Серия «Сжигание отработанного масла - теория и практика»

Отдельным видом топлива в частном секторе и небольших мастерских - является так называемое "отработанное масло" - моторное / трансмиссионное / гидравлическое / трансформаторное / пищевое / и другое масло, которое выработало свой ресурс как рабочая жидкость, но по-прежнему представляет собой довольно неплохое топливо для сжигания и получения при сжигании тепловой энергии. Но с самим процессом сжигания масла - всё не совсем просто как кажется. Об этом и поговорим.

Это была лирика.

Хотя нет. Disclaimer.

Я буду делать материалы без детального указания цифр / размеров / соотношений и прочего, т.е. максимально абстрактно, НО постараюсь рассказать теоретический материал настолько полно, чтобы вы смогли собрать картину происходящих процессов и зависимостей, которые приведут к результату.

Материал будет полезен не тем кто ищет рецепты / чертежи / тех.документацию для повторения готовых работающих решений, а тем кто хочет понять ЧТО и КАК именно происходит чтобы на основании полученной информации - делать свои реализации. Не нужно воспринимать написанное как истину в последней инстанции - это МОЙ ЛИЧНЫЙ ОПЫТ.

Материал будет выпускаться частями. Периодичность - не знаю. Будут картинки / фотографии / рисунки. Фотографии рисунков тоже будут.

Итак.

Начнём с азов для понимания того процесса, который мы хотим получить и ГЛАВНОЕ - контролировать. ГОРЕНИЕ. Что такое "горение"? Исчерпывающий ответ даёт Википедия:

Что ГЛАВНОЕ в этом тексте? То что МАСЛО само по себе НЕ ГОРИТ. Как впрочем и масса других "горючих материалов":

• дрова и уголь

• дизельное топливо

• бензин

• и т.д.

А почему? А потому что для начала и продолжения процесса горения - нам нужны "продукты сгорания" и "окислитель". С окислителем всё понятно - это воздух, точнее кислород, 21% которого содержится в атмосфере. А вот "продукты сгорания" - что это с точки зрения масла?

Масло - это жидкость, точнее жидкая смесь высококипящих (высокомолекулярных) углеводородов с температурой кипения примерно 300—600 °C. Поэтому наша задача - нагреть масло до температуры кипения и инициировать процесс испарения этих углеводородов, которые начнут интенсивно окисляться подаваемым в зону испарения кислородом (из воздуха).

При протекании реакции окисления будут выделяться:

• углекислый и угарный газы

• вода (в виде водяного пара)

• небольшое количество веществ и их соединений, которые так или иначе являются продуктами которые не участвуют в реакции окисления но изначально присутствуют в масле

• ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ

Газы и вода (в виде водяного пара) - уходят в дымоход, шлаки выпадают в виде твёрдых соединений, а вот тепловая энергия - утилизируется тепловым оборудованием для дальнейшего использования, причём часть этой тепловой энергии - необходимо потратить на поддержание температуры для процесса кипения и испарения масла, чтобы процесс горения был непрерывным.

Другими словами :

1. Масло не горит, горят пары масла

2. Масло необходимо нагреть до температуры кипения и образования паров

3. Необходимы условия для постоянного образования паров масла для обеспечения непрерывного процесса горения

Все существующие типы горелок и других приспособлений для сжигания масла - основаны на этих трёх простых условиях.

О конструкциях горелок - в следующих статьях.

• моторное

• трансмиссионное

• гидравлическое

• трансформаторное

• пищевое

• и другое

и как следствие - масла из этого списка имеют разную текучесть. Гидравлическое масло типа "ARCTICA" довольно неплохо течёт при температуре минус 30 °C, а пищевое фритюрное масло - превращается в кашу уже при минус 2 °C. Водителям автомобилей с дизельными двигателями - хорошо знаком этот "феномен летней солярки морозным зимним утром", когда топливо превращается в парафиновую кашу, перестаёт течь по топливопроводам и забивает фильтрующие элементы. Нет топлива - нет работы двигателя. BINGO!

Поэтому для эффективной работы любого типа горелок на отработанном масле - масло необходимо ГРЕТЬ. В общих условиях - до температуры не ниже плюс 5 °C, но есть типы горелок где и этого недостаточно.

КАК? Вариантов несколько. Обычно делается просто:

• расходная ёмкость выбирается объёмом не менее 80 - 100 литров. Лучше пластик.

• ёмкость утепляется (пенофол / монтажная пена / старый дедовский ватник / и т.д.)

• в ёмкость СНИЗУ врезается ТЭН мощностью от 500Вт от 1кВт. Больше не нужно.

