Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

  

Будівництво та ремонт

Побутові печі, каміни і водонагрівачі


Ю. П. Соснін, Е. Н. Бухаркин

 

РОЗДІЛ II

РОБОТА ПОБУТОВИХ ПЕЧЕЙ НА ГАЗОПОДІБНОМУ І РІДКОМУ ПАЛИВІ

ГЛАВА 4

ГАЗОВІ ОПАЛЮВАЛЬНО-ВАРИЛЬНІ ПЕЧІ

21. Призначення та особливості роботи

  

 

У більшості випадків опалювально-варильні печі з цегельним акумулюючим масивом складаються з наступних елементів: топливника, чавунної плити з конфорочными кільцями, духової шафи та опалювального щитка. На 69 зображена схема такої печі, на якій показано, що утворюються в топливнике продукти згоряння проходять під чавунним настилом плити, омивають духова шафа і по системі димоходів опалювального щитка потрапляють в димову трубу.

Головним елементом опалювально-варильної печі є топливник, який, як правило, розташований під чавунною плитою так, що продукти згоряння після виходу з нього проходять спочатку іод великий конфоркою, а потім під малою.

Топливник повинен забезпечити найбільш повне згорання палива при мінімальній кількості надлишкового повітря в топковому просторі.

Для повного спалювання палива необхідно підтримувати високу температуру в зоні горіння (900-1000° С) та протягом усього часу топки забезпечувати якісне перемішування горючих газів з киснем повітря в межах топливника.

Для підтримання високої температури в зоні горіння топку слід вести при мінімальному коефіцієнті надлишку повітря «т в пальнику. Якщо з тих чи інших причин сст збільшиться наприклад, внаслідок підсосу повітря через нещільності конфорочних кілець і потріскану кладку або через відсутність регулювання подачі повітря), то температура в топковому просторі знизиться і згоряння палива буде проходити з втратами теплоти від хімічного недопалу. Вплив коефіцієнта надлишку повітря на температуру в топливнике показано на графіку ( 70).

Об'єм, висота, форма і товщина стінок топливника при спалюванні газу визначаються висотою полум'я пальника, теплової навантаженням газопальникового пристрою і аеродинамічними характеристиками потоків вторинного повітря.

Другим за важливістю елементом опалювально-варильних печей є чавунна плита з конфорочными кільцями, що служить для приготування їжі. У зимовий час завдяки інтенсивному нагріванню плити температура в опалювальному приміщенні швидко піднімається до необхідного рівня.

У правильно влаштованої плиті опалювально-варильної печі повинні розмежовуватися зони з різним ступенем нагрівання. Найбільш сильний нагрівання від продуктів згоряння (за рахунок прямого випромінювання із зони горіння) спостерігається на поверхні, розташованої безпосередньо над топливником (велика конфорка). Мала конфорка чавунної плити стикається Тільки з продуктами згоряння і не піддається впливу випромінювання, а тому нагрівається слабкіше. Бортові поверхні плити, дотичні з кирпичиною кладкою, нагріваються ще менше і є так званою мармитной зоною.

Чавунна плита впливає на процеси горіння і теплопередачі в топковому просторі. Внутрішня поверхню чавунної плити (верх топливника) постійно має температуру нижче температури займання горючих газів, і це негативно впливає на повноту спалювання горючих газів.

При зіткненні полум'я з більш холодною поверхнею плити температура його знижується і окислювально-відновні реакції, відбуваються у фронті горіння, завершуються неповністю, а спалювання палива супроводжується втратами теплоти від хімічного недопалу. Крім того, відбувається охолодження полум'я від кухонного посуду, установлюваної на відкриті конфорки.

Внаслідок того що чавунна плита 'має високий коефіцієнт теплопередачі, температура продуктів згоряння на виході з топкового простору у опалювально-варильних печей виявляється нижче, ніж у опалювальних (див. графіки на 71). Така особливість роботи чавунної плити дозволяє зменшити число димоходу печі, не зменшуючи її ККД.

