Капельная печь: на отработке своими руками, чертежи, варианты

Капельная печь: виды, схемы, изготовление самостоятельно, нюансы

Горелка или печь?

Проблема утилизации отработанного моторного, трансмиссионного и гидравлического масла (отработки) в мировом масштабе еще далека от решения. Один из способов использовать отработку – сжечь ее, получив даровое тепло. Однако отработка – энергоемкое, но грязное и нестабильное по свойствам топливо. В горелках, позволяющих сжигать отработку полностью, применяется наддув, очистка, обезвоживание и подогрев топлива, что делает их энергозависимыми, технически сложными и требующими квалифицированного обслуживания. Мастера-любители уже довольно долго делают печи на отработке с безнапорными горелками: в них масло тихо горит непосредственно в расходном баке, испаряясь, а пары поступают в камеру сгорания (дожигатель), где смешиваются с вторичным воздухом и сгорают. За годы эксплуатации печи на отработке с безнапорными горелками показали себя достаточно экономичными, но еще более опасными; доходит до взрывов. Капельная печь правильной конструкции пожаробезопасна: свидетельства тому прошедшие соотв. сертификацию промышленные образцы; только из отечественных на рынке присутствуют ЖАР-25 стандарт/автомат, полуавтоматические НТ 602-605, НТ 612, ВН-Ж-90-П/Н, Тепламос Т-603 (Теплон) и др. Вместе с тем капельная печь конструктивно проста и может быть выполнена полностью энергонезависимой. Поэтому умельцы сейчас занялись капельными печами весьма плотно и создают конструкции порой весьма замысловатые (см. рис. справа). Однако хорошую капельную печь возможно сделать гораздо проще, а по эффективности сжигания неочищенной обводненной отработки она может вплотную подойти к такому хитрому устройству, как горелка Бабингтона.

Почему отработка?

Капельная подача топлива широко используется в теплотехнике, если требуется тепловая мощность прим. до 15 кВт. Принцип действия капельной печи прост: жидкое топливо капает в нагретый испаритель, в который подается первичный воздух. Каждая капля испаряется и частично сгорает тут же, поддерживая температуру испарителя. Остальные пары топлива поступают в камеру сгорания с притоком вторичного воздуха, где и сгорают полностью. Таким образом, в капельных печах осуществляется 2-х ступенчатое сжигание топлива. В отличие от печей с безнапорными горелками, где топливо греет до испарения только само себя, в капельных часть тепла от сгорания каждой капли расходуется на подогрев довольно массивного испарителя, что и определяет их меньшую экономичность. Но и способы минимизировать этот недостаток существуют, см. далее.

Предельная мощность капельной печи во многом определяется свойствами топлива: если, чтобы получить заданное количество тепла, топливо нужно пускать струйкой, печь становится пожаро- и взрывоопасной. Отработка в этом отношении хороша тем, что ее вязкость и поверхностное натяжение велики, т.е. капли отработки возможно получить частые и крупные. Существенно хуже по данным параметрам дизтопливо, хотя печку на отработке и дизеле сделать все же можно, см. далее. На легком жидком топливе капельные печи не делают – опасно. Мазут и нефтешлам слишком ценны как топливо, а источники тяжелых топлив промышленных масштабов стабильны, чтобы сжигать их как попало.

Схемы капельных печей

Разновидностей промышленных устройств для капельного сжигания жидкого топлива известно довольно много, и регулярно появляются новые патенты. Но домашнему мастеру и/или владельцу автомобиля в не отапливаемом гараже сразу так рыться в них не стоит: сложно, энергозависимо, дорого.

Капельная печь, доступная для изготовления любителями, может быть построена по одной из след. схем (см. рис.):

С фитилем

Под капельную с фитильной горелкой можно приспособить любую печку-буржуйку, т.к. испаряются не сами падающие капли топлива, а его запас в горячем пористом наполнителе. Для запуска в испаритель наливают немного топлива, поджигают, а когда наполнитель разогреется (что видно по выкипанию остатков растопки и появлению чистого пламени взамен чадящего), пускают капель. Мощность капельных печей с фитильным испарителем не превышает 6-8 кВт, иначе слишком частые капли остужают наполнитель и печку приходится запускать заново. Если же печь оставлена без присмотра, то от избыточной капели испаритель переполнится и наружу потечет топливо; возможно, горящее. Это серьезный недостаток капельных печей с фитильным испарителем. Другой – они не обладает свойством саморегулирования; капель для отработки из разных партий нужно каждый раз выставлять вручную.

Наполнитель

КПД капельно-фитильной печки во многом определяется, во-первых, наполнителем горелки. Идеальный вариант – обломки костей животных, они задерживают в себе всю грязь из топлива. Благодаря самодельной печке с костным наполнителем горелки стала возможной совершенно невероятная история.

