Устройство печи

Устройство печи состоит из двух основных частей-топливник и дымообороты. Размеры и конструкция топливников, как и системы дымооборотов, зависят от топлива и силы тяги в дымовой трубе.

Устройство печи состоит из топливника, где создаются оптимальные условия для горения топлива и конвективной системы ( система дымооборотов), обеспечивающая полное использование теплоты образовавшихся в топливнике продуктов сгорания. Печные устройства делят на подтопочную и над топочную части.

Рисунок-1. Устройство печи

 

1-шанцы; 2-подтопочный канал нижнего обогрева;3-топливник; 4-проем в перекрытии топливника( хайло); 5-чистки; 6, 7 -задвижки; 8-дымовой канал(дымоход),9-разделка; 10-перекрытие; 11-теплоизоляция; 12-выдра; 13-дымовая труба; 14-перекрыша;15- душники; 16-конвективная система; 17-камера; 18-свод; 19, 21-дверцы; 20-решетка; 22-поддувало( зольник); 23-гидроизоляция; 24-фундамент.

 

 

 

 

Подтопочная часть состоит из зольника, шанцев, гидроизоляции и фундамента, а над топочная часть состоит из конвективной системы, воздушной и варочной камер, вытяжных каналов, баков для подогрева воды а также дымовой трубы (смотри рисунок-1).

В топливник-3, через топочную дверцу -19 загружают топливо. В процессе его горения  образуются дымовые газы, которые сначала поднимаются к перекрытию топливника-своду-18, затем через газо-выпускной проем (хайло)-4 поступают в конвективную систему-16.

Здесь горячие газы циркулируют по газоходу, который начинается за хайлом-4 и заканчивается у второй дымовой задвижки-7. Газоход состоит из одного или нескольких дымооборотов, в которых газы попеременно изменяют свое движение в противоположных направлениях. Пройдя газоход, продукты сгорания направляются в канал -8 дымовой трубы -дымоход в котором для регулирования скорости движения потока горячих газов и прекращения их циркуляции установлены задвижки-6 и 7.

В местах прохода дымовой трубы -13 через сгораемое перекрытие-10, стенки дымохода выполняют утолщенными, в результате образуется противопожарная разделка-9. При толщине разделки более 250 мм пространство между трубой и перекрытием заполняют минеральной ватой или войлоком -11, смоченным в глине.

Читай далее на http://stroivagon.ru классификация печей

Участок дымовой трубы -13, возвышающийся над кровлей, называют оголовком. Его стенки выкладывают так, чтобы образовался выступ-12, именуемый выдрой.Сверху печь перекрывают несколькими ( не менее трех) горизонтальными рядами кирпича-перекрытием или перекрышей -14. Некоторые конструкции печей снабжают душником-15, который используется для нагрева помещения помещения в начале процесса топки, когда массив печи еще не прогрелся.

Для этого же служат тепло-воздушные камеры -17,-открытые полости, которые обогреваются дымооборотами, но не сообщаются с ними. Для поддержания процесса горения в топливник -3 через поддувальную дверку-21 поступает воздух. Пространство под топливником одновременно выполняет две функции: подводит воздух к колосниковой решетке-20 и служит сборником золы. Оно называется поддувалом и зольником-22.

Чтобы повысить интенсивность прогрева подтопочной части, в некоторых конструкциях печей прокладывают подтопочный канал -2 нижнего обогрева, находящийся ниже колосниковой решетки -20. Иногда подтопочная часть содержит сообщающиеся с помещением небольшие тепловоздушные каналы -1, через которые циркулирует воздух обогреваемого помещения.

Благодаря этому повышается эффективность теплоотдачи печи и устраняется перегрев пола, на котором она установлена. Как правило массивные печи возводят на собственном фундаменте, обеспечивающий устойчивость всей конструкции и препятствующий образованию осадочных  трещин. Если фундамент находится во влажном  грунте, между ним и кирпичной кладкой печи укладывают слой гидроизоляции.

