, кг/год;
нQ − нижча теплота згоряння дров, кДж/кг;
3250000 /vQ ккал м год= − розрахункова вели-
чина теплової напруги топкового об’єму, ккал/м3·год.
За результатами випробувань було встановлено, що
2 /дрВ кг год= , а 13340 /нQ кДж кг= . Мініма-
льний об’єм топкового простору було обчислено за за-
лежністю (4), він становить 25 дм3. Для розробленої
конструкції печі об’єм топкового простору становить
32 дм3, тобто є достатнім для спалювання.
150
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
Мінімальну площу дзеркала горіння визначали за такою
залежністю 8:
,
4,2
др н
гор
s
В Q
S
кДж
Q
ккал
=
(5)
де
2500000 /sQ ккал м год= − розрахункова ве-
личина теплової напруги дзеркала горіння, ккал/м2·год.
Мінімальну площу дзеркала горіння обчислили за зале-
жністю (5), вона становить 13 дм2. Діаметр реторти печі
(рис. 1) становить 250 мм. Горіння відбувається по всій
площині перерізу реторти, а це становить 49 дм2, що
значно більше за мінімальну площу дзеркала горіння.
Поверхнева щільність теплового потоку.
Тепловий потік визначали за такою залежністю:
m с tв р
=
, (6)
де: mв − вага води в каструлі, кг;
ср − теплоємність води, кДж/кгС;
t − різниця між температурою води в кінцевий та по-
чатковий моменти нагрівання води в каструлі, С;
− тривалість нагрівання води в каструлі, с.
Під поверхневою щільністю теплового потоку розуміють
тепловий потік, що виділяється на одиницю поверхні на-
грівання, яку визначали за такою залежністю:
q
S
= , (7)
де S − площа днища каструлі, м2.
На поверхню нагрівання плити (чавунні кільця) ставили
каструлю, виготовлену з нержавіючої сталі й наповнену
водою. Діаметр днища становить 21 см. Вага води в ка-
струлі − 2 кг. Було проведено два досліди, в яких воду
нагрівали протягом 17 і 15 хв відповідно. Під час пер-
шого досліду, який тривав 17 хв., вода в каструлі нагрі-
лась на 51 C, а під час другого досліду, який тривав
15 хв., вода в каструлі нагрілась на 63 C. Результати ви-
пробувань наведені в таблиці.
Таблиця. Результати нагрівання води
Table. The results of heating water
Експеримент 1 Експеримент 2
час Темпера-
тура води,
С
час Темпера-
тура води,
С
10:30
10:35
10:41
10:47
30
41
68
81
11:15
12:28
11:30
33
92
96
= 17 хв t = 51 =17 хв t = 63
Підставивши значення величин: вага води в каструлі, те-
плоємність води, різниця між температурою води в кін-
цевий та початковий момент нагрівання води в каструлі,
тривалість нагрівання води в каструлі − у залежність (6),
обчислили значення теплового потоку. Тепловий потік
становить 419 і 587 Вт відповідно.
Підставивши значення величин: значення теплового по-
току і площа днища каструлі, яка становить 346 см2 − у
залежність (7), обчислили поверхневу щільність тепло-
вого потоку. Поверхнева щільність теплового потоку
становить 1,2 і 1,7 Вт/см2 відповідно.
Для порівняння величин поверхневої щільності тепло-
вого потоку різних побутових нагрівальних приладів
були проведені відповідні розрахунки.
Плита електрична склокерамічна потужністю 1 кВт з ді-
аметром нагрівальної поверхні 180 мм та площею
днища 254 см2. Підставивши значення величин тепло-
вого потоку та площі днища каструлі в залежність (7), об-
числили значення щільності теплового потоку. Воно ста-
новить 3,94 Вт/см2.
Плита газова. В каструлю діаметром 254 мм налили 3,2 кг
води і нагрівали її від 18 до 80 С протягом 13 хв. Площа
поверхні каструлі становить 506 см2. Підставивши зна-
чення величин: вага води в каструлі, теплоємність води,
різниця між температурою води в кінцевий та початко-
вий моменти нагрівання води в каструлі, тривалість нагрі-
вання води в каструлі − у залежність (6), обчислили зна-
чення теплового потоку. Воно становить 1065 Вт.
Підставивши значення величин теплового потоку та
площі днища каструлі в залежність (7), обчислили зна-
чення щільності теплового потоку, воно становить
2,1 Вт/см2.
Отже, поверхнева щільність теплового потоку печі на
дровах у 2 рази менша за поверхневу щільність тепло-
вого потоку для електричної плити і дещо менша, ніж
для газової плити.
Висновки. Наукова новизна роботи полягає у забезпе-
ченні ефективності спалювання піролізного газу та під-
вищення ККД піролізної пічки шляхом підігріву вторин-
ного повітря. Встановлено, що ККД піролізної пічки
становить понад 80 %.
