10356

170

оголовков (участков каналов над кровлей), что улучшает тягу в печах. Однако при таком расположении печей переохлаждается нижняя зона помещений.

Потоки воздуха, нагревающегося у поверхности печи, поднимаются к потолку помещения. Потоки воздуха, охлаждающегося у поверхности на-

ружных ограждений, опускаются к полу. В помещении устанавливается циркуляция воздуха, показанная на рис. 12.1. В результате охлажденный воздух перемещается вдоль пола в сторону печи, нарушая нормальное самочувствие людей, находящихся в помещении.

Рис. 12.1. Направление движения воздуха в помещении при расположении отопительной печи у внутренней стены

Такой циркуляции воздуха с холодным дутьем по ногам людей можно избежать, переместив печь в помещении к наружным ограждениям. Но в этом случае потребуется утепление дымовых каналов в наружных стенах во избежание конденсации на их внутренней поверхности влаги из отводимых дымовых газов. При этом все же неизбежны ухудшение тяги в печи,

дополнительное загрязнение помещения при переносе топлива, золы и шлака.

Каналы систем печного отопления и естественной вытяжной вентиляции должны быть обособлены во избежание нарушения их действия.

171

12.2. Общее описание отопительных печей

Печи предназначаются для различных целей: для отопления (ото-

пительные печи), нагревания воды (печи-каменки), приготовления пищи

(варочные печи), сушки продуктов, одежды, материалов (сушильные печи). Эти функции могут выполняться отдельно и могут быть совмещены в одной конструкции печи. В учебно-методическом пособии рассматриваются одноцелевые отопительные печи.

К конструкции отопительной печи предъявляются следующие требования:

обеспечение достаточно равномерной температуры воздуха в обогре-

ваемом помещении в течение суток (допустимое отклонение ± 3 °С);

экономичное сжигание топлива (с возможно более высоким коэффи-

циентом полезного действия);

безопасность при эксплуатации;

ограничение температуры поверхности: 90 °С в помещениях детских дошкольных и лечебно-профилактических учреждений; в других помещениях

110 °С на площади не более 15 % (120°С – не более 5 %) общей площади поверхности печи; в помещениях с временным пребыванием людей допустимо применение печей при температуре ее поверхности выше 120 °С.

Печь состоит из трех основных элементов: топливника, газоходов

(дымооборотов) и дымовой трубы. В топливнике может сжигаться твердое (как правило, на колосниковой решетке), жидкое и газообразное топливо. В

зависимости от вида топлива изменяются размер и форма топливника. Под топливником устраивают поддувало (зольник при твердом топливе), через которое воздух из помещения поступает к горящему топливу. Регулирование количества поступающего воздуха осуществляется поддувальной дверкой.

Массивные печи возводят на собственном фундаменте, не связанном с фундаментом стен, отделяя фундамент от кладки печи слоем гидроизоляции.

Облегченные печи могут устанавливаться без фундамента непосредственно на полу помещения. В этих случаях под поддувалом устраивают шанцы -

небольшие сквозные каналы, предотвращающие перегрев пола вследствие

172

циркуляции через них воздуха помещения.

Горячие дымовые газы под влиянием естественной тяги перемещаются из топливника по газоходам печи. Газоходы могут состоять из одного или нескольких дымооборотов, по которым дымовые газы движутся и снизу вверх,

и сверху вниз. Над верхним перевалом дымовых газов устраивают перекрытие

– перекрышу печи. В нижних точках дымооборотов (в подвертке, где газы совершают поворот снизу вверх) помещают небольшие прочистные дверцы

(чистки) для удаления сажи и летучей золы. В последнем газоходе перед дымовой трубой помещают задвижки для регулирования скорости движения дымовых газов и полного прекращения их движения после окончания топки печи.

12.3. Классификация отопительных печей

Конструктивное исполнение печей чрезвычайно разнообразно. На конструкцию оказывают влияние вид используемого топлива и технология возведения печей. Отличаются основные материалы массива, толщина его стенок, форма печей в плане и их высота. Различны могут быть схемы дви-

жения дымовых газов внутри печей и способы их отвода в атмосферу.

Печи рассчитывают на определенную периодичность использования их в течение суток. Периодичность использования печи зависит от ее теплоемкости,

т.е. от того количества теплоты, которое накапливается (аккумулируется) в

массиве печи во время топки и передается затем в помещение вплоть до начала следующей топки. Принято считать, что новую топку печи необходимо начинать, когда средняя температура ее внешней поверхности понизится до температуры, превышающей на 10 °С температуру воздуха в помещении.

