Части печи
Для ознакомления с отдельными частями (элементами) и деталями комнатной отопительной печи рассмотрим рис. 37.
печи." /> |
Рис. 37. Главные части и детали печи. |
Печь состоит из топливника 11, куда закладывается топливо и где происходит его сгорание; топочного отверстия 12 с дверцами, которое служит для закладки топлива и наблюдения за горением; пода 13, представляющего собой нижнюю плоскость топливника, на которую укладывается топливо; колосниковой решетки 14, составляющей часть пода и предназначенной для подвода воздуха к горящему топливу из поддувала или зольника 16, находящегося под колосниковой решеткой, через которую подводится воздух для горения топлива (зольник служит для сбора золы и шлака, проваливающихся через прозоры колосниковой решетки); поддувальной дверцы 15; свода топки 10, являющегося верхним перекрытием топливника; хайла 9 — отверстия в своде или боковых стенках топливника, через которые газы из топливника поступают в дымообороты печи; дымооборотов печи 7 — внутренних каналов, по которым проходят горячие дымовые газы, нагревающие кладку; внутренней поверхности печи 5, воспринимающей тепло от дымовых газов; наружной поверхности печи 8, отдающей тепло в помещение; пере крыши 6, являющейся верхним перекрытием печи; отступки 1—воздушного пространства между печью и стеной; шанцев 17 — несплошной кладки, иногда устраиваемой в нижней части печи; дымохода 4, представляющего собой дымовой канал, отводящий дым наружу; дымового патрубка 3, соединяющего печь со стенным дымоходом. В патрубке может устанавливаться дымовая вьюшка или дымовая задвижка 2. g Дым из печи может проходить не только через стенной дымоход. В деревянных зданиях, например, устраивают специальные кирпичные дымовые трубы. Если такие трубы устанавливают непосредственно на печи, то их называют насадными. Для тонкостенных печей (со стенками в четверть кирпича), вследствие недостаточной их прочности, а также в деревянных зданиях, или при отводе дыма от нескольких печей—дымовые трубы объединяют в один кирпичный массив, который выкладывается рядом с печью на отдельном фундаменте. Такие трубы называются коренными. Пример коренной трубы показан на рис. 38.
Рис. 38. Коренная дымовая труба: 1 — чистка; 2 — потолок; 3 - кровля; 4 — отверстие для ввода дыма от печи с верхним отводом про дуктов сгорания; 5 — отверстие от печи с нижним отводом продуктов сгорания; 6 — пол. |
Топливником называется камера внутри печного массива, в которой происходит сгорание топлива. Чтобы процесс горения происходил правильно с наибольшим выделением тепла, необходимо соблюдать все требования, предъявляемые к топливнику. Форма топливника, его размеры и объем должны быть такими, чтобы: а) топливник вмещал топливо в таком количестве, которое необходимо для прогревания печи без последующих добавок во время топки; б) топливо полностью сгорало в топливнике, не попадая в виде недогоревших мелких частиц в дымообороты печи. Высота топливника должна быть такой, чтобы при уложенном полностью топливе между ним и перекрытием топливника оставалось пространство. Оно необходимо для того, чтобы проходящие по нему мельчайшие частицы топлива успели догореть. В этом случае процесс горения заканчивается внутри топливника, и топливо используется полноценно (рис. 39).
Рис. 39. Сгорание летучих в топливнике нормальной высоты. |
Количество несгоревших летучих, условно изображенных точками, постепенно уменьшается. Они сгорают, проходя пространство от поверхности дров до перекрытия топливника. Во внутренние дымоходы печи попадает ничтожное количество несгоревших частиц. Неудовлетворительный процесс сгорания топлива в топливнике с недостаточной высотой показан на рис. 40.
