Комнатные печи и их экономная эксплуатация
Издательство Наркомхоза РСФСР, Москва-Ленинград, 1943
Введение
1. Варианты прохождения горячих газов от топки до дымовой трубы
2. Из каких частей состоит печь?
6. Печные приборы и их назначение
1.1. Печные дверки
1.2. Дверки для чистки
1.3. Вентиляционные дверки и розетки
1.4. Вьюшки и задвижки
7. Топливо. Его виды и характеристики
Чтобы правильно пользоваться печью и уметь наиболее экономично сжигать в ней топливо, надо знать, с какой печью мы имеем дело, из каких основных частей она состоит и каково назначение каждой ее части. Известно, что большинство печей устраиваются из кирпича, причем внешняя поверхность может быть или облицована изразцами (кафелем), или просто отштукатурена и побелена. Но, кроме печей кирпичных, есть печи, сделанные из железа, чугуна и, наконец, печи, сделанные из кирпича с металлическим футляром.
Таким образом, первый признак, по которому мы можем различать печи, является материал, из которого печь устроена. По материалу будем различать печи кирпичные, металлические и смешанные.
Есть еще одна особенность у печей, которую мы можем легко наблюдать, и которой легко воспользоваться для разделения печей на группы: этой особенностью является способность печи накапливать тепло сжигаемого топлива и отдавать его в течение большего или меньшего количества часов. Этой особенностью различные печи обладают в различной степени. Так, кирпичная массивная печь за время топки накапливает такое количество тепла, которое она может отдавать помещению в течение суток: по принятому определению такие печи называются печами большей теплоемкости и их достаточно топить один раз в сутки. Большинство наших печей являются печами большей теплоемкости.
Металлические печи – «времянки» - ведут себя совсем иначе. Они быстро прогреваются, хорошо поддерживают тепло во время топки, а после окончания топки быстро остывают.
Наконец, есть печи, которые занимают промежуточное положение между описанными выше. Такие печи во время топки не могут сберечь количество тепла, необходимое для отдачи помещению в продолжение суток. Они остывают быстрее, чем печи большей теплоемкости, и для поддержания необходимой температуры в комнате их приходится топить два раза в сутки. Называются такие печи печами средней теплоемкости.
Имеются, кроме того, металлические печи простой конструкции (типа усовершенствованной «времянки») для сжигания в них опилок, торфяной крошки, хвои и другого пылевидного топлива. Эти печи тепла в себе не накапливают, но загруженное в них топливо может гореть продолжительное время (до 24 часов), в зависимости от регулировки. За все время горения печь выделяют равномерно тепло, не требует за собой ухода и позволяет в любое время использовать ее для приготовления пищи. Печи этого типа, разработанные инженером Быстровым, испытаны в Академии коммунального хозяйства и дали хорошие результаты.
Необходимо отметить, что печи любой из описанных выше групп могут не походить одна на другую; другими словами, устройство печей, например, большой теплоемкости, может быть различно. Таким образом, появляется еще один признак, по которому мы можем различать печи, - это конструкция – устройство печи.
Касаясь, главным образом, печей большой и средней теплоемкости, остановимся на конструктивных особенностях этих групп.
Топливо, сгорая в печи, выделяет продукты горения, которые, соприкасаясь со стенками каналов печи, отдают им свое тепло и, уже охлажденные, удаляются через дымовую трубу наружу. Путь, по которому следуют продукты горения, может быть направлен по-разному. А этим определяются и конструктивные особенности печи. Ниже приведены три варианта пути прохождения горячих газов от топки до дымовой трубы.
На рис. 1 схематически показана печь, где продукты горения из топки по каналу поднимаются вверх, затем вновь опускаются и поднимаются, производя таким образом 6 или 7 оборотов, потом же они удаляются через дымовую трубу наружу. Такие печи называются многооборотными. К ним относятся все полностью печи, пережившие не одно поколение, существующие и поныне, не смотря на несовершенство их устройства.
Наиболее существенным недостатком печей такой группы является неравномерный прогрев стенок. Это происходит оттого, что у места первых оборотов, где температура горения высокая, стенки прогреваются скорее и лучше, чем в тех местах, где расположены последние обороты, по которым продукты горения идут уже остывшими.
На рис. 2 изображена схема более совершенной печи, в которой отсутствуют недостатки, указанные выше. Здесь продукты горения поднимаются с большой скоростью вверх по одному каналу и затем по нескольким опускным колодцам или каналам, уже с пониженной скоростью, падают вниз, отдавая по пути стенкам каналов свое тепло. Внизу продукты горения опять соединяются и поступают в дымовую трубу. Такое устройство каналов в печи способствует равномерному прогреву всех стенок печи и создают хорошую тягу.
Печи, устроенные описанным выше способом, называются однооборотными, и по своим высоким качествам получили высокое признание.
