Особенности кладки: материалы и рекомендации

Для кладки корпуса и дымохода использовать рекомендовано обычный глиняный полнотелый кирпич. Марка М150 и выше, размер 250*120*65 мм. Рассчитать количество кирпича для печей Кузнецова несложно: нужно количество рядов выбранной вами модели умножить на 0,8. Этого количества хватит на кладку корпуса (с учетом боя и отбраковки). Для дымохода считать нужно отдельно. Схема расчета чуть другая: вы знаете сколько кирпичей на один ряд, умножаете на количество рядов (у каждого разное в зависимости от габаритов печи и высоты здания), добавляете 10% на бой и получаете искомое число.

Для шамотного ядра (если есть) рекомендован Ш-5 (230*114*40 мм) или ШБ-8 (250*123*65 мм). Его количество считается по схеме поштучно. Ядро в печах Кузнецова несвязное с корпусом, то есть, между ними нет общих точек соприкосновения. Между двумя параллельными стенками, корпуса и шамотного ядра, должна оставаться щель в 5-6 мм. Чтобы ее проще было выдержать, можно готовое ядро (обычно его кладут вначале) обернуть обычным упаковочным картоном соответствующей толщины. Вместо этого для лучшей теплоизоляции топки можно проложить теплоизолятор, базальтовый картон, например.

Барбекю тоже строить можно по принципу колпаковых печей

По высоте ряды кладки из керамического кирпича не совпадают с высотой рядов шамота. Их не нужно подгонять один под другой. Важно выдерживать вертикальность и горизонтальность, отслеживать угла, а также рекомендованную ширину шва. И тогда все будет так, как нужно. В реалии габариты керамических кирпичей отличаются от стандарта 250*120*65 мм. Если отклонения некритичные, откорректировать их можно швом. Потому и при расчетах печей и их высоты берут высоту кирпича со швом. Она должна быть 70 мм. Но делать шов более 7 мм нельзя, так что ищите кирпич подходящего качества и размера.

Сверху, в местах, где заканчивается кладка шамота, есть компенсационные зазоры, которые учитывают разные коэффициенты расширения материалов. Их соблюдать обязательно: расширение у шамотного кирпича больше, чем у керамического и если такого зазора не будет, ядро через некоторое время разобьет находящуюся сверху кладку из-за того, что расширяется сильнее.

Вырезка из порядовки печи Кузнецова с меткой

Величину зазора нужно высчитывать по отметкам на порядовке. На чертежах нанесена метка высоты последнего ряда шамота. Высоту стенки из керамического кирпича считаете сами: кол-во рядов умножаете на высоту ряда со швом (70мм) и получаете искомую величину. Она должна быть больше высоты шамота на 10-15 мм. Вот этот зазор и является компенсационным и он должен присутствовать. Образовавшуюся пустоту закладывают каменной базальтовой ватой (не стекловатой, а той, которая имеет температуру использования выше 1200^оС).

Если внутри есть столбики и внутренние стенки (толщина обычно в четверть), кирпич в них можно класть плашмя или на ребро. Разницы нет, делайте как удобнее. Есть места в чертежах, где в одном ряду находится кирпич, поставленный плашмя и на ребро. В этом случае его нужно погонять под размер (пилить).

В местах установки печного литья также есть нюансы. На чертежах над дверцей топки из-за особенностей программы изображен керамический кирпич, но ставить там нужно шамот на ребро. При перепаде высот, пустоты заполняются вырезанными пластинами из шамота. Между металлическими частями и кладкой остается зазор в 5 мм — снова-таки из-за разных температурных расширений. В этот зазор укладывают подходящий теплоизолятор (с температурой эксплуатации от 1200^оС).