Рис. 40. Топливник с недостаточной высотой. |
Пространства над слоем топлива мало и неуспевшие сгореть летучие частицы сразу попадают во внутренние дымообороты печи. Температура здесь недостаточна для поддержания процесса горения и горение прекращается. Неуспевшие сгореть частицы осаждаются на стенках дымооборотов и дымовой трубы, покрывая их слоем сажи. Часть сажи с дымом уносится в атмосферу. Поскольку часть топлива не используется полезно, то и весь процесс горения будет неэкономичен. Высота топливника определяется в зависимости от применяемого топлива. Виды топлива, содержащие значительное количество летучих частиц и носящие название длиннопламенных, например, дрова, требуют большей высоты топливника. а содержащие мало летучих — антрацит, кокс и т. п. сгорают з топливниках с меньшей высотой; в) обеспечивалась высокая температура, необходимая для полноценного сгорания топлива. Поддержание высокой температуры достигается теплом, выделяющимся от горения топлива, и теплом, отраженным от раскаленных стен и перекрытия топливника. Поэтому кирпичные стенки и перекрытия у топливника печи лучше, чем тонкие стенки металлических печей, выполненных из стали или чугуна. Температура в топливнике металлических печей ниже, чем у печей кирпичных из-за сильной теплоотдачи стенок и, следовательно, процесс горения здесь происходит хуже, так как большая часть летучих частиц топлива не сгорает. Чтобы повысить температуру, в больших кирпичных печах иногда делают перекрытия в виде свода; происходит отражение лучистого тепла на горящее топливо; г) обеспечивался постоянный приток воздуха к горящему топливу, тан как без воздуха горение не может происходить. Подаваемый в топливник воздух должен соприкасаться со всей поверхностью топлива, а не с отдельными частями. В противном случае горение будет происходить неравномерно и некачественно. Равномерная подача воздуха в топливник показана на рис. 41.
Рис. 41. Подача воздуха в топливнике с поддувалом и колосниковой решеткой. |
Она осуществляется при помощи колосниковой решетки 3 и поддувального отверстия с дверкой 2. Воздух, проходящий в щели между колосниками, распределяется равно-мерно по всей площади топливника и топлива, лежащего на 62 колосниковой решетке. Топочная дверца 1 закрыта.
Рис. 42. Подача воздуха в топливнике со сплошным подом. |
Если нет ни поддувала ни колосников (рис. 42) (в печах со сплошным подом), подача воздуха в топливник происходит через приоткрытую топочную дверцу 1 или через сквозные отверстия 3 в нижней половине внутренней дверки 2. Врывающийся воздух омывает только переднюю часть топливной камеры и топлива и направляется в дымообороты печи, не охватывая ту часть топлива, что расположена в глубине топливника. Поэтому горение здесь происходит неполноценно. Топливники со сплошным подом встречаются только в печах устарелых конструкций, все печи новых типов снабжаются поддувалом и колосниковой решеткой. Трудно разгорающиеся виды топлива: каменный уголь, антрацит и кокс — не могут сгорать в топливнике без поддувала. Регулирование количества подаваемого в топливник воздуха производится с помощью топочной и поддувальной дверец, а также дымовой задвижки на дымоотводящем патрубке или дымовой трубе. Различные виды топлива требуют различного устройства топливников. Топливник для дров. Лучшим топливником для сжигания: дров является топливник с кирпичными стенами, с колосниковой решеткой и с поддувалом. Топливники со сплошным подом встречающиеся в печах старых конструкций, при кладке новых, печей не применяются. Схема топливника изображена на рис. 43.
