Кладка основных частей печи, борьба с конденсатом [1983 Шепелев А.М.

Бытовые печи имеют различное устройство, но у всех есть общие основные части; топка, дымообороты (дымоходы) и полости внутри печи, по которым выходят в атмосферу продукты сгорания; отопительная часть с теплоотдающей поверхностью; у кухонных плит чугунный настил (плиты), варочные камеры и другие устройства в зависимости от назначения печи.

Общая схема отопительной печи

Иногда печи небольших размеров и массы ставят не на полу или фундаменте, а поднимают над ними, устраивая так называемые шанцы 1 (рис. 37), то есть несколько рядов (полос) кирпичной кладки часто не выше 130-140 мм. Таким образом низ печи становится теплоотдающим. В процессе кладки печи в ее нижней части под колосниковой решеткой 4 устраивают специальную выемку, называемую поддувалом, или зольником 2, которое служит для подачи воздуха к топливу через прозоры колосниковой решетки, а также для сбора золы и шлаков. Поддувало закрывают дверкой 3. Над колосниковой решеткой расположена топка 7 (топочное пространство), закрываемая топочной дверкой 5. Нижняя поверхность топки называется подом 6, на которой укладывают топливо. Верх топки перекрывает свод 9 с расположенным вверху хайлом 8 (отверстием), необходимым для выхода из топливника продуктов сгорания в дымообороты.

Топливо, сгорая в топке, отдает наибольшее количество тепла, а продукты сгорания выходят или прямо в трубу, или предварительно под чугунный настил, духовой шкаф, водогрейную коробку плиты, в каналы, а затем в атмосферу через дымовые каналы.

В некоторых печах устраивают внутренние тепловоздушные камеры 10, в которых нагревается поступающий из помещения воздух и выходит обратно, то есть циркулирует, все время нагреваясь, и печь более равномерно выделяет тепло. Кроме внутренних тепловоздушных камер имеются наружные теплоотдающие поверхности 11, наружные стенки, которые также нагреваются горячими газами при движении по дымооборотам 12, выше которых расположена перекрыша печи 13, выполняемая не менее чем из трех рядов кладки. Продукты сгорания (горячие газы), пройдя по дымооборотам и нагрев их, поступают в дымоход 14, дымовой канал, отводящий дым наружу. Между печью и стеной устраивают воздушное пространство - отступку 15. Для соединения печи со стенным дымоходом имеется патрубок 16, закрываемый дымовой задвижкой или вьюшкой 17. Внутри топочного пространства имеются внутренние тепловоспринимающие поверхности 18 - стенки, свод и под.

Рис.37. Схема отопительной печи: 1 - шанцы; 2 - поддувало; 3 - поддувальная дверка; 4 - колосниковая решетка; 5 - топочная дверка; 6 - под; 7 - топочное пространство (топливник); 8 - хайло; 9 - свод топливника; 10 - тепловоздушная камера; 11 - наружная теплоотдающая поверхность; 12 - дымообороты; 13 - перекрыша печи; 14 - дымоход; 15 - отступка; 16 - патрубок; 17 - задвижка дымовая; 18 - внутренние тепловоспринимающие поверхности

В том случае, когда трубу устанавливают на самой печи, она называется насадной. Для отвода топливных газов от нескольких печей дымовые трубы объединяют в один кирпичный массив, то есть коренную трубу, выкладываемую рядом с печью на отдельном фундаменте и с отступом от фундамента здания.

Топливники

Топливники - это камеры внутри массива печи, в которых сгорает топливо. Для правильного горения топлива под каждый вид его устраивают тот или другой топливник с соблюдением всех требований. От неправильно устроенного топливника не полностью сгорает топливо, его много расходуется, и плохо нагревается печь.

Форма и размеры топливника должны быть такими, чтобы создать необходимый объем, вмещающий такое количество топлива которое нужно для нагревания печи без последующего его добавления. В топливнике должно полностью сгорать топливо, не попадая при этом в дымообороты в виде несгоревших частиц, засоряющих дымообороты и снижающих нагревание стенок.

Топливники делают такой высоты, чтобы после укладки топлива между ними и перекрытием топливника 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.

Топливник для дров. Дрова и торф содержат много летучих веществ и дают при горении высокое пламя. Они должны иметь большой объем топочного пространства. Высота топливника для дров, считая от колосниковой решетки, колеблется от 800 до 1000 мм (рис. 38).

