Эксплуатация печей

Эксплуатация печей.

По моим чертежам делаются сотни печей разнообразных конструкций в год. Через меня проходит вся информация о работе печей, случаях неудовлетворительной их работы. Мне приходиться разбираться в причинах неудовлетворительной работы печей, ошибках, допускаемых при их строительстве и эксплуатации. У меня имеется уникальная возможность систематизировать недочёты в работе всех печей, причины их возникновения, учесть их в последующих конструкциях, а так же говорить о правилах их эксплуатации. Такой возможностью вряд ли ещё кто обладает. Описанные в статье случаи подтверждены многолетней практикой строительства и эксплуатации печей и каминов. Что бы печь правильно и долго работала с максимальной отдачей и во избежание преждевременного её разрушения, хозяин печи должен внимательно изучить правила эксплуатации.

Правила проведения сушки и контрольной топки.

Перед эксплуатацией печь надо просушить. Для этого, первоначально печь протапливают два раза в сутки, 1-1,5 часа небольшим количеством топлива (не более 2 кг с влажностью не более 15%) при открытой поддувальной и топочной дверке. Нельзя использовать щепу, стружку картон в больших количествах. На короткое время они дадут высокую температуру, что приведёт к растрескиванию печи. Так печь топят до тех пор, пока не прекратится отпотевание наружных стенок и на задвижке не будут появляться капельки воды.

После этого печь сушат, сжигая все большее количество топлива, при закрытой топочной дверке. Дымовую трубу и поддувало в течение всего периода сушки не закрывают, а помещение усиленно вентилируют. В зависимости от размеров печи ее сушка длится 8-10 дней летом и 2-3 недели осенью и зимой.

Скоростная просушка вызывает трещины в кладке и может вывести печь из строя до начала ее эксплуатации.

Для проведения контрольной топки, топку заправляют полным количеством топлива и сжигают его в течение 1,5...2,5 часа, то есть до тех пор, пока стенки печи не разогреются до предела. Отсутствие дымления покажет на наличие тяги; прикасаясь рукой к поверхности, можно определить степень нагрева в разных местах.

Перед началом отопительного сезона печи должны быть проверены и отремонтированы. Особо следует обратить внимание на целостность кладки, начиная с первого ряда до верха трубы. Не редки случаи, когда сила морозного пучения ломает печь и особенно трубу (труба на чердаке должна быть побелена, что бы можно было увидеть трещины). Проверять состояние топки и печных приборов, как перед началом отопительного сезона, так и в процессе эксплуатации. Устранять трещины в кладке (заполнять раствором, или менять лопнувшие кирпичи) и заделывать щели между кладкой и печными приборами (можно каолиновой ватой смоченной в глиняном растворе). Это значительно улучшит работу печи, повысит её КПД и повысит пожарную безопасность. В общественных помещениях топка печей должна производиться специально выделенными для этого людьми, получившими инструктаж и выполняющими правила безопасности, установленными Правилами пожарной безопасности в РФ и ГОСТ 9817-82 "Аппараты бытовые, работающие на твёрдом топливе". Эти же требования должен выполнять каждый домовладелец.

Процесс сгорания топлива делится на три периода: разгорания, интенсивного горения и догорания. В каждый период, для полного сгорания топлива требуется различное количество воздуха.

Самое большое количество воздуха для горения топлива требуется в стадии интенсивного горения. Известно, что дрова содержат твёрдые и летучие горючие вещества. По данным К.Мякеля, "Печи и камины", Стройиздат 1987 г, для горения твёрдой составляющей топлива требуется около 1,5 м3 на 1 кг дров. Для горения летучего вещества 2,3 м3 на 1 кг дров. Всего на 1 кг дров надо 3,8 м3 воздуха. Это оптимальное теоретическое значение. На практике расход воздуха достигает 6-9 м3 на 1 кг дров. В этом случае избыток воздуха составляет 1,6-2,4 раза.

Следует отметить, что на стадии разгорания и догорания требуется воздуха меньше. Если подавать одинаковое количество воздуха 6-9 м3 на 1 кг дров, за всё время реакции горения, потери теплоты от недожога составят 3-5 %, а дожигания топлива в стадии догорания 20-35 %. (По данным Ю.П. Соснина и Е.Н. Бухаркина). Избыток воздуха будет больше в 3 раза в стадии разгорания и в 8-10 раз в стадии догорания. Однако если подавать в топку воздух в количестве меньшем оптимального, то происходит химический недожог топлива. В результате чего не полностью выделяется энергия, содержащаяся в топливе (то есть уменьшается КПД изъятия энергии из топлива), а так же не сгоревшие летучие вещества откладываются в виде сажи на стенках печи. Сажа имеет низкую теплопроводность и поэтому отложения сажи на стенках печи снижают полезную теплоотдачу печей. Кроме того отложения сажи сужают сечения дымоходов, уменьшают тягу и создают пожарную опасность, так как сажа горюча.

