Горячие дымовые газы поступают под действием ес­тественной тяги из топливника в газоходы печи. Газоходы, как видно из классификации печей, представляют собой разветвленную систему дымооборотов, внутренние поверх­ности которых, непосредственно омываемые дымовыми газами, являются тепловоспринимающими.

Газоходы конструируют таким образом, чтобы за счет теплообмена на тепловосприиимающих поверхностях тем­пература дымовых газов понижалась до 110—130 °С, т. е. до уровня, ниже которого возможны недопустимые яв­ления — конденсация водяного пара и интенсивное выпа­дение сажи.

В помещение теплота передается при теплообмене на наружных теплоотдающих поверхностях печи. Теплоотдаю - Щими называют наружные поверхности газоходов, омы­ваемые с внутренней стороны дымовыми газами, а с наруж­ной — воздухом помещения. Наружную поверхность пере­крыши считают теплоотдающей, если ее толщина меньше 210 мм, а высота печи не превышает 2100 мм.

Теплоотдающие поверхности печи могут быть откры­тыми, обращенными в отступку (полость между стеной помещения и поверхностью печи) или в тепловоздушную камеру. Теплоотдача в открытую с двух сторон широкую (шириной 130 мм и более) отступку отличается незначи­тельно от теплоотдачи с открытой поверхности печи. При закрытой по бокам отступке теплоотдача с поверхности выходящей в отступку стенки печи заметно уменьшается (на 25—50%).

При конструировании теплоемких печей придержива­ются следующих общих правил:

1) площадь теплоотдающих поверхностей должна соот­ветствовать площади тепловосприиимающих;

2) скорость движения дымовых газов должна быть, с одной стороны, возможно большей для увеличения плот­ности теплового потока на тепловоспринимающей поверх­ности; с другой стороны, ограничена для того, чтобы по­тери давления при движении газов соответствовали воз­никающему естественному циркуляционному давлению (тяге);

3) объем массива должен быть достаточен для поддер­жания заданного теплового режима помещений.

При конструировании печей с последовательными дымо - оборотами (см. рис. 12.2, а, б) число оборотов ограничи­вают. В старых многооборотных печах (см. рис. 12.2, в) Наблюдался неравномерный прогрев газоходов, вызывав­ший появление трещин в кладке; вследствие повышения потерь давления в печах приходилось увеличивать высоту дымовых труб; также увеличенным было число мест, где скапливалась сажа.

Последовательные дымообороты делают преимущест­венно вертикальными, а не горизонтальными, избегая явления недогрева нижних стенок горизонтальных каналов, что приводит к понижению КПД печей.

Печи с параллельными дымооборотами введены в прак­тику русским архитектором И. И. Свиязевым (см. рис. 12.2, г, д). При их конструировании подъемный канал предусматривают одиночным, опускных каналов устраи­вают несколько. Кроме того, каналы прокладывают с по­путным движением дымовых газов, в результате чего обес­печиваются равномерность распределения газов по спуск­ным каналам (и их прогревания), а также саморегулиро­вание этого распределения. Напротив, равномерность про­гревания нарушается, если параллельные каналы сделать подъемными или с тупиковым движением газов в них.

Преимуществами печей с параллельными дымооборо­тами являются уменьшение потерь давления в газоходах, увеличение теплоаккумулирующего массива.

Для устранения недостатка таких печей — перегрева­ния их верхней зоны — предусматривают направление наиболее горячих газов из топливника в подгоночный канал, т. е. печи устраивают с нижним прогревом.

Бесканальные (колпаковые) печи разработаны русским инженером В. Е. Грум-Гржимайло (см. рис. 12.2, е, ж). В надтопочной части такой печи газоходы отсутствуют. Горячие газы из топливника поднимаются в виде активной центральной струи. Дойдя до перекрыши печи и далее, соприкасаясь с тепловоспринимающей поверхностью сте­нок, газы охлаждаются и, утяжеляясь, опускаются вниз. При этом газы частично подмешиваются к восходящей струе, частично внизу удаляются из печи в дымовой канал.

Для увеличения массива внутрь печи вводят контрфорсы — устраивают колодцевую кладку.

Основными достоинствами бесканальных печей явля­ются простота конструкции, высокая теплоотдача вслед­ствие повышения КПД, незначительные потери давления. К недостаткам их (помимо общих) относится перегрев верх­ней части, а следовательно, верхней зоны помещений. Для уменьшения перегрева устраивают комбинированные га­зоходы — перед колпаками газы пропускают через под­топочный канал (см. рис. 12.2, м).

Теплоаэродинамический расчет газоходов печей выпол­няют, как и тепловой расчет топливников, для основного периода интенсивного горения топлива.

При расчете газоходов сконструированной печи или печи выбранной типовой конструкции исходят из резуль­татов теплового расчета топливника. Предварительно, после уточнения высоты топливника по формуле (12.4), соответственно увеличивают или уменьшают высоту над - топочной части печи с тем, чтобы обеспечить условия теп­лового расчета газоходов.

Теплоаэродинамический расчет газоходов заключается в проверках:

1) тепловосприятия стенками топливника и каналов;

2) скорости движения газов в каналах;

3) теплоаккумулирующей способности массива печи;

4) плотности теплового потока на теплоотдающей по­верхности печи.