Рис. 38. Топливник для дров: 1 - поддувало; 2 - топливник, 3 - свод

Под топливника имеет откосы-скаты к решетке для скатывания на нее угля. Колосниковую решетку ставят ниже уровня топочной дверки, что не позволяет углям выпадать наружу. Поэтому решетку и заглубляют на один ряд кладки против нижней кромки топочной дверки. Дрова закладывают плашмя или клеткой. Если высота наложенных дров 300-400 мм, то высота свободного пространства над ними - 500-600 мм. Дверки применяют любые, но лучше герметические. Топливник рекомендуется футеровать (облицовывать) огнеупорным кирпичом (заштрихован клеточками).

Топливник для сланцев (рис. 39). Сланцы - многозольное топливо, в котором количество золы достигает более. 30%. Поэтому он несколько отличается от топливника для дров. Высота топливника, считая от пода, должна быть не менее 670 мм. Обычная колосниковая решетка быстро забивается золой и перестает пропускать воздух. Поэтому их в таких топливниках не применяют, а устраивают порог, делая стенки топливника наклонными. Сланцы закладывают через топочную дверку в топливник в небольшом количестве. Растапливают дровами. Из сланцев в начале горения выделяется много летучих веществ, для сжигания которых через специальную дверку и канал впускают в топливник дополнительно воздух. Шуровку выполняют через нижнюю поддувальную дверку и поддувальный канал. Зола собирается в ящик из стали, устанавливаемый в углублении поддувала.

Рис. 39. Топливник для сланцев: 1 - поддувало; 2 - дверка для подачи добавочного воздуха; 3 - топливник; 4 - свод; 5 - металлический ящик для сбора золы

Топливник следует перекрывать аркой из огнеупорного кирпича. Чтобы газы не проникали в помещение при закрытой печи, в дымовой задвижке или вьюшке следует сделать сквозное отверстие диаметром не менее 10 мм.

Топливник для торфа. Торф влажностью 25-30% может сжигаться в топливниках с колосниковыми решетками (рис. 40), но увеличенных размеров по сравнению с применяемой для дров. Желательно, чтобы все стенки топливника имели скаты к колосниковой решетке. Высота топливника - от 650 до 750 мм. Торф закладывают в топку слоем в 250 мм, чтобы оставалось пространство над слоем топлива 400-500 мм. Зольник изготовляют особой конструкции и более емкий, так как при сгорании торфа образуется много золы. Лучше всего под колосниковой решеткой установить металлический ящик, из которого по мере заполнения удаляют золу через поддувальную дверку.

Рис. 40. Топливник для торфа: 1 - поддувало; 2 - топливник; 3 - колосниковая решетка; 4 - металлический ящик для сбора золы

Влажные сорта торфа для сжигания следует просушить. Для торфа повышенной влажности применяют топливник специального типа с двумя колосниковыми решетками (рис. 41), поставленными горизонтально и вертикально. Для растопки на горизонтальную решетку сперва закладывают древесную растопку и небольшую порцию торфа. Как только торф хорошо разгорится, добавляют основное количество торфа через топочную дверку так, чтобы его слой был выше наклонных колосников. Топливник выполняют высотой 820 и шириной 455 мм. Учитывая большое количество водяных паров, образуемых при сгорании, вверху топливной камеры для их выхода устраивают специальное отверстие. Воздух для горения поступает через поддувальную дверку, а шуровку топлива выполняют, через дверку, расположенную над поддувалом или между двумя колосниковыми решетками. Прозоры в колосниковых решетках делают не более 8-10 мм. Дымовая задвижка или вьюшка должны иметь сквозные отверстия. В этом топливнике также сжигают кизяк повышенной влажности. Сухой кизяк сжигают в топливниках для дров.

Рис. 41. Топливник для торфа повышенной влажности: 1 - поддувало; 2 - дверка для шуровки топлива; 3 - топочная дверка; 4 - свод; 5 - отверстие вверху топливной камеры; 6 - хайло; 7 - решетки

Топливник для каменного угля и антрацита (рис. 42). Каменный уголь и антрацит для горения требуют сильной подачи воздуха к горящему слою. Поэтому в топливниках для этого топлива необходимы колосниковые решетки, которые располагают в неглубокой шахте. Учитывая, что при горении развивается высокая температура, стенки топливника и перекрытия обязательно выкладывают из огнеупорного кирпича. Обыкновенный кирпич быстро разрушается. Колосниковую решетку заглубляют на 300-350 мм.

