Проблема рационализации топливного хозяйства Союза ССР стоит в настоящее время, как одна из самых актуальных задач нашего социалистического строительства.
Эта проблема в отношении индустриально-промышленного потребления топлива достаточно привлекла к себе внимания научных исследовательских сил нашей страны и работы над ее реализацией ведутся в разных направлениях и в разных отраслях хозяйства.
К сожалению, при этом как-то упускается, что помимо хозяйственно технического потребления топливных ресурсов существует еще и жилищно-бытовое, поглощающее в своей массе в данное время примерно такое же количество топливных материалов, как и первое. Жилищно-бытовое отопление в то же время является и классовым вопросом, как и в отношении снабжения населения Союза топливом, так и в отношении приемов и способов его использования. Эти проблемы и задачи стоят в частных условиях Московской области. В южных зерновых (безлесных) районах последней сельское и городское трудящееся население, остро переживая топливно-дровяной кризис, вынуждено прибегать к сжиганию соломы и тем уничтожить материал, столь необходимый для образования навозного удобрения.
Практически основными задачами разрешения топливно-энергетической проблемы Московской области в той части, которая имеет связь с бытовым потреблением топлива, является:
1) Широкое внедрение в хозяйство Области местного ископаемого топлива (подмосковного угля и торфа), с одновременным возможно – максимальным сжатием доли потребления древесного и нефтяного топлива и
2) Рационализация жилищно-бытового потребления топлива на основе наибольшего использования местных ресурсов торфа и каменного угля и сокращения потребления дров, соломы, навоза.
Серьезнейшим препятствием к использованию населением торфа и подмосковного угля является неприспособленность наших печных приборов к этому виду топлива. Поэтому задача осложняется и для своего разрешения требует полной реконструкции существующих печей и печных приборов.
Опыты доктора Штейнлехнера и имеют как раз эту последнюю задачу. Теперь можно уже уверенно сказать, что доктор Штейнлехнер достиг определенных практических результатов, и что наступила пора реализовать плоды его изысканий и опытов. В тех случаях, когда почему-либо в жилищах и других строениях исключается возможность постановки систем центрального отопления (отопление квартир в небольших домах, временных рабочих помещений, бараков, новых строек, складов, магазинов, железно-дорожных вагонов и будок и всякого рода иных непрерывно охлаждаемых помещений в небольших зданиях) печи конструкции доктора Штейнлехнера должны найти широкое и экономически-целесообразное применение.
На каждое новое изобретение, и тем более, непосредственно касающееся нашего, в общем консервативного быт, лишь медленно и с трудом получает известность и применение.
Общество исследователей Рязанского Края надеется, что публикуемый труд отвечает назревшей острой потребности рационализации нашего бытового топливного хозяйства, и что на этот раз реализация предлагаемого полезного изобретения явится предметом внимания всей нашей советской общественности и наших плановых органов и хозяйственных организаций, чем и оправдывается в полной мере самый факт издания настоящего труда Общества.
Металлические комнатные печи как средство внедрения подмосковного ископаемого топлива среди населения
В течение ряда лет Общество Исследователей Рязанского Края в лице автора настоящей работы ведет ряд изысканий в области конструирования печей для ископаемого топлива Московской области (торф и подмосковный уголь).
Бросается в глаза слабое употребление этого топлива среди местного населения, которое привыкло сжигать или дрова, или солому, причем древесина дорога нам в первую очередь как строительный материал, а солома, как средство для удобрения.
Причиной слабого распространения в качестве топлива подмосковного каменного угля и торфа, - автор считает отсутствие надлежащих печей для этого вида топлива, так как обычные голландские печи с вьюшками для подмосковного каменного угля и торфа не годятся ввиду медленного горения их, а герметические кирпичные печи дороги и требуют высококвалифицированных печников.
За границей металлические печи широко практикуются, причем одновременно бросается в глаза, что за границей широко распространен каменный уголь для комнатного отопления.
С этой точки зрения в особенности интересны слова инженера Фриде в его статье «Усовершенствование американского домостроительства» ,который говорит: «Отопление в Америке производится иначе, чем у нас (в СССР). Америка, как общее правило, не знает кирпичных печей. Они заменены чугунными и железными» (Журнал «Американская техника» 1926 год №3).