Рис. 43. Топливник для дров. |
Под топливника имеет откосы к решетке 3 для скатывания на нее углей Колосниковая решетка, расположенная ниже топочной дверцы 1 (на уровне поддувальной дверцы 2) не позволяет углям выпадать наружу. Решетку заглубляют на 1 ряд кладки против нижней кромки топочной дверцы. Дрова укладываются плашмя, поэтому глубина топливника принимается в зависимости от длины предполагаемых к употреблению полей (по существующему стандарту) с добавкой 3—4 см. Дрова относятся к длиннопламенным сортам топлива, поэтому топливник должен быть достаточно высоким (от 80 до 100 см, считая от колосниковой решетки до верхнего перекры тия топливной камеры). Если толщина слоя уложенных плат мя дров 30—40 см, то высота свободного пространства над слоем топлива должна быть равной 50—60 см. Гарнитура топливника может быть обычной и герметической. Герметическая, однако, лучше. Ввиду развития в топливнике высоких температур стенки его футеруют огнеупорным кирпичом. Верхнее перекрытие топ ливника, особенно в больших печах, лучше делать в виде свода 4.
Рис. 44. Топливник для сланцев. |
Топливник для сланцев (рис. 44) отличается некоторыми особенностями в связи с тем, что горючие сланцы относятся к весьма многозольным видам топлива (количество золы — 30% и более). Обычная колосниковая решетка быстро забивается золой и не пропускает воздух, поэтому решетку совсем не применяют. Вместо нее в поддувальном канале устраивается порог 5, а топливник делается с наклонными стенками. Горючие сланцы в небольшом количестве забрасываются в топливник через топочную дверцу на пороге разжигается обычная древесная растопка, от которой воспламеняется само топливо. В начале горения из сланца выделяется много летучих; для сжигания их через дверку 2 и канал впускается в топливник добавочный воздух. Наклонная передняя стенка способствует постепенному сползанию топлива и предварительной его просушке. Шуровка производится через нижнюю поддувальную дверцу 3 и поддувальный канал. Зола сгребается в железный ящик 4, установленный в углублении поддувального канала. Топливник перекрывается арочками 6 из огнеупорного кирпича для предохранения перекрытия от быстрого разрушения, которое вызывается сильным нагревом. Чтобы газы не проникали в помещение при закрытой печи в дымовой задвижке или вьюшке устраивается сквозное отверстие диаметром не менее 10 мм. Топливник для торфа. При влажности не выше обычной (25—30%) торф может сжигаться в топливниках с колосниковыми решетками. Если печь складывается специально для работы на торфе, то лучше предусмотреть специальное устройство топливника (рис. 45).
Рис. 45. Топливник для торфа. |
В нем заглубление колосниковой решетки делается на два ряда кладки против нижней кромки топочной дверцы 1. Сама колосниковая решетка 4 берется увеличенных размеров, по сравнению с применяемой для дров; просветы между колосниками должны быть небольшими, чтобы затруднить провал несгоревших частиц топлива в зольник. Желательно, чтобы все четыре стенки топливника имели скаты к колосниковой решетке. Торф укладывают слоем в 25 см, при высоте пространства под слоем топлива от 40 до 50 см; общая высота топливника от колосниковой решетки до перекрытия не должна быть меньше 65—75 см. К особенностям топливника следует отнести также устройство емкого зольника, так как торф относится к многозольным видам топлива. Для более удобного удаления золы, отличающейся неприятным запахом и большой летучестью, в пространстве зольника под колосниковой решеткой устанавливают металлический ящик 3, который по мере наполнения золой вынимают через поддувальную дверцу 2 и выносят из помещения. Более влажные сорта торфа до сжигания необходимо просушить. Поэтому для торфа повышенной влажности применяют топливник специального типа (рис. 46).
Рис. 45. Топливник для торфа. |
Он имеет две колосниковые решетки. На горизонтальную решетку 4 укладывается сухая древесная растопка и небольшая порция торфа. Когда торф загорится, через топочную дверцу 1 загружается основная масса его слоем выше наклонных колосников, которые полностью закрываются топливом. Топливо сползает постепенно (по выгорании нижних слоев) вниз, проходя предварительную просушку. Для удаления водяных паров и дымовых газов служит небольшое отверстие в верху топливной камеры 6 и хайло 5, соединяющие топливник с дымоходом. Воздух для горения поступает через поддувальную дверцу 3 в самом низу топливника. Через дверцу 2 производится шуровка топлива и прокалывание отверстий между колосниками. Прокалывать торф надо очень осторожно и только если это необходимо. В противном случае мелкие частицы торфа будут проваливаться и смешиваться с золой. Прозоры в колосниковых решетках для торфа делают не более 8—10 мм. В топливнике для сжигания торфа должна быть дымовая задвижка или вьюшка со сквозными отверстиями. Этот вид топливника используется и для сжигания кизяка повышенной влажности. Сухой кизяк (бруски) удовлетворительно сжигается в обычных топливниках для дров.
