sib-akva@ya.ru
Официальный дилер
работаем с 2000 года
Ваша корзина
пуста
Перейти в корзину

П.Н. Смухнин "Простейшие обогревательные установки"

П.Н. Смухнин, инженер-полковник, кандидат технических наук.

ПРОСТЕЙШИЕ ОБОГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Стройиздат 1946 г.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОДБОРА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРОСТЕЙШИХ ОБОГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

1.jpg

ОГЛАВЛЕНИЕ

I

  1. Значение избыточного воздуха при горении

  2.  Чугунная печь завода «Интергельпо»

  3.  Печи для сжигания древесных опилок

II

  1.  Обогревательные установки из кирпича, керамик и других материалов

  2.  Квартирные очаги-плиты с обогревателями

  3.  Отопительно-варочные кирпичные печи

  4.  Кирпичная печь-очагдля сжигания низкосортных видов топлива

  5.  Простейшая кирпичная печь с металлическим экономайзером

Оценка топлива с точки зрения сжигания их в простейших обогревательных установках расход топлива для нужд отопления и приготовления пищи во всех государствах обычно превышает расходы на прочие нуж­ды, в том числе и нужды промышленности, причем число местных обогревательных установок огромно.

По состоянию на 1943 г. годовая потребность дров (1) для отопления только городов РСФСР исчислялась в 43,25 млн. причем в Москве около 67%, а в Ленинграде -'83% жилой площади отапливалось печами.

По данным на 1942 г. 68% общего числа жилых зданий США (2) имели печное отопление.

С точки зрения наибольшей простоты сжигания в любых топ­ливниках наилучшим видом топлива является дерево (дрова, доски, щепа), теплотворная способность которого 2 760— 3 300кг. Каменные угли (теплотворная способность 4 000— 7 000 ккал/кг) требуют для своего розжига древесины. Сжигание углей сопровождается загрязнением помещений пылью. Кроме того, большинство углей содержит серу, соединение которой с кислородом заметно загрязняет воздух тех помещений, где угли сжигаются. С этой точки зрения каменный уголь неохотно применяется для сжигания в отопительных печах.

Кокс и антрацит (с теплотворной способностью 6 600—7 800 ккал/кг) не имеют перечисленных недостатков каменных уг­лей, но весьма трудно зажигаются (при 700—800°) и являются до­рогим видом топлива. Для их сжигания требуется хорошая тяга, что также ограничивает их использование в отопительных печах.

Кусковой торф воздушной сушки с моховых болот по тепло­творной способности конкурирует с древесным топливом (3000 ккал/кг). Однако, малая пламенность его при горении, высокая вольность, мусор и неприятные запахи значительно уменьшают достоинства даже лучших сортов торфа. Особенно низкими показателем отличаются разновидности среднеазиатского торфа. При сжигании торфа в местных обогревательных установках предпочитают измерять его в брикетах, 1 mот которых заменяет 3,5 m куб хороших дров.

Бурые угли (теплотворная способность 3 ООО—5 ООО ккал/кг) отличаются, как и торф, большим разнообразием в отношении зольности. Подобно торфу многие из бурых углей отличаются гигроскопичностью, при хранении на складах рассыпаются и мо­гут сами загораться. В местных обогревательных установках бу­рые угли применяются, главным образом, в брикетах, и  во многих районах Европы буроугольные брикеты почти полностью вытес­нили все другие виды топлива, применяемого для бытовых нужд.

Все перечисленные сорта топлива требуют для сжигания ко­лосниковых решеток.

Древесное топливо может гореть, хотя и с меньшим успехом, на глухом поду.

Из суррогатных видов топлива прежде всего необходимо от­метить кизяк, который по своим свойствам больше всего прибли­жается к хорошим сортам торфа и теплотворная способность ко­торого колеблется около 2 500 шал/кг.

В южных районах СССР широко используется в качестве топ­лива солома хлебных злаков. Теплотворная способность соломы достигает 3 700 ккал/кг.. В сухом состоянии солома горит вполне удовлетворительно даже в топливниках с глухим подом.