У зв'язку з тим, що чавунна плита разом з поставленим на нею посудом не є непрямим випромінювачем, як наприклад, розжарений цегельний звід, а навпаки, інтенсивно відбирає теплоту із зони горіння, то зовнішня поверхня бічних стінок топливника опалювально-варильної печі нагрівається менше, ніж зовнішня поверхня стінки топливника тієї ж товщини в опалювальної печі. Р1з 71, б видно, що при однакових умовах стінка топкової камери опалювально-варильної печі нагрівається слабкіше, ніж опалювальної. Завдяки цій особливості чавунної плити збільшується термін служби цегляної кладки в пальнику.

Третім елементом опалювально-варильної печі є духова шафа.

Духова шафа опалювально-варильної печі зазвичай виготовляється з листової сталі товщиною 0,75-2 мм. Шафи виготовляються здебільшого клепаними і в рідкісних випадках - зварними. Розміри шаф (довжина, ширина, висота) залежать від габаритів печі і кількості встановлюваних у них дек. Дверцята у шафах можуть бути двох типів: стулкові (подвійні або одинарні) або отодвижные (на особливих направляючих). Для зменшення теплових втрат духових шаф в навколишнє середовище дверцят їх іноді роблять подвійними з повітряним прошарком. Зазвичай шафи розташовуються під чавунною плитою. Однак зустрічаються конструкції малогабаритних печей, у яких духова шафа розташований вище плити (в димоходах опалювального щитка). Розташування шаф щодо топливника і чавунної плити обумовлюють ефективність їх роботи.

При рівномірному нагріванні шафи з усіх боків кулінарні вироби пропікаються однаково по всьому об'єму і не підгорають. Якщо ж одна з сторін буде нагріватися інтенсивніше інших, наприклад верхня кришка, то кулінарні вироби будуть пригорати зверху і не пропікається знизу.

Четвертим елементом опалювально-варильної печі є опалювальний щиток (їх схеми показані на 72).

Найбільш простий по конструкції опалювальний щиток має три послідовних димових каналу. До позитивних особливостей такої конструкції слід віднести зручність кладки і можливість розташування його в перегородках приміщення, хороший прогрів стінок, мала витрата цегли, зручність чищення і експлуатації (в печі є завжди одна заслінка). Однак відсутність в такому щитку річного димоходу і вентиляційного каналу роблять його недостатньо досконалим. У літній час приготування їжі опалювально-варочних печей, що мають такий щиток, майже не проводиться із-за можливого підвищення температури в приміщенні до 30° С і вище.

Опалювальний щиток, що має три послідовних димо-обороту, річний хід та вентиляційний канал, показаний на 72, а. Такі щитки мають опалювально-варильні печі «шведки», поширені в південних містах СРСР. Наявність річного димоходу і вентиляційного каналу робить можливою нормальну, експлуатацію таких печей в літніх і зимових умовах. Слід зазначити, що річний димар не тільки оберігає приміщення від перегріву теплі періоди року, але і ,наприклад, при поганій тязі в весняно-осінній період через нього здійснюється прогрів димової труби. Після того, як відновиться нормальна тяга, заслінка річного димоходу закривається і продукти згоряння починають проходити через основну (зимову) систему димоходів.

До недоліків розглянутої схеми опалювального щитка в комбінації з кухонним вогнищем відносяться порівняно великі габарити (1140X880x2200 мм), значний витрата цегли (до 400 шт.), наявність трьох, а іноді і чотирьох заслінок, ускладнюють експлуатацію печі.

Опалювальний щиток має п'ять послідовних димооборотов з перемиканням, відокремлений річний димар і вентиляційний канал ( 72, б). Враховуючи, що система димооборотів такого щитка володіє підвищеним гідравлічним опором, опалювально-варильну піч розпалюють наступним чином.

До початку топки відкриваються заслонки А, В, Г, Д і димові гази з топливника будуть надходити відразу в літній димар, а потім в димову трубу. Після роботи печі протягом 5-6 хв прогрівається димова труба і відновлюється тяга, заслінку В закривають і продукти згоряння, пройшовши під духовою шафою, будуть надходити в димову трубу через нижній канал, минаючи відкриті заслінки Д і Р і вертикальний канал V. Через деякий час можна закрити заслінку Д і тоді виявляться включеними в роботу канали /, // і V опалювального щитка. Якщо топка відбувається в морозні дні, то після прогріву перше димоходів можна включити в систему канали /// і IV, закривши заслінку Р.