• Температура контролируется любым термостатом. Мне нравится STC-1000.

Механическая чистота

А вот тут - уже интереснее.

В масле практически ВСЕГДА ПРИСУТСТВУЮТ ПРИМЕСИ. Примеси эти бывают двух видов:

1. Твёрдые - сажа / кокс / нагар / стружка / и т.д.

2. Жидкие - тосол / антифриз и вода.

Твердые примеси

С ними всё просто. Не нужно никаких "масляных фильтров" и прочего. Фильтруем масло через сито. Обычно это проволочное сито с ячейкой 0.3 - 0.5мм. Этого вполне достаточно чтобы отловить почти все механические включения. Быстро и просто. Мусор просто выбрасываем. И всё.
Хотя я один раз видел ролик на ютубе, в котором отработанное масло предварительно сепарировалось.

Оставшиеся механические примеси и включения - разделит матушка Земля, а точнее великая и незыблемая во всей вселенной "ГРАВИТАЦИЯ". Для этого в расходной ёмкости монтируются два крана:

• отборный кран (3) - через который масло подаётся в горелку

• кран слива отстоя (4)

Жидкие примеси

А вот тут всё немного сложнее. Жидкие примеси бывают двух видов:

• растворимые

• нерастворимые

С растворимыми всё просто - они в общем случае не мешают горению, а иногда - даже помогают ему. А вот с нерастворимыми - тут всё плохо. И вот почему.

Основных нерастворимых примесей в отработанном масле - ДВЕ:

• тосол / антифриз

• вода.

Это - жидкости. С точки зрения эксплуатации у этих жидкостей есть как плюсы (их немного), так и минусы (они ОГРОМНЫ и КАТАСТРОФИЧНЫ). В дальнейшем я буду называть эти жидкости термином "вода".

Начнём с плюсов:

• Вода имеет бОльшую удельную плотность чем масло. Т.е. она - тяжелее. Следовательно - в ёмкости будет довольно чёткое разделение на слой воды и масла, вода внизу, масло вверху. С довольно точным разделительным слоем. Помогает ГРАВИТАЦИЯ, но ей нужно время. Обычно несколько часов, чтобы превратить водно-масляную эмульсию в раздельные слои.

• Вода (именно вода, которая H2O) - замерзает. Т.е. она становится твёрдой при температуре ниже нуля °C (в общем случае, т.к. возможны нюансы) в отличие от масла, которое просто теряет текучесть. И поэтому их можно разделить механически - просто перекачиваем (переливаем) масло и оставляем лёд. НО с тосолом / антифризом такие фокусы не сработают, для того их и придумали.

• Это всё. Плюсов больше нет.

Теперь о минусах:

• Вода практически бесплатна. В отличие от масла, которое можно сжечь и получить от этого процесса тепловую энергию. Поэтому масло почти всегда стОит денег. И именно поэтому люди, которые продают это масло - имеют большой соблазн добавить в масло воду. В тех или иных пропорциях - неважно, важно что так МОГУТ делать, и ТАК ДЕЛАЮТ. И даже отработанные антифризы - в принципе можно использовать в системах отопления в качестве теплоносителя, но автомобильные антифризы - химически гораздо активнее чем специализированные теплоносители для систем отопления, поэтому их стараются не использовать и не смешивать в одной системе. А просто добавляют в масло при продаже.

• При переливе или перекачке из одной ёмкости в другую (например при покупке) - даже опытному человеку визуально очень тяжело отличить воду от масла. Масло имеет свойство обволакивать воду, и различить их можно только по смене консистенции в потоке. И этим активно пользуются недобросовестные продавцы отработанных масел.

• Вода не горит. В нормальных условиях. Но это не значит что можно и нужно применять воду для тушения горящего масла.

Вот что бывает при попадании воды в масло высокой температуры:

Физика процесса в общих чертах такова:

Масло хоть и имеет удельную теплоёмкость ниже чем вода в 2 - 2.5 раза, но зато имеет температуру кипения в 3 - 4 раза выше. Другими словами - нагреть масло до температуры 300 градусов и выше - легко.
При попадании воды в масло высокой температуры - вода:

• практически мгновенно доходит до температуры кипения

• начинает интенсивно испаряться

• мельчайшие капельки водяного пара покрываются плёнкой масла высокой температуры, эти "бутербродики" разлетаются в разные стороны с высокой скоростью

• полученный масляно-водяной пар резко расширяется в объёме (помните паровую машину?)

• контактная площадь масляной плёнки которая начинает соприкасаться с атмосферным кислородом увеличивается в тысячи (миллионы?) раз.