Рис 46. Топливник для торфа повышенной влажности. |
Топливник для каменного угля и антрацита. Если дрова или сухой кусковой торф могут, хотя и неполноценно, сгорать в топливниках без колосниковой решетки и поддувала, то каменный уголь и антрацит горят только при усиленном подводе воздуха к горящему слою. Топливники для этого вида топлива непременно оборудуются колосниковыми решетками. Их надо располагать в неглубокой шахте. Стенки топливника и перекрытия складываются из огнеупорного кирпича. Антрацит, горящий при более высоких температурах, требует для нормального горения еще большего заглубления колосниковой решетки. Образец топливника, в котором хорошо сжигается антрацит и каменные угли, показан на рис. 47.
Рис. 47. Топливник для антрацита и каменного угля. |
Заглубление колосниковой решетки достигает 300—350 мм. Нижняя часть топливника над решеткой значительно сужена для того, чтобы антрацит горел сравнительно толстым слоем. Это необходимо для нормального его сжигания, которое происходит при высокой температуре. Топливо загружают через топливную дверцу. Колосники делаются массивными, как говорят, «тяжелого профиля», чтобы они могли выдерживать высокую температуру. В дымовых задвижках или вьюшках обязательно должны быть сквозные отверстия. Шахтные топливники применяют для кускового топлива в больших печах, при длительной топке без дополнительной нагрузки (рис. 48).
Рис. 48. Шахтный топливник для каменного угля. |
На колосниковой решетке 4 разжигается древесное топливо (мелкие дрова и загрузочную дверцу 1 забрасывают небольшую порцию угля. После того как она хорошо разгорится, сверху закладывают 5* 67 весь запас топлива, размещающийся в вертикальной шахте, от которой получил свое название топливник. По мере горения нижних слоев, верхние постепенно опускаются и в свою очередь сгорают. Продукты сгорания уходят в дымоход. Для отвода могущих образоваться газов устроен отвод их в виде небольшого сквозного отверстия 5. Дверца 2 служит также для шуровки топлива и чистки колосников. Воздух для горения поступает обычным путем, через поддувальную дверцу 3. Топливник шахтного типа может использоваться также для сжигания кускового торфа, торфяных брикетов и пр. Гарнитура для топливников такого рода должна быть герметической. Топливник для бурового и подмосковного угля изображен на рис. 49.
Рис. 49. Топливник для бурых углей. |
Бурый уголь отличается еще большей влажностью, чем торф (до 40—45%), а также и большей зольностью (до 25%). В топливнике вместе с горением топлива происходит его предварительное просушивание — подготовка к сгоранию. Колосниковая решетка значительно (80—100%) больше по размерам, чем для древесного топлива. Она состоит из горизонтальной части 4 и наклонной 5 и соприкасается с наклонным гладким подом 6. Топливник сквозной, т. е. имеет отверстия с дверцами с двух противоположных сторон. Дверца 7 служит для загрузки топлива, дверца 2 — топочная. Через нее разжигают растопку и первую порцию угля на горизонтальной части колосниковой решетки. Дверца 3 — поддувальная служит для подачи воздуха под колосники и уборки шлака и золы. Дверца У- прочистная, она служит для очистки летучей золы и сажи с поверхности свода, перекрывающего топливник. Объем зольника из-за большого количества отходов делается высотой не менее четырех рядов кладки. Высота топливника не менее 60 см. В дымовой задвижке или вьюшке обязательно устраивается сквозное отверстие. Топливник для сжигания лузги и шелухи. Лузга и шелуха хорошо сгорают в топливнике с глухим подом, который хорошо сгорают в топливнике снабжается приспособлением, показанным на рис. 50.
