Buderus уже много лет представляет на европейском рынке продукцию, которая в буквальном смысле, греет людей. Традиционное немецкое качество продукции характеризуется не только параметрами длительной безаварийной работы. Качество отопительных твердотопливных котлов Buderus проверено временем и подтверждено многочисленными положительными отзывами потребителей из многих стран, а теперь еще и России.
Печи отдельных этажей многоэтажных зданий обычно ставят возле внутренних стен одну над другой. Расположение дымовых и вентиляционных каналов в этом случае показано на рис. 2. Как видно из рисунка, только дымоход верхнего этажа получается прямым, на всех остальных этажах приходится устраивать отводы с подъемом на угол в 60° к горизонту. Кладка отводов также выполняется с помощью наклонно устанавливаемого шаблона. При выкладке отвода нижнюю сторону канала закрывают целым кирпичом, положенным плашмя.
В современных панельных зданиях изготовляются специальные блоки, имеющие внутри сквозные круглые отверстия, в которые закладываются асбоцементные трубы.
Дымовые трубы по устройству и местоположению подразделяются на стенные (устраиваемые внутри капитальных кирпичных стен), коренные (выкладываемые в виде отдельно стоящего кирпичного стояка) и насадные (устанавливаемые непосредственно на печах).
Если в помещении капитальные каменные стены, то устройство внутренних стенных дымовых труб наиболее удобно и экономично, так как они не требуют дополнительных материалов и выкладываются совместно со стенами.
Теоретический анализ и проведенные экспериментальные исследования показали, что увеличить теплоотдачу от продуктов сгорания к стенкам печи в зоне дымоходов возможно за счет осуществления прерывистого движения потока дымовых газов по схеме: сборный коллектор – система узких дымовых каналов – сборный коллектор, а также за счет создания развитой тепловоспринимающей поверхности при условии, что увеличение ее не вызовет уменьшения скорости движения продуктов сгорания.
Гидравлическое сопротивление этой системы оказывается незначительным из-за отсутствия опускных каналов и резких поворотов газового потока (под углом 90 и 180°), и вследствие того, что природный газ имеет меньшую плотность, чем воздух, продукты сгорания природного газа, не встречая значительных гидравлических сопротивлений, создают большую тягу.
При минимальном разрежении под заслонкой во время топки прямоточной печи все дымовые каналы будут также находиться под разрежением, так как движение продуктов сгорания совпадает с действием подъемных сил.
Принципиальные схемы движения дымовых газов в отопительных печах приведены на рис. 2.
Другой недостаток многооборотной системы дымовых каналов – это значительное гидравлическое сопротивление, создаваемое главным образом нисходящими ветвями (III и IV на рис. 2, а). Расчеты показывают, что на его преодоление может расходоваться 65…70 % всего полезного напора. Третий недостаток – неравномерный нагрев стенок печи по периметру.
При движении продуктов сгорания по дымовым каналам температура их постепенно снижается. По первому восходящему каналу проходят сильно нагретые газы, по второму – менее нагретые и т.д.
В настоящее время имеется большое количество различных систем дымооборотов, применяемых на практике. Произведем анализ наиболее распространенных из них.
Для обеспечения безопасных условий сжигания газа система дымоходов должна обеспечивать разрежение в любой части печи. Кроме того, важно, чтобы дымоходы имели минимальное гидравлическое сопротивление.
Система дымоходов должна обладать также наибольшей тепловоспринимающей способностью на коротком пути, проходимом продуктами сгорания. Это позволит резко сократить объем кладки в конвективной зоне печи и уменьшить расходы строительных материалов и использование рабочей силы.
Стационарный режим горения, имеющий место в газовых печах периодического действия, дает возможность совершенно по-иному подойти к расчету прогрева стенок дымооборотов и определению площади их тепловоспринимающей поверхности.
При расчете прогрева стенок печей периодического действия, работающих на твердых видах топлива, не было возможности рассмотреть в комплексе действительно происходящий процесс горения твердого топлива с процессом распространения теплоты в толще стены. Так как весьма затруднительно было связать нестационарный режим горения, зависящий от множества факторов (вида топлива и его влажности, величины тяги и т.д.), также с нестационарным процессом прогрева стенок.