На стадии разгорания и интенсивного горения температура в топке повышается, на стадии догорания уменьшается.

Из выше сказанного следует, что в печах системы ПДГ в стадии интенсивного горения поддувальную дверку надо открывать так, что бы в топку попадало оптимальное количество воздуха. Об этом можно судить по цвету пламени. Оно должно быть светло-желтым. Если пламя темно-желтого цвета с черным дымом, то в топливник поступает мало воздуха, реакция горения проходит с низким КПД и большим отложением сажи на стенках печи. Это приводит к засорению печи, уменьшению её теплоотдачи и повышенной пожароопасности. Поэтому в этой стадии категорически запрещается топить печь в режиме тлеющего горения с закрытой поддувальной дверкой. Ярко-белое пламя указывает на избыток воздуха. Об этом же говорит сильное гудение печи. В этом случае надо прикрыть поддувальную дверку. В стадии догорания, когда в печи остаются угли, поддувальную дверку можно полностью прикрыть. Регулировать процесс горения задвижкой печи не имеет смысла, хотя на стадии догорания её следует прикрыть для уменьшения тяги трубы.

В печах системы СДГ движение газового потока во всех частях печи должно происходить за счет естественных сил природы, горячие частицы вверх, охлажденные вниз. Процесс горения должен происходить при дутье равном тяге, или тяге чуть больше дутья. В печах системы СДГ в топке происходит разделение газов по степени нагрева. Условно холодные балластные газы не могут подняться в верх колпака и удаляются в трубу, мало участвуя в горении. Отсюда следует, что в печах системы СДГ воздуха можно подавать больше, чем требуется для горения. Другими словами, поддувало можно держать открытым во всех стадиях горения. Процесс горения регулируют задвижкой на дымовой трубе, уменьшая или увеличивая тягу. Ярко-белое пламя указывает на избыток тяги. Об этом же говорит сильное гудение печи. В этом случае надо прикрыть задвижку. Пламя должно быть ровное, прозрачное, светло-желтое. В стадии догорания, когда в печи остаются угли без язычков пламени, поддувальную дверку можно закрыть. Трубу закрывать нельзя.

Помните, что сгорая в углекислоту, при полном сгорании, 1 кг углерода даёт 8100 ккал тепла, а сгорая в окись углерода, при неполном сгорании (недостатке воздуха), даст только 2400 ккал, то есть изымаете только 29,6% энергии.

Схема растопки и топки.

Для розжига желательно использовать бумагу, бересту, смоляные лучины. Это позволит удалить холодный воздух из дымохода, создать тягу и обеспечить температуру воспламенения дров 300-350 °С. В холодное время, если печь долго не использовали, растопку лучше начинать при открытой задвижке летнего хода.

После воспламенения в топку необходимо положить сухие поленья для получения рабочей температуры 800-900 °С.

Дрова должны быть высушены 1-2 года, и иметь максимальную влажность 15 %. При использовании сырых дров, потеря теплоты сгорания может достигать, по данным финских источников, 34-57%. А так же приводит к быстрому засорению печи и повышенной пожароопасности из-за быстрого засорения сажей. Часть теплоты, выделяемая при сгорании топлива, расходуется на выпаривание воды содержащейся в нём. Теплота, затраченная на выпаривание воды, теряется с выходящим в трубу паром. Желательно иметь дрова примерно одинаковой толщины (5-10 см) и влажности, чтобы они сгорали с одинаковым разрывом во времени. В противном случае бывает, что не сгоревшие одиночные головёшки отбирают больше тепла, чем дают, так как до полного их сгорания трубу не закроешь. Это касается так же каминов.

Максимальная теплоотдача печи достигается при двух топках в сутки. Топят печь, как правило, два раза в сутки (утром, вечером), не перегружая топку. Когда на улице тепло, топят один раз. Топочную дверку во время топки открывать как можно реже. При её открывании в топку попадает большое количество воздуха, не участвующего в горении, который охлаждает печь. И.С.Подгородниковым проведены испытания. При открывании дверки на 2-3 минуты, температура в топке понизилась на 420 градусов.

Нельзя топить печи во время проведения в помещении массовых мероприятий.

