Надтопочные конвективные системы печей-2

Выравнивание объемов циркулирующей среды выполняется лишь при двух условиях (рис. 48), когда продукты сгорания поступают в параллельно расположенные опускные каналы 4 из одиночного подъемного участка газохода 6, а не наоборот: когда нижний коллектор I обладает достаточной высотой. Коллектор должен быть сконструирован так, чтобы перегородки параллельных опускных каналов 4 (рассечки) не сужали его живое сечение. Несоблюдение этого условия — частая ошибка, допускаемая при кладке печей, которая ведет к неравномерному прогреву массива печи.

Рис. 49. Отопительная печь с параллельной конвективной системой

Параллельная конвективная система, характеризующаяся перечисленными преимуществами, нашла техническое воплощение в ряде конструкций отопительных печей. На рис. 49 приведена печь с одним подъемным и десятью опускными каналами. Система дымооборотов этой печи имеет достаточно развитую внутреннюю поверхность тепловосприятия и сбалансированность сопротивлений газового тракта. Расположение первого газохода в центре системы обеспечивает равномерное распределение количества продуктов сгорания между опускными каналами.

Несмотря на значительные преимущества, параллельные конвективные системы имеют и недостаток: трудно-устранимый перегрев верхней зоны, куда направляются наиболее горячие газы из топливника. Поэтому нижняя часть печи прогревается недостаточно интенсивно, что отрицательно сказывается на тепловом режиме помещения.

На рис. 50 приведены примеры конструирования параллельных конвективных систем: Проанализируем каждую схему и найдем наиболее рациональную. Рис. 50. Схемы параллельных конвективных систем

Схема 1 сконструирована плохо, так как каждый из дымооборотов испытывает различное сопротивление газовому потоку. Такая система будет прогреваться лишь в левой части.

В схеме 2 длина колец резко отличается одна от другой: первое кольцо наиболее короткое, последнее — в 2 раза длинней первого. При такой схеме массив будет прогреваться неравномерно.

Схема 3 принципиально неверна, так как параллельные каналы сконструированы восходящими. Поэтому принцип саморегуляции выполняться не будет.

Схема 4 технически грамотна. Все циркуляционные контуры аэродинамически сбалансированы, т. е. печь будет работать устойчиво и равномерно прогреваться.

Схема 5 неудачна в части выбора места подключения устья дымовой трубы, так как это нарушает работу сборного коллектора, который не имеет достаточной высоты и не обеспечивает одинаковой протяженности тракта на выходе газов из системы. Таким образом, только одна из пяти схем (схема 4) сконструирована правильно.

КОМБИНИРОВАННЫЕ КОНВЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ

Комбинированные конвективные системы устроены так, что горячие газы, выйдя из топливника, сначала опускаются вниз, обогревая стенки печи, расположенные на уровне топливника, затем поднимаются вверх и поступают в параллельно расположенные каналы, размещенные в верхней зоне печи. Такие конвективные системы называют также системами преимущественно нижнего обогрева (рис. 51, а). В комбинированных конвективных системах нижнего обогрева с одним подъемным и несколькими опускными каналами различной высоты (рис. 51,5) содержится верхний распределительный канал, представляющий собой коллектор переменного сечения. Дымовые газы поступают из подъемного канала в коллектор, сечение которого в начале наибольшее, а в конце наименьшее. Благодаря этому газовоздушная смесь равномерно распределяется по всем опускным каналам, что способствует равномерному прогреву печи. Если сечение коллектора постоянное, то большее количество горячих газов, обладающих значительной кинетической энергией, поступает в последний по ходу канал, что вызовет неравномерный прогрев массива печи.

Многоколлекторные комбинированные конвективные системы (рис. 51, в), применяемые в печах-лежанках, состоят из параллельных каналов, которые сгруппированы по два-три. Каждая группа объединяется своим распределительным и сборным коллектором. В некоторых комбинированных системах используют также последовательную схему (рис. 51, г), при которой дымовые газы сначала омывают нижнюю область печи, а затем поступают в последовательно объединенные каналы.

Рис. 51. Комбинированные конвективные системы

Внедрению бесканальных конвективных систем в технику печного отопления способствовали работы советского ученого В. Е. Гржимайло (1864 — 1928), который разработал различные модификации так называемых колпаковых печей одно- и многоэтажных конструкций. На рис. 52, а изображена колпаковая печь в металлическом футляре 1, в надтопочной части которой отсутствуют дымообороты. Принцип работы конвективной системы печи следующий.