Во время известной антарктической экспедиции Роберта Скотта ее северная партия оказалась накануне антарктической зимы отрезанной от базы. У ее участников кончалось продовольствие, спички, топливо. Не было теплой одежды и соли. Люди вырыли в снегу пещеру и соорудили печку-жирник из большой консервной банки, но работала она плохо – почти не грела и потребляла много тюленьего жира (ворвани). Тогда один из них, простой матрос, имя которого заслуживает упоминания – Гарри Дикасон – и придумал наполнять испаритель тюленьими костями. Северная партия в полном составе (6 человек) пережила зиму, а весной, пешком, таща на себе сани, проделав почти 600 км, вернулась на базу, где их все считали давно погибшими. Об этом один из участников северной партии Реймонд Пристли написал книгу «Антарктическая одиссея» (Raymond Priestly, “Antarctical Adventures”». Имейте в виду, вдруг окажетесь в экстремальной ситуации.

Похожими свойствами обладает наполнитель из крошки шамотного кирпича. Не шамотного мертеля, а именно мелко битого кирпича. С ним капельно-фитильная печь развивает свои предельные 8 кВт, т.к. теплоемкость шамота велика. Битый красный рабочий в меру отожженный кирпич несколько хуже, т.к. менее порист, а пережженный кирпич-железняк и клинкерный не годятся. Но любой наполнитель испарительной фитильной горелки довольно быстро отравляется грязью из топлива, и менять его нужно регулярно.

Корпус

Конфигурация корпуса капельно-фитильной печи сильно влияет не ее КПД: такая печка из буржуйки будет весьма прожорливой. Здесь идеальный вариант – промышленный газовый баллон, напр., кислородный; под высоким сильно выпуклым сводом пары топлива успешно догорают, прежде чем выйти в дымоход. Капельная печь из промышленного газового баллона хорошо подойдет для гаража благодаря своей компактности. Выход в дымоход (диаметр 100 мм; высота от 4 м) делают на уровне прим. 2/3 высоты баллона. Под горелкой оставляют 120-150 мм. На уровне 60-80 мм ниже ее днища в баллоне по кругу насверливают 12-16 отверстий диаметром 10 мм для доступа воздуха, это вместо поддувала (топочная дверца должна закрываться плотно). В днище баллона делают резьбовое отверстие под пробку для слива конденсата.

С мокрой чашей

Для успешной работы капельной печи с «мокрой» чашей в ее испарителе должна гореть лужица масла. В сущности, получается маленькая печка с безнапорной горелкой, подпитываемая по капле, дающая пары в большой дожигатель. Однако КПД ее хуже, т.к. часть вторичного воздуха (увлекаемого пламенем в чаше), проскакивает в дымоход, увлекая за собой пары масла. Верхний тут дымоход или боковой, в данном случае значения не имеет. Кроме того, первичный воздух омывает чашу-испаритель, охлаждая ее.

Достоинство данной печи – некоторая способность к саморегулированию. Если пламя в чаше слишком разгорится, то оно же уменьшит поток вторичного воздуха в дожигатель. Поскольку тихое горение масла в чаше требует воздуха немного, уменьшится приток первичного и пламя сникнет. Но пределы саморегулирования небольшие, и при переходе на отработку из другой партии капельницу (см. далее) нужно перенастраивать.

Другое достоинство данной печи – возможность встроить в нее горизонтальный воздушный теплообменник. Печка, с наддувом контура воздушного отопления от маломощного вентилятора, превращается в калорифер (см. рис. справа). Вертикальный энергонезависимый теплообменник с естественной циркуляцией, к сожалению, ставить нельзя: он собьет процесс дожигания, и печь скоро зарастет нагаром (закоксуется).

И, наконец, оптимальные размеры и форму для печи данного типа на 8-10 кВт имеет бытовой газовый баллон на 50 л. Вследствие указанных достоинств капельные печи с «мокрой» чашей благодаря простоте конструкции в последнее время популярны.

С пламенной чашей

Наиболее экономична и безопасна печь на отработке капельного типа с пламенной чашей. Особенности ее устройства и работы таковы:

Благодаря этим особенностям капельные печи, во-первых, саморегулирующиеся: слишком разгорелся испаритель – больше паров ушло на дожигание – меньше попало воздуха в чашу – печь вернулась в режим. Во-вторых, менее чувствительна к свойствам топлива: попалось масло более текучее – капель пошла чаще – испаритель разгорелся – см. выше. Попалось масло обводненное – пары масла, как более тяжелые, оттеснили водяные на периферию – пары воды ушли в периферийный зазор и в дымоход, не нарушая процесса горения. Заправили бак вместо масла дизелем – пары топлива ушли на дожигание через оба зазора – камера сгорания съела больше вторичного воздуха – пламя в испарителе притихло – печь вернулась в режим. И третье – печь с пламенной чашей и верхней подачей топлива способна развить максимальную для данного класса устройств мощность до 15-16 кВт благодаря воздушному охлаждению питающего топливопровода.