В отапливаемом помещении не должно храниться дров более чем на одну топку.

Нельзя перекаливать печь (90 °С).

Нельзя топить печь в стадии строительства здания, когда нет проектного теплового контура, или делать печь меньшей мощности, чем требуется по теплотехническому расчету. В этом случае, как правило, происходит перетапливание печи и её разрушение. То же самое получается при протапливании печи в зимнее время с открытой задвижкой прямого хода. В этом случае попытка протопить помещение приводит к перетапливанию печи, неравномерному прогреву стенок и разрушению печи.

Печь недопустимо эксплуатировать во время строительства, когда действует коллективная безответственность. В этом случае заказчик лишается гарантии.

Недопустимо растапливать печь легковоспламеняющимися веществами (бензин, ацетон и т.п.).

Чтобы печь работала долго и не требовала чистки, не сжигайте в ней мусор, особенно полимеры, гнилые и мокрые дрова, покрытое лаком, краской дерево, бумагу и картон. Возникающие во время горения этих материалов вещества оседают на стенках печи (камина) и многократно увеличивают риск пожара и засоряют окружающую среду. У нас неоднократно встречались случаи, когда после месяца эксплуатации, печь переставала работать. При вскрытии печи обнаруживалось, что колпак шириной 13 см. полностью забивался, налипшей на стенки, сажей. В этом случае необходимо поочерёдно очистить стенки колпаков от сажи, а потом прожечь колпаки сухими мелкими осиновыми дровами, начиная с верхнего.

При загрузке новых порций мелкого пылеобразного топлива типа опилок и стружки, богатого летучими соединениями, нельзя закрывать всё зеркало горения (тлеющие угли и не будет видно открытого огня). В печи образуется взрывоопасная смесь. Это может привести к взрыву и разрушению печи. Это касается печей любых систем

Нельзя топить дровяную печь углем, коксом.

Открытые камины могут топиться только сухими не смолянистыми (берёза, осина) поленьями длиной не более 2/3 глубины топочной камеры. Нельзя топить камины хвойными породами (без ограждающей сетки), так как при вскипании смолы древесины происходит выбрасывание углей из камина.

Ниже приводятся основные неполадки в работе печей и меры по их устранению (По Подгородникову И.С.) с моим добавлением.

1. При топке печи с плитой печь не нагревается. Это происходит при топке печи по-летнему. Необходимо тщательно изучить, какие задвижки открываются при летней топке, и какие при зимней.

2. Печь дымит, или горит очень вяло. Происходит это в правильно сложенной печи из-за того, что, или не замазаны отверстия для чистки, или при топке сырыми дровами. Это же возможно при недостаточной подаче воздуха к топливу через колосниковую решетку (не убрана зола из зольника), недостаточной высоте трубы или её сечения. В русской печи "теплушка", если не плотно прикрыта заслонка варочной камеры, через которую происходит подсос воздуха в печь.

3. Печь дымит при топке летом. В жаркий летний день дымовая труба заполнена холодным тяжелым воздухом сравнительно с наружным воздухом. Столб воздуха, заполняющего дымовую трубу, тяжелее столба наружного воздуха такой же высоты. Поэтому столб воздуха в трубе опускается вниз, выдавливает воздух из печи в помещение, в том числе и дым при растопке печи. Нужно предварительно согреть дымовую трубу, чтобы газы, заполняющие трубу, согрелись, стали легче наружного воздуха. Для этого печь сначала топят по-летнему, или вводят в трубу через дверцу вьюшки пучок горящей бумаги или щепок. Согреть трубу можно пучком свёрнутых газет через камин, размещая пламя выше перекрытия проема камина.

4. Иногда наблюдается дымление в правильно построенных печах и особенно каминах в благоустроенных каменных домах с непроницаемыми для воздуха стенами, полами, потолками, дверями, окнами. Вскоре после растопки печь или камин начинают дымить. Происходит это потому, что по мере расходования комнатного воздуха на горение в комнате создается разрежение такое же, как и в топке. Вследствие герметичности стен атмосферное давление не передается в помещение. Чтобы прекратить дымление, нужно открыть форточку. Если в помещении имеется камин, то необходимо выполнять приток наружного воздуха, причём лучше в зону горения.

5. Бывает, что через какое то время после затопления камина, начинает "есть глаза". Обычно, вытяжные каналы вентиляции, устраивают в одном стояке с дымовым каналом камина. Если не выполнен приток наружного воздуха специальным приточным каналом, то при работе камина возникает разрежение в помещении и вытяжной канал вентиляции начинает работать на приток, засасывая дымовые газы камина в помещение.