Рис. 50. Устройство для сжигания лузги и шелухи. |
Из листовой стали изготовляется специальная горелка, которая вставляется в топочное отверстие печи. Горелка сделана в виде коробки Л напоминающей по форме неполный конус, со сквозными отверстиями диаметром 6 мм. Коробка приклепывается к металлической стенке 2, тоже имеющей сквозные отверстия. Через отверстия подается воздух в зону горения. Через стенку проходит изогнутый лоток 3, через него в топливник поступает топливо из небольшого буккера 4, который делается в виде коробки из кровельной стали с воронкой в нижней стенке. Топливо засыпают в верхнюю коробку, откуда под давлением собственного веса оно медленно высыпается через воронку в лоток и на горелку. Легкие частицы топлива подхватываются струями воздуха, выходящими через отверстия горелки с большой скоростью, и сгорают, не успев упасть. Ввиду того, что горение происходит в струе воздуха, оно протекает нормально с ничтожным количеством золы.
Сжигание жидкого топлива в топливниках комнатных печей имеет сравнительно небольшое распространение в местах непосредственной добычи этого вида горючего. Обычно используются для этой цели сырая нефть и мазут (нефтяные остатки). Из наиболее распространенных способов сжигания жидкого топлива в отопительных печах можно назвать: а) использованние пористых тел; б) применение различных приборов, устанавливаемых в топливниках; в) предварительное распыление жид-кого топлива специальными устройствами.
Для первого способа используются в качестве светилен различные пористые тела — пемза, пористый известняк, песок, кирпич и т. п. Пропитывая пористые тела, жидкое топливо распределяется по большой поверхности тонким слоем, хорошо снабженным воздухом. Способ этот, осуществляемый пропиткой пористых тел заранее, или с постепенной подачей горючего при помощи подводящих трубок, относится к числу наиболее пористых, но наименее совершенных. Поверхность пористого тела быстро засоряется густыми частицами мазута, примесями мельчайшей пыли и продуктами неполного сгорания. Поверхность как бы обрастает твердым слоем кокса, который не поддается удалению; впитывание горючего поэтому прекращается, и светильня становится негодной к применению.
Сжигание жидкого топлива на специальных приборах. Жидкое топливо разливают таким слоем по наклонной поверхности желобка, сковороды или другого подобного предмета. Горение происходит, примерно так же, как и в первом случае. Сжигание жидкого топлива с предварительным распылением. Соединяются две трубки—верхняя для нефти, нижняя для воды. В раскаленной нижней трубке образуется пар, который, вырываясь наружу, распыляет выходящую из верхней трубки струйку нефти. Прибор этот подобен паровой форсунке, применяемой в больших топливниках котлов.
Удовлетворительное сжигание жидкого топлива может быть только в топливниках с длительным или непрерывным режимом горения. Нефть и мазут относятся к наиболее длиннопламенным сортам топлива. Они содержат много летучих частиц, требуют большого топливника и высокой температуры. Топливник обычной отопительной печи недостаточен по размерам (длине хода газов) и стенки его не успевают сильно раскалиться за сравнительно короткий срок топки. Длительное горение недопустимо из-за перекала печи и перерасхода топлива, а за время обычной топки, при недостаточно раскаленных стенках, большинство летучих частиц не сгорает.