Но наш климат нельзя сравнивать с климатом Западной Европы и Америки, говорят многие. Этим оппонентам приходится ответить только то, что Нансен при своих путешествиях в полярные страны пользовался исключительно металлическими печами медленного горения, причем последние прекрасно выполнили свою службу.
Исходя из опыта заграницы, которая при использовании ископаемого топлива остановилась на печах металлических, - невольно рождается мысль о том, что для успешного продвижения нашего ископаемого топлива в широкие слои населения необходимо сжигать это топливо в металлических печах. Однако, если мы обратим внимание на то, что имеются ли у нас какие-либо металлические печи, приспособленные для ископаемого топлива, то увидим, что таких печей нет.
Таким образом, в этой области перед нами стоит непочатый край и становится понятным, сколько в этой области может быть неожиданностей.
Металлические печи у нас в СССР пользуются дурной славой. Чем это объясняется это, конечно, объясняется тем, что те металлические печи (так называемые железки), которые, несмотря на имеющиеся запрещения, тысячами распространяются среди нашего населения как городского, так и сельского, - применяются исключительно для дров. Дрова же медленно гореть не могут (как, например, горят каменный уголь и торф), и поэтому, сгорая с большим пламенем, дрова развивают очень большое тепло, стенки печи раскаливаются докрасна, железные трубы печи также накаливаются, что легко ведет к пожарам. Кроме того, весь процесс сгорания происходит крайне быстро, а от металлической печи может быть тепло только, пока она топится и поэтому как отопительный прибор такая металлическая печь крайне не совершенна. Коэффициент полезного действия такой печи в лучшем случае равен 15% или иначе говоря 85% топливной энергии пропадает.
Одновременно, однако, приходится отметить, что существующие железки совершенно лишены каких-либо приспособлений для регуляции горения, каковой момент, между прочим, очень важен.
Под регуляцией горения при этом надлежит считать такое приспособление в печи, которое регулирует приток воздуха к поддувальному отверстию, причем чем меньше мы можем по размерам делать поддувало, тем тоньше мы можем регулировать горение и тем ценнее для нас, как мы в дальнейшем увидим, подобного рода печи.
За границей существует ряд таких печей, весьма совершенной системы (например, Гелиос), которые приспособлены для кокса или антрацита, причем эти печи должны быть строго герметическими, плотно завинчены, что требует от подобного рода печей определенной массивности и прочности.
Подобного рода печи за границей выливаются из стали (сталелитейные печи) и стоят весьма дорого.
Зачем же нам нужна такая регуляция в металлической печи? Дело в том, что у ископаемого топлива мы видим крайне интересную способность: гореть или собственно тлеть при весьма малом поддувале.
Дрова, например, при малом поддувале гореть не могут и тухнут, топливо же ископаемое может продолжать гореть и на малом поддувале, причем интересно отметить, что диаметр поддувала при минимальном горении может быть равен 10-копеечной серебряной монете. Чем же интересно для нас подобного рода малое поддувало и какую роль оно может играть?
Подобного рода малое поддувало интересно тем, что через такое малое отверстие (поддувало) проходит очень мало воздуха и вместе с ним малое количество потребного для горения кислорода, благодаря чему весь процесс горения крайне замедляется.
Если три полена дров весом в 2 килограмма прогорят в обычной железке ½ часа, то 2 торфины торфа весом в те же 2 килограмма прогораят при малом поддувале 3 часа. Здесь мы видим уже колоссальную разницу в системе горения, причем эта разница станет тем ярче, что тепловой эффект в первом случае (то есть при горении дров) будет сильным, резким и кратковременным, а во втором случае (торф) – слабым, нерезким и длительным.
Итак, увидев перед собой непочатое поле в области сжигания местного ископаемого топлива в металлических печах, автор данной работы, приступил к опытам, причем, конечно, с первых шагов своих исследований ему был ясен план действий, каковой план должен был выразиться в создании металлической печи с тонким регулированием.
При этом было ясно, что печь должна быть сделана не сталелитейной и крайне дорогостоящей, а возможно, малой стоимости и из, возможно, более простого материала, ради чего внимание остановилось на кровельном железе.