На рис. 3 показан оригинальный тип печи: печь не имеет каналов и представляет собой как бы стакан, перевернутый вверх дном; продукты горения поднимаются к верхнему своду печи и там, разбиваясь на отдельные потоки, опускаются вниз, вдоль наружных стенок, отдавая последним свое тепло. Внизу они собираются и через дымовую трубу выводятся наружу. Такие печи называются бесканальными.
Благодаря своей простоте, хорошему и равномерному прогреву боковых стенок, бесканальные печи получили за последнее время большое распространение. Необходимо отметить, что кроме печей для обогревания имеются печи для приготовления пищи, хлебопечения, печи банные и сушильные и другие.
Задача данной статьи – дать описание только печей обогревательных, комнатных, как наиболее многочисленных, правильная и разумная эксплуатация которых может дать государству громадную экономию.
У большинства печей большой и средней теплоемкости мы можем отметить три основных элемента: топливник, каналы, по которым проходят продукты горения, образующиеся при сжигании топлива, и дымовая труба.
Топливник – одна из ответственных частей топки. В нем при сжигании топлива возникает то тепло, которое нужно для обогрева помещения, следовательно, от его устройства и использования зависит эффект (результат) топки.
В простейшем виде топливник представляет собой камеру, перекрытую сверху сводом. Вверху в своде оставляется отверстие для прохода продуктов горения в каналы печи. Другое отверстие соединяет топливник с помещением и служит для загрузки топлива и наблюдением за ходом топочного процесса. Это отверстие снабжается металлической дверкой (рис. 4).
Нижняя часть топливника называется подом. Топливник, приведенный на рисунке 4, имеет глухой (сплошной) под и применяется главным образом для сжигания дров. Топливники с глухим подом встречаются довольно часто, несмотря на то, что являются наиболее несовершенными по своему устройству. Основной их недостаток – невозможность организовать подачу воздуха к топливу равномерно, что составляет необходимое условие для правильного ведения топочного процесса.
Воздух в топливник с глухим подом входит только через неприкрытую топочную дверку и не может пронизать весь слой топлива, а омывает его только сверху. В результате этого топливо сгорает неравномерно: если во время топки не промешать несколько раз топливо в печи, то окажется, что верхние слои топлива уже сгорели, в то время как нижние все еще продолжают гореть.
Это явление вызывает необходимость перемешивать топливо во избежание получения головешек. Такое перемешивание топлива связано, однако, с тем, что за время топки несколько раз и в общей сложности на продолжительное время приходится открывать настежь топочную дверку, при этом из комнаты в топку начинает поступать холодный воздух, который оживляет топливо и нарушает этим топочный режим.
Таким образом, для правильного ведения топки необходимо, чтобы воздух, который поддерживает горение, входя в топливник, омывал топливо возможно равномерно и не только сверху, но и пронизывал бы всю его толщу с другой стороны. Необходимо до минимума сократить число перемешиваний и открываний для этой цели топочной дверки.
Очевидно, что этим основным требованием топливник с глухим подом удовлетворить не может и рациональное сжигание топлива в нем невозможно. Следовательно, ожидать от него высокого использования тепла сжигаемого топлива – нельзя. Если при топке дровами недостатки глухого пода еще дают возможность использовать печь, то при других видах топлива (торф, уголь) эта возможность исключается.
На рис. 5 показан более совершенный топливник, позволяющий сжигать не только дрова, но и торф, и уголь. Его отличие от предыдущего состоит в том, что вместо глухого пода он снабжен металлической решеткой, перекрывающей дополнительный канал, расположенный под топливником и называемый поддувалом.
Указанная решетка называется колосниковой и представляет собой чугунную плиту, снабженную рядом продольных щелей для прохода воздуха. Воздух в этом случае вводится в топливник не через топочную дверку, а через поддувало, которое, как показано на рисунке, с одной стороны открыто в помещение, а с другой – соединено с топливником. Отверстие, выходящее в помещение, снабжается поддувальной дверкой, а отверстие, выходящее в топливник, перекрывается колосниковой решеткой. При таком устройстве топливника воздух, поступающий через поддувальное отверстие, проходит снизу вверх через всю толщу топлива, равномерно его обтекает, способствуя полному и равномерному его горению. При топливнике с колосниковой решеткой не исключается необходимость в перемешивании топлива, но здесь это делается реже, чем при топливнике с глухим подом.
Продукты горения из топливника через отверстие в своде поступают в дымовые каналы или обороты, составляющие вторую основную часть печи. Назначение дымовых каналов – воспринять тепло от продуктов горения и передать его стенкам печи. Если принять во внимание, что за время топки стенки печи должны сберечь количество тепла, необходимое для поддержания нормальной температуры в помещении в течение суток, то будет надо, что к устройству каналов, их расположению при кладке печи нужно отнестись с большим вниманием.
