Печные работы.

И.И. Ковалевский.

Просмотр содержания.

Оглавление:

Введение.



В соответствии с "Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы" в нашей стране осуществляется большая программа капитального строительства. В десятой пятилетке в стране будет продолжаться массовое жилищное строительство, а в малых городах, в рабочих поселках и сельской местности будет поощряться индивидуальное строительство.

В настоящее время проводится большая работа по благоустройству сельских населенных пунктов. В ряде областей и республик центральные усадьбы колхозов и совхозов, поселки городского типа застраиваются благоустроенными 2-4-этажными зданиями со всеми видами удобств. Наряду с этим в сельской местности и рабочих поселках значительный процент составляют малоэтажные (1-2 этажа) дома, в которых бытовые печи - пока что основное устройство для отопления, варки пищи, выпечки хлеба и других хозяйственно-бытовых нужд.

Начало истории печного дела уходит в века. С развитием техни-ки совершенствовались и печные устройства. Применявшиеся когда-то громоздкие толстостенные печи с многочисленными зигзагообразными дымоходами уступали место печам более экономичным и малогабаритным. Конструкции печей постепенно улучшались. Проводились опыты по изучению тепловых процессов, происходящих в печах, изыскивались новые строительные материалы для сооружении печей, совершенствовались способы их возведения. В настоящее время широко распространены сборно-блочные керамические и бетонные печи, при монтаже которых применяется индустриальный метод.

В развитии и совершенствовании печного дела принимали участие выдающиеся отечественные ученые, профессора и инженеры: В. М. Чаплин, В. Е. Грум-Гржимайло, Л. Д. Семенов и др.

Однако внедрение в быт села технически совершенных печей идет недостаточно быстрыми темпами. Современных печей в сельской местности пока мало, поэтому по-прежнему эксплуатируются малоэкономичные печи. Объясняется это низкой квалификацией печников и недостаточной пропагандой нового в печном деле.

Эксплуатация малоэкономичных печей приводит к перерасходу топлива, который в масштабе страны выражается огромными цифрами. Поэтому строительство в сельской местности технически совершенных экономичных печей, изготовляемых заводским способом, и реконструкция существующих печных устройств имеют важное народнохозяйственное значение.

В последние годы в связи с увеличившейся добычей природного газа в СССР начался массовый перевод на газ существующих отопительных и отопительно-варочных печей. Преимущества использования газа в печах по сравнению с другими видами топлива следующие: легко организовать непрерывное горение; размеры печи можно уменьшить, а конструкцию ее максимально облегчить. В результате работ, проведенных отечественными научно-исследовательскими и проектными институтами, а также предприятиями Министерства газовой промышленности СССР, созданы рациональные конструкции газогорелочных автоматических устройств.

Для печного отопления необходимо применять конструкции печей, прошедшие лабораторные испытания и включенные в альбомы типовых чертежей. Такие печи входят в состав проекта, по которому ведется строительство здания. Каждый печник должен помнить, что любое отступление от проекта печи, а также какое-либо произвольное изменение ее конструкции по ходу кладки - недопустимо.

В связи с этим большое значение приобретает правильная постановка печного дела и, в частности, подготовка квалифицированных печников, которые должны знать не только приемы кладки печей, но и теоретические основы печного дела.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЫТОВЫХ ПЕЧАХ

1. ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДУХУ ПОМЕЩЕНИЙ



Воздух является средой, в которой протекает вся жизнедеятельность человека. Воздух представляет собой механическую смесь газов, состоящую в основном из азота, кислорода и водяных паров (влаги). Воздух, содержащий при данной температуре минимальное количество водяных паров, называется сухим. Воздух, в котором водяной пар при понижении температуры конденсируется, называется влажным. В состав сухого воздуха по объему в % входит: азот - 78,03; кислород - 20,99; аргон - 0,94; углекислый газ - 0,03; водород - 0,01. Содержание водяных паров в воздухе колеблется в широких пределах и зависит от температуры и влажности воздуха.

Гигиенические требования к воздуху помещений сводятся к поддержанию необходимых метеорологических условий, к которым относятся температура воздуха, окружающих предметов и ограждений, влажность воздуха и его подвижность, а также чистота.

Основным источником выделения тепла в организме человека являются процессы пищеварения, окисления крови и мышечная работа.