Рис. 42. Топливник для каменного угля: 1 - поддувало; 2 - топливник; 3 - шахта; 4 - колосниковая решетка; 5 - металлический ящик для сбора золы

Конструкция топливника такова, что нижняя часть его над решеткой значительно сужена. Это делают для того, чтобы антрацит горел сравнительно толстым слоем, что связано с его нормальным сжиганием, происходящим при высокой температуре.

Топливо загружают через топочную дверку. Колосниковую решетку следует ставить тяжелую, выдерживающую высокую температуру. В дымовых задвижках или вьюшках обязательно просверливают сквозные отверстия.

Шахтные топливники необходимы в печах, где происходит длительная топка кусковым топливом. Для разжигания такой печи на колосниковую решетку кладут мелкие дрова или другую растопку, на которую через топочную дверку засыпают немного угля и зажигают дрова. Как только они разгорятся, загружают остальное топливо. По мере сгорания нижних слоев верхние постепенно опускаются. В таких печах возможно скопление газов, поэтому для их отвода в дымоход вверху топливника устроено сквозное отверстие. Кладку следует выполнять из огнеупорного кирпича. Конструктивные особенности топливника показаны на рисунке 43. Ставят массивную колосниковую решетку или колосники. Гарнитура должна быть герметической. В задвижке или вьюшке обязательно устраивают сквозные отверстия. Кроме каменного угля в таком топливнике можно сжигать кусковой торф или торфяные брикеты.

Рис. 43. Топливник шахтный для каменного угля: 1 - поддувало; 2- топливник; 3 - загрузочное отверстие; 4 - отверстие для отвода газов в трубу; 5 - колосниковая решетка

Дымообороты

Дымообороты (дымоходы) в отопительных печах - это каналы, расположенные внутри массива печи, которые соединяются с топливником и дымовой трубой.

Дымоходы бывают самыми короткими или с более длинным извилистым путем, с одним или несколькими поворотами - дымооборотами, которые располагаются различно. В практике их часто называют дымовыми каналами или просто каналами.

Они бывают вертикальные (стоячие) и горизонтальные (лежачие), а также подъемные и опускные. Переход из одного канала в другой поверху называют перевалом, а такой же переход внизу - подверткой.

Обычно сечение каналов бывает: кирпич на кирпич (260×260 мм), кирпич на половину кирпича (260×130 мм), половина кирпича на половину (130×130 мм). Это более удобные размеры, другие применять не рекомендуется. Внутренние поверхности каналов должны быть как можно глаже и ровнее, что уменьшает сопротивление проходу дымовых газов.

Назначение всех каналов - восприятие тепла от сгораемого топлива. В дальнейшем это тепло передается массиву печи.

Все дымообороты должны иметь достаточное сечение для свободного пропускания всего объема дымовых газов. Излишние (большие) размеры каналов уменьшают скорость движения газов и поэтому требуют увеличения размеров печи. Уменьшение скорости продвижения газов снижает нагревание печи в целом.

Следовательно, размеры каналов имеют большое значение.

Нормальная температура отходящих газов из печи перед выходом в дымовую трубу считается 120-140°С. Высокая температура примерно 250-300°С говорит о заниженной поверхности дымооборотов. Напомним, что слишком низкая температура отходящих газов (ниже 100°С) говорит о том, что излишне развиты (велики) поверхности стенок дымооборотов. Это может привести к конденсату, который, проникая через кладку, постепенно разрушает ее.

Печь должна равномерно прогреваться. Перегрев верхней части нежелателен, так как в этой зоне тепло мало ощущается человеческим организмом. Немалую роль играет общая протяженность дымооборотов и особенно количество поворотов, "усиливающих сопротивление дымовых газов во время прохода. Все это учтено в рекомендуемых печах.

Системы дымооборотов в печах бывают разными: канальными, бесканальными и смешанными, малооборотными и многооборотными.

Малооборотные системы имеют один подъемный канал и один или несколько опускных, соединенных параллельно, и газы в них идут в одном направлении (рис. 44).

Рис. 44. Малооборотные схемы: а - с одним опускным каналом; б - с многими опускными каналами; Т - топливник, 1, 2, 3, 4 - каналы; 5 - дымовая труба

Многооборотные системы построены так, что дымовой канал состоит из последовательно соединенных вертикальных и горизонтальных участков, где газы, направляясь к трубе от топливника, преодолевают большое количество оборотов (рис. 45). Печи с такой системой оборотов прогреваются весьма неравномерно, требуют повышенной тяги, а обилие оборотов повышает оседание сажи. Очищать такие печи очень трудно.