Читай далее на http://stroivagon.ru фундамент под печь

При эксплуатации печей в нижних точках конвективной системы -16, выпадает сажа и летучая зола. Эти вещества можно удалить через чистки-5. Они представляют небольшие металлические дверки, установленные в местах, где дымовые газы совершают поворот снизу вверх.

Топка печи

 

Топка печи представляет собой кирпичную камеру, где на поде, снабженном колосниковой решеткой сгорает топливо. Воздух для поддержания горения поступает через поддувало ( зольник) и распределяется колосниковой решеткой (читай печная фурнитура). Количество воздуха поступающего в топливник регулируют дверкой зольника, расположенной в стенке топливника.

Топливники печей футеруют огнеупорным или тугоплавким кирпичом.Футеровка печи -это защитная облицовка внутренней поверхности топливника, предохраняющая стенки и свод печи от действия высоких температур. Топочная камера -пространство, заключенное между стенками, подом и перекрытием ( сводом), она соединяется с конвективной системой проемами (хайлами). Размеры топливника определяют из условия одновременной загрузки в него всего количества топлива на одну топку.

В топливнике должно полностью сгорать печное топливо, не попадая в дымообороты в виде несгоревших частиц, засоряющих их и снижающих нагревание стенок.Топливники делают такой высоты, чтобы после укладки топлива между ними и перекрытием оставалось пространство необходимое для того,чтобы все проходящие по нему несгоревшие частицы топлива могли сгореть. В этом случае горение заканчивается внутри топливника и топливо используется полностью.

Для равномерной подачи воздуха к сгораемому топливу применяют колосниковые решетки и поддувальные отверстия. Решетки изготовляют из чугуна, который слабо окисляется под воздействием кислорода при высокой температуре. В топливниках теплоемких печей колосники и колосниковые решетки укладывают на кирпичи или вытесанные в них четверти.

Рисунок-1(а). Формы печных колосниковых решеток

 

а-корзиночка; б-балочный колосник; в) -правильная установка колосника; г)-неправильная установка.

 

 

 

 

 

 

Чтобы зола и мелкий шлак проваливались через промежутки( зазоры) между колосниками, их выполняют клинообразной формы ( иногда конусной).Форма колосников, их толщина и сечение решетки зависят от вида топлива и размеров его кусков( поленьев). Топливо в котором преобладают большие куски с большим выходом летучих веществ ( дрова, брикет), лучше сгорает на балочных колосниках,сформированных в блок  с сечением 20-40 % по отношению ко всей площади решетки.

При сжигании топлива из мелких кусков а также многозольного с малым выходом летучих веществ ( тощие угли, торф), применяют плиточные колосниковые решетки с сечением 10-15 %. Общая площадь решетки определяется ее наружными размерами. Зазоры в колосниках решетках из брусчатых элементов образуются в результате выступов размером 3 мм на торцах брусков. Такие колосники уложенные вплотную один к другому, образуют зазор 6 мм.

Для сжигания бурого угля, брикетов из торфа, дров и другого неспекающегося топлива, такой зазор наиболее приемлем. Для сжигания антрацита и других подобных углей применяют колосниковые решетки с балочными колосниками имеющими уширенный торец( 12 мм) и увеличенные выступы ( 4 мм), благодаря чему зазоры достигают необходимых размеров ( 8 мм).

При установке колосниковой решетки в печи между ее сторонами и кладкой топливника оставляют деформационный шов размером не менее 5 мм, что обеспечивает тепловое расширение колосников при нагреве. Верх решетки располагают ниже кромки топочной дверки не менее чем на 50 мм, что устраняет опасность выпадения горящих углей из печи. Решетку устанавливают таким образом, чтобы топливо размещалось на широкой горизонтальной плоскости колосников.

При неправильном положении решетки зазоры забиваются золой и шлаком, что ведет к неполному сгоранию топлива и перегреву колосников. Колосниковые решетки устанавливают с небольшим уклоном к топочной дверке, что обеспечивает хорошее отделение пламени от дыма и способствует сгоранию удаленного от топочной дверки топлива.

