Строительство и ремонт

Бытовые печи, камины и водонагреватели

Ю. П. Соснин, Е. Н. Бухаркин

Определение теплотехнических показателей. При переводе существующих отопительно-варочных печей на газ, а также при проектировании новых бытовых газовых печей важно знать, какое количество теплоты поглощается отдельными их элементами (топливником, чугунной плитой, духовым шкафом, внутренней поверхностью отопительного щитка) в зависимости от расхода газа в 1 ч времени топки и коэффициента избытка воздуха в топочном пространстве.

Зная интенсивность теплопоглощения каждого из вышеперечисленных элементов, можно определять их линейные размеры, исходя из заданного режима горения и тепловой нагрузки. Расчет дает возможность определить, сколько дымооборотов целесообразно оставлять при переводе существующих отопительно-варочных печей с твердого топлива на газ, а также с известной степенью точности находить температуры на наружной поверхности печи в момент максимального ее нагрева.

Методика расчета отопительно-варочных печей не отличается от расчета отопительных печей периодического действия и сводится к следующему.

В зависимости от коэффициента избытка воздуха в топливнике определяется теоретическая температура продуктов сгорания газа.

Переход от теоретической температуры горения в топливнике к фактической производится при помощи пирометрического коэффициента.

Величины этого коэффициента, найденные автором опытным путем для отопительно-варочных печей, переведенных на газ, представлены на графике  75.

Зная теоретическую температуру сгорания газа и пирометрический коэффициент, можно определить среднюю температуру продуктов сгорания на выходе из топливника и КПД газовой печи.

В зависимости от конструкции отопительно-варочной печи к этому методу вводятся некоторые поправки,- которые даны в нижеприведенных примерах.

Пример 1. Дана отопительно-варочная печь ( 76) с системой последовательных горизонтальных дымовых каналов. В печи установлена трубчатая эжекционная горелка с организованной подачей вторичного воздуха. Расход газа через горелку 6=1,9 м3/ч; теплота сгорания природного газа Q\ =35600 кДж/м3; длительность топки т = 2,5 ч; температура в помещении 20 °С.

Требуется найти средние температуры продуктов сгорания во время топки в дымовых каналах до и после духового шкафа в центре дымооборотов отопительного щитка и под заслонкой при различных коэффициентах избытка воздуха в топливнике: <хт — 1,2 и 3,5. Искомые точки обозначены на  76 римскими цифрами.

Найдем сначала все. температуры в искомых точках для коэффициента избытка воздуха «т=1,2. Предварительно определим ряд вспомогательных величин.

Площадь внутренней тешювоспринимающей поверхности дымоходов ото-пительно-варочной печи находим на графике ( 75). Расчетом учитывается площадь тешювоспринимающей поверхности только тех стенок дымоходов, которые имеют большой тешюаккумулирующий, массив или непосредственно участвуют в теплообмене с отапливаемым помещением. Площадь тешювоспринимающей поверхности внутренних перегородок дымоходов не принимается во внимание, так как аккумулирующая способность их мала по сравнению с остальным кирпичным массивом печи.

Исходные данные для расчета:

площадь поверхности опускного канала, расположенного между правой стенкой духового шкафа и кладкой (площадь поверхности стенки духового шкафа условно приравнивается к площади тепловоспришшающей поверхности кладки печи) — S°HK'=0,3 м2;

По этим исходным данным производим тепловой расчет, результаты которого сведены в табл. 10. В ней даны расчетные средние температуры продуктов сгорания за топку в различных сечениях дымоходов при ат=1,2; 2,5 и 3,5, а также ошибка в определении КПД печи. Расчеты проведены при постоянном расходе газа (с теплотой сгорания 35600 кДж/м3), равном 1,9 м3/ч, тепловом напряжении топочного пространства, равном 260 кВт/м3 и длительности топки — 2,5 ч.

Для того чтобы получить представление о точности предложенного метода расчета, в таблице даны для сравнения экспериментальные данные.

Как видно: из табл. 10, при небольших коэффициентах избытка воздуха расчетные температуры продуктов сгорания и КПД печи меньше действительных (опытных), при увеличенных коэффициентах избытка воздуха — выше опытных.

Расчет прогрева стенок топливника отопительно-варочной печи производится так же, как и в отопительной. На графике, составленном по экспериментальным данным ( 71,6), определяем изменение температуры на внутренней поверхности стенки топливника в зависимости от времени топки и теплового напряжения топочного пространства.