Рис. 52. Колпаковая печь с бесканальной конвективной системой

Горячие газы из топливника поступают в надтопочную часть вертикальной струей значительной скорости (см. рис. 45, в). Соприкасаясь с холодными поверхностями печи, газы остывают и опускаются вниз. Навстречу охлажденным струям поднимаются горячие газы, поток которых расширяется по мере подъема к перекрытию колпака. Вовлекая постепенно в сферу своего движения пристенные струи, восходящие газы частично охлаждаются, опускаются между контрфорсами 2, представляющими собой вертикальные стенки, которые аккумулируют теплоту горячих газов (рис. 52,6; разрез Л—Л). Температура отработавших в колпаке дымовых газов, которые направляются в трубу, небольшая (около 120 °С), что обусловливает высокие теплотехнические качества колпаковых конструкций. КПД бесканальных конвективных систем 93,7%.

Рис. 53. Схема бесканальных (колпаковых) конвективных систем

Однако несмотря на простоту конструкции и высокую теплоотдачу, такие печи в современном строительстве применяют редко. Вызвано это тем, что колпаковые печи в верхней части перегреваются, а в нижней остаются относительно холодными; это создает большой перепад температур по высоте отапливаемого помещения. Чрезмерно нагретый комнатный воздух застаивается под потолком, увеличивая теплопотери здания, что в итоге приводит к неоправданному перерасходу топлива.

Основное преимущество бесканальной конвективной системы — незначительное внутреннее сопротивление потоку газовой среды. Поэтому колпак печей может быть сконструирован в виде одной большой камеры 2 (рис. 53, а), нескольких соединенных между собой камер (рис. 53,6) или одной камеры с перегородками (рассечками 3) (рис. 53, в), увеличивающими теплоаккумулирующую способность конвективных поверхностей. Однако во всех случаях вход газов в колпак и выход их в дымовую трубу осуществляются с низу конвективной части печи. Это делает возможным выпустить в дымовую трубу более холодные газы, не опасаясь уменьшения тяги.

РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ СИСТЕМ

При расчете конвективных систем печей вычисляют площадь поверхностей тепловосприятия каналов и их теплоаккумулирующую способность; сечения каналов дымооборотов и скорости движения газов в дымооборотах. Рассмотрим методику расчета.

В дымооборотах и в колпаковой камере теплопередача происходит за счет конвекции. Теплопередача в каналах характеризуется коэффициентом тепловосприятия — количеством теплоты, воспринимаемой за 1 ч работы печи площадью 1 м2 канала. Воспринимаемую конвективной системой теплоту за период одной топки продолжительностью г часов определяют по формуле, основанной на уравнении Ньютона — Рихмана (см. § 20):

Qкс = (β1ƒ1 + βпрƒпр + βпосƒпос)z

гДе Qкс — теплота, воспринимаемая (аккумулирующаяся) конвективной системой, кДж; β1, βпрпос — коэффициенты тепловосприятия поверхностей конвективной системы, Вт/м2 (принимают по табл. 6); ƒ1, ƒпр, ƒпос — площади поверхности тепловосприятия, м2; 2 — продолжительность топки, ч. Все количество теплоты, аккумулирующееся печью, составляет:

при одной топке в сутки Q′акк = (24 - z)Qрч;

при одной топке в сутки Q″акк = (12 - z)Qрч;

где Qрч — расчетная часовая теплопроизводительность печи, кДж/ч. Теплота Qкс, которую должна воспринять конвективная система, будет равна:

при одной топке в сутки Qкс = (24 - z)Qрч - Qт;

при двух топках в сутки Qкс = (12 - z)Qрч - Qт,

где Qт — теплота, аккумулирующаяся топливником во время топки (теплопоглощение топливника), кДж. Площадь поверхности конвективной системы определяют соотношением:

Fкс = ƒ1 + ƒ2 + ... + ƒn = Qкс/(3,бzβср), где βср = ( β1 + β2 + ...+ βn)/n; n — число каналов. Объем топочных газов L (м3) в газоходах определяют исходя из объема воздуха, расходуемого на 1 кг сжигаемого топлива, и теплового расширения его при температуре в канале tк:

L = LоBч(1 + tк / 273)

где Lо — объем продуктов горения при 0°С, м3/кг; tк — температура газов в канале, °С.

Пример. Определить площадь поверхностей конвективной системы печи теплопроизводительностью Qрч = = 1160 Вт (4190 кДж/ч). Теплопоглощение топливника при z = 2 ч топки в сутки Qт = 46 090 кДж. Количество топок в сутки — одна. Вид топлива — дрова с Qрн = 12 600 кДж/кг. КПД печи ηп = 0,7; Lo = 20 мч/кг.