Опалювально-варильні печі, опалювальні мають щитки з перемиканням димових каналів, зручні в експлуатації в літній та зимовий періоди, але велика кількість заслінок є їх недоліком.

В малоповерхових житлових будинках зустрічаються також опалювальні щітки колпакового типу або щитки з 'Послідовними горизонтальними димоходом. Конструкція і порядовая кладка кухонного вогнища з опалювальним щитком наведено у дод. 12. Такого роду піч може обігрівати дві кімнати і кухню. При цьому в залежності від розташування кімнат опалювальний щиток і кухонний очаг можуть бути розташовані uo-різному, що є однією з позитивних рис конструкції.

Кухонне вогнище печі має самостійний топливник, чавунну плиту з конфорками, духова шафа і водогрійну коробку. Вихід продуктів згоряння з-під нижнього днища духової шафи може відбуватися двояко. У літній період продукти згоряння'під духової шафи через заслінку надходять в основу димової труби, у зимовий період ця заслінка зазвичай буває закрита і димові гази через заслінку проходять в топкове простір, а потім і в димоходи опалювального щитка. Наявність загальної димовою труби кухонного вогнища та опалювального щитка дозволяє виробляти в сильні морози їх одночасну топку.

У цьому випадку димові гази з кухонного вогнища надходять в димову трубу то річному димоходу (заслінка повністю закрита). Опалювальний щиток нагрівається від власного топливника. Продукти згоряння з топливника і кухонного вогнища викидаються через загальну димову трубу.

У деяких опалювально-варильних печей є спеціальні водогрійні коробки, що встановлюються по ходу газів (.преимущественно між духовою шафою і димоходами опалювального щитка).

Часто для нагріву води в кухонних вогнищах встановлюють змійовики, які розташовують уздовж бічних стінок топливника. Вода, нагріта в змеевиках, піднімається по з'єднувальним трубах в збірний бак. Холодну воду в змійовики подають з водопроводу (за мірою потреби).

До додаткового обладнання опалювально-варильних печей відносяться прочищувальні, піддувальні і топкові дверки, колосникові решітки та т. п.

Експлуатація опалювально-варочних печей, що працюють на газі, має ряд відмінностей від експлуатації печей на твердому паливі.

Процес спалювання газу в пальнику порівняно легко підтримувати при постійному коефіцієнті надлишку повітря. Для цього слід в початковий період топки встановити в певному положенні заслінку, регулюючу вступ повітряного потоку.

Отже, при спалюванні газу в печі створюється стаціонарний режим горіння, який дає можливість звести до мінімуму втрати теплоти з відхідними газами і порівняно легко здійснити топлення печі з високим ККД (80-90%), що майже неможливо отримати в печах, що працюють на твердому паливі.

Стаціонарний режим горіння газу забезпечує протягом всій топлення печі постійну температуру в різних зонах чавунної плити та духовій шафі (див. графік на 73).

У процесі приготування їжі в опалювально-варильних печей доводиться регулювати нагрівання чавунної плити і духовки. Це досягається поворотом вручну запірного крана на газопроводі, а підтримка температури на одному рівні при різних режимах топки здійснюється автоматично, так як кількість теплоти, що виділяється в топливнике в одиницю часу, залишається незмінним.

Слід зазначити, що зміна витрати газу або ж теплового напруги топкового простору практично не відбивається на повноти спалювання газу, коли факел эжекцнонных пальників не стикається з поверхнею чавунної плити. Дослідження показують, що при цьому умови повне спалювання газу досягається при теплових напругах топкового простору до 700 кВт/м3. При великих напругах топкового простору з'являються втрати теплоти від хімічного недопалу за рахунок незадовільною організації руху потоків вторинного повітря.

При обстеженні існуючих опалювально-варочних печей, експлуатувалися на кам'яному вугіллі, було помічено, що багато чавунні плити мають тріщини на поверхні, розташованої над топливником. Розтріскування чавунних плит пояснюється тим, що розпечений шар жирного кам'яного вугілля або антрациту, що володіє високою випромінювальною здатністю, нагріває поверхню чавунної плити до червоного розжарювання. При приготуванні їжі на розпечену плиту часто потрапляє вода з кухонного посуду. Вода тут же випаровується, інтенсивно охолоджуючи плиту. У місцях охолодження плити чавун відчуває сильні напруги стиску, в результаті чого чавунна поверхню тріскається.