Период времени от конца одной топки до начала другой называется сроком остывания печи.

По теплоемкости печи делят на теплоемкие и нетеплоемкие. Понятие о сроке остывания относится к теплоемким печам, т.к. нетеплоемкие печи теплоту не аккумулируют и требуют постоянной топки.

173

Теплоемкие печи в зависимости от срока их остывания подразделяют на печи большой (со сроком остывания до 12 ч.), средней (8 ч.) и малой (3...4 ч.)

теплоемкости. Таким образом, печи большой теплоемкости потребуется протапливать при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления 2 раза в сутки, печи средней теплоемкости – 3 раза,

печи малой теплоемкости - топить с незначительными перерывами.

По схеме движения дымовых газов печи устраивают (рис. 12.2):

- с движением газов по каналам, соединенным последовательно:

однооборотные (рис. 12.2, а) с одним подъемным каналом, двухоборотные (рис. 12.2, б) с двумя подъемными каналами и многооборотные с восходящим движением газов (рис. 12.2, в) по нескольким подъемным каналам;

-с движением газов по каналам, соединенным параллельно:

однооборотные (рис. 12.2, г) и двухоборотные (рис. 12.2, д);

-со свободным движением газов: бесканальные (рис. 12.2, е, ж);

-с движением газов по комбинированной системе каналов с нижним прогревом (с подтопочным дымооборотом): последовательных (рис. 12.2, з, и),

параллельных (рис. 12.2, к, л) и с бесканальной надтопочной частью (рис. 12.2,

м);

- с движением газов по каналам, соединенным последовательно вокруг тепловоздушных камер (рис. 12.2, н).

По материалу массива и отделке внешней поверхности печи бывают (в

порядке убывания теплоемкости):

-кирпичные изразцовые;

-кирпичные оштукатуренные;

-бетонные из жаростойких блоков;

-кирпичные в металлических футлярах;

-стальные с внутренней футеровкой из огнеупорного кирпича;

-чугунные без футеровки.

174

Рис. 12.2. Схемы движения дымовых газов в отопительных печах: 1 – топливник; 2 – тепловоздушная камера

По форме в плане печи выполняют прямоугольными, квадратными,

круглыми, угловыми (треугольными).

По способу отвода дымовых газов различают печи с удалением газов через внутристенные каналы, через насадные и коренные дымовые трубы.

Внутристенные домовые каналы устраивают в кирпичной кладке стен зданий.

Печи соединяют с каналами горизонтальными металлическими патрубками длиной не более 400 мм. Насадные трубы возводят непосредственно над печами (см. рис. 12.1). Коренные трубы сооружают относительно редко на

175

самостоятельных фундаментах.

12.4. Конструирование и расчет топливников теплоемких печей

Топливники печей представляют собой камеры, в которые для горения топлива подводится воздух, где поддерживается высокая температура, и откуда отводятся нагретые продукты сгорания. При этом имеют место частичная тепловая аккумуляция в массиве топок и теплопередача через их стенки в помещения. Топливники должны обеспечивать получение расчетных количеств теплоты, создавать условия для наиболее полного сжигания топлива и регулирования интенсивности горения, обеспечивать удобство и безопасность эксплуатации.

Топочные процессы горения аналогичны процессам, рассматриваемым в дисциплине «Теплогенерирующие установки».

При конструировании топливников и их тепловом расчете ориентируются на усредненные параметры выбранного вида топлива, причем исходят из его низшей теплоты сгорания Qнр , кДж/кг. В зависимости от вида применяемого топлива различают топливники для сжигания дров, бурого и каменного угля,

антрацита, торфа, горючих сланцев, а также соломы, лузги, шелухи, опилок,

кизяка и других местных горючих веществ.

Рассмотрим конструкции топливников наиболее распространенных теплоемких печей, предназначенных для сжигания твердого топлива (рис. 12.3).

Топливники для сжигания дров иногда делают с глухим подом (рис. 12.3,

а). Дрова, лежащие на поде, плохо омываются воздухом, поступающим только через открытую топочную дверцу. Поэтому значительная часть воздуха не участвует в процессе горения топлива и охлаждает топочное пространство.

Избыток воздуха достигает большой величины. КПД топливника с глухим подом не превышает 35 %.