Практична цінність. Піролізна піч може бути викорис-
тана для опалення як цивільних об’єктів, так і об’єктів
військового призначення. Піч може бути укомплекто-
вана термоелектричним генератором малої потужності
для резервного енергозабезпечення. За технічними ха-
рактеристиками (потужність по дровах 8 кВт, вага печі
12,5 кг, відношення маси дров до маси печі 1:1, інтенси-
вність згоряння дров 2 кг/год) піч не має аналогів в Ук-
раїні. Енергоефективність печі може бути підвищена за-
вдяки використанню для димаря всередині
приміщення труб-радіаторів.
Дослідження в цій роботі виконані в межах наукової ро-
боти «Дослідження процесів ефективності використан-
151
Відновлювана енергетика. №3/2024 | Біоенергетика
ня резервних джерел енергії на основі органічних енер-
гоносіїв у системах з відновлюваними джерелами енер-
гії, шифр Енерго-гарант» та наукової роботи «Розроб-
лення комбінованого генератора теплової та електрич-
ної енергії».
ПОСИЛАННЯ
1. Опалювальні печі для дому та дачі // [Інтернет-ре-
сурс]. – Режим доступу: http://www.profi-
kamin.com.ua/2022/08/07/opalyuvalni-pechi-dlya-
domu-ta-dachi
2. Вертикальна піч тривалого горіння // [Інтернет-ре-
сурс]. – Режим доступу: http:
//www.youtube.com/watch%v=AOBZvISXCrg
3. Вертикальна піч тривалого горіння. Краще паливо
для печі, тест огляд // [Інтернет-ресурс]. – Режим до-
ступу: http://www.youtube.com/watch%v=3TXOZ-
z9zvMδt=52S
4. Котел тривалого горіння дров «Бубафоня» // [Інтер-
нет-ресурс]. – Режим доступу:
http://www.pechki.dp.ua
5. Alexis T. Belonio. Rice husk gas stove handbook.
Philippines: Central Philippine University. 2005. 153 p.
6. Клюс В. П. Газогенераторные плиты на биомассе./
Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 25–
30. С. 60–72.
7. Клюс В. П., Жовмір М. М., Клюс С. В. Енергетична
ефективність газогенераторних плит з периферійним
та центральним горінням газів. Енерготехнології та
ресурсозбереження. 2020. № 1. С. 27–33.
8. Щеголев М. М. Топливо, топки и котельные устано-
вки. М.: Госстройиздат. 1953. 546 с.
9. Равич М. Б. Упрощенная методика теплотехнических
расчетов. М.: Наука. 1989. 298 с.
10. Шило И. Н., Маринич Л. А., Жданович В. И., Михай-
ловский Е. И. Расчет и определение основных тепло-
технических и конструктивных параметров топки во-
здухонагревателя В-800, работающей на местных
видах топлива // Вести НАН Беларуси, 2010. – № 3. –
С. 89-96.
11. Сабуров Э. Н. Аэродинамика и конвективный тепло-
обмен в циклонных нагревательных устройствах. Л.:
ЛГУ. 1992. 240 с.
REFERENCES
1. Heating stoves for home and country // [Internet-
resource]. – Access mode: http://www.profi-
kamin.com.ua/2022/08/07/opalyuvalni-pechi-dlya-
domu-ta-dachi
2. Long-burning vertical furnace // [Internet-resource]. –
Access mode: http:
//www.youtube.com/watch%v=AOBZvISXCrg
3. Long-burning vertical furnace. The best fuel for the fur-
nace, test review. // [Internet-resource]. – Access
mode: http://www.youtube.com/watch%v=3TXOZ-
z9zvMδt=52S
4. Long-burning firewood boiler "Bubafonya" // [Internet-
resource]. – Access mode: http://www.pechki.dp.ua
5. Alexis T. Belonio. Rice husk gas stove handbook. Philip-
pines: Central Philippine University. 2005. 153 p.
6. Klius V. Biomass gas generator plates. Alternative en-
ergy and ecology. 2018. No. 25–30. Р. 60–72.
7. Klius V., Zhovmir M., Klius S. Еnergy efficiency of gas
generator plates with peripheral and central combus-
tion of gases. Energy technologies and resource conser-
vation. 2020. No. 1. Р. 27–33.
8. Shcegolev M. Fuel, furnaces and boiler installations. М.:
Gosstroyizdat. 1953. 546 р.
9. Ravych M. A simplified method of heat engineering cal-
culations. М.: Nayka. 1989. 298 р.
10. Shylo I., Marinich L., Zhdanovich V., Myhailovskiy Е. Cal-
culation and determination of the main thermal and de-
sign parameters of the air heater furnace В-800, run-
ning on local fuels // Vesti NAN of Belarus, 2010. – No. 3.
– Pp. 89-96.