Метеорологические условия должны обеспечить отвод вырабатываемого организмом тепла. Количество этого тепла зависит главным образом от интенсивности мышечной работы. Отвод тепла происходит с поверхности кожи и из легких посредством лучеиспускания, конвекции и испарения. Недостаточный отвод тепла влечет за собой ухудшение самочувствия человека и снижает его работоспособность. Такое явление наблюдается, например, в жаркие летние безветренные дни или в сильно натопленных и влажных помещениях, когда воздух заметно теряет свое охлаждающее действие на организм.

Относительная влажность воздуха в жилых помещениях в зимнее время находится в пределах от 30 до 60%; температура должна быть 18-20°С, а допускаемая скорость движущегося воздуха, не вызывающая у человека неприятных ощущений, не более 0,2- 0,3 м/с.

При топке печей иногда появляется опасная примесь - угарный газ, вызывающий отравление организма человека. Угарный газ - это окись углерода СО, выделяемая в топливниках печей при неполном сгорании углерода топлива в результате преждевременного закрытия дымовой вьюшки или задвижки. Присутствие угарного газа в воздухе определяется по характерному неприятному запаху. В заводских условиях (в литейных, кузнечных, плавильных цехах и т. д.) угарный газ отводится из помещения с помощью специальных вытяжных устройств с механическим или тепловым побуждением.

С внедрением в качестве топлива для домовых печей, кухонных плит и очагов горючего газа появилась опасность отравления людей этим газом при недостаточно внимательном обращении с запорными устройствами на газоходах и газовых приборах.

В помещениях с печным отоплением во время топки печи одновременно с обогревом помещений производится вентиляция, так как воздух на горение поступает в топливник печи из того же помещения, где находится печь. На смену этому воздуху через неплотности в строительных конструкциях в помещение проникает свежий наружный воздух. Установлено, что объем этого воздуха может обеспечить одно-, полуторакратный воздухообмен в помещении во время топки печи, а в часы, следующие за окончанием топки печи, такой же эффект может быть достигнут через специальный вентиляционный канал, устраиваемый в массиве коренной или стеновой дымовой трубы, которая расположена рядом с дымоходом сечением 260X130 или 130X130 мм.

Вытяжка воздуха из помещения через этот канал происходит только по окончании топки печи и закрытия дымовой трубы за счет теплового побуждения, создаваемого горячими стенками канала, которые получили тепло от горячих дымовых газов за время топки печи. Пользоваться этим каналом во время топки печи не рекомендуется, так как тяга в дымовой трубе может нарушиться.

Отверстие для забора воздуха из помещения должно быть расположено немного выше дна канала на уровне перекрыши печи; во время топки печи оно должно быть плотно закрыто клапаном (хлопушкой).

2. НАЗНАЧЕНИЕ И РАБОТА БЫТОВЫХ ПЕЧЕЙ



Бытовыми печами называются все виды печных устройств, применяемых в жилом строительстве для отопления, приготовления пищи и горячей воды и для других хозяйственных нужд.

В настоящее время в стране эксплуатируется огромное количество (не менее 20 млн.) печных устройств самого разнообразного вида и назначения, начиная от простейших обогревательных печей, состоящих всего лишь из одного топливника без дымоходов, и кончая довольно сложными отопительно-варочными печами специального назначения (сушилки, дезинфекционные камеры и т. д.).

Все эти устройства - печи огневого действия, в которых топливо сжигается в топливнике печи. Выполнены они в подавляющем большинстве из обыкновенного глиняного кирпича. Сущность тепловых процессов, происходящих в них, одна и та же, но вместе с этим имеются различия в их конструкции, сооружении и эксплуатации. Различают печи отопительные, отопительно-варочные, хозяйственно-бытовые, печи-калориферы для воздушного отопления и вентиляции отдельных помещений, печи специального назначения и пр.

Отопительные печи применяют только для отопления помеще-ний.

Отопительно-варочные печи служат одновременно для отопления помещений, приготовления пищи и выпечки хлеба.

В последнее время широко распространены комбинированные отопительно-варочные печи, в которых можно приготовлять пищу и одновременно нагревать воду для квартирных систем водяного отопления и горячего водоснабжения. Это, по существу, кухонные очаги, в корпус которых вмонтированы змеевики или регистры из стальных труб. Во время топки плиты для приготовлений пищи циркулирующая в змеевиках вода нагревается и может быть использована для квартирного отопления и других хозяйственных нужд.