Для теплоизоляции печного литья раньше использовали асбестовый шнур. Теперь рекомендуют базальтовую вату или картон

Теперь о растворе: для кладки корпуса (из керамического кирпича) используют глиняный или глиняно-песчаный раствор. Для кладки огнеупорного шамота используют покупные составы (огнеупорные мастики). Кузнецов перед кладкой мочить кирпич не рекомендует. Если и нужно это делать то только со вторичным сырьем. Сразу после завершения печь нужно просушить, даже в том случае, если сразу вводить ее в эксплуатацию не будете. Если этого не сделать, в последствии при нескольких первых топках будет присутствовать запах угара.

Итоги

Тонкостей и нюансов в строительстве кирпичных печей очень много и дело это совсем непростое. Тем не менее, сделать печь Кузнецова своими руками возможно: порядовки и схемы предоставляются автором в свободное пользование. С соответствующими пояснениями и при наличии желания сделать можно все.

это химическая реакция, при которой из одних простых веществ (углерода и водорода) при соединении с кислородом получаются другие вещества с выделением тепла. Если в качестве окислителя используется воздух, то при самой правильной организации горения продуктами реакции будут углекислота (в результате сгорания углерода), водяные пары (при сгорании водорода) и азот как составляющая часть воздуха, требуемого для горения, а это 4/5 части его объёма. Фактически из-за неравномерного перемешивания топлива с воздухом, последнего надо подавать в 1,6 – 2,4 раза больше теоретического. Поэтому в топке имеются избыточное количество воздуха с повышенным содержанием азота, не принявшего участия в горении, а также водяные пары от выпаривания воды, содержащейся в топливе. Все эти газы балластные, участия в горении они не принимают, а только нагреваются за счёт теплоты сгорания углерода и водорода, т. е. забирают полезное тепло.-Горение в чистом виде

В системе принудительного движения газов (система ПДГ) все эти газы смешиваются в единый поток. В результате температура в топке снижается, что влечёт за собой ухудшение условий сгорания топлива, кроме того, разбавленный холодными балластными газами поток воздействует на теплообменник и далее выходит в трубу.

За долгие годы конструкции энергоустановок ПДГ в теплотехническом отношении доведены до максимально возможно высокого уровня, и резерва повышения их КПД практически нет.

В настоящее время при сжигании топлива в топках самой разной конструкции и всех типах топочных процессов при использовании воздуха в качестве окислителя преследуется основная цель – уменьшить влияние балластных газов, от количества которых зависит температура потока. Из-за уменьшения последней ухудшаются условия сгорания топлива и уменьшается теплосодержание продуктов его сгорания. Это касается и тепловых генераторов, используемых во всех отраслях промышленности.

Для достижения цели используют сухое топливо, в том числе пеллет, брикет и т.п., продукты энергоёмкой и дорогой технологии производства; минимизируют количество подаваемого воздуха до уровня, при котором ещё не возникает неполного сгорания топлива, но и нет излишнего количества воздуха.

Система «свободного движения газов в трактовке И.В. Кузнецова» (далее СДГ) предполагает другой механизм уменьшения влияния балластных газов на процесс сжигания топлива, а также использования выделившегося тепла. Он основан на естественных законах природы.

Улучшить условия сгорания топлива в топке можно, если удалить балластные газы из зоны горения.Тем самым повышается КПД извлечения энергии из топлива, т. е. увеличивается теплосодержание продуктов сгорания топлива, или, другими словами, теплосодержание продуктов сгорания топлива зависит от вида окислителя и количества балластных газов.

Основу теории свободного движения газов заложил русский ученый, металлург, член-корреспондент АН СССР, профессор В. Е. Грум-Гржимайло (1864 – 1928 гг.). В дальнейшем работу по совершенствованию системы печей, в основу действия которых положен принцип СДГ, проводил ученик и последователь В. Е. Грум-Гржимайло канд. техн. наук И. С. Подгородников (1886 – 1958 гг.). Он предложил строить печи по схеме «двухъярусный колпак».