В зависимости от вида топлива различают топливники для дров, каменного угля и антрацита, торфа и т.д. Размеры топливника определяются условиями, обеспечивающими полное сгорание расчетного количества топлива и оптимальное тепловое напряжение топочного объема. Дрова и торф содержат много летучих веществ и дают при горении большое пламя. Они должны иметь большой объем топочного пространства.

Топливник для дров

Высота топливника для дров считая от колосниковой решетки, колеблется от 800 до 1000 мм( смотри рисунок-2).

Рисунок-2. Топливник для дров

 

 

 

 

 

 

 

 

При недостаточной высоте топливника горение протекает плохо, летучие вещества не успевают сгореть и в значительном количестве заполняют газоход, где вследствие небольших температур процесс горения прекращается. Это приводит к тому, что не сгоревшие частицы осаждаются на плоскостях каналов, образуя слой сажи, ухудшающий аккумуляцию теплоты массивом печи. Печь с такой топкой не экономична.

Под топливника имеет откосы- скаты к решетке для скатывания углей. Колосниковую решетку ставят ниже уровня топочной дверки, поэтому решетку заглубляют на один ряд кладки против нижней кромки топочной дверки. Дрова укладывают плашмя или клеткой. Если высота топлива 300-400 мм, то свободное пространство над ними должно быть 500-600 мм. Дверки можно применять любые, но лучше герметические. Рекомендуется топливник футеровать ( облицовывать) огнеупорным кирпичом.

Топливник для каменного угля и антрацита

Рисунок-3. Топливники для каменного угля (а) и антрацита (б)

1-колосниковая решетка; 2, 3-дверцы; 4-свод; 5-газоход; 6-футеровка; 7-шахта; 8-емкость с водой.

 

 

 

 

Каменный уголь для горения требует значительно большего поступления воздуха в топливник, чем при сжигании дров ( приблизительно на 70%). В связи с этим сечение и площадь колосниковой решетки у топливников для сжигания угля должны быть также больше ( рисунок-3,а). Колосники у таких решеток выполняют выше, чем для дров, в противном случае они будут деформироваться от теплового напряжения, возникающего при сжигании угля.

Для эффективного сжигания антрацита требуется толстый слой топлива, в котором развивается достаточно высокая температура. Антрацит горит небольшим пламенем, с малым выходом летучих веществ, поэтому объем топочного пространства топливника для антрацита может быть почти в два раза меньше, чем для дров ( рисунок-3, б). Антрацит не спекается, продукты его негорючей массы легко отделяются и из топливника проваливаются в зольник.

Учитывая, что при горении развивается высокая температура, стенки топливника и перекрытия выкладывают из огнеупорного кирпича, так как обыкновенный кирпич быстро разрушается. Колосниковую решетку заглубляют на 300-350 мм. Топливник для антрацита требует значительного сужения нижней части его над решеткой, чтобы антрацит горел сравнительно толстым слоем. Колосниковую решетку ставят тяжелую, выдерживающую высокую температуру.

В дымовых задвижках или вьюшках просверливают отверстия, чтобы после их закрытия могли проходить газы и вытягивался запах.

Топливник для торфа

Топливник для торфа оборудуется такой же колосниковой решеткой, как для дров. Дровяные топливники эффективны только для сжигания сухих торфяных брикетов, прошедших длительную сушку, а торф влажностью 25-30 % может сжигаться в топливниках с колосниковыми решетками увеличенных размеров( смотри рисунок 4,а).

Рисунок-4. Топливники для торфа

Топливники для торфа

а)- влажного; б) -сухого; 1, 2-колосниковые решетки ; 3-5-дверцы; 6-пароотводящая щель; 7-хайло.

 

 

 

Стенки топливника должны иметь скаты к колосниковой решетке. Высота топливника -650-750 мм. Торф закладывают в топку слоем 250 мм, чтобы над топливом оставалось пространство 400-500 мм.Зольник изготовляют особой конструкции, более емкий, так как при сгорании торфа образуется много золы. Лучше всего под колосниковой решеткой установить металлический ящик, из которого по мере заполнения можно удалять золу через поддувальную дверку.