По приведенным ранее формулам определяем объем и теплоемкость продуктов сгорания, теоретическую температуру продуктов сгорания, температуропроводность кладки и тепловое напряжение топочного пространства. Находим величину внутренних площадей тепловоспринимающей поверхности для каждой искомой точки.    Эти величины     овн, 5ВВ, Ьвн , Ьъи    соответственно

равны 0,612 (в эту величину включается площадь тепловоспринимающей поверхности, с которой соприкасаются продукты сгорания при движении от топливника до точки I); 1,552; 2,452 и 3,58 м2.

Затем определяем температуру уходящих газов или изменение температуры продуктов сгорания в каждой из намеченных точек.

В табл. 11 приведены результаты расчета температур в намеченных ранее точках на поверхности отопительного щитка.

Анализ таблицы показывает, что температуры, найденные расчетным путем на наружной поверхности щитка, незначительно отличаются от экспериментальных.

Определение максимального числа дымооборотов в газовых отопительно-варочных печах. Практика показывает, что в жилых домах эксплуатируются разнообразные отопительно-варочные печи, отопительные щитки которых имеют от одного до пяти дымооборотов.

При газификации жилищного фонда важно знать, какое максимальное число дымооборотов может быть допущено в отопительных щитках такого рода печей, чтобы на оголовках труб не происходила конденсация водяных паров.

Для решения поставленной задачи выберем исходные данные, максимально приближающиеся к практическим условиям. Для отопительно-варочных печей наиболее приемлема инжекционная горелка ГДП-1,5, расход газа в которой достигает 1,9 м3/ч (его мы и примем для расчета).

Длительность топки печи примем т = 2,5 ч. Будем считать, что печи топят с различной степенью эффективности, т. е. расчет проведем при различных наблюдаемых практически коэффициентах избытка воздуха ат = 2; 3; 4.

Отопительно-варочные печи, как правило, выкладываются не с коренными (самостоятельными), а с насадными дымовыми трубами.

Поэтому число последовательных вертикальных дымоходов у них может быть равно только 1, 3 и 5. В связи с тем, что площадь тепловоспринимающей поверхности отопительного щитка с одним каналом мала, расчет проведем только для печей, имеющих в отопительных щитках 3 и 5 последовательных каналов.

При рассмотрении этой таблицы видно, что средние температуры уходящих газов t°yx отопительно-варочной печи с пятиобо-ротным отопительным щитком не превышает 45—86 °С. Такие низкие значения температур продуктов сгорания на выходе из печи не могут обеспечить нормальную ее эксплуатацию в зимний период, что объясняется следующими обстоятельствами.

Температура уходящих газов на оголовке дымовой трубы не должна быть меньше температуры конденсации водяных паров, которая зависит от концентрации последних в продуктах сгорания. Чем больше в продуктах сгорания содержится воздуха, тем менее вероятна конденсация водяных паров на внутренней поверхности дымовой трубы. Например, из графика на  79 видно, что при ат = 5 и температуре уходящих газов 40 °С конденсации водяных паров на оголовке происходить не будет, а при ат= 1,5 и ^ух = 40 °С — конденсация неизбежна.

Проверим, возможна ли конденсация водяных паров на оголовке трубы при температуре продуктов сгорания на выходе из печи /уХ = 45'—86 °С, при высоте дымовой трубы #тр = 3,5 м, для трехоборотного и пятиоборотного отопительного щитка, при различных коэффициентах избытка воздуха.

Из табл. 13 видно, что конденсация водяных паров не происходит на оголовке трубы печи с трехоборотным отопительным щитком. В то же время в печи с пятиоборотным отопительным щитком внутренняя поверхность оголовка может увлажняться. Исключение составляет лишь режим горения с коэффициентом избытка воздуха ат = 4, однако топить печь в таком режиме неэкономично. Из этих расчетов можно сделать вывод, что вследствие слишком развитой тепловоспринимающей поверхности отопительно-варочной печи с пятиоборотным отопительным щитком температура уходящих газов у заслонки оказывается заниженной по сравнению с рекомендуемыми значениями, что может привести к конденсации водяных паров на оголовке дымовой трубы. Поэтому такие печи переводить на газ не следует. Однако если печь с пятиоборотным отопительным щитком находится в хорошем состоянии, можно соединить третий канал щитка с дымовой трубой (сделать его трехоборотным) и таким образом приспособить ее к работе на газообразном топливе.