К предельным углеводородам, которые содержатся в природных газах, относятся этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10, пентан С5Н12. Отличительной особенностью последних трех газов является то, что они при нормальном атмосферном давлении и минусовых температурах превращаются в жидкость: пропан при минус 44°С, бутан при минус 10° С. Из непредельных углеводородов в газообразном топливе встречаются этилен С2Н4, пропилен С3Н6 и бутилен С4Н8. Наибольший процент среди всех компонентов горючей части газообразного топлива падает на метан, представляющий собой углеводород с наибольшим содержанием водорода. Например, саратовский природный газ содержит 94% метана, а ставропольский – 98%. Тяжелых углеводородов в так называемых природных газах очень мало (от долей процента до 3…4%), а водород и оксид углерода отсутствуют совсем.
Особого внимания заслуживают случаи, в результате которых образуется молекула водяного пара. Если гидроксильная группа столкнется с молекулой водорода, то, выбив из нее один атом водорода, с другим она может образовать стабильную (устойчивую) молекулу водяного пара. Благодаря этим соударениям постепенно изменяется состав смеси за счет уменьшения содержания в ней водорода и кислорода и образования водяного пара.
При превращении горючего газа и кислорода в конечные продукты выделяется большое количество энергии, которая тут же воспринимается молекулами реагирующих газов. Их скорость движения в связи с этим увеличивается, а это вызывает дополнительное увеличение скорости образования активных центров. Реакция приобретает самоускорение, и в результате взаимодействие между горючим газом и кислородом развивается почти мгновенно, в тысячные доли секунды.
Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючих газов с кислородом воздуха, происходящий при высоких температурах.
Известно, что молекулы горючих газов и воздуха состоят из отдельных атомов, более или менее прочно удерживающих друг друга силами взаимного притяжения. Молекулы находятся в постоянном движении и непрерывно сталкиваются между собой.
При непрерывной топке расход топлива резко сокращается и температура нагрева стенок топливника снижается. При непрерывной топке для большинства марок каменных углей температура стенки повышается с 200 лишь до 450…500°С, в то время как при периодической топке она значительно выше (800…900°С). Поэтому топливники печей периодического действия обычно футеруются огнеупорным кирпичом, в то время как топливники печей непрерывного действия не нуждаются в футеровке, так как температура на их поверхности не достигает предела огнеупорности обычного красного кирпича (700…750°С). Следовательно, при непрерывной топке более эффективно используется кирпичная кладка, намного увеличивается срок службы печей, и для большинства марок каменных углей (исключая антрациты и тощие угли) имеется возможность все части печи выкладывать из красного кирпича.
Теплопередача отопительных печей и их аккумулирующая способность. В отопительных печах теплота, которая должна быть передана дымовыми газами отапливаемому помещению, должна пройти через толщу стен печи. С изменением толщины стен топливника и дымоходов соответственно меняются термическое сопротивление и массивность кладки (ее аккумулирующая способность). Например, при уменьшении толщины стен снижается их термическое сопротивление, возрастает тепловой поток и одновременно уменьшаются габариты печи. Однако уменьшение толщины стен печей периодического действия, работающих на твердом топливе, недопустимо по следующим причинам: при периодической кратковременной топке внутренние поверхности топливника и дымоходов нагреваются до высоких температур и температура наружной поверхности печи в периоды максимального горения будет выше допустимых пределов; после прекращения горения вследствие интенсивной теплоотдачи наружных стенок в окружающую среду печь будет быстро охлаждаться.
Вторым важным внутренним фактором является расход дымовых газов Vг. Даже если печь работает при оптимальной величине теплового напряжения топливника, объем газов, проходящих через дымоходы, может существенно меняться за счет изменения коэффициента избытка воздуха aт, представляющего собой отношение действительного расхода воздуха, поступившего в топку, к теоретически необходимому его количеству. При данной величине Q/V значение aт может изменяться в весьма широких пределах. В обычных отопительных печах периодического действия величина aт в период максимального горения может быть близкой к 1, т.е. соответствовать минимально возможному теоретическому пределу.