Топливо снизу

Капельная печь на отработке с пламенной чашей и нижней подачей топлива конструктивно проще и, в отличие от печей с фитильной и мокрой чашами, способна развить мощность до 10-12 кВт благодаря более широким пределам саморегулирования. Испарительной чашей может служить и просто под печи, если она установлена на несгораемом полу или на ножках; в том и другом случае на прокладке из асбеста или базальтового картона толщиной от 20 мм.

Сборочный чертеж капельной печи с пламенной чашей и нижней подачей топлива, размеры и деталировка к нему даны на рис. Материал – трубы разных диаметров. Чаша – под печи. Особенность данной конструкции – некритичность к общим размерам. При повышении высоты перфорированной части воздуховода от 350 до 500 мм мощность печи растет от 6 до 9 кВт. Дальнейшее повышение высоты корпуса печи увеличивает ее КПД без повышения мощности. Маслобак – тоже из трубы 90 мм. Топливо из него в капельницу подается по боковому патрубку, а нижний предназначен для слива накапливающегося шлама.

Топливо сверху

Верхняя подача топлива в капельную печь с пламенной чашей позволяет реализовать в ней максимально возможные мощность и КПД. Причина – наибольший для капельных печей диапазон саморегулирования данной конструкции дает возможность организовать пропорциональную подачу вторичного воздуха: отверстия в воздуховоде сверлятся горизонтальными рядами, а их количество в ряду и, возможно, диаметр уменьшаются по высоте. Для обеспечения высокого КПД печи на самом малом ходу нижний ряд отверстий иногда заменяется вертикальными прорезями. Таким образом организуется приток воздуха в камеру сгорания, в точности равный потребности в нем горящих паров топлива на разных режимах работы печи.

Чертежи капельной печи на отработке, в которой реализованы указанные принципы, даны на рис. Это одна и та же печка, только по-разному изображенная. Исключая дымоход и дно чаши: вариант справа рассчитан на наддув от вентилятора на 40-60 Вт. КПД этой печи будет всего на 3-4% меньше, чем у горелки Бабингтона, если ее (печь) снабдить воздушной рубашкой с естественной циркуляцией, превратив таким образом в печь-калорифер. Воздух в рубашке, нагреваясь, не будет расходиться в стороны, а создаст теплоизоляцию, улучшающую условия сжигания паров топлива. Толщина воздушного слоя в рубашке – 100-120 мм.

Из баллонов

Бытовой газовый 50 л баллон вполне пригоден также для корпуса капельной печи на отработке с пламенной чашей. Более того, его большая относительная ширина и выпуклый свод дают возможность в некоторых случаях отказаться от диафрагмы, требующей лишнего металла, работы и усложняющей обслуживание печи. Правда, разогнать капельную печь из баллона более чем до 11-12 кВт не получится, но, поскольку любые печи на отработке пригодны для отопления лишь нежилых помещений, это не так уж существенно.

Чертежи капельной печи из баллона с пламенной чашей и верхней подачей топлива для воздушного топления даны слева на рис. ниже. Обратите внимание: отверстия в воздуховоде узкие; их всего 3 ряда, расположенных далеко друг от друга по высоте. В широком баллоне горящие газы поднимаются медленнее, чем в трубе и поэтому перемешиваются с воздухом лучше, но еще недостаточно хорошо. Из отверстий в воздуховоде бьют сильные струйки воздуха, дополнительно перемешивающие газы. В нижнем ряду отверстия частые, струйки воздуха из них образуют нечто вроде виртуальной диафрагмы, работающей так же, как стальная в печах из труб.

Справа на рис. – чертеж капельной печи с водяной рубашкой из бытового газового баллона на отработке. Вода сильно охлаждает камеру сгорания, не давая как следует догореть парам топлива. Поэтому здесь весь вторичный воздух «выплескивается» весь сразу в зону наибольшей их концентрации, образуя в то же время растянутую по высоте виртуальную диафрагму из множества струек воздуха пошире и послабее. Собственно, получается уже не виртуальная диафрагма, а виртуальный поршень переменного диаметра. Стоит это небольшого снижения КПД печи сравнительно с предыдущей, но пристроить к капельной печи водяную рубашку, не убив ее КПД до безобразно малого, вообще-то дело очень сложное.