Особого внимания заслуживают древесные опилки, которые прекрасно горят в местных печах специальной конструкции, со­храняя все достоинства древесного топлива. К опилкам по теплотворной способности (порядка 3 300 ккал/кг)и по способу сжигания приближается льняная костра.

Рисовую шелуху (теплотворная способность около 3100 ккал/кг) | гречневую лузгу можно сжигать в любых топливнпках при на­личии  весьма простых в изготовлении форсунок. Таким же спосо­бом или в брикетах сжигается подсолнечная лузга (теплотворная способность около 3 600 ккал/кг).

В различных типах топливников могут сжигаться суррогатные продукты сельского хозяйства, как кукурузные кочны, чинголак (коробки хлопчатника), стебли кукурузы и хлопчатника; те­плотворная способность их колеблется в пределах 3 400— 2 000 ккал/кг.

Из жидких сортов топлива наибольшим распространением пользуется керосин, который для своего сжигания требует спе­циальных приборов.

Значение избыточного воздуха при горении топлива

Практически расход воздуха, поступающего в топливник печей, выше теоритического иногда в несколько раз учитывается коэффициентом избытка воздуха (а). При периодической топке  печей процессы горения происходят неравномерно, что иллюстрируется графиком на рис. 1.

2.jpgНа графике изображено изменение содержания углекислоты (СО2) в дымовых газах в зависимости от изменения избытка воздуха по временя вида сжигаемого топлива (дрова, каменный уголь, торф) в печи конструкции автора (5). Эта печь была установлена в верхнем этаже многоэтажного здания, т. е. испытывалась при весьма ограниченном разрежении в дымовой трубе.

На графике видно, что процессы горения происходят весьма неустойчиво, как следствие неравномерного поступления воздуха с большим избытком последнего при образовании прогаров в слое топлива.

Американских металлических печей дли­тельного действия с наполнительной шахтой. В печи сжигался кокс, горение которого происходит равномерно, независимо от конструктивных особенностей топливников. Горение кокса в на­полнительной шахте с корзиночной решеткой протекало с незна­чительным избытком воздуха и высоким коэффициентом полезного действия печи, как это видно из графика.

Применение в печах наполнительных шахт пе всегда возможно: например, при сжигании спекающихся сортов каменного угля, при использовании печей не только для отопления, но и для приготовления пищи. Сжигание жирных углей в топливниках комнатных печей с наполнительными шахтами может повлечь при конструктивных недочетах печей скопление летучих углево­дородов, могущих образовать с воздухом взрывчатые смеси (7).

В канальных печах поддержание равномерного сжигания топ­лива представляет значительные трудности, требуя вниматель­ного обслуживания печи.

мерного горения топлива, является применение печей с загрузоч­ными шахтами (ряд конструкция для сжигания каменных углей) или бункерами (печи для сжигания древесных онилок). Указан­ные печи могут работать длительное время без обслуживания.

На рис. 2 схематически изображена наполнительная шахта и корзиночная решетка отопительной металлической печи. Как видно из рисунка, сопроти­вление горящего в корзиночной ре­шетке топлива приблизительно остает­ся неизменным при наличии послед­него (топлива) в наполнительной шах­те, что и обеспечивает равномерность горения. Емкость наполнительной шахты выбирается с таким расчетом, чтобы загрузка в нее топлива при расчетных наружных температурах происходила раз в сутки.

Падение КПД отопительной печи с увеличением разряжения в трубе, влекущего за собой поступление в топку лишнего воздуха, видно из графика (рисунок 4), полученного при сравнительных испытаниях двух кафельных печей при сжигании в них брекетов бурого угля.

Сопоставление двух последних графиков выявляет значение избыточного (лишнего) воздуха при эксплуатации отопительных печей.

Вредность с экономической точки зрения форсировки сжигания топлива в отопительных печах давно доказана.

