Как горит пиролизный газ: цвет пламени, температура и настройка вторичного воздуха

Если дожиг настроен правильно, факел ревёт, пламя плотное и почти без копоти, а дым из трубы прозрачный даже в мороз. Если нет - воняет дегтем, стекла чернеют, и вы греете улицу. Разберёмся, как на самом деле горит пиролизный газ, по каким признакам понять «норма/не норма», и что сразу подкрутить в котле или печи, чтобы пламя работало на вас, а не против.

Я из Казани, у нас зимой ошибки видно как на ладони: чуть лишний воздух - котёл остывает, чуть не хватает - деготь и сажа. Ниже - короткий разбор, живая практика и понятные шаги под разный тип оборудования.

Краткий разбор: как горит пиролизный газ (TL;DR)

• Цвет и характер факела. Правильный дожиг - яркое, плотное пламя с синей/фиолетовой «ножкой», иногда с бело‑желтым ядром. Длинные оранжевые языки - недожог и сажа.
• Температура. В камере дожига держите 1000-1250 °C; адiabатически CO+H2 дают до ~1900-2100 °C (данные NIST), но реальная температура ниже из‑за избытка воздуха и потерь.
• Воздух. Вторичный воздух - 60-80% от общего, подаётся под форсунку/горловину с закруткой. Лямбда 1.2-1.6 (O2 в дыме 6-10%) - рабочая зона.
• Топливо. Дрова по влажности до 20%. Влажнее - падает температура факела, летит деготь, дым темнеет. Породы с плотной структурой (берёза, дуб) держат жар стабильнее.
• Эмиссии. При хорошем дожиге CO обычно < 500 ppm, пыль низкая, запах почти исчезает. Это классический ориентир испытаний по EN 303‑5:2012 для современных твердотопливных котлов.
• Безопасность. Никогда не перекрывайте всю подачу воздуха на включённом котле: возможна «вспышка» накопившегося газа. Датчик CO и тяги - must‑have.

Что происходит в зоне дожига: простая «химия пламени» и рабочие цифры

Пиролиз - это разложение древесины при 300-600 °C в зоне с малым доступом кислорода. На выходе - уголь (кокс), смолы и газовая смесь: CO, H2, CH4, легкие углеводороды, CO2, водяной пар, плюс азот из воздуха. Именно эта смесь и сгорает во второй камере.

Состав газа «гуляет» от породы и влажности, но для ориентира берут: CO 15-30%, H2 10-20%, CH4 2-5%, легкие СnHm 1-3%, CO2 10-15%, остальное - N2 и пар. Теплота сгорания часто в диапазоне 4-8 МДж/нм³ для бытовых газификаторов на сырье 15-20% влажности. Больше смол - выше энергия, но сложнее дожечь без сажи.

Горение идёт через быстрые реакции: CO + 0.5 O2 → CO2; H2 + 0.5 O2 → H2O; CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O; и окисление «тумана» смол. Самые «нервные» - цепные реакции водорода: они разгоняют фронт пламени и дают ту самую синюю ножку. Если температура не набралась, смолы не догорают, рожают сажу - видны длинные оранжевые языки.

Почему вторичный воздух так важен. В первичной камере мы добываем горючий газ из древесины при восьми́шке кислорода. Вторая камера - это инжекция подогретого воздуха прямо в факел. Нужны три вещи: правильная скорость струй (чтобы смешать газ с воздухом), закрутка (чтобы удлинить путь и время), и горячие стенки (чтобы смолы не «липли», а догорали). Отсюда керамика, сопло «форсунка», шамот.

Рабочие температуры. В бытовых газификационных котлах обычно 1000-1250 °C в зоне факела на стабильной нагрузке; в кирпичных печах с форсажем - на 100-200 °C ниже. Адiabатическая потолочная температура для смеси CO/H2 с воздухом по данным NIST - 1900-2100 °C, но в реальности вы ниже из‑за избытка воздуха и охлаждения стенок.

Сколько воздуха давать. Удобно думать в терминах лямбда (λ): реальный воздух/стоикиометрический. Для чистого газа CO+H2 в дожиге λ ≈ 1.1-1.3 даёт чистый факел; для «грязной» смеси со смолами - до 1.6. В протоколах испытаний твердотопливных котлов (EN 303‑5:2012) целевые O2 в дыме обычно 6-10%, что соответствует λ около 1.3-1.7.

