Конструкции печей и очагов

Долговечность печи напрямую зависит от ее конструкции и применяемых материалов. В отношении последних, решение очень простое: материалы должны применяться в соответствии с их назначением. Известны бытовые и технологические установки, работающие более 100 лет. Назначение, разнообразные эстетические вкусы и требования людей, воплощенные в индивидуальном дизайне печи и ее форме, определяют конструктивные особенности печи. При сжигании топлива необходимо решить две проблемы:

-       изъятие максимального количества энергии, содержащейся в топливе;

-       использование наилучшим образом полученного тепла. Проще говоря, чтобы в доме стало тепло, важно не просто сжечь топливо, но и передать полученное от него тепло человеку. Для выполнения своих функций конструкция печи должна соответствовать следующим требованиям:

  1. равномерность прогрева снизу доверху;
  2. наличие хорошей тяги;
  3. отсутствие трещин;
  4. иметь достаточную теплоемкость;
  5. возможность и удобство очистки дымовых каналов;
  6. отсутствие конденсата в дымовой трубе;
  7. обладать высоким КПД;
  8. форма должна соответствовать предъявляемым желаниям.

Наиболее простым и рациональным видом топлива для печей и очагов является древесное топливо, поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать топки для дров. Основным элементом конструкции печи, несомненно, является топка, где соединяются горючие элементы топлива с кислородом воздуха. Для сжигания дровяного топлива применяют топливники с неподвижными колосниковыми решетками.  Габаритные размеры топливника определяются условиями, обеспечивающими полное сгорание расчетного количества топлива, т.е. условиями, обеспечивающими оптимальное удельное тепловое напряжение топочного объема. В топливнике достаточной высоты летучие вещества, выделяющиеся из горящих дров, успевают полностью прореагировать с воздухом в пределах топочного пространства.

При недостаточной высоте топливника процесс горения протекает вяло; летучие вещества, не успев сгореть в топочном объеме, заполняют газоход. Вследствие небольших температур в газоходе процесс горения прекращается. Это приводит к тому, что несгоревшие частицы осаждаются на плоскостях каналов, образуя слой сажи, ухудшающий в значительной степени аккумуляцию теплоты массивом печи. Подача воздуха в зону горенияПодача воздуха с необходимыми интенсивностью и объемом, а также перемешивание его с горючей частью топлива обеспечивает полноту сгорания и осуществляется двумя путями: первичный воздух подается под колосниковую решетку; вторичный – в зону над слоем топлива. Организация подачи вторичного воздуха является важнейшей задачей.

При этом важно хорошее распределение его в топочном объеме, перемешивание, чтобы все выходящие из топливника газы прореагировали с воздухом. В топке должна поддерживаться высокая температура (800 – 900 °C). С другой стороны, элементы печи, нагретые до 700 °C и более, являются причиной возникновения трещин в кладке. Для устранения этой проблемы в современных конструкциях предусматривается устройство «плавающей» топки. Теплообменники (змеевики), размещаемые в топливнике, уменьшают в нем температуру, то есть ухудшают условия сгорания топлива.

Кроме того, необходимо учитывать, что при нагревании металлических частей интенсифицируется процесс их окисления. Это естественным образом уменьшает срок службы теплообменников и требует увеличенной подачи кислорода в топку. Полезно использовать теплоту дымовых газов – задача конвективных поверхностей печей. Наиболее распространены конструкции с конвективными системами:

Последовательная система каналов

  1. последовательная;В конвективных последовательных системах печей дымовые газы проходят протяженный путь к трубе, преодолевая большое количество местных сопротивлений в верхних и нижних точках, а также значительные линейные сопротивления. Основные недостатки: неравномерный прогрев конвективной зоны, что вызывает многочисленные трещины; значительное сопротивление газового тракта, что обусловливает необходимость возведения высоких дымовых труб; большое количество мест, где  скапливается сажа.
  2. параллельная;Параллельная система каналов

    Конструктивная особенность параллельных систем состоит в том, что продукты горения поднимаются по одному, а распределяются по нескольким параллельным опускным каналам. К недостаткам можно отнести: перегрев верхней и слабый прогрев нижней зоны печи, что отрицательно сказывается на тепловом режиме помещения.Комбинированная система каналов
  3. комбинированная;   Представляет собой комбинацию параллельной системы с нижним последовательным распределительным каналом. Достоинством является более равномерный прогрев печи. Недостатки: повышенное сопротивление газовому потоку, проблемы в равномерном распределении дымовых газов в нижнем последовательном участке по вертикальным дымовым каналам.
  4. колпаковая.Колпаковая система         Принцип работы конвективной системы заключается в том, что горячие газы из топливника поступают в колпак с большой скоростью, где отдают свое тепло стенкам печи. Охлажденные газы опускаются вниз и уходят в дымовую трубу. Вход газов в колпак и выход их в дымовую трубу осуществляется снизу колпака. Это делает возможным выпустить в трубу более холодные газы, не опасаясь уменьшения тяги. Современные решения конвективных колпаковых систем позволяют добиться равномерного прогрева печи по высоте. Преимущества: хорошая тяга, высокий КПД (до 93 %), возможность придания печи любых форм и размеров. К недостаткам можно отнести относительно конструктивную сложность этой системы.

Анализ достоинств и недостатков различных  конструкций печей склоняет к выбору печей колпакового типа, особенно в тех случаях, когда в одной конструкции необходимо совместить различные функции. При размещении теплообменников в газовых каналах нарушаются аэродинамический режим и условия теплообмена. В энергоустановках наиболее распространенных конструкций (с газоходами) нет места для правильного размещения регистров (змеевиков) водяного отопления и горячего водоснабжения, с тем, чтобы условия сгорания топлива соответствовали условиям использования выделившегося тепла.

Колпаковые системы, обладая гибкостью, позволяют проектировать и строить многофункциональные котлы и печи любого размера, формы и назначения. В одном устройстве могут быть установлены: контуры водяного отопления и горячего водоснабжения, калорифер воздушного отопления, парогенератор, плита или духовой шкаф для приготовления пищи, духовка для нагревания камней, сушильные установки, в том числе для бытовых нужд (сушка одежды и др.) и т.п.

 

 

Комментарии закрыты.