В печах непрерывного действия, в которых сжигается жидкое или газообразное топливо, процесс горения имеет не циклический, а непрерывный характер. Поступление топлива в печь происходит равномерно, благодаря чему соблюдается стационарный режим горения. Если при сжигании твердого топлива температура в топливнике печи колеблется в широких пределах, что неблагоприятно отражается на процессе горения, то при сжигании природного газа вскоре после включения горелки температура в топочном пространстве достигает 650…700°С. Далее она постоянно увеличивается с течением времени и достигает в конце топки 850…1100°С. Скорость повышения температуры при этом определяется тепловым напряжением топочного пространства и временем топки печи (рис. 3). Сжигание газа сравнительно легко поддерживать при постоянном коэффициенте избытка воздуха, что осуществляется с помощью воздушной заслонки. Благодаря этому при сжигании газа в печи создается стационарный режим горения, позволяющий свести к минимуму потери теплоты с уходящими газами и добиться работы печи с высоким КПД, достигающим 80…90 %. КПД газовой печи стабилен по времени и существенно выше, чем печи на твердом топливе.
Большое значение для экономичной работы печи имеет качество твердого топлива.
Согласно стандартам для коммунально-бытовых нужд выделяют в основном каменные угли (марок Д, Г, Ж, К, Т и др.), а также бурые угли и антрациты. По размеру кусков угли должны поставляться следующих классов: 6…13, 13…25, 25…50 и 50…100 мм. Зольность угля на сухую массу колеблется в пределах 14…35% для каменных углей и до 20% для антрацита, влажность 6…15% для каменных и 20…45% для бурых углей.
Топочные устройства бытовых печей не имеют средств механизации процесса горения (регулирования подачи дутьевого воздуха, шуровки слоя и др.), поэтому для эффективного сжигания в печах к качеству угля должны предъявляться достаточно высокие требования. Значительная часть угля поставляется, однако, несортированным, рядовым, с качественными характеристиками (по влажности, зольности, содержанию мелочи), существенно ниже предусмотренных стандартами.
При слоевом сжигании высокоуглеродистых топлив процесс горения сосредоточен в пределах довольно тонкого топливного слоя, в котором развиваются высокие температуры. Процесс горения чистого углерода в слое имеет свойство саморегулирования. Это значит, что количество прореагировавшего (сожженного) углерода будет соответствовать количеству поданного окислителя (воздуха). Поэтому при постоянном расходе воздуха постоянным будет и количество сожженного топлива. Изменение же тепловой нагрузки должно производиться за счет регулирования подачи воздуха Vв. Например, при увеличении Vв возрастает количество сожженного топлива, а снижение Vв вызовет уменьшение теплопроизводительности слоя, причем величина коэффициента избытка воздуха останется стабильной.
Летучие вещества имеют относительно низкую температуру воспламенения, так как содержат много водородсодержащих компонентов, горение их происходит в надслоевом газовом объеме топливника. Твердая часть топлива, остающаяся после выхода летучих веществ, состоит в основном из углерода, имеющего наиболее высокую температуру воспламенения (650…700°С). Горение углеродного .остатка начинается в последнюю очередь. Оно протекает непосредственно в тонком слое колосниковой решетки, и ввиду интенсивного тепловыделения в нем развиваются высокие температуры.
В отопительных печах может использоваться твердое, жидкое и газообразное топливо. Каждому из этих топлив свойственны свои особенности, которые влияют на эффективность использования печей.
Конструкции отопительных печей создавались в течение длительного времени и предназначались для сжигания в них твердого топлива. Только в более поздний период стали создаваться конструкции, рассчитанные на использование жидкого и газообразного топлива. Чтобы наиболее эффективно использовать эти ценные виды в существующих печах, необходимо знать, чем отличаются процессы горения этих топлив от горения твердого топлива.
Действие дымовой трубы основано на самотяге. Разности плотностей столба наружного и холодного воздуха и потока газов приводит к разрежению в дымовой трубе. Самотяга трубы будет тем больше, чем выше температура газов в трубе и ниже температура воздуха. Полезная тяга, развиваемая дымовой трубой, Па, определяется по формуле
рпол.д.т=рс-(Δртр+pд)
