ПЕЧИ И КАМИНЫ

ОБЩЕЕ ЗНАКОМСТВО С ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, ДИНАМИКОЙ ДВИЖЕНИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ, НАЗНАЧЕНИЕМ ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПЕЧИ И КОНСТРУКЦИЯМИ ДЫМООБОРОТОВ

Всем нам известно, что горение - химический процесс соединения кислорода с горючими эле­ментами топлива. Для возгорания необходимо по­догреть топливо до температуры воспламенения, в дальнейшем процесс горения протекает с выделе­нием тепла при условии подачи необходимого ко­личества воздуха.

Горение древесины и некоторых других видов топлива отличается тем, что сначала при нагрева­нии происходит сухая возгонка. В газообразное состояние переходит 85-90% массы и только 10- 15% сгорает в виде твердого вещества (на поду). В любом топливе содержится два основных горючих элемента - углерод и водород. Топливо с большим содержанием углеводородов - дрова, торф, бурый уголь, некоторые сорта каменных углей - горят преимущественно в виде пламени над слоем топ­лива, называют их длиннопламенными. Топлив­ник для них должен иметь высокий свод или большую длину. В низком или коротком топлив­нике летучие компоненты не успевают сгорать полностью и с дымовыми газами уносятся в ды - мообороты. Там процесс горения прекращается из-за низкой. температуры и недостатка кислорода. Происходит неполное сгорание топлива. При неполном сгорании топлива тепла выделяется в 3,5 раза меньше, чем при полном. Получение на­ибольшего количества тепла возможно при обес­печении условий для полного сгорания топлива. Поэтому для каждого вида топлива топливник дол­жен иметь свою форму и размеры, чтобы обеспе­чивался определенный приток воздуха и хорошее смешение его с топливом, поддерживалась нужная температура и обеспечивались условия для полно­го сгорания топлива.

В топливнике при полном сгорании топлива развивается максимальная температура. Стенки его испытывают большую тепловую нагрузку. Сле­дует учитывать, что зона максимальных темпера­тур выходит за пределы топливника и частично распространяется на первый восходящий канал. Часть тепла, выделяющегося при горении, погло­щают стенки топливника, часть уходит на образо­вание тяги в дымовой трубе, остальное должно быть поглощено внутренними поверхностями ка­налов и саккумулировано в массиве печи для обогрева помещения. Но сильно развитая площадь дымооборотов заберет все тепло, температура ды­мовых газов на выходе будет низкая — это может привести к снижению тяги, образованию конден­сата и плохой работе печи.

Рис. 9. Системы дымооборотов: а - многооборотная с горизонтальным расположением каналов, б - многообо­ротная с вертикальным расположением каналов, в - однооборотная, г - одно - оборотная с тремя параллельными опускными каналами, д, е~ бесканальные. Д - колпаковая, е - колпаковая с насадкой

На рисунках 9 а, б, в, г, д, е даны соответствую­щие системы дымооборотов. На них схематично показано расположение дымовых каналов и на­правление движения дымовых газов. Каждая сис­тема имеет свои преимущества и недостатки. Многооборотные с горизонтальным и вертикаль­ным расположением дымовых каналов были рас­пространены раньше, имеют много недостатков и применять их нежелательно. Остальные широко распространены в практике устройства отопитель­ных печей и отопительных щитков.

Каналы с нисходящим движением дымовых газов прогреваются быстрее и лучше, чем с восхо­дящим. При одном подъемном канале, двух и более опускных путь для газов короткий, сопро­тивление минимальное. В параллельных каналах с нисходящим движением дымовых газов происхо­дит саморегулирование тяги и обеспечивается рав­номерный прогрев наружной поверхности печи. Недостаток этой системы заключается в том, что после длительного перерыва в пользовании печь плохо растапливается из-за возможною опроки­дывания струи газов в дымовой трубе.