Проходя по дымооборотам, продукты горения должны отдать кладке возможно большее количество тепла и в трубу выйти уже значительно охлажденными. Стенки дымооборотов, восприняв от продуктов горения тепло, должны довести его до наружных поверхностей печи (зеркала печи), через которые тепло передается помещению.
Печь будет тем совершеннее, чем равномернее нагреваются все наружные боковые поверхности, а это зависит и от расположения дымовых каналов и оттого, каким образом по ним проводятся продукты горения.
Продукты горения, пройдя дымовые обороты печи и отдав свое тепло стенкам каналов, уже значительно охлажденными удаляются наружу через дымовую трубу. Дымовая труба от печи выводится на чердак, а затем через крышу. Высота дымовой трубы необходима для создания тяги: чем выше труба, тем лучше тяга. В многоэтажных домах тяга лучше у печей, расположенных в нижнем этаже, чем в верхнем.
Тяга способствует не только высота трубы, но и повышенная температура выходящих газов, что делает их легче воздуха и заставляет стремиться вверх.
Чтобы облегчить выход наружу, не следует на их пути создавать лишние препятствия. Устройство горизонтальных участков труб или чердачных бараков, представляют именно такие препятствия; они ухудшают тягу, не говоря уже о том, что их наличие увеличивает пожарную безопасность.
Для каждой печи необходима своя дымовая труба; объединение в одной трубе дыма от нескольких печей, при неправильном устройстве присоединения и при одновременной топке печей, может нарушить тягу.
Каждая печь снабжается приборами, назначение которых необходимо знать также, как и правила пользования ими.
Топочные дверки (железные или чугунные) являются необходимым печным прибором, так как через них происходит закладка топлива в печь, через них наблюдают за процессом горения, ими пользуются при перемешивании топлива и, наконец, они необходимы для регулирования запуска воздуха в топливник.
По своему устройству топочные дверки бывают различны. Обыкновенная железная топочная дверка снабжается защелкой для плотного прикрывания дверки (рис. 6). Это один из самых несовершенных видов топочных дверок; высокая температура, развивающаяся в топливнике, деформирует (изменяет форму) дверки – она коробится, вследствие чего не является плотным притвором, требующимся на известное время в процессе горения для предотвращения пропуска излишнего количества воздуха.
Для лучшего регулирования впуска воздуха в топливник ( с глухим подом) иногда применяют двойную дверку (рис. 7). В этом случае во внутренней дверке вырезается внизу ряд отверстий, через которые воздух поступает в топливник, наружная же дверка является обычной, глухой. Топка происходит при закрытой внутренней дверке и открытой наружной. Назначение поддувальной дверки и колосниковой решетки указывалось выше – через открытую поддувальную дверку и поддувальный канал наружный воздух подводится снизу к колосниковой решетке и через отверстия последней к горящему топливу. Количество подводимого воздуха регулируется большим или меньшим прикрытием поддувальной дверки.
Следует упомянуть о так называемых герметичных дверках. Их назначение – создавать плотный непроницаемый затвор, что достигается имеющимися на таких дверках винтовыми пружинами (рис.8). Герметические дверки изготавливаются из чугуна и плотно прилегают к рамке.
С течением времени на стенках дымовых каналов печи оседает большое количество сажи, которую периодически необходимо вычищать. Расположение оборотов печи иногда не позволяет произвести очистку каналов ни через топку, ни через вьюшечное отверстие. В таких случаях от дымового канала делается выходное отверстие наружу – через него и происходит чистка. Оно обычно заложено кирпичом, но может быть снабжено и небольшой дверкой. Таких дверок, в зависимости от устройства каналов, может быть несколько. Служат они только для чистки и называются прочистными.
В некоторых печах, кроме дымообротов, устраиваются специальные вентиляционные и циркуляционные каналы.
Первые прокладываются рядом с дымовым каналом, отводящим продукты горения наружу; комнатные отверстия таких каналов снабжаются плотной (обычно на пружине) дверкой – «хлопушкой». Эти каналы, как показывает само название, предназначены для извлечения (для вытяжки) комнатного воздуха.
Циркуляционные каналы устраиваются для более интенсивного назначения комнатного воздуха. Это последний вводится в нижнюю часть канала, проходя через него, нагревается и выходит через верхнее отверстие канала. Как верхнее, так и нижнее отверстия такого канала снабжаются розетками (обычно медными).
После окончания топки необходимо тепло печи сохранить, предотвратив утечку его через дымовую трубу. Для этого имеются приборы, которые преграждают путь газам, стремящимся из печи через трубу выйти наружу. К таким приборам относятся вьюшки и задвижки.