С этой точки зрения можно отметить недавние испытания отопительных печей на дровах: в США (8), которые показали, что КПД печей возрастает с уменьшением тепловыделения печей. Этот факт объясняется уменьшением теплопотерь с дымовыми газами за счет снижения их температуры.

В печах без наполнительных шахт следует сокращать притекание лишнего воздуха, например, применением герметичных топочных дверец, впервые испробованных в Петербурге около ста лет тому назад архитектором Свиязевым (9).

При наличии герметичных топочных дверец необходимый для горения топлива воздух поступает  частично  через неплотности печейчастью через дымовую трубу, хотя в этом случаи полнота горения топлива (до СО2) невозможна  и  будет иметь место потери  за счет этого, но в конечном счете это выгоднее, чем согревать лишний воздух, уносимый в дымовую трубу. Однако неправильная эксплуатация печей с герметичными топочными дверцами может принести вред дымовым трубам вследствие конденсации в них продуктов раз­ложения топлива, и особенности креозота, разрушающего  кирпич. Арх. Свиязев отмечает случаи, когда развалилась дымовая труба вследствие неумения управлять новым прибором.

Во избежание  этого при наличии герметичных топочных дверец и при сжигании обычных сортов топлива, содержащих летучие углеводороды, первоначальный процесс сжигания топлива необходимо осуществлять при достаточном и даже избы­точном количестве воздуха, а после обугливания топлива дверь можно плотно прикрывать.

Благодаря авторитету проф. Лукашевича установилось мне­ние о безусловной необходимости применения колосниковых ре­шеток при сжигании дров  и обогревательных установках.

Дрова не могут быть уложены в топливниках плотно, подобно каменному углю, антрациту  или коксу. Обуглившиеся дрова рас­падаются на легко сгораемые угли. В связи с этим создаются условия свободного доступа воздуха к горящим дровам, а через образовавшиеся прогары в топливе проникает лишний воздух.

На это обстоятельство весьма правильно обратил свое внимание Пересвет-Солтан (10) при экспериментальном исследовании отопительных печей в 1909 г.

При испытаниипечи № 1 конструкции автора (11) с преимуще­ственным прогревом низа печи при сжигании в топливнике ее, снабженном решеткой, дров ему приходилось констатировать в некоторые моменты горения топлива (при образовании про­гаров в слое топлива) большие избытки воздуха (z = 6—8), хотя эта печь располагалась в верхнем этаже двухэтажного каменного здания.

В ряде печей в Ленинграде, где обычным топливом являются дрова, приходилось наблюдать повышение эффективности печей в тех случаях, когда поддувальное отверстие заваливалось золой и доступ воздуха к топочным решеткам вследствие этого значи­тельно затруднялся.

В кухонном очаге коммунальной квартиры в Ленинграде, где автору приходилось жить, для удобства удаления золы из зольника был устроен выдвижной металлический ящик в точности по размеру зольника. Количество поступающего под колосниковую решетку воздуха регулировалось путем вдвигания и выдвигания этого ищи ка. В топливнике очага сжигались только дрова. Неплотности соединений плит  между собой и с кладкой очага ври избыточной тяге в трубе всегда гарантировали надлежа­щей подсос воздуха, необходимый для горения дров, обычно березовыхи  сухих. Но опыту многих лет было установлено, что после розжига дров в топливнике наиболее экономичное сжигание их происходило при полном прикрытии поддуувального отверстия ящиком для сбора золы.          Свиязев, описывая очаги своей конструкции, пишет: «Дверца его (зольника) открывается только для выгребания золы и еще, когда дрова не разгораются от сырости или от сопротивлений в трубе выходу дыма». Перечисленные факты заставляют снова пересмотреть вопрос о размерах топочных решеток обогревательных установок бытового назначения.

Заводы, изготовляющие колосниковые решетки, ограничиваются весьма скромным их ассортиментом, и размеры решеток получаются большими, чем требуется для экономного сжигания топлива. С точки зрения образования тепла в топливник печи процесс сжигания обуглившегося топлива является наиболее ответственным, так как при всех видах твердого топлива в этот период сгорает углерод — часть топлива с высокой теплотворной способностью (порядка 8 000 ккал/кг),и этот процесс совпадает с состоянием сильного прогрева стенок топливника и всех газоходов.