Решение. Находим необходимую суточную теплопроизводительность печи: Q′акк = (24 - 2) * 4190 = 92 180 кДж.

Количество теплоты, которое должно аккумулироваться конвективной системой, составит

Qкс = (24 - 2) * 4190 - 46090 = 92 180 - 46090 = 46090 кДж.

Так как печь рассчитана на дровяное топливо, то по табл. 6 коэффициенты тепловосприятия поверхностей каналов составят, Вт/м2: для первого β1 = 5200, второго и третьего βпос = βпр = 2670.

Приняв, что конвективная система печи состоит из трех каналов, найдем среднее тепловосприятие 1 м2 поверхности дымооборотов:

βср = (β1 + βпр + βпос) / 3 = (5200 + 2670 + 2670): 3 = = 10540:3 ~ 3500 Вт/м2.

Таким образом, площадь поверхности тепловосприятия конвективной системы должна составить (при двухчасовой топке)

Fкс = 46090 : (3,6 * 2 * 3500) = 1,83 м2.

Если высоту канала принять (по конструктивным соображениям) равной 0,9 м, то длина дымооборотов (конвективной системы) будет равна 1,83:0,9 = 2 м.

Зная суммарную длину конвективной системы, конструируем ее каналы: первый — подъемный, второй — опускной и третий — подъемный. Вычертим схему каналов (рис. 54).

Рис. 54. К примеру расчета конвективной системы

Найдем сечение каналов. При температуре газов в первом канале гх = 700 °С объем продуктов сгорания в нем составит:

L1 = 20Bч (1 + t1 / 273) = 20 * Qакк / Qрнηnz * (1 + t1 / 273) = (20 * 4190 * 20) / (12600 * 0,7 * 0,2) * (1 + 700 / 273) = 20 * 5,7 * 3,5 = 400 м3/час.

Примем сечение первого канала 0,12x0,26 м2, тогда площадь сечения будет равна Рх = 0,12 - 0,26 = 0,0312 м2. Скорость газов в первом канале составит:

ν1 = L1 / (3600F1) = 400 * (3600 * 0,0312) = 3,56 м/с.

Допустимая скорость газов в первом канале (см. табл. 6) колеблется в пределах от 1,5 до 4 м/с, значит, выбранное сечение приемлемо. При температуре газов во втором канале t2 = 500 °С их объем составит:

L2 = (20 * 4190 * 24) / (12600 * 0,7 * 2) (1 + 500 / 273) = 20 * 5,7 * 2,83 = 322 м3

Сечение второго канала принимаем такое же, как первого, тогда скорость газов во втором канале составит:

ν2 = 322 : (3600 * 0,0312) = 2,86 м/с

Сравнивая полученную величину с табличной (см. табл. 6), у которой верхний предел скоростей 2 м/с, делаем вывод, что сечение второго канала следует увеличить. Примем сечение второго канала 0,26 х 0,26 м2 F2 = = 0,26 • 0,26 = 0,0676 м2.

Отсюда скорость газов во втором канале будет равна:

ν2 = 322 : (3600 * 0,0676) = 1,3 м/с, т. е. 0,5 < 1,3 < 2, что удовлетворяет условиям конструирования конвективных поверхностей.

Найдем сечение последнего (третьего) канала:

L3 = 5,7-20 (1 + 160 / 273) = 5,7 * 20 * 1,5= 171 м3

Примем сечение третьего канала равным первому, тогда

ν3 = 171 : (3600 * 0,0312) = 1,5 м/с,

что удовлетворяет требованиям конструирования последнего канала.

При расчете конвективной системы печи следует добиваться того, чтобы длина и сечения каналов обеспечивали восприятие полного количества теплоты, необходимого для отопления помещений. Температура отходящих газов на выходе в дымовую трубу — один из показателей экономичного процесса горения и достаточности площади поверхности тепловосприятия дымооборотов. Высокая температура отходящих газов (250...300°С) свидетельствует о заниженных размерах конвективной системы; слишком низкая температура (до 100 °С) указывает на излишне большую площадь поверхности тепловосприятия. Следствием этого может быть неблагоприятный тепловой режим дымовой трубы: выпадение конденсата и смолистых веществ, которые поступают через кладку и разрушают оголовок трубы. Оптимальная температура отходящих газов на входе в дымовую трубу 120... 140 °С (см. табл. 6).

Таблица 6. Расчетные параметры газоходов печей

Таблица 6. Расчетные параметры газоходов печей



« предыдущая оглавление следующая »

2017-02-20 fireplace.su камины и печи
4.32 (** авторизуйтесь, чтобы поставить оценку)


Советуем прочитать:

up