Капельный котел

На след. рис. даны для примера чертежи капельного водяного котла отопления из того же баллона на отработке, пригодного для СО с принудительной циркуляцией теплоносителя (в пред. случае она может быть только естественной термосифонной). Как видим, здесь применен весь комплекс мер повышения КПД капельной печи, плюс теплоизоляция базальтовой ватой чаши и рубашки. Изоляцию, в свою очередь, нужно тщательно изолировать от паров топлива, иначе котел быстро выйдет из строя. Источники отработки нестабильны, конструкция котла сложна и поэтому данный образец не получил сколько-нибудь широкого распространения.

Подача топлива

Мастера-любители часто делают питание капельных печей топливом одноступенчатым: маслобак, шаровой вентиль, питающая трубка. Во-первых, это опасно: вентиль для удобства и той же безопасности запуска печи нужно ставить поближе к ней. Питающая трубка при нижней подаче топлива довольно сильно греется. Если по трубе нагрев пройдет за вентиль, до которого в трубке сплошной столб топлива, это грозит бедой. Во-вторых, топливное питание печи получается нестабильным: по мере прогрева трубки капель учащается, т.к. масло разжижается. Если польется струйкой, то это снова же опасно.

Капельная подача масла в печь на отработке должна быть организована по 2-ступенчатой схеме: основной (накопительный) маслобак – вентиль – расходная капельница – расходный резервуар (бачок) – свободный сток из него не ниже 60 мм от дна (для дополнительного отстоя шлама) – рабочая капельница. Подачу топлива открывают, когда растопка в чаше (см. ниже) зажжена. Пока масло в бачок накапает до уровня стока, можно не спеша отрегулировать его подачу, а потом оно закапает в чашу капля в каплю.

Данная система, однако, не вполне безопасна. Если второпях, по незнанию или просто стремясь поскорее согреться с мороза слишком сильно открыть вентиль, расходник сразу наполнится, в печь хлынет топливо, а она выбросит язык огня и пойдет плеваться горящими брызгами. Правильно будет построить систему капельной подачи масла в печь с предохранительным поплавковым клапаном и дозирующим капилляром (см. рис. справа).

Поскольку разные металлы смачиваются отработкой по-разному, и свойства ее существенно меняются от партии в партии, длину капилляра нужно будет подобрать: масло подают под гравитационным напором 120-150 мм (из подвешенной емкости) при комнатной температуре, а капилляр подбирают так, чтобы капало почаще, но с ясно различимыми на глаз каплями. От такого же питателя может быть задействована капельная печь на солярке, но капилляр нужно будет взять с просветом 0,6-1 мм и длиной в 2,5-3 раза большей, чем для отработки. Недостаток у такой схемы подачи топлива в капельную печь один: отработка – грязное топливо, и капилляр придется периодически прочищать.

Запуск печи

Выше уже сказано неявно, что запускать капельную печь нужно медленно и плавно. Обычно для этого используют факел из спицы с кусочком поролона или тряпочкой: пускают капель, подставляют факел. Когда промокнет, ждут, пока в чашу не накапает лужица, поджигают факел, а им масло.

Есть способ запуска капельной печи куда удобнее и безопаснее: ком туалетной бумаги, пропитанный тем же маслом. Его кладут в чашу, поджигают и не спеша регулируют капель, не заботясь более о растопке. Туалетная бумага почти чистая целлюлоза, она сгорает без остатка. Этим способом давно уж греются туристы в палатках: рулон вставляют в печку-щепочницу, поливают полстопарем спирта (который тоже сгорает без остатка), или целым ее, родимой, и поджигают сверху. Тепла выделяется много, а ничтожное количество пушистой золы можно просто выдуть. В печи она вылетит в трубу.

Печь + горелка

В заключение напомним еще об одном способе достаточно эффективного капельного сжигания отработки. Это – водно-масляная горелка. Когда-то такими широко пользовались строители и дорожники для разогрева битумных котлов, но ныне он практически вышел из употребления потому что водно-масляная горелка сама по себе плоха: прожорлива, много коптит. Однако, если ее пристроить к топочной дверце любой печи (воздух поступает через поддувало), то в горячем топочном пространстве пары масла отлично догорят и водно-масляная капельная печь покажет весьма неплохой КПД.

Устройство водо-масляной горелки несложно: в раскаленную чашу, над которой идет поток воздуха, капают одновременно топливо и вода. Капли воды взрываются, как на раскаленной сковородке, и разбрызгивают масло в туман. Пары топлива потоком воздуха (печная тяга или наддув) через раструб идут в топку печи, где и сгорают. Сложность в данном случае в необходимости настройки 2-х капелей, топливной и водяной, но конструктивно водно-масляная горелка проще любой из описанных выше печей, кроме фитильной. Зато ее КПД в комплексе с печкой-буржуйкой не хуже, чем у печей с пламенной чашей. Как своими руками сделать водно-масляную горелку для печи, см. напоследок видео:

Видео по теме