Хозяйственно-бытовые печи предназначены для согревания воды, приготовления корма для скота и птицы, сушки зерна, одежды и т. д.

Печи-калориферы служат для обогрева горячим воздухом двух-трех смежных жилых комнат. Горячий воздух поступает в комнаты по коротким воздуховодам, идущим от печи-калорифера.

К печам специального назначения относятся: банные печи-каменки, сушилки для белья и одежды, печи для подогрева строительных материалов, печи для отопления гаражей и дезинфекционных камер, подпольные борова для обогрева теплиц и оранжерей и т. д.

Печное отопление допускается применять в зданиях, имеющих, не более двух этажей: жилых домах, общежитиях, административных зданиях, учебных заведениях, детских садах, поликлиниках, амбулаториях, аптеках, здравпунктах, вспомогательных зданиях и помещениях промышленных предприятий, больницах, торговых помещениях, детских яслях (не более чем на 50 детей), зрелищных предприятиях (со зрительным залом до 200 мест), столовых до 200 посадочных мест и в производственных зданиях с площадью пола отапливаемых помещений до 500 м2 при отсутствии пыли или при выделении невоспламеняющейся и невзрывоопасной неорганической пыли.

Кроме того, печное отопление можно применять в банях с количеством мест для раздевания, не превышающим 50. При возможности и целесообразности теплоснабжения этих зданий от ТЭЦ, районных, групповых и местных домовых котельных или поквартирных устройств вместо печного отопления используют центральные или квартирные системы отопления.

Кухонные огневые плиты можно устанавливать в зданиях свыше двух этажей, делая для каждого этажа отдельный дымоход.

Отопительные печи должны удовлетворять следующим требованиям: быть экономичными, т. е. иметь высокий коэффициент полезного действия, и обеспечивать в помещении расчетную температуру при возможно малом расходе топлива; хорошо прогреваться по всей поверхности и особенно в нижней части; отдавать тепло помещению равномерно в течение суток или срока, установленного для действия печей; обеспечивать максимальную температуру на поверхности печи, но не выше допускаемой противопожарными и санитарными нормами (90-95°С); иметь простую конструкцию, не вызывающую затруднений при кладке печи; быть простыми в эксплуатации, безопасными в пожарном отношении; быть прочными и долговечными (примерный срок службы кирпичных печей - 20-30 лет); не иметь на поверхности трещин, через которые дымовые газы могли бы проникать в помещение; не портить внешнего вида помещения.

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ПЕЧАХ

СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА В ТОПЛИВНИКАХ ПЕЧЕЙ



Печь нагревается вследствие сжигания в ней топлива. Выделяемое при горении топлива тепло передается массиву печи излучением от пламени, от раскаленного слоя топлива (в топливнике) и при непосредственном соприкосновении движущихся дымовых газов со стенками дымоходов. Количество тепла, поглощаемого печью, и быстрота разогрева ее массива находятся в прямой зависимости от рода и количества сжигаемого в единицу времени (1 ч) топлива. Выделение тепла топливом и поглощение его стенками печи при обычном способе топки происходит весьма интенсивно. Достаточно, например, топить отопительную печь средних размеров всего 1,5- 2 ч для того, чтобы разогреть ее массив до требуемой температуры и чтобы потом в течение 12 ч и иногда даже целых суток она отдавала тепло помещению.

В печах, предназначенных для приготовления пищи, выпечки хлеба, согревания воды, сушки одежды и продуктов, необходимо, кроме того, иметь в рабочих зонах печи определенную температуру для выполнения указанных операций.

Хорошо сконструировать печь - это значит правильно определить размеры и объем топливника, составить рациональную схему дымоходов и определить их сечение. При этом должны быть взаимно увязаны все основные элементы печи: размеры и форма топливника, внутренняя поверхность теплопоглощения и наружная поверхность теплоотдачи. Толщина стенок в разных местах печи должна быть такова, чтобы массив печи прогревался достаточно равномерно.

Если объем топливника окажется мал по отношению к массиву печи, то в этом случае и теплоотдача печи будет ниже запроектированной. Объем топливника должен соответствовать общей теплоотдаче печи, величине ее внутренней поверхности теплопоглощения. За небольшой период топки стенки топливника и дымовых каналов должны поглотить определенное количество тепла, передать его массиву печи и ее наружным поверхностям.