6. Не допускается устраивать в помещении с печным отоплением вытяжную вентиляцию с искусственным побуждением, не компенсированную притоком с искусственным побуждением. В противном случае, за счёт работы вытяжной вентиляции, создаётся разрежение в помещении и камин или печь, начинает дымить.

Очень часто бывает, что печники не предусматривают приток воздуха в зону горения камина, а проектировщики, при расчете баланса вентиляции, не учитывают воздух выходящий через камин, проектируя не достаточную приточную вентиляцию.

Встречается частая ошибка, когда в жилом доме, с герметичными окнами и дверями, оборудованном камином делается только естественная вытяжная вентиляция, а искусственная приточная не делается. В отапливаемом доме теплый воздух через вытяжную вентиляцию выходит наружу и в помещении создается разряжение. При открытии задвижки камина возникает встречная тяга (из камина дует) и камин начинает дымить. В этом случае надо обязательно делать принудительную приточную вентиляцию и кондиционирование. Этот вопрос очень сложный для неподготовленного человека и должен решаться специализированными проектными и монтажными организациями .

7. Печь со встроенным водяным баком, змеевиком, котлом горячего водоснабжения или отопления может дымить, если в системе есть утечка воды или пара, попадающие в печь.

8. Встречаются случаи, когда в печи в процессе эксплуатации возникают трещины, пересекающие всю печь. Это возникает обычно, когда фундамент печи выполняют на слабом основании (например, на насыпном грунте) или, когда увеличивают фундамент печи, без связки его с основным монолитом.

9. Разрушается огнеупорная футеровка печи. Это случается, когда по ошибке применяют для футеровки кислотостойкий кирпич, который по внешнему виду, практически не отличается от шамотного кирпича. Перед применением огнеупорного кирпича, необходимо ознакомиться с его сертификатом.

10. Встречаются случаи, когда в определённые дни, печь или камин начинают дымить. Это случается, если труба выполнена с отклонением от норм:

Не выдержана требуемая высота трубы над крышей;
Труба находится в зоне ветрового подпора от соседнего более высокого здания.

При смене направления ветра над трубой возникает повышенное или пониженное давление. В этих случаях необходимо поднять трубу или устанавливать ветрозащитные устройства в виде флюгеров или дефлекторов. Следует отметить, что стандарты действующие на Западе, устанавливают более жесткие требования к высоте трубы над крышей. Поэтому, лучше поднять трубу выше на 1-2 ряда, чем требуется по нормам.

11. Мокнет труба (течь в трубе), при наличии зонта, оголовка или дефлектора, защищающего трубу от атмосферных осадков. В любом топливе содержится некоторое количество воды. При сжигании топлива вода превращается в пар и вместе с дымовыми газами проходит в трубу. Если, проходя трубу, газы имеют температуру ниже 100°, пар снова превращается в воду, которая мелкими капельками осаждается на стенках трубы. Накапливаясь, вода стекает вниз по трубе. После окончания топки вода зимой замерзает. Это вызывает быстрое разрушение трубы. Чтобы этого не было, пар дымовых газов должен превращаться в воду только после выхода из трубы, т. е. температура самих газов в трубе должна быть выше 100 °С. Но выпускать газы в трубу очень горячими тоже нельзя, так как свое основное тепло они должны отдавать печи. Опытами определено, что труба не мокнет, и печь получается экономичной при температуре дымовых газов у вьюшки около 250 °С (сухая лучинка при такой температуре принимает цвет корки ржаного хлеба).

Низкая температура газов в трубе может быть по следующим причинам:

По конструктивным причинам. Сделаны излишние сопротивление проходу газов, замедляющие их движение, длинный боровок с поворотами под прямым углом; сужены проходы, добавлены обороты, в топке имеется холодное ядро (котёл отопления или ГВС) и т.п. При этом газы сильно охлаждаются в печи еще до выхода в трубу;
топливо не покрывает полностью колосниковую решетку, тогда воздух не процеживается сквозь слой топлива, а в большом количестве прорывается в печь мимо топлива и сильно охлаждает дымовые газы;
то же происходит при попадании паразитного воздуха через щели в кладке, через щели в топочной и прочистных дверках, плите и особенно через не плотно закрытую заслонку русской теплушки;
недостаточное количество воздуха при закрытой поддувальной дверке в режиме интенсивного горения;
сырые дрова;
засорилась печь, или зола полностью забила поддувало;
при устройстве металлической дымовой трубы не утеплены её стенки.