Наличие в слое горящих углей прогаров влечет за собой энер­гичное поступление лишнего воздуха в топливник и унос тепла в трубу с дымовыми газами.

С этой точки зрения топливники с узкими щелями для: под­вода воздуха, предложенные в свое время Свиязевым и Лукаше­вичем, заслуживают внимания и в современных условиях, удов­летворяя одновременно теплотехническим п экономическим требованиям. В результате ряда опытов за границей размер ко­лосниковых решеток резко уменьшен и округленно принимается в 1/150 (вместо ранее принимавшегося 1/150) от теплоотдающих по­верхностей кафельных печей, причем ширина щелей в них для прохода воздуха установлена для каменного угля — 8 мм,а для бурого угля, брикетов, дров и торфа — 5 мм.

Следует также подчеркнуть, что опытами была подтверждена целесообразность призматического топливника Пересвет-Солтава (1909 г.), в котором топливо номере сгорания сползает на углуб­ленную решетку и догорает на ней в слое угля без про­гаров.

Положительные результаты такого топливника с углублением колосниковой решетки на два ряда кладки против низа топочной дверки подтверждены при испытании отопительно-варочных печей конструкции арх. В. А. Потапова (12).

Сточки зрения избавления от лишнего воздуха при сжигании дров следует рассмотреть обогревательные приборы с подводом воздуха сверху т ограниченном до минимума количестве для дожигания продуктов сухой перегонки дерева.

Интересные факты в этом отношении проделал Свиязев (9). Для этой цели Свиязев сконструировал из кровельного железа  цилиндрическую печь. С футеровкой из кирпича.  Для закладывания в печь дров стоймя в верхней крышке цилиндра устроено топочное отверстие, прикрываемое вьюшкой.

Для отведения дымовых газов в боковой стенке цилиндра устроен дымовой патрубок, откуда выходящий дым попадал в изразцовую печь, как и экономайзер, прежде чем выйти в дымовую трубу.  Такую печь-топливник  Свиязев назвал «притопок».

Дрова зажигались сверху сухими растопками, на которые воздух для                   горения направлялся блинком вьюшки в ту или иную сторону по мере разгорани я топлива. После того как топливо разгоралось, а вместе с ним и     разогревалась печь, отверстие во     вьюшке'уменьшалось на столько, чтобы только поддержи вать горение дров. Вместо прикрывания отверстия вьюшкой уменьшению поступления         воздуха осуществлялось также путем закрывания топочного отверстия медной сеткой с мелкими ячейками. По­сле обгорания дров до состояния головешек Сввязев плотно при­крывал топочную вьюшку и засыпал ее по периметру мелким веском.

В результате получалось экономное сжигание дров аналогично печам с герметичными дверцами.

Жители Ленинграда (13) в условиях блокады города широко практиковали пристройку кухонных очагов-плит  к обычным ком­натным печам по примеру Свиязева, а в 20-х годах текущего сто­летия охотно эксплуатировали печи на дровах, аналогичные «притопку»Свиязева.

Попутно можно отметить, что Свиязев неоднократно указывал на возможность сжигания в топливниках с глухим подом камен­ного угля н даже антрацита, но непременно в смеси с дровами. 

ОГЛАВЛЕНИЕ

I

  1. Значение избыточного воздуха при горении

  2.  Чугунная печь завода «Интергельпо»

  3.  Печи для сжигания древесных опилок

II

  1.  Обогревательные установки из кирпича, керамик и других материалов

  2.  Квартирные очаги-плиты с обогревателями

  3.  Отопительно-варочные кирпичные печи

  4.  Кирпичная печь-очагдля сжигания низкосортных видов топлива

  5.  Простейшая кирпичная печь с металлическим экономайзером

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Количество просмотров: 1495
Отзывов пока никто не оставил. Вы будете первым.