В бесканальной системе дымовые газы из топ­ливника через хайло поступают в надтопочную камеру - колпак, поднимаются вверх до перекры­ши и, охлаждаясь — отдавая тепло наружным сте­нам печи, опускаются вниз. Дымовые газы, выхо­
дящие из топливника, всегда горячее тех, которые уже находятся в колпаке. Более горячие будут подниматься вверх, вытеснять те, что находятся вверху, охлаждаясь у стенок, опускаться вниз, далее под действием тяги уйдут в дымовую трубу. Такие печи имеют высокий коэффициент полез­ного действия и очень низкое сопротивление. Они способны работать с небольшой дымовой трубой, но применение насадной дымовой трубы невоз­можно. Им нужна коренная дымовая труба или дымовой канал в капитальной кирпичной стене, так как дымовые газы выходят из печи в ее ниж­ней части. Недостаток этой системы — сильный прогрев перекрыши - верхней части печи и скоп­ление сажи под перекрышей.

Для равномерного прогрева внешних поверх­ностей бесканальных печей применяют насадки, выполненные чередующимися рядами одинаковой кирпичной кладки «на ребро», повернутой в каждом следующем ряду на 90°. Применение кирпичной насадки дает возможность отказаться от устрой­ства дымовых каналов и перейти на бесканаль­ные колпаковые печи.

Все отопительные печи независимо от их кон­струкции состоят из топливника А с зольной каме­рой Б, дымооборотов Г и дымовой трубы Д (рис. 10). Топливник представляет собой камеру, ограни­ченную снизу подом 10 с колосниковой решеткой 9, с боков кирпичной кладкой с топочным отвер­стием 3, перекрытую сводом 4. Для выхода дымо­вых газов в своде или боковой стенке делается отверстие — хайло В. Топочное отверстие 3 служит для загрузки топлива, удаления золы и шлака, перекрывается топочной дверкой 2. Колосниковая решетка 9 служит для подачи воздуха к топливу и удаления золы. Кирпичная кладка пода 10 выпол­няется с наклоном в сторону колосниковой ре­шетки за счет стесывания кирпичей. Делается это для того, чтобы недогоревшие куски топлива ска­тывались на колосниковую решетку и на ней дого­рали, так как из-под решетки постоянно поступает воздух. Под колосниковой решеткой устраивается зольная камера Б или поддувало, в ней скаплива­ются твердые продукты горения — зола и шлак,

Рис. 10. Печь отопительная: А - топливник, топочная камера, Б - зольная камера, В - отверс­тие для выхода дымовых газов, Г - дымовые каналы, Д— дымо­вая труба. / - поддувальная двер­ка, 2 - топочная дверка, J-то­почное отверстие, 4 - свод, 5 - подвертка, 6 - печная задвиж­ка, 7-перекрыша, 8— перевал, 9 - колосниковая решетка, 10- под

Через зольную камеру и колосниковую решетку в топливник поступает свежий воздух, необходимый для поддержания горения топлива. Количество подаваемого воздуха регулируется поддувальной дверкой /. Продукты горения - дымовые газы,- из топливника через хайло В поступают в дымо - обороты Г, которые служат для отбора тепла от горячих дымовых газов, аккумуляции и последую­щей отдачи отапливаемому помещению. Из дымо - оборотов охлажденные дымовые газы уходят в ды­мовую трубу, служащую для отвода продуктов горения из печи наружу помещения и создания тяги, обеспечивающей подачу свежего воздуха в топливник.

Принцип действия отопительных щитков тот же, что и отопительных печей, только они не имеют собственного топливника. В дымообороты отопительного щитка поступают дымовые газы, отходящие от кухонной плиты. Чаще всего отопи­тельные щитки устраивают по однооборотной сис­теме с одним подъемным каналом, двумя и более опускными.

Расположение дымовых каналов и направление движения дымовых газов определяются принятой системой, а состояние внутренних поверхностей - качеством кладки. От состояния внутренних по­верхностей дымовых каналов зависит их тепловосп - ринимающая способность и сопротивление дви­жению дымовых газов. Дымовые каналы надо класть так, чтобы они были одинакового сучения на всем протяжении, стенки их должны быть глад­кие. Сжатие струи и резкий поворот создают боль­шое сопротивление движению дымовых газов. По­вороты надо делать плавными. Нельзя затирать внутренние стенки каналов кладочным раствором - глина плохой проводник тепла, даже небольшой слой ее ухудшит теплообмен между стенками ка­налов и дымовыми газами.