12. Недостаточный прогрев камней (сажа на камнях), в правильно сложенной банной печи периодического действия. Это возможно по следующим причинам:

не правильной топки печи в режиме тлеющего горения с недостатком воздуха;
протапливание печи с малой толщиной слоя топлива при полном горении;
не герметичности дверки для подбрасывания воды на камни (пламя свечи не должно отклоняться к щелям дверки), это же возможно из за частого открывания этой дверки во время протапливания печи.

Плохой нагрев камней в духовке правильно сложенной банной печи непрерывного действия, кроме выше изложенных причин, возможен из-за того, что внизу духовки находятся камни мелкой фракции.

Тепло газов передается в духовку через ее стенки за счет теплопроводности. Внутри духовки основной нагрев камней происходит от стенок за счет излучения и естественной конвекции нагретого воздуха, причем большая часть за счет конвекции. Если на дне имеются мелкие камни, то в этом случае камни будут нагреваться и накапливать тепло плохо, так как не будет конвективного теплообмена. Произойдет перераспределение тепла вырабатываемой топкой, между духовкой с камнями и теплообменными поверхностями печи. Камни не будут давать необходимого качества и количества пара. Печь же будет перегреваться.

Необходимо при закладке камней, вниз духовки укладывать крупные камни, а так же своевременно менять разрушишиеся в процессе эксплуатации камни.

13. Слабый нагрев воды в печах для бань и котлах. Причины могут быть следующие:

На обратной трубе установлен импортный шаровой кран для регулирования нагрева воды, у которого заужено проходное отверстие. Следует заменить его, на вентиль отечественного производства, у которого проходное отверстие не заужено. То же самое будет, если вентиль регулирования нагрева воды закрыт, циркуляция воды происходит только внутри прямой трубы;
Неправильно изготовлен, или установлен змеевик (регистр, котел). Должен быть обеспечен уклон труб для слива воды из системы, по направлению от прямой трубы к нижней части обратной трубы (где устанавливается сливной кран). В противном случае в верхней точке змеевика (регистра, котла) возникает воздушная пробка, препятствующая циркуляции воды. При нагреве воды в воздушной пробке повышается давление, и в системе отопления или горячего водоснабжения происходят гидравлические удары, в результате может произойти разрушение системы;
Обвязка бака выполнена с контр уклонами, в связи с чем, в трубе возникают воздушные пробки препятствующие циркуляция воды;
Возникновение пробки и как следствие ухудшение циркуляции возможно, если входной и выходной патрубки в баке ГВС выполнены на одной высоте. При заполнении бака, вода поступает в обе трубки одновременно. После исправления обвязки и изменения высоты патрубков, нагрев воды улучшается;
Между вводами в бак прямой и обратной трубы делают очень маленькое расстояние, и циркуляция воды значительно замедляется (циркуляция сильнее, когда разность температуры воды у этих трубок большая). Трубки ввода необходимо разнести в разные стороны бака. Для улучшения циркуляции воды можно отделить патрубок обратной трубы перегородкой с отверстиями.
Недостаточно поднят бак над верхней трубкой змеевика. Надо установить выше на 150 мм.

14. Котел «плачет».

В котлах необходимо устанавливать автоматику регулирования температуры нагрева воды на выходе. Смысл её состоит в организации движения воды по малому кругу (прямая - обратная труба) до достижения температуры нагрева воды на выходе до значения 45-55 °С, после чего вода направляется по большому кругу. В противном случае возможно выпадение на регистрах конденсата и ухудшения работы котла.

Дополнительные правила топки многоэтажных печей. Топить можно одновременно все печи расположенные на разных этажах или любые одну или две печи отдельно. При раздельной топке печей на этажах, задвижки не работающих печей должны быть закрыты.

Назначение задвижек у отопительных печей ОИК и ОВИК. 1.Задвижка печи, верхняя (при топке открыта).

2. Задвижка летнего хода, нижняя (используется при растопке печи, далее закрывается, или у ОВИК открыта в режиме летнего пользования).

Интересные данные приводятся в журнале "Камины и отопление", третий выпуск 1(3)'2000 года, если привести стоимость производства единицы тепловой энергии от различных видов энергии, к единице стоимости. Эти данные приводятся в статье "Есть дрова, будет и тело", стр.62.

Сравнительная стоимость производства единицы тепловой энергии от различных источников. Дрова - 1 единица стоимости

Уголь - 2,68

Покупная тепловая энергия - 13,83

Дизельное топливо - 14,13

Электроэнергия - 24,47

Отсюда следует, что самая дешевая (и экологически чистая) тепловая энергия получается при применении дров.