70
внутристенные каналы, через насадные и коренные дымовые трубы. Внутристенные домовые каналы устраивают в кирпичной кладке стен зданий. Печи соединяют с каналами горизонтальными металлическими патрубками длиной не более 400 мм. Насадные трубы возводят непосредственно над печами (см. рис. 12.1). Коренные трубы сооружают относительно редко на самостоятельных фундаментах.
12.4. Конструирование и расчет топливников теплоемких печей
Топливники печей представляют собой камеры, в которые для горения топлива подводится воздух, где поддерживается высокая температура, и откуда отводятся нагретые продукты сгорания. При этом имеют место частичная тепловая аккумуляция в массиве топок и теплопередача через их стенки в помещения. Топливники должны обеспечивать получение расчетных количеств теплоты, создавать условия для наиболее полного сжигания топлива и регулирования интенсивности горения, обеспечивать удобство и безопасность эксплуатации.
Топочные процессы горения аналогичны процессам, рассматриваемым в дисциплине «Теплогенерирующие установки». При конструировании топливников и их тепловом расчете ориентируются на усредненные параметры выбранного вида топлива, причем исходят из его низшей теплоты сгорания Q нр,
кДж/кг. В зависимости от вида применяемого топлива различают топливники для сжигания дров, бурого и каменного угля, антрацита, торфа, горючих сланцев, а также соломы, лузги, шелухи, опилок, кизяка и других местных горючих веществ.
Рассмотрим конструкции топливников наиболее распространенных теплоемких печей, предназначенных для сжигания твердого топлива (рис. 12.3).
а) б)
1 |
810 |
2 |
|
||
|
650 |
|
|
|
3 
4
|
|
в) |
|
|
|
5 |
|
|
|
840 |
|
|
630 |
|
630 |
|
ели |
630 |
|
|
6 |
|
|
|
280 |
|
ражат |
280 |
|
|
|
от |
|
|
260 |
7 |
|
260 |
|
|
|
|
||
|
|
8 |
|
|
9
Рис. 12.3. Конструкции печных топливников: а - с глухим подом; б - с колосниковой решеткой для сжигания дров; в - то же каменного угля; 1 - топочная дверца; 2 - под топки; 3 - шанцы; 4 - поддувальная дверца; 5 - проем для отвода продуктов сгорания топлива; 6 - колосниковая решетка; 7 - подтопочный канал для нижнего прогрева печи; 8 - поддувало и зольник; 9
– гидроизоляция
Топливники для сжигания дров иногда делают с глухим подом (рис. 12.3,а). Дрова, лежащие на поде, плохо омываются воздухом, поступающим
71
только через открытую топочную дверцу. Поэтому значительная часть воздуха не участвует в процессе горения топлива и охлаждает топочное пространство. Избыток воздуха достигает большой величины. КПД топливника с глухим подом не превышает 35%.
На рисунке 12.3, б представлен топливник для сжигания дров с колосниковой решеткой. Воздух через поддувало снизу довольно равномерно пронизывает весь слой горизонтально уложенных поленьев. Избыток воздуха уменьшается, повышается температура горения, в результате увеличивается КПД топливника. Топливник делают сравнительно высоким для дожигания летучих веществ топлива. На рисунке изображен топливник печи с нижним прогревом: продукты горения из топки сначала опускаются в подтопочный канал и лишь затем поднимаются в надтопочную часть печи. Топливники тепловой мощностью более 3000 Вт футеруют изнутри огнеупорным или тугоплавким кирпичом.
Топливник для сжигания каменного угля (рис. 12.3, в) оборудуют колосниковой решеткой с увеличенной площадью живого сечения (для горения требуется большее количество воздуха, чем для дров). Толщина слоя угля доходит до 200 мм, поэтому колосниковую решетку несколько опускают по отношению к низу загрузочной дверцы. Выход летучих веществ при горении угля небольшой, и высоту топливника делают несколько меньшей, чем при сжигании дров.
Сжигание твердого топлива в топливниках теплоемких печей происходит при нестационарном режиме горения. Тепловой расчет топливников выполняют для основного периода интенсивного горения топлива, хотя при горении топлива наблюдаются начальный период, когда температура в топке нарастает, и завершающий период, когда температура понижается.
Размеры топливника определяют в зависимости от тепловой мощности печи и удельного теплового напряжения объема топки (приложение 1), допустимого для выбранного вида топлива.
Расход топлива G, кг, за время одной топки печи:
G = 3,6 Qп (m + n) /( Q нрηп), |
(12.1) |
где Qп - расчетные теплопотери отапливаемых печью помещений или, что то же, тепловая мощность печи, Вт;
m, n - соответственно, продолжительность топки и срок остывания печи, час. (для основных видов топлива продолжительность топки печи m может быть принята по табл. 12.1);
Q нр - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, (приложение 1);
ηп - КПД печи (для печей с колосниковой решеткой при сжигании антрацита ηп = 0,75, при сжигании топлива других видов - 0,7, для печей с глухим подом - 0,35).