Влажный торф следует просушить.Для торфа повышенной влажности применяют топливник специального типа с двумя колосниковыми решетками (смотри рисунок-4, б). Высота топливника -820, ширина 455 мм. Учитывая большое количество водяных паров, образующихся при сгорании, для их выхода вверху топливной камеры устраивают специальное отверстие.

Воздух для горения поступает через поддувальную дверку а шуровку топлива выполняют через дверку, расположенную над поддувалом или между двумя колосниковыми решетками. Зазоры в колосниковых решетках делают не более 8-10 мм. Дымовая задвижка или вьюшка также должны иметь сквозные отверстия.

Шахтный топливник

Рисунок-5. Шахтный топливник печей

1-противень; 2-колосниковая решетка; 3-поддувальная дверца; 4-шуровочная дверца; 5-шахта; 6-загрузочная дверца; 7-газо-выпускное отверстие.

 

 

 

 

 

 

 

Шахтный топливник применяют в печах, где происходит длительная топка кусковым топливом ( рисунок-5). Для разжигания печи на колосниковую решетку кладут мелкие дрова или другую растопку, на которую через топочную дверку засыпают немного угля и зажигают дрова.Когда они разгорятся , загружают остальное топливо. По мере сгорания нижних слоев верхние постепенно опускаются.

В таких печах возможно скопление газов, по этому для их отвода в дымоходе, вверху топливника, устроено сквозное отверстие. Кладку топливника выполняют из огнеупорного кирпича, колосниковые решетки или колосники должны быть массивными, гарнитура герметичной. В задвижке или вьюшке устраивают сквозные отверстия. В таком топливнике можно сжигать кусковой торф или торфяные брикеты.

Дымовая труба

Дымовая труба -вертикальный дымовой канал, служащий для отвода остывших дымовых газов в атмосферу. Каждая печь должна иметь отдельный дымовой канал. Если к одной дымовой трубе подсоединить несколько печей, расположенных на разных этажах, то печи расположенные ниже, будут препятствовать выходу дыма из печей, расположенных выше. В результате последние будут дымить.

Это можно объяснить тем, что ниже расположенные печи имеют более длинный канал отвода дымовых газов ( дымоход) а значит и большую тягу. В исключительных случаях допускается присоединение к одной дымовой трубе двух очагов расположенных на одном этаже или в одном помещении.При этом вводы в трубу должны находиться:

• Либо на разных уровнях( на расстоянии не менее 75 см друг от друга).

• Либо на одном уровне при разделении дымового канала надвое перегородкой толщиной в ½ кирпича и высотой 75 см. Дымовые трубы бывают стенными, коренными и насадными. Стенные трубы устраивают внутри капитальных стен. Коренная дымовая труба выполняется в виде отдельного стояка на самостоятельном фундаменте. Используется в двухэтажных домах.

Насадная труба возводится над массивом печи как ее органическое продолжение. при этом насадную трубу лучше ставить не на печную кладку, а на железобетонную плиту толщиной не менее 5 см, уложенную на перекрышу.Трубу выводят через отверстие в потолке и крыше наружу.Такой вид трубы широко используется в одноэтажном строительстве .

Рисунок-6. Насадная дымовая труба

 

Любая насадная труба состоит из следующих частей ( смотри рисунок-6).

• Шейки трубы до перекрытия;

• Разделки у потолка, которая предохраняет последний от возгорания ( между разделкой и потолком укладывают изоляционный слой из асбеста или двухслойного войлока, пропитанного глинопесчаным раствором);

• Вертикального стояка на чердаке;

• Выдры над кровлей, как правило покрытой стальными листами,которые препятствуют проникновению осадков в здание.

• Шейки дымовой трубы над кровлей.

• Оголовка трубы с металлическим колпаком, ( часто устанавливаются дефлекторы) не позволяющим атмосферным осадкам проникнуть внутрь трубы.