И в этом направлении были начаты работы.Надлежит отметить, что местные ископаемые топливо-торф и в особенности подмосковный курной уголь, в связи с присутствием в них сернистого газа, требуют особо тщательную герметичность в конструкции печи, чтобы сернистые газы, выходя, не отравляли бы комнатного воздуха.
Создание этой герметичности затрудняется тем сильнее, что оба топлива, как торф, так и подмосковный курной уголь, в связи с присутствием в них сернистого газа, выходя, не отравляли бы комнатного воздуха.
Создание этой герметичности затрудняется тем сильнее, что оба топлива, как торф, так и подмосковный курной уголь, обладают большой зольностью, что требует, в свою очередь, объемистых зольников.
Одновременно поднимался вопрос, насколько легко будет сделать из кровельного железа герметический топливник.
Что касается последнего вопроса, то плотные, герметические скрепы между отдельными частями кровельного железа вполне возможны: для этого достаточно вспомнить обычное ведро, которое без какой-либо пайки или без каких-либо заклепок, представляет из себя такой плотный, однородно-герметический сосуд, что из него вода не выливается. Это давало основание предполагать, что из кровельного железа герметический топливник сконструировать удастся.
Оставалось разрешить вопрос: как справиться с прорывом воздуха через дверку для забрасывания топлива и через дверку поддувального отверстия.
Дело в том, что каждый прорыв воздуха усиливает процесс горения, и если вышеупомянутые дверки неплотно закрыты, то через щели может проходить уже большое количество воздуха.
Делать какие-либо дверки чугунные, с винтами, то есть такие дверки, которые обычно применяются в кирпичных герметических печах, не приходилось при легкости всей конструкции из кровельного железа.
Невозможность разрешить вопрос почти срывало всю работу. Однако, вопрос с дверками удалось благополучно разрешить путем введения песочных затворов: дверки должны быть сделаны в виде съемных крышек на горизонтально лежащих верхних стенках топливника и зольника, причем эти съемные крышки погружаются в соответствующие крышкам пазы, наполненные песком.
Погружая крышку поддувального отверстия в зольнике в песок, этот способ с математической точностью дает возможность впускать в печь определенное количество воздуха, причем щель поддувального отверстия можно делать минимальной, то есть то, что нам требуется. Такого рода соединение давало возможность сделать даже весь зольник съемным, для чего достаточно было бы низ топливника погружать в пазы с песком на ящике зольника, сделав ящик зольника с откосом и с ручкой, чтобы этот зольник выводить из-под топливника. Все эти рассуждения станут более понятными позднее, когда речь будет касаться описания отдельных видов печей.
Таким образом, складывалась мысль о том, каким образом весь топливник из простого кровельного железа сделать герметическим, приравнять его к дорогостоящим сталелитейным печам. Теоретически вопрос был разрешен, оставалось приступить к выполнению идеи на деле, с проверкой на опыте с торфом и подмосковным курным каменным углем (бохгед, как содержащий массу горючих, летучих веществ, на малом поддувале гореть нормально не может).
На этих принципах печь была построена с применением съемного зольника. Печь была построена с таким расчетом, чтобы она могла бы вместить в себя достаточное количество топлива, причем исходным топливом пришлось считать резной торф, как наиболее часто встречающийся.
После ряда опытов пришлось считать наиболее подходящим такой топливник, который может вместить в себя 7-8 торфин (около 8 килограммов топлива торфа). Такой же топливник свободно может поместить 10-12 килограмм подмосковного курного угля. В связи с этим я остановился на топливнике круглой формы, вышиной в 45 сантиметров, с диаметром в 45 сантиметров и решеткой в 36 сантиметров (диаметром).
Так как желательно было сохранить возможную легковесность печи, то для прочности допускалась только тонкая глиняная обмуровка по металлической сетке внутри печи. Глина, разведенная пополам с песком, после первого же затопа давала тонкую, но прочную обмуровку из обожженной глины. Печи, выложенные кирпичом внутри, не применялись и испытания с ними стоят на очереди.
Уже первые опыты дали весьма удовлетворительные результаты. Получилось как раз то тонкое регулирование, которое было желательно получить.