Топливники для газового топлива. Использование газа для нагрева отопительных печей и кухонных очагов увеличивается с каждым годом. Наряду с новыми типами печных устройств используются и существующие печи, которые необходимо несколько переделать. Сжигание газа имеет свои особенности, отличные от сжигания обычных видов топлива. При сжигании дров или каменного угля наблюдаются три периода горения топлива: разгорание, процесс интенсивного горения и догорание. Следовательно и температура в топливнике будет различной. Наибольшей величины температура достигает во время интенсивного горении топлива. При разгорании и особенно при догорании потребность в воздухе значительно уменьшается, но так как количество его не изменяется, то образуется избыток воздуха. Этот избыток охлаждает топливник и понижает в нем температуру. Следовательно при твердом топливе мы имеем не постоянный режим горения, а переменный, со значительным уменьшением температуры топливника в первом и последнем периодах процесса горения. Особенно неблагоприятен период догорания, так как по времени он занимает треть, а иногда и половину от общей продолжительности всей топки печи, и в течение этого промежутка печь работает при значительных потерях тепла с отходящими газами, охлаждаемыми избытком воздуха.
При сжигании газа температура в топливнике после розжига горелки через 4—5 мин. достигает 700—750° и в дальнейшем не падает, а возрастает, достигая к концу топки печи 800—900°. Таким образом при сжигании газа мы имеем постоянный (стационарный) режим горения. Постепенное повышение температуры топливника улучшает условия для полного сгорания газовоздушной смеси.
Помимо уменьшения потерь тепла от химического недожога постоянный режим горения обеспечивает равномерный нагрев кладки топливника, что весьма существенно при работе пище-варных очагов, плит, духовых шкафов и малогабаритных отопительных печей длительного горения.
Равномерный нагрев металлических поверхностей духовых шкафов и чугунных плит без перегрева или перекала, наблюдаемых при работе на твердом топливе, и особенно при сжигании антрацита, значительно удлиняет продолжительность эксплуатации на газе кухонных приборов. К преимуществам газового нагрева относится быстрая и надежная регулировка температуры прибора краном, расположенным на подающем газопроводе.
Преимуществом сжигания газа является также отсутствие золы и шлака, которые неизбежно имеют место при сжигании дров, торфа и каменных углей. Перевод печей и кухонных очагов на газ улучшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Применение в печах эжекционных горелок полностью устраняет потери тепла от химического недожога. Все это позволяет получать высокий коэффициент полезного действия газовых приборов, доходящий до 80—90%. Сжигание газа в печах связано с некоторыми особенностями. Например, изменение силы тяги в обычном топливнике влияет на продолжительность процесса горения: при меньшей тяге он замедляется, при усиленной тяге — ускоряется.
Уменьшение тяги, а следовательно уменьшение подачи воздуха в топливник при неизменной подаче газа ведет к избытку газа и его неполному сгоранию. Если тяга усилена, то топливник охлаждается или пламя отрывается от горелки. Отрыв пламени, связанный с его угасанием, особенно нежелателен, так как ведет к тому, что несгоревшая смесь газа и воздуха заполняет дымоходы и при повторном зажигании может взорваться. Чтобы избежать внезапных изменений тяги под влиянием ветра, который может уменьшить, а иногда и опрокинуть тягу или, наоборот, значительно ее усилить, необходимо газовые приборы снабжать тягопрерыва гелями, т. е. устройствами, соединяющими дымовой отвод от газового прибора с отростком, выходящим непосредственно в помещение. Схема такого устройства показана на рис. 51.
Рис. 51. Тягопрерыватель. Ход газов: а — при нормальной тяге; 6 — при опрокидывании. |
При усилении тяги увеличивается поступление воздуха из помещения, а приток воздуха в газовый прибор уменьшается. При опрокидывании тяги продукты сгорания, хотя временно и поступают в помещение, но горелка не задувается, и газ продолжает нормально сгорать. Запах от поступающих в помещение продуктов сгорания служит сигналом к проверке прибора или к прекращению топки.
Применение газа для отопления печей требует более внимательного отношения со стороны обслуживающего персонала. Газ сам по себе является отравляющим веществом, а в смеси с воздухом может образовывать взрывоопасные смеси. Трубопроводы, по которым поступает газ, арматура и сами газовые печи должны содержаться в полном порядке.