11. Sabyrov E. Aerodynamics and convective heat exchange
in cyclonic heating devices. L.: LGY. 1992. 240 р.
|
| id | veorgua-article-498 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:14:44Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/dc/a626be4859605608d0615ae940d9ebdc.pdf |
| spelling | veorgua-article-4982026-07-18T06:32:21Z PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION ПІРОЛІЗНА ПІЧ ТРИВАЛОГО ГОРІННЯ Klyus , V. Lobunets , Yu. Zurian , O. Chetveryk , H. Masliukova , Z. vertical pyrolysis furnace, top combustion, firewood, secondary air heating, technical characteristics. піч піролізна вертикальна, верхнє горіння, дрова, підігрів вторинного повітря, технічні характеристики. The article deals with the creation of a novel design of a long-burning pyrolysis furnace. The task was to develop a light and mobile wood-burning stove for heating rooms, dugouts and for the production of electricity based on a thermoelectric generator. To solve the problem, a vertical type gas generator plate with an upper fuel combustion zone was taken as the basis of the design. The stove is made of standard thin-sheet stainless steel pipes and is connected to a chimney with a diameter of 100 mm and a height of 4 m. The weight of the stove is 12.5 kg. 10 ... 12 kg of hard-leaf wood is placed in the furnace. According to the indicator of the ratio of the mass of firewood to the mass of the stove (1:1), the stove has no analogues in Ukraine. The scientific novelty of the work lies in ensuring the efficiency of pyrolysis gas combustion and increasing the efficiency of the pyrolysis furnace by heating the secondary air. The furnace uses secondary air heating for efficient combustion of pyrolysis gas. The conducted tests determined the burning duration of 10 kg of firewood for 5 hours. The thermal power of the wood stove is 8 kW, the efficiency is 82 ... 86 %. For equipping the stove with a thermoelectric generator, the surface density of the heat flow on the playing surface was experimentally determined, which was 1.2 ... 1.7 W/cm2, which is slightly less than for a natural gas stove. In the future, the efficiency of the furnace can be increased due to the use of stainless radiator pipes for the chimney. У статті розглядаються питання створення нової конструкції піролізної печі тривалого горіння. Була поставлена задача розробити легку та мобільну піч на дровах для опалення приміщень, бліндажів та для виробництва електроенергії на основі термоелектричного генератора. Для вирішення задачі за основу конструкції була взята плита газогенераторна вертикального типу з верхньою зоною горіння палива. Піч виготовлена зі стандартних труб з тонколистової нержавіючої сталі та під’єднується до димаря діаметром 100 мм і висотою 4 м. Вага печі 12,5 кг. У піч уміщається 10 … 12 кг дров твердолистових порід. За показником відношення маси дров до маси печі (1:1) піч не має аналогів в Україні. Наукова новизна роботи полягає у забезпеченні ефективності спалювання піролізного газу та підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) піролізної пічки шляхом підігріву вторинного повітря. Проведеними випробуваннями визначена тривалість горіння 10 кг дров ‒ 5 год. Теплова потужність печі по дровах 8 кВт, ККД 80,6 … 83,6 %. Для комплектації печі термоелектрогенератором експериментально визначена поверхнева щільність теплового потоку на гарячій поверхні, яка становила 1,2 … 1,7 Вт/см2, що дещо менше, ніж для плити на природному газі. В подальшому ККД печі може бути збільшений за рахунок використання для димаря нержавіючих труб-радіаторів. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-12-10 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/498 10.36296/1819-8058.2024.4(79).145-151 Vidnovluvana energetika ; No. 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 145-151 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 145-151 Відновлювана енергетика; № 4(79) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 145-151 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.4(79) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/498/406 Copyright (c) 2024 V. Klyus , Yu. Lobunets , O. Zurian , H. Chetveryk , Z. Masliukova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | vertical pyrolysis furnace top combustion firewood secondary air heating technical characteristics. Klyus , V. Lobunets , Yu. Zurian , O. Chetveryk , H. Masliukova , Z. PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title | PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title_alt | ПІРОЛІЗНА ПІЧ ТРИВАЛОГО ГОРІННЯ |
| title_full | PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title_fullStr | PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title_full_unstemmed | PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title_short | PYROLYSIS FURNACE OF CONTINUOUS COMBUSTION |
| title_sort | pyrolysis furnace of continuous combustion |
| topic | vertical pyrolysis furnace top combustion firewood secondary air heating technical characteristics. |
| topic_facet | vertical pyrolysis furnace top combustion firewood secondary air heating technical characteristics. піч піролізна вертикальна верхнє горіння дрова підігрів вторинного повітря технічні характеристики. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/498 |
| work_keys_str_mv | AT klyusv pyrolysisfurnaceofcontinuouscombustion AT lobunetsyu pyrolysisfurnaceofcontinuouscombustion AT zuriano pyrolysisfurnaceofcontinuouscombustion AT chetverykh pyrolysisfurnaceofcontinuouscombustion AT masliukovaz pyrolysisfurnaceofcontinuouscombustion AT klyusv pírolíznapíčtrivalogogorínnâ AT lobunetsyu pírolíznapíčtrivalogogorínnâ AT zuriano pírolíznapíčtrivalogogorínnâ AT chetverykh pírolíznapíčtrivalogogorínnâ AT masliukovaz pírolíznapíčtrivalogogorínnâ |