что взрывы происходят в тех случаях, когда топливо, богатое летучими соединениями, при очередной загрузке полностью закрывает поверхность горения. При этом свежее топливо нагревается и выделяет горючие газы, которые не могут воспламениться сразу из-за отсутствия открытого пламени и недостаточно высокой температуры в топке. Эти газы постепенно заполняют объем топливника и дымоходов. Когда же через слой топлива прорывается пламя, то оно воспламеняет горючую смесь и она взрывается.

Для того чтобы избежать взрыва при загрузке мелкого угля, торфа и древесных опилок, не следует закрывать всю поверхность горения.

Опасность печного отопления связана также с попаданием раскаленных углей и искр на пол или кровлю здания. Наибольшую опасность представляет попадание раскаленных углей, выпавших из топливника или зольника в подпольное пространство или пустоты перекрытия через щели в полу. При этом происходит скрытое развитие пожара и распространение его на большие площади или по всему зданию. Искры из дымовой трубы вызывают воспламенение сгораемой кровли. В конструкциях печей и при их устройстве необходимо предусматривать мероприятия по защите сгораемых конструкций, примыкающих к печам.

4.3.Тепловой расчет печей

При разработке конструкции печей выполняют тепловой расчет в целях определения необходимых размеров печи, при которых будет обеспечена безопасная эксплуатация печей.

Для проведения проверочного теплового расчета печи должны быть известны тепловые потери отапливаемых печью помещений, марка и конструктивные характеристики печи, вид и часовой расход топлива, количество топок и их продолжительность.

Тепловым расчетом определяются следующие параметры: теплоотдача и тепловосприятие печи, тепловое напряжение топливника, требуемая масса кладки печи.

Теплоотдающая способность печи характеризуется количеством теплоты, которое отдает печь за единицу времени при нормальном режиме эксплуатации (сжигании расчетного количества топлива за время топки). Для поддержания необходимой температуры воздуха в помещении и исключения перегрева печи ее теплоотдача должна соответствовать тепловым потерям помещений.

Теплоотдача теплоемких печей Qот, Вт, определяется по формуле

i=1

где Fотi – площадь i-й теплоотдающей поверхности (открытые стенки, отступки, воздушные камеры, перекрыши и дно печи), м2;

qотi – нормативная плотность теплового потока i-й поверхности, Вт/м2.

79

Площади теплоотдающих поверхностей Fотi определяются с учетом активной высоты печи. Перекрытие (перекрыша) печи учитывается при ее активной высоте не более 2,1 м, а дно печи – при омывании его с одной стороны продуктами горения, а с другой – воздухом (например, для русской печи с подовым пространством или печи на шанцах, т. е. основании в виде столбиков).

Значения нормативных плотностей тепловых потоков qот для теплоотдающих поверхностей приведены в табл. 4.4.

Следует отметить, что теплоотдача обеспечивается только при достаточной тепловоспринимающей способности (тепловосприятии) печи. Тепловосприятие теплоемкой печи (количество теплоты в единицу времени, воспринимаемое кладкой печи от продуктов горения) Qв, Вт, определяется по формуле

80

i=1

где Fвi – площадь i-й внутренней тепловоспринимающей поверхности топливника, первого дымохода, последующих дымоходов и перекрыши печи, м2; qвi – нормативная плотность теплового потока i-й тепловоспринимаю-

щей поверхности, Вт/м2.

Площади внутренних поверхностей Fвi первого дымохода, принимаемого от топливника до перекрыши, и последующих дымоходов вычисляются с учетом активной высоты печи.

Значения нормативных плотностей тепловых потоков qв тепловоспринимающих поверхностей приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Нормативные плотности тепловых потоков qв, Вт/м2, тепловоспринимающих поверхностей печи

Для теплоемких печей при двух топках в сутки уравнение теплового баланса между теплоотдачей и тепловосприятием имеет вид

где 12 – период времени между топками, ч; τт – продолжительность топки, ч (для дров или торфа равная 1; 1,25;

1,6; 2 ч при теплоотдаче печи соответственно 1750 Вт и менее, 1750–3 500 Вт, 3 500–5 800 Вт и выше; для каменного угля продолжительность топки увеличивается в 1,5, а для антрацита – в 2 раза).

Под тепловым напряжением топливника понимают отношение количества теплоты, выделившейся в процессе сгорания топлива за единицу времени, к объему топливника. Фактическое тепловое напряжение

81

не должно превышать допустимых нормативных значений, так как это может привести к увеличению температурных напряжений и разрушению стенок топливника. Тепловое напряжение объема топливника E, Вт/м3, определяется по формуле

где B – часовой расход топлива, кг/ч;

Qн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

ηт – КПД топливника (для топливников с колосниковой решеткой ηт =0,9); Wт – объем топливника, м3.

Часовой расход топлива, сжигаемого за время одной топки, зависит от тепловых потерь помещения и теплоотдачи печи:

где η – КПД печи (для печей с колосниковой решеткой η = 0,75 при сжи-

гании антрацита и η = 0,7 при сжигании других видов топлива).

Чтобы обеспечить тепловое напряжение в топливнике ниже нормативного, обычно увеличивают объем топливника за счет его высоты. Значения нормативных тепловых напряжений объема топливника Ен приведены в табл. 4.6.

где τм.т – время между окончанием одной топки и началом другой, ч; с – теплоемкость материала печи, кДж/(кг·К);

∆t – перепад температур массива печи от момента максимального разогрева до начала следующей топки, значение которого нормируется и принимается 80 °С – для толстостенных печей, 120 °С – для тонкостенных массой 1 000 кг и более, 160 °С – для тонкостенных массой менее 1 000 кг.

Для предотвращения перегрева печи фактическая масса кладки печи должна быть не меньше требуемой.

82