Необходимые условия для успешного сжигания любого топлива- поддержание в топливнике высокой температуры и равномерный подвод воздуха в достаточном количестве.

Высокую температуру в топливнике можно поддерживать в том случае, если он имеет необходимые размеры и объем. В некоторых случаях для этой же цели в топливнике, устраивают своды, отражающие лучистое тепло на горящее топливо.

Равномерный подвод воздуха в зону горения в печах, работающих на твердом топливе, достигается применением колосниковой решетки и устройством в топочной и поддувальной дверках приспособлений для регулирования подачи воздуха. Приток воздуха в топливник зависит в значительной степени от силы тяги дымовой трубы. Тягу в дымовой трубе регулируют обычно задвижкой (шибером) и поддувальной дверкой.

Конструкция топливника печи зависит от применяемого вида топлива. Газообразное и жидкое топливо сжигают, применяя специальные устройства - газовые горелки и форсунки.

Процесс горения, происходящий в топке печи, заключается во взаимодействии горючей части топлива с кислородом воздуха. Чтобы вызвать горение и в дальнейшем поддерживать его, необходимо создать в топливнике достаточно высокую температуру. Например, для воспламенения дерева нужна температура более 300°С, а для воспламенения угля - более 600°С. В обоих случаях требуемую температуру создают, предварительно разжигая в топливнике легковоспламеняющиеся материалы - бумагу, стружки, солому.

Процесс горения в печах протекает при температурах 800- 900°С (для дров) и 1000-1200°С (для угля и выше). Высокая температура поддерживается благодаря выделению тепла в процессе горения, которое в свою очередь осуществляется за счет непрерывного поступления к топливу кислорода воздуха. Воздух в топливник поступает через зазоры в колосниковой решетке. При отсутствии колосниковой решетки воздух попадает в топливник только через топочную дверку (топливник с глухим подом). В этом случае воздух не может равномерно проходить сквозь толщу топлива и обеспечивать полное его сгорание. Таким образом, печи без колосниковой решетки работают хуже, чем печи с колосниковой решеткой.

В разные периоды топки в топливник необходимо подавать различное количество воздуха. Количество подаваемого воздуха, а следовательно, и количество кислорода должно соответствовать количеству сжигаемого топлива. Если в топливник поступает слишком много воздуха, то снижается температура в зоне сгорания и процесс сжигания топлива ухудшается. При недостаточном притоке воздуха в топливник горение протекает неравномерно, так как появляются продукты неполного сгорания, что можно обнаружить по цвету пламени и дыма: дрова горят темно-красным пламенем, а из трубы идет густой черный дым.

В состав каждого вида топлива в основном входят водород и углерод. При полном сгорании водорода образуется водяной пар; при полном сгорании углерода-углекислый газ.

Водяные пары, образующиеся в результате взаимодействия водорода топлива с кислородом воздуха, уносятся вместе с дымом в атмосферу. Если по каким-либо причинам стенки дымоходов оказываются недостаточно прогретыми, то водяные пары, соприкасаясь с ними, охлаждаются и конденсируются, т. е. оседают на стенках дымоходов в виде капель воды. Если это явление повторяется часто, то стенки дымовых каналов пропитываются влагой, которая, пройдя на наружную поверхность, образует грязные пятна. Отсыревание стенок ведет к разрушению дымоходов.

4. ТЕПЛОПОГЛОЩЕНИЕ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПЕЧАХ



Продолжительность топки больших и малых отопительных печей колеблется обычно в пределах от I до 2,5 ч при отоплении дровами, торфом, лузгой и от 2,5 до 3,5 ч и более при отоплении каменным углем и антрацитом. За этот короткий промежуток времени стенками топливника и дымоходов аккумулируется все количество тепла, которое печь должна затем отдать воздуху помещения в течение 12 или 24 ч. Чтобы печь работала таким образом, стенки топливника и дымоходов должны иметь достаточно развитую внутреннюю теплопоглощающую поверхность.

Теплопоглощающая поверхность печи - это внутренняя поверхность топливника и дымоходов, омываемая пламенем или горячими дымовыми газами. По степени теплопоглощения эти поверхности неодинаковы. Так, стенки топливника поглощают тепло интенсивнее, чем стенки дымоходов...