Время дожига. Смеси нужны доли секунды. Для устойчивой работы держат 0.4-1.0 с при температуре выше 900 °C. Отсюда длина камеры и завихрение - чтобы газ «пожил» в жаре и не ушёл недожженным в дымоход.

Откуда цифры. Температуры и диапазоны λ - это практика испытаний и опыт эксплуатации каталожных котлов класса 5 по EN 303‑5:2012. Адiabатическая температура для CO/H2 взята из термохимических расчётов (NIST Chemistry WebBook). Для вентиляции котельной и подачи воздуха ориентируйтесь на СП 60.13330.2016 (актуализированный СНиП по отоплению и вентиляции).

Как настроить котёл или печь: пошагово, с примерами и чек‑листом

Тут без героики: будем смотреть на пламя, дым, стекло и цифры. Идём от простого к точному.

1) Газификационный котёл с вентилятором

1. Подготовьте топливо. Дрова 15-20% влажности. Короткие чурки 25-33 см, плотно уложенные. Сверху - сухой розжиг, снизу - не герметично, чтобы шёл первичный воздух.
2. Прогрейте шахту и керамику. Первые 10-20 минут котёл «входит в режим»: открытая подача первичного воздуха, вторичный - на штатной отметке производителя.
3. Смотрим на факел. Через смотровое окно факел должен стать коротким, ярким, «реактивным», у сопла - синяя кромка. Дым из трубы - прозрачный или «молочный» пар. Запаха дегтя нет.
4. Доводим вторичный воздух. Маленькими шагами. Если пламя длиннеет и рыжеет - воздуха мало; если «выстреливает» и температура резко падает - воздуха лишили жар.
5. Контролируем дымовые O2/температуру. Идеально - поставить зонд O2 (ручной анализатор) и датчик температуры дымовых газов. O2 в районе 6-10%, дымовые 140-200 °C на номинале - живой рабочий коридор для большинства моделей.
6. Фиксируем настройки. Запишите положение заслонок, обороты вентилятора при вашей трубе и топливе. Зимой в -20 °C тяга сильнее - будет нужен другой сетпойнт.

2) Котёл/печь без вентилятора (естественная тяга)

1. Тяга прежде всего. Чистый дымоход, тёплая труба, достаточная высота. Холодная труба убивает дожиг.
2. Первичный vs вторичный. Первичный - держим так, чтобы угольная подушка не гасла; вторичный - подаём ближе к соплу и подогретый. Если нет каналов подогрева - не ждите синего факела стабильно.
3. Смотрим на стекло и дым. Стекло темнеет быстро - недожиг смол. Прозрачный дым - идёте верно. Если серый/чёрный - добавьте вторичный и поднимите температуру: больше топлива или лучше изоляция камеры.
4. Греем камеру. Шамотные вкладки/кольца в зоне факела дают плюс 50-150 °C и стабилизируют дожиг.

3) Кирпичная печь с узлом дожига (самострой)

1. Горловина. Размер сопла - ключ. Слишком широкая - нет скорости и смешения; слишком узкая - душите поток, падает мощность. Под коттедж 100-150 м² чаще живёт сопло 40-60 мм на ход, но смотрите расчёты под ваш проект.
2. Вторичный воздух. Подача подогретого воздуха на 2-4 отверстия с закруткой. Угол 15-30° к оси факела хорошо «подмешивает» газ.
3. Шамот и геометрия. Шершавые, горячие стенки и «полка» после форсунки увеличивают время дожига.
4. Пробные розжиги. Идёте сериями: розжиг - наблюдение - корректировка отверстий/сопла - снова розжиг. Делайте фото/видео факела, это не шутка - видно эволюцию.

Чек‑лист быстрой диагностики

• Пламя короткое, с синей ножкой, ревёт - плюс.
• Дым прозрачный/белый, без «дегтярного» запаха - плюс.
• Стекло светлое после 2-3 часов - плюс.
• Оранжевые «лохматые» языки, запах дегтя, серый дым - добавьте вторичный воздух/температуру.
• Дымовые ниже 120 °C на номинале - риск конденсата в трубе и дегтя в котле.
• Влажность дров > 25% - сушите, иначе ни одна настройка не спасёт.