При заміні твердого палива газоподібним поверхню чавунної плити при тій же теплової навантаженні протягом 1 год не нагрівається до червоного розжарювання, хоча має достатню температуру (400--500° С) для швидкого приготування їжі. Нагрівання чавунної плити в цьому випадку відбувається лише за рахунок випромінювання теплоти смугами вуглекислоти і водяної пари газового полум'я ежекційних пальників, в той час як полум'я твердого палива додатково випромінює теплоту від розжарених твердих частинок. Загальне випромінювання від полум'я при горінні твердого палива в кілька разів посилюється розпеченим його шаром, рівномірно розподіленим на колосникових гратах.

Спостереження за роботою 100 опалювально-варочних печей, переведених на газ в Ставрополі-крайовому, показали, що після трьохрічної експлуатації ні на одній плиті не було тріщин.

При спалюванні газу в опалювально-варильних печей духовий шафа нагрівається більше, ніж при спалюванні твердого палива при подачі в топку однакових кількостей теплоти в одиницю часу. Це пояснюється тим, що низька випромінювальна здатність факела газових пальників ежекційних сприяє зменшенню виходу теплоти в зоні топливника. Тому тепловміст (ентальпія) продуктів згоряння газоподібного палива, стикаються зі стінками духової шафи, виявляється більше, ніж у твердого палива (вугілля або дров). Ще більший нагрівання духової шафи спостерігається при установці в топливнике пальників дифузійного типу за рахунок того, що їх факел, який має довжину 1,3-1,4 м, виходить з меж топкового простору в горизонтальний димар і безпосередньо нагріває стінки шафи.

Розрахунки, проведені за експериментальними даними, показують, що при роботі печі на газоподібному паливі відбувається перерозподіл складових теплового балансу (різний нагрів її елементів: плити, духовки та опалювального щитка): менш інтенсивний (рівномірний) нагрівання плити і більш інтенсивний нагрів духовки і димоходів.

Однією з причин, раніше перешкоджали перекладу існуючих опалювально-варильних печей на газ, є недостатня товщина стінки (5Д цегли) у опалювальних щитків. Переклад на газ печей, мають товщину кладки в 'Д цегли, допускається лише при наявності металевого кожуха. Ця вимога цілком справедливо для опалювальних печей періодичної дії, так як температура продуктів згоряння газу в них на початку першого висхідного димоходу може досягати 700-750° С і вище. В опалювально-варильних печей продукти згоряння, пройшовши під чавунною поверхнею плити і вздовж стінок духовки, надходять в опалювальний щиток більш охолодженими. На 74 наведено графік зміни температури димових газів при вході в перший висхідний димар опалювальної печі та при вході в перший канал опалювального щитка звичайної опалювально-варильної печі. На графіку видно, що температура продуктів згоряння газу в останньому випадку не перевищує 310 - 390° С. Графоаналітичний розрахунок за методом кінцевих різниць показує, що температура на зовнішній поверхні опалювального щитка з товщиною стінки в 'А цегли в момент максимального нагріву печі не перевищує 95-100° С. Експериментальні дослідження показують, що і при нормальній теплової навантаженні (і навіть у 1,5 рази більшою) температура на зовнішній поверхні такого роду опалювальних щитків не перевищує 125-128° С.

Таким чином, наявність у газових опалювально-варочних печах чавунної плити і духовки різко зменшує температуру продуктів згоряння і виключає можливість перегріву, а отже, і руйнування опалювальних щитків з товщиною стінки цегли.

Характерною особливістю опалювально-варочних печей, переведених на газ, є відносна сталість температур продуктів згорання у заслінки. Через 15 хв після початку топки температура вихідних газів у заслінки складає 110° С, а в кінці топки (через 2,5 год) не перевищує 150° С.