На выходе в дымовую трубу располагают дымовую задвижку , которая используется для контроля прохода горячих газов по дымовому каналу и прочистную дверку ( между дымовой задвижкой и разделкой дымовой трубы), которая предназначена для очистки дымоходов и дымовой трубы от сажи.

Рисунок-7. Вьюшка

 

 

 

 

Вьюшка-представляет собой чугунное запорное устройство, устанавливаемое на выходе из печи, которое служит для контроля доступа дымовых газов в дымовую трубу. Размеры вьюшки : 330 х 330, 280 х 280 и 220 х 220 мм.

Размеры внутреннего сечения дымовой трубы зависят от мощности печи и ее назначения( смотри рисунок-8).

Рисунок-8. Варианты внутреннего сечения печной дымовой трубы

 

А-13 х 13 см; Б-13 х 19 см;В-19 х 19 см; Г-13 х 26 см; Д-19 х 26 см; Е-26 х 26 см; Ж-31 х 26 см.

 

 

 

 

 

 

Ориентировочные размеры внутреннего сечения дымовой трубы в зависимости от мощности печи следующие:

• При теплоотдачи печи до 3000 ккал/ч -169 см² (13 х 13 см);

• При теплоотдачи печи в 3000-4500 ккал/ч-247 см² (13 х 19 см);

• При теплоотдачи печи в 4500-6000 ккал/ч  -361 см² ( 19 х 19 см);

• При теплоотдачи печи свыше 6000 ккал/ч  -494 см² (19 х 26 см);

 

Ориентировочные размеры внутреннего сечения дымовой трубы в зависимости от назначения печи следующие:

• Для варочных печей -169 см²(13 х 13 см);

• Для отопительных и отопительных варочных печей  338 см² ( 13 х 26 см);

• Для русской печи -676 см² (26 х 26 см).

Рисунок-9. Приспособление для кладки труб

 

 

 

 

 

 

При кладке труб иногда используют переставной буек вкладыш, сбитый из строганных досок, с небольшим усечением книзу ( смотри рисунок-9). Буек обкладывают кирпичом на 2/3 высоты, затем вытаскивают и отверстие трубы обмазывают глиняным раствором. После этого в трубу опять устанавливают буек и снова обкладывают кирпичом на 2/3 его высоты  и т. д.

Рисунок-10. Расположение дымовой трубы по отношению к коньку крыши.

Высота трубы над кровлей зависит от ее положения по отношению к коньку крыши(смотри рисунок-10).

• При расстоянии 1,5 м от конька высота трубы должна составлять 50 см;

• При расстоянии 1-3 метра от конька крыши труба должна заканчиваться на уровне конька;

• При расстоянии более 3 м от конька труба должна находиться ниже уровня конька под углом 10°.

Общая высота дымовой трубы не должна быть меньше 5-6 м от уровня колосниковой решетки. При этом оголовок трубы должен возвышаться над кровлей не меньше, чем на 50 см. Достаточная высота дымовой трубы обеспечит силу тяги, необходимую для удаления горячих газов в атмосферу и для максимального сгорания топлива.

Это немаловажно, так как во первых повыситься КПД печи, а во вторых, оградит жильцов от ядовитого угарного газа, вдыхание которого нередко приводит к отравлению и даже летальному исходу.По условиям эксплуатации дымовую трубу желательно расположить вблизи конька крыши, что облегчает доступ к оголовку трубы и способствует улучшению тяги.

Дымовые трубы нельзя возводить с подветренной стороны, так как при  определенном направлении ветра возможно задувание в трубу, что вызовет обратную тягу. Результат -дымовые газы устремятся обратно в помещение.Металлический колпак устанавливают с таким расчетом, чтобы дым из трубы выходил параллельно коньку крыши. Наличие колпака желательно, но не обязательно, так как С)при сильном ливне внутрь трубы попадает незначительное количество воды. все колпаки и зонты делаются съемными, чтобы иметь возможность прочищать трубу.