Чертеж создавшейся первой модели металлической, регулируемой печи для подмосковного угля
Таким образом, создалась первая модель для подмосковного ископаемого топлива, причем отдельные части становятся более ясными из прилагаемого рисунка общего вида печи, а также из чертежа разреза печи (чертеж №1).
Способ пользования печью происходит следующим образом: сперва во все пазы печи (пазы крышки печи, пазы скрепа печи с зольником и пазы поддувального отверстия) всыпался песок, зольник путем наклонения вставлялся на свое место под печь. В топливник забрасывались несколько щепок дров и разжигались через открытую крышку печи при полном открытом поддувальном отверстии. Когда этот первый заряд топлива разгорался , то забрасывалось несколько плашек дров (тонких полуполен дров) и после этого плашки разгорались, забрасывалось 6-7 торфин или 8-10 килограммов подмосковного каменного угля. Торф, конечно, должен быть сухим.
Через несколько минут торф подмосковный уголь разгораются, что видно из того, что трубы начинают звонко шипеть от прикосновения смоченным пальцем. Это является доказательством того, что момент глушения или регулирования наступил. Крышка поддувального отверстия играет в данном случае роль глушителя, поэтому в дальнейшем эту крышку и будем называть глушителем. В этом глушителе с передней поверхности на ободке были сделаны прорези (на чертеже 1), благодаря которого глушитель свободно передвигается по пазам с песком поддувального отверстия, благодаря чему это поддувальное отверстие можно делать различных размеров, доводя, при желании, поддувальное отверстие до щели в 1-2 миллиметра шириной, через каковое минимальное отверстие и проходит весьма мало воздуха, что и приглушает (замедляет) процесс горения.
В дальнейшем глушитель был несколько уточнен в своей конструкции, о чем более подробно будет сказано позднее. Наконец, когда топливо прогорело, то можно совсем глушитель погрузить в песок и печь, таким образом, герметически закрывается, причем печь часами стоит горячей.
Интересно отметить то, что ни торф, ни подмосковный курный уголь при такой минимальной щели (общая площадь которой равна площади 20-коп монеты) не тухнут, но процесс горения становится таким незначительным, что многим кажется, что топливо потухло, после чего делают ошибку, вновь увеличивая размер поддувала. Также прекрасно горят древесный уголь, кизяк, антрацит и кокс (но с кирпичной обкладкой).
Дрова, однако, и богхед (так называется определенный сорт подмосковного каменного угля) при таком малом поддувале гореть не могут.
Для того, чтобы судить о результатах горения подмосковного курного угля и торфа в печах вновь созданной печи, было необходимо фиксировать в регулярном порядке, производившиеся опыты, что и было по силе возможности исполнено.
Все опыты с моими печами производились в комнате с кубатурой в 75 куб. метров, с наличием трех окон, в деревянном, крепком, хорошо сохраненном доме. Надлежит отметить, что в комнатах меньшего размера того же дома, опыты протекают иначе, так как развивается больше тепла. Результаты испытания производились по определенной записи нижеследующего характера.
Для того, чтобы определять развиваемое печью тепло, мною ставились градусники: один на расстоянии 50 сантиметров от печи, а другой – на расстоянии 4 метров. Одновременно отмечалось: 1) температура комнатного воздуха до затопа, 2) накал труб печи (надлежит отметить, что трубы при малом поддувале настолько слабо накаляются, что даже не шипят от прикосновения смоченным пальцем на расстоянии ½ метра от печи), 3) течь из труб (что замечалось при длинных трубах, благодаря чему длинные трубы нежелательны: не более 2,5 метра); 4) длительность горения топлива; 5) наличие сернистого запаха в комнате; 6) температура наружного воздуха; 7) легкость очистки решетки для подкладки новой порции угля или торфа. К сожалению, термометров с автоматической записью у меня не было, благодаря чему приходилось измерять температуру обычными термометрами.
Данная запись указывает, что температура воздуха на расстоянии 50 сантиметров от печи поднимается от первоначальной температуры на 15 градусов, а температура воздуха в комнате вообще – на 10 градусов.
