17. Специализированная газовая отопительная печь АКХ-14

Отопительные печи, предназначенные для периодической топки дровами, создавались, как правило, с большим числом дымооборотов и кладкой, имеющей увеличенную аккумулирующую способность. При такой конструкции печей оказывалось возможным за 1,5 - 2 ч топки передать массиву кладки весь запас теплоты, необходимый для восполнения круглосуточных теплопотерь в отапливаемых помещениях.

Применение другого вида твердого топлива - угля - позволило внести в конструкции печей существенные изменения. В связи с тем, что раскаленный слой каменного угля обладает высокой лучей спуска тельной способностью, выделение общего количества теплоты в топливнике печи увеличилось, в результате чего появилась возможность уменьшить число дымоходов в печи, а следовательно, и уменьшить ее габариты.

Применение в печах такого совершенного топлива, как газ, дает возможность создавать еще более удобные в эксплуатации конструкции печей, а также позволяет в какой-то степени автоматизировать их работу.

При конструировании печи АКХ-14 (конструкция ее разработана Ю. П. Сосниным), показанной на рис. 52, в первую очередь было уделено внимание рациональному температуры по теплопередающей поверхности.

Рис. 52. Газовая отопительная печь АКХ-14: 1 - регулятор вторичного воздуха; 2 - газовая горелка ГДП-15; 3 - кирпичная насадка; 4 - рассекатель продуктов сгорания; 5 - сборный коллектор; 6 - сигнализатор тяги ЭБА; 7 - заслонка; 8 - герметичная дверка

Для равномерного нагрева помещения по высоте необходимо, чтобы стенки топливника печи прогревались более интенсивно, чем кладка в верхней зоне. Для максимального выделения теплоты стенками топливника в верхней его зоне устанавливается решетка из шамотных кирпичей. При работе горелки нижние поверхности этих кирпичей излучают значительную часть теплоты на стенки топливника и способствуют, таким образом, их более интенсивному нагреву по сравнению с верхними зонами. Дымовые каналы печи представляют собой ряд прямоточных каналов, которые образуются между кирпичами, поставленными в три яруса один над другим, что позволяет получить развитую площадь тепловоспринимающей поверхности на сравнительно коротком пути, проходимом продуктами сгорания по прямоточной схеме.

Гидравлическое сопротивление печи АКХ-14 незначительно из-за отсутствия опускных каналов и резких поворотов газового потока, что способствует ее быстрой вентиляции перед началом топки, а также устойчивой работе в теплый период отопительного сезона (весна, осень). При минимальном разрежении в районе заслонки во всех дымовых каналах во время топки также будет разрежение, так как движение продуктов сгорания совпадает с действием подъемных сил. Это значит, что при наличии трещин в кладке через них будет подсасываться в печь воздух из помещения, а продукты сгорания не смогут проникнуть в отапливаемое помещение.

Особенностями конструкции печи является наличие специальных рассекателей в виде кирпичей, положенных плашмя и размещенных в центре восходящего потока дымовых газов. Три ряда рассекателей, поставленных один над другим, направляют продукты сгорания непосредственно к теплопередающим боковым стенкам печей, кроме того, создается непрерывное изменение направления движения продуктов сгорания снизу вверх по схеме: сборный коллектор - система узких дымовых каналов - сборный коллектор. Такая схема дымоходов способствует равномерному нагреву печи по периметру и увеличивает коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к тепловоспринимающей поверхности, особенно в местах входа в кирпичные каналы и выхода из них. Некоторые показатели печи АКХ-14, не указанные в описании, приведены в технической характеристике.

Данные о приблизительном размере жилой площади, которую может обогреть печь АКХ-14, приведены в табл. 8.

Таблица 8. Помещения, которые могут отапливаться печью АКХ-14

Примечание. Расчет площади помещений произведен для климатических условий средней полосы СССР.

Практика показала, что газовая отопительная печь АКХ-14 может эксплуатироваться и с горелками периодического действия, и с горелками, предназначенными для непрерывной тапки.

При установке в печь АКХ-14 горелок периодического действия стенки топливника необходимо выкладывать из огнеупорного кирпича. Во всех случаях следует стремиться устанавливать горелку в основании топливника.

Чем ниже установлена горелка в топливнике, тем лучше прогревается нижний массив кладки "печи и, главное, полнее используется полезный объем топливника, вследствие чего тепловое напряжение топочного пространства при периодической топке окажется наименьшим.

Например, если горелка, расходующая 1,8 м³/ч природного газа, установлена на третьем ряду кладки, считая от пола помещения, то тепловое напряжение топочного пространства окажется Q/V=314 кВт/м³, что является вполне допустимым для периодической топки. Если эту же горелку установить на пятом ряду кладки, то вследствие уменьшения полезного объема топливника, расположенного выше выходного отверстия горелки, параметр Q/V окажется равным 475 кВт/м³. При этом в топливнике будет наблюдаться большая неравномерность распределения температур: у основания топливника - 250 - 300°С, а в верхней зоне (под насадками) - 950 - 1000°С. Это создает неодинаковые термические условия для огнеупорной кладки и отрицательно сказывается на ее долговечности. Чтобы избежать при периодической топке перегрева боковых стенок печи, соприкасающихся с насадкой топливника, в первой насадке следует устанавливать 5 огнеупорных кирпичей, а во второй и третьей насадках - 6. Рассекатели на насадках из кирпичей, положенных плашмя, остаются без изменения на всех трех насадках.