• начинается так всеми нами любимая реакция горения масла.

В ИТОГЕ

Вода - враг. Враг номер один. А с врагом - нужно бороться. Наличие воды в масле и его подача в горелку или зону горения - может вызвать очень и ОЧЕНЬ ТЯЖЁЛЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ:

• для горелок распылительного типа - срыв пламени и затухание факела. Если горелка не имеет блока автоматики или узла контроля пламени - возможны варианты вплоть до объёмной детонации котла. Об этом - в статьях позже.

• для горелок испарительного типа - неконтролируемый взрыв водно-масляных паров с последующим пожаром.

О конструкциях горелок - в следующих статьях.

Подача масла - осуществляется сверху - масло капает на поверхность испарителя, поэтому горелки такого типа иногда называют "Капельными". Подача необходимого воздуха - осуществляется либо тягой дымохода (для создания тяги дымоход должен иметь необходимое сечение и высоту), либо - наддувным вентилятором, примерно так:

Как устроен ИСПАРИТЕЛЬ и какая основная идея заложена в конструкцию

Внутри корпуса горелки - находится испарительная чаша очень интересной конструкции:

Идея, заложенная в конструкцию этой горелки - довольно интересна:

• масло капает в испарительную чашу (1) сверху.

• воздух в горелку подаётся слева (на рисунке) и проходит насквозь через её конструкцию, выходя справа.

• в испарительной чаше (1) - находится масло, которое кипит и испаряется, и пары этого масла потоком воздуха переносятся в камеру сгорания (2). Дно испарительной чаши является "потолком" камеры сгорания.

• в камере сгорания (2) - пары масла начинают процесс горения, пламя нагревает дно испарительной чаши (1) и поддерживает процесс кипения и испарения масла. Факел пламени горящих масляных паров - выходит из камеры сгорания (2) и отдаёт свою тепловую энергию в топку котла (или печки).

• в общем - вот такая своеобразная "цепная реакция".

Тем кому более интересна детальная конструкция такого вида горелки, могу порекомендовать очень хорошую статью на сайте автолюбителей:

https://www.drive2.ru/b/578124039592083657/

Теперь о грустном.

Достоинства

Она работает. Это всё. Других достоинств - нет.

Недостатки

А вот их - масса:

1. Необходимость высокого дымохода большого внутреннего диаметра для обеспечения требуемой тяги. Это - ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ УСЛОВИЕ - без него печь не получит нужного количества воздуха и не выйдет на заданный температурный режим.

2. При наличии вентилятора принудительного наддува воздуха - потребность в высоком дымоходе пропадает, но появляется необходимость бесперебойного электроснабжения вентилятора, т.к. при пропадании электричества - процесс горения продолжается в условиях недостатка воздуха, а значит - начинается копоть.

3. Невозможность в широких пределах регулировать тепловую производительность - эта конструкция имеет фиксированные размеры камеры сгорания - как самой камеры, так и отверстий наддува воздуха. При изготовлении горелки размеры должны быть выдержаны весьма точно - иначе возможны сбои в рабочем процессе горения.

4. Очень высокая температура наружных стенок кожуха, в котором находится сама горелка - в связи с чем металл этих камер раскаляется до очень высоких температур и представляет собой очень сильный источник инфракрасного излучения. Плюс к этому - тепло кожуха не попадает в котёл и не участвует в процессе отопления, а расходуется "наружу".

5. Горелка сложна в изготовлении, а настройка процесса эффективного горения - напоминает скорее ШАМАНСТВО, чем что-то поддающееся разумному объяснению.

Но есть один, САМЫЙ ГЛАВНЫЙ НЕДОСТАТОК:.

В общем - такая горелка скорее ЭКЗОТИКА, чем рабочее решение проблемы эффективного сжигания отработанного масла в обычном режиме

Поток воздуха дует слева. Под приваренной пластинкой (на левом торце) - находятся три отверстия, через которые осуществляется "поддув" зоны испарения масла. Размеры отверстий - подбираются опытным путём.

Через нижнюю пластину с тремя рядами отверстий - пары масла поступают в зону горения, и начинают разогревать дно испарительной чаши. Получается что-то типа "кастрюли на плите".

Вид со стороны отверстий подачи масляных паров.

Вот нашел на просторах интернета чертежи подобной горелки.

Ещё раз - данный тип горелки очень сложен именно в настройке режима нормального устойчивого горения масла, плюс к этому - опасность при попадании в испарительную чашу ВОДЫ.

В общем - лично из своего опыта - данный тип горелок к повторению я настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЮ, и привёл описание её конструкции исключительно для образовательных целей.