Рис. 45. Многооборотные схемы: а - с вертикальными каналами; б - с горизонтальными каналами; Т - топливник; 1, 2, 3, 4 - каналы; 5 - дымовая труба

В бесканальной системе - колпаковой (рис. 46) дымовые каналы отсутствуют, а над топливником имеется камера в виде колпака. Из топливника под камерой проходит входное отверстие, а также боковое для отвода охлажденных газов. Работает печь так. Горячие газы попадают в колпак из топливника, 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 часто в колпаке делают продольные перегородки на всю его высоту, образуя как бы колодцы. Эта система проста в выполнении, имеет наименьшее газовое сопротивление. К недостатку можно отнести перегрев верхней части печи. Такие печи конструктора В. А. Потапова имеются в данной книге. Они даны в двух вариантах подключения их к коренной или стенной трубе или к насадной.

Рис. 46. Бесканальная схема: Т - топливник; 1 - колпак

В системе с преимущественным нижним прогревом (рис. 47) обеспечивается наибольший нагрев нижней части печи. Работает печь так. Сначала горячие газы из топливника опускаются вниз, нагревая нижнюю часть печи, слегка охлаждаясь, они направляются вверх. Верхняя часть системы делается или однооборотной, или в виде колпака.

Рис. 47. Схема с преимущественным нижним прогревом: Т - топливник

Эта система является более рациональной из всех существующих.

Образование конденсата и борьба с ним

Некоторые печи страдают одним дефектом - они конденсируют, то есть выделяют черную жидкость со специфическим запахом, которая образуется в результате выпадения водяных паров и паров смолистых веществ на стенках дымовой трубы. От времени конденсат пропитывает печную кладку насквозь, она становится сырой, тяга снижается, а кладка быстро разрушается. Пятна с наружной стороны печи удаляются только путем срубания кирпича и оштукатуривания таких мест цементным раствором, а чаще всего кладку заменяют новой. Выделяемые конденсатом тяжелые запахи приводят к невозможности проживания в доме.

Даже в самом сухом топливе имеется небольшое количество влаги. Кроме того, содержащийся в топливе водород, две весовые части которого соединяются с одной весовой частью кислорода, также образует водяной пар.

Дымовые газы с невысокой температурой и каким-то количеством воды, в виде пара, проходя по каналам печи и трубы, не только охлаждают их, но, соприкасаясь с холодными стенками трубы, оседают каплями на них, которые стекают вниз. Обилие стока зависит от количества конденсата.

Чтобы имеющаяся вода в горячих газах лучше испарялась, температура последних должна быть повышенной. На хорошо нагретых стенках трубы осевшие капли влаги быстро испаряются.

Нормальная температура отходящих из печи газов перед выходом в трубу считается 120-140°С, а при выходе из трубы в атмосферу - не ниже 100°С.

Если дымовые газы при выходе в трубу, то есть у вьюшки, достигают температуры около 250°С, то конденсата никогда не образуется, улучшится тяга, печи быстрее нагреваются, потребляя при этом меньше топлива.

Определить температуру выходящих газов можно простейшим способом, воспользовавшись сухой лучиной, которую кладут поперек отверстия вьюшки во время топки. Если через 30-40 мин вынуть лучину и соскоблить с нее ножом закопченную поверхность, то можно установить температуру газов. Цвет лучины не меняется при температуре в пределах 150°С. Если лучина желтеет (до цвета корки белого хлеба), значит, температура дошла до 200°С; а если стала коричневой (до цвета корки ржаного хлеба), то температура поднялась до 250°С. Почерневшая лучина указывает на температуру 300°С, а когда она превращается в уголь, то температура достигает 400°С.

Таким образом, при топке печи температуру газов надо регулировать так, чтобы у вьюшки она была в пределах 250°С.

Следует знать, что в летнее время конденсат или совсем не образуется, или бывает в небольшом количестве.

В образовании конденсата большую роль играют размеры колосниковой решетки, правильно поднятого пода и устройства горнила у русской печи, размеры канала, толщина стенок, длина и высота дымовой трубы, температура ее нагрева, влажность применяемого топлива, температура выходящих газов из трубы и избыточное количество дымоходов в печи.

Высота дымовой трубы должна быть не менее 5-6 м, считая от уровня зольниковой камеры или пода русской печи. Толщину кладки стенок трубы следует выполнять в полкирпича (12 см). Более тонкие стенки трубы быстро нагреваются и быстро остывают, что приводит к образованию конденсата. Такие трубы необходимо утеплять.