Зная количество загружаемого в печь топлива, определяют площадь ее пода Апод, м2:
Апод = G /(ρhсл), |
(12.2) |
|
где ρ - плотность топлива, кг/м3; |
|
|
hсл - толщина слоя топлива, |
м; средние значения двух последних величин |
|
72
приведены в приложении 1.
Т а б л и ц а 12.1
Средняя продолжительность топки теплоемких печей умеренного прогрева
Топливо |
Значение m, ч, при тепловой мощности печи Qп, Вт |
||||
|
|
|
|
||
менее 1750 |
1750…3500 |
3500…6000 |
более 6000 |
||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Дрова |
1 |
1,25 |
1,6 |
2 |
|
Каменный уголь |
1,5 |
1,9 |
2,4 |
3 |
|
Антрацит |
2 |
2,5 |
3,2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
Площадь колосниковой решетки, размещаемой в пределах пода Ак.р, м2,
вычисляют по формуле |
|
Ак.р = G /(mBр), |
(12.3) |
где BрB - допустимое удельное напряжение колосниковой решетки, кг/(ч м2), средние значения которого даны в приложении 1.
Размеры пода и колосниковой решетки выбирают в зависимости от размеров кирпича или блоков, из которых сложена печь.
Далее находят или уточняют (имея типовые чертежи) высоту топливника печи. Топливник по высоте должен вмещать слой топлива необходимой толщины и иметь свободное пространство над этим слоем. Объем свободного пространства должен быть тем больше, чем выше содержание в топливе летучих веществ.
Высоту топливника hт, м, определяют, используя зависимость удельного |
|
теплового напряжения объема топливника Qт/Vт, Вт/м3, от вида топлива: |
|
hт = G Q нрηт / (3,6 m Aпод (Qт/Vт)), |
(12.4) |
гдe ηт - КПД топливника, учитывающий неполное сгорание и провал в зольник части топлива (принимают при колосниковой решетке равным 0,9, при глухом поде - 0,7);
m - продолжительность топки, ч, (табл. 12.1);
Qт/Vт - допустимое удельное тепловое напряжение объема топливника, Вт/м3 (приложение 1).
Рассчитывают площадь поддувального отверстия Ап.о, м2
Ап.о = GL0 (1 + (tв / 273))/(3600mv), |
(12.5) |
где L0 - объем воздуха, практически необходимого при его температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении для сжигания 1 кг топлива, м3/кг, (приложение 1);
tв - температура воздуха в помещении, °С;
v - скорость движения воздуха в живом сечении поддувального отверстия, принимаемая равной 1...2 м/с.
73
12.5. Конструирование и расчет газоходов теплоемких печей
Горячие дымовые газы поступают под действием естественной тяги из топливника в газоходы печи. Газоходы, как видно из классификации печей, представляют собой разветвленную систему дымооборотов, внутренние поверхности которых, непосредственно омываемые дымовыми газами, являются тепловоспринимающими.
Газоходы конструируют таким образом, чтобы за счет теплообмена на тепловоспринимающих поверхностях температура дымовых газов понижалась до 110...130°С, т.е. до уровня, ниже которого возможна: конденсация водяного пара и интенсивное выпадение сажи.
При конструировании печей с последовательными дымооборотами (рис. 12.2, а, б) число оборотов ограничивают. В старых многооборотных печах (рис. 12.2, в) наблюдался неравномерный прогрев газоходов, вызывавший появление трещин в кладке. Вследствие повышения потерь давления в печах приходилось увеличивать высоту дымовых труб. Также увеличенным было число мест, где скапливалась сажа.
Последовательные дымообороты делают преимущественно вертикальными, а не горизонтальными, избегая явления подогрева нижних стенок горизонтальных каналов, что приводит к понижению КПД печей.
При расчете скорости движения газов в каналах печи проверяется скорость движения газов в характерных местах газоходов. Скорость движения газов vг, м/с, определяют по видоизмененной формуле (12.5):
vг = GL0(1 + (tг / 273))/(3600mАкан), |
(12.6) |
где tг - среднее значение температуры дымовых газов в отдельных частях газоходов печи, °С, (при расчетах принимают по приложениию 2);
Акан - площадь поперечного сечения каналов, м2.
Получаемые при расчетах значения скорости движения должны находиться в пределах, указанных в приложении 2, что будет свидетельствовать об их допустимости в отношении возможных потерь давления в печи при естественной тяге.
12.6. Конструирование дымовых труб для печей
Для каждой печи прокладывают отдельный дымовой канал в стене или дымовую трубу. Как исключение, к одной дымовой трубе можно присоединить две печи, расположенные в одной квартире на одном этаже здания, но с устройством в трубе рассечки высотой не менее 1 м от низа присоединительных патрубков печей. Предпочтение отдают дымовым каналам в стенах, и только в тех случаях, когда их устроить невозможно, применяют насадные и коренные трубы.
Размер поперечного сечения дымовых каналов и труб зависит от тепловой мощности печей и определяется, исходя из скорости движения дымовых газов 1,5...2 м/с. На практике принимают каналы и трубы размером 0,14x0,14 м при