Існує думка, що при перекладі опалювально-варочних печей на газ збільшується пожежна небезпека. Спеціальні дослідження показали, що при надмірній форсованої тапке (т=10 год, 5=2,2 м3/год) максимальна температура продуктів згорання у заслінки не перевищувала 350° С. Теоретичний розрахунок методом кінцевих різниць, а також експериментальна його перевірка показують, що при форсованих топках нагрівання зовнішньої поверхні протипожежних розділок не перевищує допустимих нормативних меж. Для перевірки можливості проникнення в приміщення продуктів згорання з-під конфорок були проведені випробування опалювально-варильних печей трьох конструкцій (випробування проводилися влітку при температурі зовнішнього повітря 28-30° С, тобто в той час, коли в печі створюється слабка тяга).

Результати випробувань дозволили зробити наступні висновки: при мінімальному розрідженні в зоні під заслінкою на початку топки (2-3 Па) під конфорками спостерігалося таке ж розрідження, тому продукти згоряння не могли проникати а опалювальне приміщення, а, навпаки, повітря з приміщення засасывался через щілини чавунних конфорочних кілець в топковий простір; тому разі коли під заслінкою печі відсутнє розрідження, не вдавалося створити тягу в пальнику і включити в роботу пальник, так як в топкове простір не надходило повітря. Щоб створити тягу в печі, необхідно було прогріти димову трубу. Після того як в зоні під заслінкою створювалося розрідження, пуск пальника в роботу здійснювався без всяких утруднень. Таким чином, при нормальній тязі (мінімальному розрідженні) продукти згоряння не могли проникнути в приміщення, а тим більше при відсутності тяги, коли взагалі неможливо включити піч в роботу.

Особливістю опалювально-варильних печей є наявність у них двох природних вибухових запобіжних клапанів (у вигляді конфорок на чавунній плиті, закритих притертими чавунними кільцями). Ефективність їх дії при вибуху газоповітряної суміші в топливнике була перевірена на двох опалювально-варильних печей (трехоборотной з опалювальним щитком і «шведки»), для чого в їх топливники (через пальники ГДП-1,5) подавали різні кількості газу.

Аналіз результатів випробувань показує, що конфорні кільця на чавунній плиті охороняють кладку печі при вибуху газоповітряної суміші, але до певних меж. Так, при надходженні у топливник 68-78 л газу та його вибуху конфорки, підводячись вгору, настільки послаблювали силу вибухової хвилі, що вона не могла зробити яких-небудь руйнувань. При подачі великої кількості горючого газу (120-160 л) і його вибуху конфорки не могли повністю послабити силу вибухової хвилі, що виникає в топливнике, і вона виробляла деякі порушення щільності цегляної кладки. Якщо ж конфорні кільця міцно закладалися цеглою (наглухо притискалися до поверхні чавунної плити і штучно створювалися умови роботи печі з закритою поверхнею), то навіть вибух невеликих кількість пального газу (15-20 л) в топливнике призводив до значних пошкоджень кладки печей і необхідно було проводити їх капітальний ремонт.

Обстеження роботи в Ставрополі-крайовому 100 опалювально-варочних печей, переведених на газ протягом трьох опалювальних сезонів, показало, що вартість опалення житлових приміщень з їх допомогою була набагато нижчі, ніж за допомогою печей, що працюють на твердому паливі.

Таким чином, можна відзначити наступні особливості роботи опалювально-варильних печей на газоподібному паливі:

стаціонарність режиму горіння, в результаті чого в топливнике протягом усього часу топки підтримуються постійними кількість надлишкового повітря і температура, що при правильно організованому процесі горіння дозволяє експлуатувати їх з більш високим ККД, ніж ті ж печі, що працюють на твердому паливі;

зручність регулювання і можливість підтримання на одному рівні температури на зовнішній поверхні чавунної плити і в духовій шафі;

збільшення терміну служби чавунної плити;

відсутність потреби періодичної чистки димоходів;

простоту включення ня і вимикання печі в будь-який час доби, що дає можливість легко регулювати температуру повітря в опалювальному приміщенні;

більш дешеву (у 2,5-3 рази) експлуатацію печей на газоподібному паливі, ніж на твердому паливі.

    

 «Побутові печі, каміни та водонагрівачі» Наступна сторінка >>>

 

Інші книги розділу: Кладіть печі самі Будівництво будинку Червона цегла Будівельні розчини