Подобного рода поднятие температуры является несколько высоким. Конечно, если в комнате начальная температура воздуха 0 градусов, и эта температура после затопа поднимется до 10 градусов, то это не страшно. Но если первоначальная температура в комнате 12 градусов – то температура в 22 градуса после затопа является тягостной.
Ценной в данной печи является длительность ее горения и длительная поддержка теплой температуры воздуха в комнате.
Принимая во внимание возможность ряда случаев, где температура комнатного воздуха должна была подниматься с низкой температуры (около 0 градусов), и принимая во внимание ту пользу, которую эти печи в таких случаях могли бы принести – эти печи по просьбе общества исследователей Рязанского края были выпущены в продажу в небольшом количестве, причем средства были отпущены Ряз. Губ. Планом. Печей такой конструкции было выпущено в продажу около 100 штук в различных местах бывшей Рязанской губернии: как в деревенской обстановке, так и в городе. Несмотря на то, что печи развивают в общем чрезмерное тепло (это чрезмерное тепло в особенности сильно выступает в сравнении с голландской печью) тем не менее жалоб на печи не было и только в одном случае печь была возвращена обратно Заведующим одной из школ бывшего Скопинского уезда, как раз в том случае, когда была послана печь новейшей конструкции, о каковой речь будет впереди, в этой нашей печатной работе.
Интересен между прочим вопрос, каков коэффициент полезного действия описанного основного типа моей печи.
Как мы уже упоминали, простые железные печи для дров имеют коэффициент полезного действия равным около 15%. Основной, только что описанный, тип печи был на испытании в Московском теплотехническом институте в 1926 году. Эти испытания указали, что печь обладает весьма высоким коэффициентом полезного действия, каковой в данном опыте равнялся 55%, а в другом опыте доходил до 78%. Таким образом, коэффициент полезного действия моих печей приблизительно таков же, как и у голландских печей. Этим и объясняется то, что ряд лиц обходились и до сих пор обходятся печами моей системы зимой, исключительно моей печью, причем печь вполне заменяла собой печь голландскую.
Таким образом, и этот опыт дал несколько высокую температуру около печи, несмотря на то, что величина печи сравнительно была небольшой. Модели двух последних печей кроме того представляли из себя большое неудобство в том отношении, что обладали небольшим объемом, что в особенности сказывается при топке таким объемистым топливом, как торф, что лишало возможности закладывать большой запас топлива в печь. Поэтому безусловно являлось желательным сохранить объем первой печи (с диаметром в 45 сантиметров), куда, как было указано, входит свободно 7-8 торфин или 8-10 килограммов подмосковного угля.
Однако небольшие печи дали безусловно снижение температуры, так что с этой стороны было достижение. Это снижение температуры, например, ясно видно из опыта на малой печи (диаметр 27 сантиметров – круглая) с зарядкой не в 4 килограмма подмосковного угля, а в 1,5. Отсюда становится очевидным, что, чем меньше топлива, тем меньше тепла на одном и том же малом поддувале (в 20 коп. серебряную монету) развивается.
Казалось бы, что одно и то же поддувало должно было бы дать одни и те же эффекты, независимо от количества топлива, однако на опыте получилось совсем иначе. Чем же это объяснить. Нужно предположить, что при большом количестве топлива, в момент растопа, образуется большее количество тепла, и после приглушения идет при большем количестве топлива более сильная тяга, которая и влечет в топливник большее количество воздуха, чем в том случае, когда топлива меньше.
Отсюда являлось заданием создать такую печь, в которой могло бы гореть малое количество топлива и в то же время, чтобы эта печь могла бы вместить в себя значительное количество топлива. Ради этого опыта мною была сделана следующая модель (рисунок чертежа 3). Вся печь сделана четырехугольной с таким расчетом, чтобы в ней могло бы уместиться 7-8 торфин или 8-10 килограммов каменного угля. Зольник несъемный, глушитель с песочным затвором. В верхней стенке топливника сделано 2 отверстия (крышка к ним с песочным затвором).
Топливо, пока печь холодная, закладывается под одно из отверстий, причем возможно в большом количестве: если, предположим, мы хотим заложить 6 килограммов топлива, то через это отверстие нужно положить 4 килограмма, то есть 1/3 всего топлива. После этого крышка закрывается в песочный затвор.
