По мере выгорания топлива толщина пласта уменьшается, что приводит к снижению сопротивления тракта движению газового потока, и интенсивность горения возрастает. Древесный уголь горит коротким пламенем красноватого оттенка.
После сгорания древесного угля образуется сравнительно немного золы. Плавится она при температуре 1400 °C, в недостигаемой топке самовара, так что получается легкоудаляемый порошок.
— В каких-то деревнях Вологодчины видел, что топили самовар и древесными чурками. Большой беды в этом, наверное, нет?
— В некоторых энциклопедиях по домоводству указано, что наряду с древесным углем самовар можно топить древесными чурками. В этой рекомендации не хватает только оговорки: за неимением угля.
В древесине горючими элементами являются водород и углерод.
Средний фракционный состав древесины примерно таков: содержание летучих фракций — 85 %, твердых — всего 15 %, и в сравнении с древесным углем дрова — скорее сухой газ, чем твердое углеродистое топливо.
Древесина (разумеется, речь идет о сухой древесине) сгорает в несколько этапов. Первая фаза — розжиг. При помощи горящей бересты или лучинок температуру древесины доводят до 350 °C, когда на дровах образуется устойчиво развивающийся очаг пиролиза.
Вторая фаза, по мнению А. Низовцева, — пиролиз древесины и сгорание выделившихся летучих веществ. Здесь ярко проявляется главный недостаток древесины как топлива: пиролизное газовыделение — практически неуправляемый процесс, и, чтобы газы не улетучивались из топки без пользы для дела в дымоход, их необходимо дожигать. Для этого нужен дополнительный подвод воздуха и пространство для смешивания газов с воздухом и последующего их сгорания. Но ни того, ни другого в конструкции жаровой трубы самовара не предусмотрено, и при топке дровами воздух поступает с большим избытком; газы догорают уже в соединительной трубе, так что она иногда раскаляется докрасна, и почти все тепло просто теряется. Во второй фазе образуются продукты сгорания — углекислый газ и вода.
Управление горением древесины подачей первичного воздуха осуществимо только на третьей фазе горения высокоуглеродного твердого остатка, содержание которого составляет всего 15 %.
— Интересно, как происходит нагрев воды? Есть ли особенность циркуляции ее при топке древесным углем и сухими древесными чушками?
— Есть, конечно. Распределение температур по высоте жаровой трубы при работе самовара на древесном угле таково: самая высокая температура в области очага горения, то есть внизу; верхняя часть жаровой трубы нагрета меньше.
Для нагрева и кипячения воды такое распределение температуры по высоте оптимальное. Более горячая и поэтому более легкая вода поднимается вверх, в полном соответствии с законом Архимеда, а ее место занимает холодная и более тяжелая, из верхних слоев резервуара.
Таким образом, благодаря естественной конвекции жидкость интенсивно циркулирует, перемешивается и равномерно прогревается по всему объему. Коэффициент полезного действия самовара на угле довольно высокий, не менее 70 %.
При топке самовара дровами распределение температур по высоте жаровой трубы получается другим. Наиболее сильно жаровая труба нагревается в зоне сужения, то есть в верхней части теплообменника; в нижней же части топки совсем нежарко, так что нагрев воды происходит в основном у крышки самовара. Нагретая и более легкая вода так вверху и остается, а конвекция не возникает.
Когда самовар, переведенный на дрова, начинает шипеть и брызгать из-под крышки горячими каплями, это совсем не означает, что вода вскипела и можно восклицать: «Господа! Самовар готов! Давайте пить чай!». Может оказаться, что жидкость, находящаяся в придонной области и наполняющая чашки через кран, чуть теплая. Теплопроводность воды невысокая, и без конвекции она прогревается слабо.
Низкие температуры в жаровой трубе приводят к тому, что из древесины активно выделяются смолы и конденсат, загрязняющие топку самовара. Коэффициент полезного действия самовара на дровах не выше, чем у паровоза, и в лучшем случае составляет где-то 15 %.
— Сегодня, наверное, днем с огнем не сыщешь углежога. Но на Руси эта профессия существовала всегда, а древесный уголь даже на моей детской памяти в сельмагах продавался в рогожных кулях. Не потребует ли возрождение «самоварного возглавия» и реанимации древнего ремесла?