Различные трещины в трубе и печи, сквозь которые проникает холодный воздух, также способствуют охлаждению газов и образованию конденсата. Когда сечение канала трубы (дымохода) выше требуемого для данной печи, то дымовые газы поднимаются по ней очень медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе. Большое влияние на силу тяги, то есть на выход дымовых газов, оказывает гладкость стенок дымоходов. Чем они глаже, тем сильнее тяга. Все шероховатости в трубе способствуют снижению тяги и задерживают на себе сажу.

Иногда для улучшения тяги в печах приходится перекладывать трубы, уменьшая размеры дымохода, опуская или поднимая высоту трубы на крыше. Делают это до тех пор, пока не получают удовлетворительного результата. В местах сужения дымохода следует стесывать прямые углы, чтобы обеспечить более плавный переход газов.

На тягу в трубе также влияет ветер. Это бывает тогда, когда он дует горизонтально, встретив трубу, отклоняется от своего направления в сторону выходного отверстия трубы вверх. В этом случае около трубы разрежается воздух и газы лучше выходят из дымохода, как бы высасываются из него.

Если ветер дует сверху вниз, то он задувает (опрокидывает) газы в трубу и тяга снижается до минимума.

Чтобы уменьшить действие ветра на выходящие из трубы газы, необходимо скашивать наклонные плоскости труб, а еще лучше накрывать их металлическими колпаками - зонтами со скошенными плоскостями. Ударяясь о них, ветер отклоняется от своего первоначального направления и не попадает в трубу. Кроме того, колпак предохраняет верх трубы и ее стенки от намокания и размывания дождевыми водами. В сырых трубах снижается тяга.

Большую роль играет и процесс сгорания топлива. Дерево воспламеняется при температуре не ниже 300°С, каменный уголь - при 600°С. Нормальный процесс горения протекает при более высокой температуре: дерево - при 800-900°С, каменный уголь - при 900-1200°С. Такие температуры обеспечивают непрерывное горение при условии, что воздух (кислород) поступает без перерыва в потребном для горения количестве. Когда его подается слишком много, топливник будет охлаждаться, а горение ухудшаться, так как для хорошего горения нужна высокая температура. Не следует топить печь при открытой топке. При полном сгорании топлива цвет пламени соломенно-желтый, а дым белый или почти прозрачный. В этом случае сажа почти не откладывается на стенках каналов печи и трубы.

При недостаточной подаче кислорода в печь топливо сгорает не полностью, дрова тлеют или горят темно-красным пламенем, а из трубы идет черный дым, который уносит с собой несгоревшие мельчайшие частицы топлива. В этом случае на стенках каналов печи и в трубе эти частицы оседают и быстро засоряют их.

Следует обратить самое серьезное внимание на утепление чердачного пространства и находящихся там труб, закрыв все отверстия. Сквозные ветры быстро все остужают и повышают конденсацию.

Имеются многоканальные печи или бесканальные с большими внутренними тепловоспринимающими поверхностями. В таких печах горячие газы отдают им много тепла, а сами выходят в трубу сильно охлажденными, образуя большую конденсацию.

Все рассмотренные выше рекомендации для таких печей не дают положительных результатов. Такие печи приходится перестраивать, чтобы повысить температуру выходящих газов. Это достигается следующими мероприятиями: сокращением внутренних тепловоспринимающих поверхностей печи или устройством небольших окошек - отверстий из топливника в последний или последний и предпоследний дымоходы.

Для перестройки таких печей приходится разбирать часть кладки с передней или другой стороны, часто с двух сторон и после исправления заложить так, чтобы ремонтируемое место ничем не отличалось от ранее выполненной кладки.

Например, когда в печи имеется семь дымоходов, то для того, чтобы ликвидировать конденсат, один или два канала (последний и предпоследний) или только один из них отключают, перекрывая вверху и внизу, чем повышается температура отходящих газов.

Эти каналы можно не отключать, а устроить из топливника печи к ним небольшие окошки сечением примерно 50×50 мм. Такое квадратное окошко выкалывают в кирпиче, но это не всегда легко. Поэтому просто стесывают или скалывают кирпич с одной стороны в таком количестве, чтобы эти окошки имели площадь 25 кв. см. Этот способ надежный, так как также повышает температуру отходящих газов до нормы и струйки горячего воздуха из топливника попадают в каналы, поднимая в них температуру. Следует указать, что наибольший эффект дает небольшое сокращение каналов или внутренних тепловоспринимающих поверхностей с дополнительным устройством к ним окошечек из топливника.