1. Расчет тепловосприятия печи. Проверяется соответ­ствие действительного тепловосприятия печи необходи­мому тепловосприятию. За период времени от начала одной топки до начала другой, т. е. с учетом срока остывания, от печи в помещение должно быть передано общее количе­ство теплоты <20бщ> кДж, равное теплопотерям помещения за этот же период [показаны в числителе формулы (12.1)]:

<г5гщ=3,б<э„(т+и). (12,6)

Это общее количество теплоты дгпжно быть воспринято внутренними поверхностями топливника и газоходов за период времени от начала до конца одной топки печи (за т часов), т. е. должно удовлетворяться равенство

Qo6m = mQ]jocnp> (12.7)

Где <3БСспр — действительное тепловоеприятие стенками топлив­ника и газоходов печи, кДж/ч; практически вычисляется по формуле

Чвосг. р — 3,6 (9тат + <?1а1 + <?„ак4-'?пр«пр4-?послапосл); (12.8)

<7т> Яъ <?пр. <7посл — плотность воспринимаемого теплового

Потока, Вт/м2 (прил. 2), соответственно на внутренней поверхности топливника (индекс «т»), первого газохода («1»), колпака («к»), промежуточных («пр») и последнего («поел») газоходов; ат, ак, АПр, апосл — площадь, м2, соответствующих газоходов.

2. Расчет скорости движения газов в каналах печи. Про­веряется скорость движения газов в характерных местах газоходов.

Скорость движения газов vT, м/с, определяют по видоиз­мененной формуле (12.5)

GL0 (1 -F- Tl /273) Vr~ 3600mЛкан '

Где TT — среднее значение температуры дымовых газов в отдельных частях газоходов печи, °С; при расчетах принимают по прил. 2; Акан— площадь поперечного сечения каналов, м2.

Получаемые при расчетах значения скорости движения должны находиться в пределах, указанных в прил. 2, что будет свидетельствовать о их допустимости в отношении возможных потерь давления в печи при естественной тяге.

3. Расчет теплоаккумуляции печи. Проверяется соответ­ствие действительной теплоаккумуляции массивом печи необходимой теплоаккумуляции.

За период времени от начала до конца одной отдельной топки (за т часов) помимо восполнения теплопотерь поме­щения, в массиве печи должно быть аккумулировано ко­личество теплоты QaiiK, кДж, равное теплопотерям поме­щения за период времени от конца одной топки до начала другой (за срок остывания п, ч), т. е.

QjKK = 3,6Qnn. (12.10)

Действительную теплоаккумулирующую способность сплошного массива печи вычисляют по формуле

<?акк = (Уа-Уп)РмСмЛ/, (12.11)

Где Va — активный объем печи, м3; Va — объем полостей в преде­лах активного объема, м3; при предварительных расчетах принимают долю полостей в Va для толстостенных круглых печей — 0,25, тол­стостенных прямоугольных — 0,3, тонкостенных бескаркасных — 0,35, тонкостенных каркасных — 0,38; рм — плотность массива, кг/м8; см — удельная теплоемкость массива, кДж/(кг-°С); — среднее изменение температуры массива, °С, в промежутке времени от начала топки до максимально разогретого состояния массива печн; изменение температуры приблизительно составляет 80 °С для толстостенных печей, 120 °С для тонкостенных печей массой свыше 1000 кг, 160 °С для более легких тонкостенных печей.

4. Проверка теплоотдачи печи. Проверяется соответст­вие действительной теплоотдачи печи средней необходимой (заранее установленной) теплоотдаче. Для проверки оп­ределяют плотность теплового потока на теплоотдающей поверхности сконструированной печи или печи выбранной типовой конструкции (с учетом изменений, внесенных в нее при уточнении высоты топливника). Плотность тепло­вого потока на теплоотдающей поверхности печи Вт/м2, вычисляют по формуле

<?отд = <ЭпМп. (12.12)

Где Qn — тепловая мощность печи, Вт; АП — суммарная расчет­ная площадь теплоотдающей поверхности печи, м2; при расчете учитывают не только площадь открытой поверхности печи, но и боковой поверхности, обращенной в отступку (с коэффициентом 0,75 при узкой — шириной 0,07—0,13 м — или закрытой с боков отступке; с коэффициентом 0,5 при полностью закрытой отступке с решетками), а также перекрыши (с коэффициентом 0,75 при ее толщине 0,14 м).

Полученное значение плотности теплового потока со­поставляют со средними значениями плотности, указан­ными в специальной литературе (например, в Справочнике проектировщика, 3-е изд., 1975 г.). К примеру, плотность теплового потока толстостенной печи при двукратной в сутки топке дровами должна находиться в пределах 460— 640 Вт/м2, для тонкостенной печи эти значения увеличи­ваются на 20%.

Одновременно удовлетворить трем уравнениям (12.7), (12.10) и (12.12), выражающим требования по тепловос - приятию, теплоаккумуляции и теплоотдаче печи, затрудни­тельно. Поэтому при тепловых расчетах по указанным уравнениям допускаются отклонения до ±15%.