Строительство и ремонт

Бытовые печи, камины и водонагреватели

Ю. П. Соснин, Е. Н. Бухаркин

Высота, объем и толщина стенок топливника при сжигании в нем газообразного топлива определяются в основном высотой пламени горелки и тепловым напряжением топочного пространства (Q/V). Высота топливника печи при установке в нем горелок диффузионного или эжекционного типа находится в прямой зависимости от высоты пламени. Минимальная высота топливника должна быть примерно в 2 раза больше возможной высоты пламени горелки. Это вытекает из следующих соображений: исследования, посвященные теории горения, показывают, что химические реакции не полностью прекращаются за пределами видимой зоны пламени. Фотографирование пламени при помощи кварцевой оптики позволило определить, что его размеры больше размеров видимой зоны, что свидетельствует о протекании реакции и вне этой зоны пламени. Далее, наблюдения за процессом сжигания газа показали, что иногда при колебании давления или при изменении калорийности газа пламя горелки начинает пульсировать, т. е. часть язычков пламени то удлиняется, то становится короче. Поэтому, если высоту топливника принять равной высоте пламени, верхняя часть язычков (зона диффузионного сгорания) будет соприкасаться с площадью внутренней поверхности топливника. Это может явиться причиной химического недожога в начальный период топки. Изложенные выше соображеиия и являются основанием для увеличения высоты топливника по сравнению с высотой пламени горелки.

Осуществить интенсивный нагрев стенок топливника при сжигании в нем газового топлива можно двумя способами ( 47).

1. Если в центре потока продуктов сгорания топливника печи ( 47, а) поместить решетку, выложенную из шамотных кирпичей, то температура ее всегда будет выше температуры стенок топливника и ниже температуры газов. Следовательно, шамотные кирпичи, сильно нагреваясь во время работы горелки, будут получать теплоту от газов и отдавать ее с помощью излучения стенкам топливника. Поэтому, естественно, стенки топливника в этом случае будут поглощать больше теплоты, чем в случае отсутствия решетки. Высказанные соображения подтверждаются расчетом и опытом.

Из графика ( 47, б) видно, что когда сверху горелки установлена огнеупорная решетка, то количество теплоты, поглощаемой стенками топливника за все время топки, составляет в среднем 65—70%. В том случае, когда такая насадка над горелкой отсутствует, количество теплоты, аккумулируемой стенками топливника, снижается до 45—50%. Следует отметить, что чем меньше прозоры между кирпичами решетки, тем больше будет поглощаться теплоты в зоне топливника.

Величина Прозоров между кирпичами должна быть от 2 до 3 см, а общее их проходное сечение — от 300 до 400 см2. При установке огнеупорной решетки сверху горелки снижается температура    продуктов     сгорания   на    выходе     из     топливника. Это обстоятельство оказывает положительное влияние на увеличение долговечности кладки, находящейся напротив 1-го подъемного дымооборота голландских печей. Практика показывает, что этот участок кладки обычно разрушается быстрее других, так как соприкасается с наиболее нагретыми продуктами сгорания.

Огнеупорная решетка, образуя шесть или семь каналов при выходе из топливника, обеспечивает рассредоточенное движение потока нагретых газов по всему поперечному сечению печи, в результате чего нижняя ее зона равномерно прогревается по периметру, а местные перегревы напротив 1-го восходящего дымового канала устраняются.

При периодической топке печи температура в узких каналах насадки составляет 750—800 °С, поэтому в них может происходить догорание горючих компонентов, не успевших вступить в реакцию горения в зоне топливника. Кроме того, кирпичи насадки, раскаляясь во время работы горелки, повышают устойчивость процесса горения газа в печи.

2. Обеспечить интенсивный теплообмен в нижней зоне отопительной печи можно путем направления накаленных продуктов сгорания из топливника к основанию печи. При этом конструктивное оформление выхода нагретых газов из топливника в нижнюю зону может быть различным.

В печах небольших размеров панельного типа целесообразно осуществлять выход дымовых газов с торцовой стороны топливника по одному жаровому каналу. Опускаясь из топливника вниз, продукты сгорания передают часть теплоты (до 15—18%) нижним слоям кладки печи и с температурой порядка 400— 500 °С поднимаются в среднюю и верхнюю зоны печи. Следует отметить, что в, голландских малогабаритных отопительных печах температура дымовых газов, выходящих из топливника непосредственно в верхнюю зону по одному или двум жаровым каналам, составляет 650—700 9С.

В печах больших и средних габаритов выходящие из топливника накаленные дымовые газы целесообразно распределять в нижней зоне печи при помощи нескольких жаровых каналов. Такое конструктивное решение обеспечивает более равномерный прогрев кладки печи по периметру, и вследствие развитой тепловоспринимающей поверхности первых жаровых каналов нижняя зона печи будет прогреваться более интенсивно, чем вышерасположенные.

Указанный способ интенсификации нагрева нижних поясов печи за счет направления потока продуктов сгорания из топливника непосредственно к основанию печи может применяться при капитальном ремонте, когда остаются без изменения внешние стенки печи, а дымообороты перекладываются при выкладке вновь отопительных печей для газообразного топлива вместо вышедших из строя печей старых конструкций.

На интенсивный прогрев нижней зоны печи может оказывать влияние также режим сгорания газа.

Если печь топить при большом избытке воздуха (ат = 4— —5), то эффективная температура газового факела в топливнике печи снижается. В связи с этим уменьшается поток теплоты, передаваемой излучением от пламени и топочных газов    к    стенкам    топливника.

Следовательно, с увеличением коэффициента избытка воздуха в топливнике уменьшается нагрев его стенок. На графике ( 48) приведены экспериментальные данные по определению количества теплоты, выделяющейся в топливнике отопительной печи в зависимости от величины ат и длительности топки.

Из графика видно, что с увеличением ат с 1,6 до 7, т. е. примерно в 4,5 раза, среднее количество теплоты, воспринятой стенками топливника, уменьшается с 50 до 25%.

Изложенное выше показывает, что организовать интенсивный прогрев нижней зоны печи при использовании в ней газообразного топлива возможно с помощью установки в верхней зоне топливника решетки из шамотных кирпичей или организованным направлением потока продуктов сгорания из топливника к основанию печи.

На интенсивный прогрев нижней зоны печи положительно влияет режим сгорания газа при коэффициенте избытка воздуха, приближающемся к единице.