Устройство дымохода

Дымоход состоит из каналов, расположенных внутри массива печи, которые соединяются с топливником и дымовой трубой (смотри рисунок-1). Предназначены для для восприятия тепла от сгораемого топлива, и которые передают тепло впоследствии массиву печи. Каналы бывают вертикальные (стоячие) и горизонтальные (лежачие), а также подъемные и спускные .

Переход от одного канала в другой поверху -перевал, такой же переход внизу -подвертка.Сечение каналов : кирпич на кирпич( 260 х 260 мм) кирпич на половину(260 х 130 мм), половина кирпича на половину( 130 х 130 мм). Внутренние поверхности каналов должны быть гладкими и ровными, что уменьшает сопротивление проходу дымовых газов.

Основные требования к качеству дымоходов:

• Небольшое внутреннее сечение каналов (так,как внутреннее сечение дымоходов отопительных и отопительно-варочных печей не должно превышать 250-300 см²). Чем меньше сечение, тем быстрее движение воздушного потока.

• Внутренняя поверхность вертикальных каналов должна быть безупречно гладкой, чтобы не возникло препятствий на пути движения дымовых газов.

• Все расширения и повороты на которых выпадает особенно большое количество сажи, должны быть закруглены.

Суть всех перечисленных требований состоит в том, чтобы снизить в дымоходах сопротивление движению газов.

Нормальная температура отходящих из печи газов перед выходом в дымовую трубу -120 -140 °С.Если температура достигает 250-300°С, это свидетельствует о заниженной поверхности дымооборотов, слишком низкая температура ( ниже 100°С)-значит, излишне велики поверхности стенок дымооборотов. Это может привести к выпадению конденсата, который проникая через кладку, постепенно разрушает ее.

Печь должна равномерно прогреваться. Перегрев верхней части нежелателен, так как в этой зоне тепло мало ощущается. Немалую роль играет общая протяженность дымооборотов, особенно количество поворотов, усиливающих сопротивление.Системы дымоходов в печах бывают разными: канальными, бесканальными и смешанными, малооборотными и многооборотными.

Малооборотные системы имеют один подъемный канал и один или несколько опускных, соединенных параллельно, газы в которых идут в одном направлении ( с одним и многими опускными каналами, рисунок-11, 1). В многооборотных системах дымовой канал состоит из последовательно соединенных вертикальных и горизонтальных участков, где газы направляясь к трубе от топливника, преодолевают большое количество оборотов( рисунок-11, 2)

Рисунок-11. Малооборотные и многооборотные системы печей

 

 

1-с вертикальными каналами; 2- с горизонтальными каналами.

 

 

 

 

 

Печи с такой системой оборотов прогреваются неравномерно, требуют повышенной тяги, обилие оборотов повышает оседание сажи и кроме того, их трудно очищать. В бесканальной системе -колпаковой -дымовые каналы отсутствуют а над топливником имеется камера в виде колпака( рисунок-12). Из топливника под камерой проходит входное отверстие а также боковое для отвода охлажденных газов.

Рисунок-12. Бесканальная система печи (колпаковая)

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячие газы попадают из топливника в колпак, затем поднимаются до перекрыши печи, расходятся по стенкам и нагревают их, а остывая, опускаются вдоль стен к низу камеры и через второе боковое отверстие попадают в трубу.

Для лучшего нагревания в колпаке иногда делают продольные перегородки на всю его высоту, образуя как бы колодцы.Эта система проста в выполнении и имеет наименьшее газовое сопротивление, тепловая энергия топлива используется наиболее полно.

Рисунок-13. Схема печи с преимуществом нижним прогревом

В системе с преимуществом нижним прогревом обеспечивается наибольший нагрев нижней части печи( рисунок-13). При такой схеме, горячие газы из топливника сначала опускаются вниз нагревая нижнюю часть печи. Слегка охладившись они направляются вверх.Верхняя часть делается однооборотной или в виде колпака.Такая система наиболее эффективна.