Вьюшка состоит из чугунной рамки с круглым отверстием посередине (рис. 9), закрываемым крышкой (двойной затвор гарантирует большую плотность). Вьюшка ставится обычно в месте выхода продуктов горения в трубу. Против вьюшечного гнезда в трубе устраивается вьюшечная дверка, которая служит как для открывания и закрывания отверстия вьюшки, та и для очистки трубы от сажи.
Чтобы «закрыть печь», употребляется также и задвижка, устраиваемая в большинстве случаев дополнительно к вьюшке. Задвижка представляет собой рамку, вставленную в дымоход и перекрываемую плоской чугунной доской, двигающейся в пазах рамки (рис. 10).
Топливо, применяемое для сжигания в печах, крайне разнообразно. В печи могут сгорать: дрова, торф, уголь, солома, сухой навоз, опилки, кокс, нефтяные остатки, горючие сланцы, лузга и т.д.
Из всех перечисленных видов топлива наиболее распространенными являются дрова, уголь и торф.
Дрова. Главное достоинство дров состоит в том, что они легко загораются, для горения не требуют равномерного притока воздуха (почему дрова можно сжигать в топливниках с глухим подом), дают немного золы; на дрова идут все породы деревьев (дуб, береза, сосна, ель, пихта, лиственница, осина, клен, ясень и другие).
В дровах из свежесрубленных деревьев содержится до 50 процентов влаги, вследствие чего разжигание таких дров крайне затруднительно. Значительная часть тепла при горении таких сырых дров идет на испарение влаги, поэтому тепловой эффект от их сжигания получается пониженный.
Кроме того, равномерно сжечь сырые дрова трудно, всегда остаются головешки, которые приходится или отдельно дожигать, или выбрасывать. Из сказанного ясно, что для высокого использования тепла при сжигании дров нужно всегда принимать меры к их предварительной просушке. Сушку дров лучше всего производить в расколотых поленьях, причем при колке нужно стремиться к получению поленьев примерно одинаковой толщины (10-13 сантиметров).
Торф. Торф состоит из медленно перегнивших остатков болотных и луговых растений. Внешний вид торфа, а также качество его как топлива, зависит от рода этих растений, времени образования торфа и количества посторонних примесей.
Торф добывается на торфяных болотах. Торфяная масса после выемки предварительно просушивается на открытом воздухе. Добытый в таком виде торф легко рассыпается в мелочь и не выдерживает перевозок, поэтому применяется способ обработки, при котором торфяная масса уплотняется, нарезается на куски и сушится. Лучшим видом торфяного топлива является торфяной брикет, представляющий собой сильно спрессованную торфяную массу, отформованную в виде кирпича. Брикет достаточно хорошо выдерживает транспортировку и является весьма удобным топливом и для комнатных печей.
Недостатком торфа как топлива является его большая зольность (20-25 процентов против двух процентов у дров).
Уголь. Уголь, применяемый для отопления, по своим свойствам и качеству может быть разделен на три основные группы:
a) Бурый уголь – самый низкий сорт угля, представляющий собой переходную ступень от торфа к углю. Залежи такого угля имеются во многих центральных районах нашей страны и в Сибири. В последнее время бурый уголь находит все большее и большее применение не только для сжигания в промышленных топках, но и в бытовых печах.
b) Каменный уголь – имеет весьма своеобразное строение и качество. Различают каменный уголь жирный и тощий. Жирный уголь горит длинным пламенем, выделяет большое количество сажи и сильно спекается (при горении отдельные частицы топлива прилипают друг к другу). Тощий уголь горит коротким синеватым пламенем, почти не выделяет сажи и не спекается, зольность его около 4 процентов.
c) Антрацит – уголь, легко отличимый от других видов: он совершенно черного цвета, с металлическим отблеском, очень тверд, зажигается с трудом, горит коротким красноватым пламенем, не выделяет сажи и совершенно не спекается.
Перечисленные выше виды топлива обладают еще одним свойством, с которым при отоплении печей нужно считаться: при сжигании одинакового количества по весу (например, одного килограмма) различные виды топлива дают различное количество тепла или, как говорят, выделяют различное количество единиц тепла.
Ниже приведены сравнительные количества единиц тепла, выделяемых различными видами топлива при сжигании одного килограмма его.
Дрова:
· березовые – 3400
· сосновые – 3340
· осиновые – 3250
Торф:
· мешаный – 3255
· брикет – 4200
Уголь:
· бурый – 5000
· каменный – 6500
· антрацит – 7400
Из этого видно, что для топки печи нужно затратить каменного угля в 2 раза меньше, чем дров (по весу), антрацита в 1 ½ раза меньше, чем бурого угля.
Нужно иметь в виду, что в таком топливе, как дрова и торф, на количество выделяемого тепла сильно влияет количество содержащейся в топливе влаги. Приведенные цифры относятся к высушенному торфу. (10 рис)