Правила большого пальца (рабочие евристики)

• Вторичный воздух - 60-80% от общего для «грязной» смеси со смолами, ближе к 60% для сухой, к 80% для влажной.
• Лямбда 1.2-1.6 держит факел чистым; выше - остывает, ниже - коптит.
• Факел «сдувает» и остывает при лишнем воздухе - заужайте вторичный или прикрывайте первичный, но по чуть‑чуть.
• Керамика - не роскошь: +100 °C к факелу решают судьбу смол.
• Если не уверены - лучше дать немного больше вторичного, чем меньше: лишний воздух снижает КПД, но недожог - это сажа и запах в доме.

FAQ, ошибки и троблшутинг под разные сценарии

Частые вопросы

Какого цвета «правильное» пламя? У сопла видно синеву/фиолет, факел короткий, плотный. Допускается бело‑желтое ядро. Длинные оранжевые языки сигналят о сажевом режиме.

Нужен ли вентилятор для нормального дожига? Не обязателен, но он сильно упрощает жизнь: задаёт расход воздуха и стабилизирует факел. На естественной тяге придётся потрудиться геометрией и подогревом воздуха.

Почему при добавлении воздуха факел иногда темнеет? Вы перекормили смесь. Избыток воздуха охлаждает, реакции замедляются. Верните часть вторичного назад или поднимите температуру (больше топлива/лучше теплоизоляция).

Синее пламя - всегда «ок»? Почти всегда хорошо, но смотрите комплексно: если дым холодный и сырой, в трубе может образовываться конденсат. Тут важны и дымовые температуры.

Опасен ли пиролизный газ? Да. Это CO, H2 и смолы: токсично и при накоплении взрывоопасно. Не перекрывайте разом воздух на работающем котле. Ставьте датчики CO и тяги.

Типовые ошибки и как их лечить

• Сырые дрова. Признаки: влажная сага, холодный дым, грязное стекло. Лечение: сушить до 15-20%, поднять температуру камеры (шамот, утепление), уменьшить загрузку до выхода на режим.
• Слабый вторичный воздух. Признаки: оранжевые языки, деготь в котле. Лечение: увеличить поток, подогреть воздух, сделать закрутку струй.
• Слишком узкая форсунка. Признаки: «задавленный» факел, обратное прорывание дыма. Лечение: расширить сопло, проверить тягу и давление на вентиляторе.
• Лишний воздух. Признаки: факел «рвётся», температура падает, КПД вниз. Лечение: прикрыть вторичный/первичный, вернуть λ в 1.3-1.6.
• Холодный дымоход. Признаки: конденсат, кислотный запах. Лечение: утеплить трубу, поднять дымовые до 140-200 °C на номинале.

Сценарии и «что делать сейчас»

Владелец газогенераторного котла. Закажите быстрый анализ дымовых (CO, O2) раз в сезон. Настройте обороты вентилятора и вторичный воздух на свой дымоход и дрова. Проверьте керамику - трещины убивают температуру.

Домашний мастер с кирпичной печью. Добавьте шамотный «карман» после горловины, сверлите вторичный воздух под углом, прогрейте печь перед режимом. Фотографируйте факел и трубу в разную погоду - увидите закономерности.

Новичок. Купите влагомер и датчик CO. Это две самые выгодные покупки. И держите под рукой термометр дымовых газов.

Безопасность. Ориентируйтесь на СП 60.13330.2016 по воздухообмену котельной. Датчик CO в помещении - не обсуждается. Пожарная безопасность - по ГОСТ Р и правилам МЧС: чистые зазоры, не перегревайте перегородки.

И да, не гонитесь за «идеально синим» любой ценой. Важно стабильное, чистое пламя при нормальных дымовых температурах. Тогда и КПД на месте, и ресурсы узлов целы, и соседи не жалуются на запах. В морозы в Казани я всегда делаю лёгкий запас по температуре дожига - так меньше сюрпризов при скачках тяги.