Топить печи АКХ-14 следует не более 1,5 - 2 ч, в сильные морозы - 2 раза в сутки, так как при топке длительностью 3 - 3,5 ч может потрескаться кладка печи.

При обследовании этих печей не было случаев отравления людей угарным газом или хлопков газовоздушной смеси.

Статистические данные показывают, что большинство построенных и введенных в эксплуатацию печей АКХ-14 работает с горелками периодического действия.

Печи АКХ-14 сооружены в Москве, Ростове-на-Дону, Новочеркасске, Таганроге и т. д., но наибольшее число их введено в эксплуатацию в Ставрополе-краевом (более 10000 шт.).

Эти печи находят применение в одно-, двух- и трехэтажных жилых домах. При этом в трехэтажных строениях печи устраиваются в проемах капитальных стен или на консолях, прочно заделанных в кирпичный массив стены.

Порядовая кладка печи АКХ-14 малого габарита приведена в прил. 8, среднего габарита - в прил. 9.

Печь АКХ-14 может эксплуатироваться также с горелками непрерывного действия. В этих горелках происходит непрерывное (в течение суток) сжигание от 0,1 до 0,4 м³/ч газа. Количество сжигаемого в течение 1 ч газа регулируется вручную в зависимости от температуры наружного воздуха. Непрерывная топка печи газом в течение суток имеет следующие особенности:

при круглосуточном сжигании газа в печи устраняются резкие температурные расширения внутренних слоев кладки, имеющие место при периодической топке. При работе горелки периодического действия уже по истечении 0,5 - 1 ч кладка нагревается до 600 - 700°С. При непрерывном режиме горения газа кладка печи не испытывает резких температурных колебаний, что увеличивает срок ее службы;

при непрерывном режиме топки значительно возрастает эффективность использования массива кладки, о чем можно судить по средней теплоотдаче с 1 м² площади наружной поверхности лечи и по числу кирпичей, приходящихся на 1000 ккал теплоты, отданной печью отапливаемому помещению.

В печи с горелкой периодического действия за короткий срок топки (1,5 ч) предельно допустимая температура на наружной поверхности (80°С) достигается только на небольшой площади (примерно на 20 - 25% всей поверхности печи), поэтому усредненная температура поверхности обычно составляет 60 - 65°С. На этом уровне температура удерживается в течение 2 - 3 ч, а затем начинает -снижаться до 30 - 35°С к началу следующей топки. Следовательно, средняя температура поверхности печи по времени (при топке 1 раз в сутки) составляет 45 - 46°С, а средняя теплоотдача с 1 м² ее поверхности колеблется от 290 до 325 Вт (при двух топках в сутки средняя температура будет равна 54 - 56°С, а средняя теплоотдача - 460 - 510 Вт).

Наибольшая средняя теплоотдача с 1 м² площади наружной поверхности достигается при непрерывной топке (790 - 872 Вт), что соответствует температуре наружной поверхности печи 82 - 83°С.

Пример. Определим эффективность использования кладки печи АКХ-Н среднего габарита, зная, что площадь теплопередающей поверхности у нее 5 м² и что на выкладку данной конструкции идет 270 шт. кирпича. При одноразовой топке в сутки теплоотдача ее составит Q^ср_ч=5·250=1450 Вт, при двухразовой Q^ср_ч=5·510=2550 Вт и при непрерывной Q^ср_ч=5·810=4050 Вт.

Для передачи помещению 4190 кДж теплоты при одноразовой топке для кладки печи потребуется 215 шт. кирпича, при двухразовой топке - 123 шт., при непрерывной топке - 77 шт.

Таким образом, кирпичная кладка печи наиболее эффективно используется при непрерывной топке.

Печи АКХ-14, переведенные на непрерывную топку, создают в жилых комнатах тепловой режим, аналогичный режиму помещений с центральным отоплением. По желанию температура в отапливаемых комнатах может постоянно поддерживаться на любом желаемом уровне. Кроме того, в этом случае отсутствуют нерациональные потери теплоты в дымовую трубу с нагретым воздухом, которые имеют место в перерывах между периодическими топками. Поэтому эксплуатационный КПД печи при непрерывной топке оказывается довольно высоким - 88 - 90%.

Между тем при эксплуатации печей с горелками непрерывного действия выяснилось, что из-за малой часовой подачи горючего газа (0,1 - 0,4 м³/ч) и невысокой температуры уходящих из печей продуктов сгорания (80 - 130°С) последние сильно охлаждаются в неутепленных существующих дымовых трубах, в результате чего на внутренней поверхности оголовков труб выпадает конденсат.

Проведенные в дальнейшем исследования позволили разработать ряд эффективных мероприятий, устраняющих конденсатообразование на внутренней поверхности дымовых труб, таких как:

утепление участков дымовых труб, проходящих в зоне чердачного помещения и выше кровли здания, и уменьшение поперечного сечения дымовых труб;

устройство одного общего дымохода для нескольких печей.