176

Рис. 12.3. Конструкции печных топливников: а – с глухим подом; б – с колосниковой решеткой для сжигания дров; в – то же каменного угля; 1 – топочная дверца; 2 – под топки; 3

– шанцы; 4 – поддувальная дверца; 5 – проем для отвода продуктов сгорания топлива; 6 – колосниковая решетка; 7 – подтопочный канал для нижнего прогрева печи; 8 – поддувало и зольник; 9 – гидроизоляция

На рисунке 12.3, б представлен топливник для сжигания дров с колос-

никовой решеткой. Воздух через поддувало снизу довольно равномерно пронизывает весь слой горизонтально уложенных поленьев. Избыток воздуха уменьшается, повышается температура горения, в результате увеличивается КПД топливника. Топливник делают сравнительно высоким для дожигания летучих веществ топлива. На рисунке изображен топливник печи с нижним прогревом: продукты горения из топки сначала опускаются в подтопочный канал и лишь затем поднимаются в надтопочную часть печи. Топливники тепловой мощностью более 3000 Вт футеруют изнутри огнеупорным или тугоплавким кирпичом. Топливник для сжигания каменного угля (рис. 12.3, в)

оборудуют колосниковой решеткой с увеличенной площадью живого сечения

(для горения требуется большее количество воздуха, чем для дров). Толщина слоя угля доходит до 200 мм, поэтому колосниковую решетку несколько опускают по отношению к низу загрузочной дверцы. Выход летучих веществ при горении угля небольшой, и высоту топливника делают несколько меньшей,

чем при сжигании дров.

Сжигание твердого топлива в топливниках теплоемких печей происходит при нестационарном режиме горения. Тепловой расчет топливников

Размеры пода и колосниковой решетки выбирают в зависимости от

размеров кирпича или блоков, из которых сложена печь.

Далее находят или уточняют (имея типовые чертежи) высоту топливника печи. Топливник по высоте должен вмещать слой топлива необходимой толщины и иметь свободное пространство над этим слоем. Объем свободного пространства

должен быть тем больше, чем выше содержание в топливе летучих веществ.

Высоту топливника hт, м, определяют, используя зависимость удельного

гдe т – КПД топливника, учитывающий неполное сгорание и провал в зольник части топлива (принимают при колосниковой решетке равным 0,9, при

глухом поде – 0,7);

m – продолжительность топки, ч, (табл. 12.1);

Qт/Vт – допустимое удельное тепловое напряжение объема топливника,

где L0 – объем воздуха, практически необходимого при его температуре

0°С и нормальном атмосферном давлении для сжигания 1 кг топлива, м3/кг; tв – температура воздуха в помещении, °С;

v – скорость движения воздуха в живом сечении поддувального отверстия, принимаемая равной 1...2 м/с.

12.5. Конструирование и расчет газоходов теплоемких печей

Горячие дымовые газы поступают под действием естественной тяги из

топливника в газоходы печи. Газоходы, как видно из классификации печей,

179

представляют собой разветвленную систему дымооборотов, внутренние поверхности которых, непосредственно омываемые дымовыми газами,

являются тепловоспринимающими.

Газоходы конструируют таким образом, чтобы за счет теплообмена на тепловоспринимающих поверхностях температура дымовых газов понижалась до 110...130 °С, т.е. до уровня, ниже которого возможна: конденсация водяного пара и интенсивное выпадение сажи.

При конструировании печей с последовательными дымооборотами (рис. 12.2, а, б) число оборотов ограничивают. В старых многооборотных печах (рис. 12.2, в) наблюдался неравномерный прогрев газоходов, вызывавший появление трещин в кладке. Вследствие повышения потерь давления в печах приходилось увеличивать высоту дымовых труб. Также увеличенным было число мест, где скапливалась сажа.

Последовательные дымообороты делают преимущественно верти-

кальными, а не горизонтальными, избегая явления подогрева нижних стенок горизонтальных каналов, что приводит к понижению КПД печей.

При расчете скорости движения газов в каналах печи проверяется скорость движения газов в характерных местах газоходов. Скорость движения газов vг, м/с, определяют по видоизмененной формуле (12.5):

vг = GL0(1 + (tг / 273))/(3600mАкан), (12.6)

где tг − среднее значение температуры дымовых газов в отдельных частях газоходов печи, °С, (при расчетах принимают по приложению 2);

Акан − площадь поперечного сечения каналов, м2.

Получаемые при расчетах значения скорости движения должны находиться в пределах, указанных в приложении 2, что будет свидетельствовать об их допустимости в отношении возможных потерь давления в печи при естественной тяге.

12.6. Конструирование дымовых труб для печей

Для каждой печи прокладывают отдельный дымовой канал в стене или