Площадь сечения перевала фис. 10) всегда долж­на быть не менее, чем в два раза больше следую­щего за ним канала. Сечение подвертки также должно быть больше следующего за ней канала. Но слишком большой подвертку делать не следу­ет, так как дымовые газы не будут опускаться до дна, они обтекают верхнюю стенку - глубокая подвертка будет холодной. Не следует забывать, что дымовые газы двигаются не по дну горизон­тального участка канала, а у его перекрыши. Поэ­тому перекрыши - горизонтальных каналов надо выполнять особенно тщательно, подбирая для них лучший кирпич, не оставляя подтеков раствора.

Дымовая труба нужна не только для того, чтобы по ней отводился дым из печи,- это насос, обес­печивающий постоянный приток свежего воздуха. Лучшие условия для горения топлива обеспечива­ются при поступлении теоретически необходимо­го количества воздуха, но практически такие усло­вия выполнить невозможно. В топливниках с закрывающимися дверками расход воздуха превы­шает теоретически необходимый в 2-3 раза и до­стигает 6—12 м3 на 1 кг топлива. Поэтому при печном отоплении обеспечивается хорошее про­ветривание помещения. Известно, что при нагре­вании газы расширяются и становятся легче. Ку­бометр воздуха при температуре 0° С весит 1,233 кг, а при температуре 20° С - 1,205 кг. Вес дымовых газов при температуре 100° С равен 1,130 кг, а при 150° С - 1,086 кг.

Воздух и дымовые газы-при нагревании в печи становятся легче и поднимаются вверх, на их место поступает более тяжелый холодный воздух. Постоянно поднимаясь по дымооборотам и дымо­вой трубе, горячие газы заполняют ее полностью. Рассмотрим состояние газов в простой печи, пред­ставленной в виде схемы на рисунке 11. Мы имеем два сообщающихся сосуда - один ограни­чен стенками дымовой трубы и заполнен горячи­ми дымовыми газами. Второй — столб наружного холодного воздуха такой же высоты. Вес массы воздуха выше дымовой трубы создает одинаковое давление на оба рассматриваемых столба, поэтому его можно не принимать во внимание. Условно допустим, что столб наружного воздуха и дымовых газов удерживаются в равновесии перегородкой А сечением 0,1 м2, а высота дымовой трубы -5 м. Объем столба наружного воздуха высотой 5 м с площадью основания 0,1 м2 составит 0,5 м3. При температуре 0° С такой столб будет весить 1,293 х х 0,5 = 0,6465 кг. Это значит, что наружный ёЬз - дух давит на перегородку А с силой 0,6465 кг. Давление на перегородку А со стороны дымовых газов при температуре их 150° С будет: 1,086 х 0,5 = = 0,5430 кг. Следовательно, перегородка А будет испытывать давление со стороны холодного воздуха, равное разности веса столбов холодного воздуха и дымовых газов равное: 0,6465 - 0,5430 = 0,1035 кг. Это и будет та сила, которая заставляет холодный воздух поступать в топливник, а горячие дымовые газы подниматься вверх по трубе. Сила тяги тем

Больше, чем больше разность температур наруж­ного воздуха и дымовых газов в трубе и чем выше дымовая труба. Сила тяги зависит от формы, по­перечного сечения, состояния внутренних стенок, материала дымовой трубы, силы и направления ветра. Чтобы повысить силу тяги, надо повысить температуру выходящих дымовых газов или увели­чить высоту дымовой трубы. Повышение темпера­туры уходящих дымовых газов невыгодно, так как они унесут много тепла. Увеличение высоты ды­мовой трубы не всегда возможно или возможно до определенных пределов. Поэтому надо делать такие печи, которые нормально работают при малой тяге, то есть имеют небольшое сопротивление ды­мовых каналов. Но температура отходящих дымо­вых газовы не должна быть ниже 110-120° С. В дымовых газах всегда содержатся водяные пары. При более низкой температуре на стенках дымо­вой трубы будет выпадать конденсат, как и любая жидкость, он будет стекать вниз и в виде ржавых пятен выступать на поверхности печи.