Основная идея базируется на том, что струйка горячего газа в окружении холодного всплывает вверх, как более легкая. При проектировании печи в каждой её части следует задавать такое направление движения газов, которое отвечало бы их естественному стремлению – горячий газ поднимается вверх, а струйки охлажденного опускаются вниз. В.Е. Грум-Гржимайло и И.С. Подгородникову не удалось решить важнейший вопрос организации естественного движения газов в топочной камере в соответствии с этим классическим определением.

Естественное движение горячих газов в топочной камереможно обеспечить только в теплогенераторе, построенном по определённым правилам.На Рис.1 показана схема теплогенератора. Обозначения следующие: 1-топка; 2-«сухой шов»; 3-нижний колпак; 4-теплообменник; 5-верхний колпак; 6-труба. Нижний ярус и топка объединены в единое пространство через «сухой шов» и составляют нижний колпак. Колпак – это перевернутый вверх дном сосуд. В нём холодные частицы выталкиваются вниз, горячие всплывают вверх. В этой конструкции предусматривается обязательное наличие «сухого шва». Это вертикальная щель шириной 2–3 см, соединяющая топку и колпак. Топки могут быть различными как по конструктивному исполнению, так и по принципу сжигания топлива. Топливо можно сжигать любое.

Суть правил.Речь идёт о сжигании топлива в топке, размещённой в колпаке и объединённой с ним вертикальной щелью (сухой шов) в единое пространство. Такое построение позволяет создать и в колпаке, и топочной камереусловия, в которых движение газов отвечает их естественному стремлению: горячий газ поднимается вверх, а струйки охлажденного опускаются вниз. При этом могут быть выдержаны нижний и верхний пределы удельного теплового напряжения топочного объёма. Предложенная схема соответствует теории В.Е. Грум-Гржимайло.

Суть концепциизаключается в том, чтобы получить из топлива при его сжигании максимальное количество тепла и использовать его в максимальной степени. Конструкция теплогенератора должна отвечать функциональным требованиям и обеспечивать оптимальную теплоотдачу.

Можно эффективно сжигать топливо, получая из него максимально возможную содержащуюся в нём энергию, но при этом не эффективно использовать это тепло. Напротив, можно не изымать в полной мере энергию, содержащуюся в топливе, но эффективно её использовать. Поэтому можно считать, что КПД энергоустановки складывается из КПД изъятияэнергии из топлива и КПД использованиявыделившегося тепла.

Первый коэффициент, КПД изъятия энергии из топлива, характеризует, какую часть энергии (в процентах), содержащейся в топливе, можно преобразовать в тепло при его сжигании.

Рассмотрим, в чём заключается различие использованиявыделившегося тепла в системах СДГ и ПДГ.

Движущийся газовый поток в теплогенераторе с любой конвективной системой переносит тепловую энергию и продукты сгорания. Конвективная система служит инструментом для использования выделившейся тепловой энергии, которая может быть направлена на обогрев котла водяного отопления, калорифера, теплонакопительного массива и т. п. Чтобы выяснить, в чём заключается разница механизмов движения газового потока в системах ПДГ и СДГ, представим, что источником тепла является электрический обогреватель. В этом случае не надо удалять продукты сгорания.

Заполним колпак К1 показанный на Fig.A1, Рис.2 порцией горячего воздуха. Обозначения на Рис.2 следующие: К1, К2, К3 соответственно номера колпаков 1, 2, 3 по ходу движения горячих газов; В- теплообменник; С- электрический обогреватель; D- дутье; T- тяга; Горячий воздух, более лёгкий, поднимется вверх и вытеснит из колпака холодный тяжелый воздух. Он будет находиться там, пока не отдаст своё тепло стенкам колпака. Если горячий воздух, генерируемый электрическим нагревателем C, постоянно подаётся в колпак, то часть теплоты потока воспринимается стенками колпака и размещённым там теплообменником В. Если тепла генерируется больше, чем могут воспринять колпак с теплообменником, то избыток тепла (охлаждённый воздух из нижней зоны колпака) переливается во второй колпак К2 и оттуда в третий К3, если К2 не сможет воспринять всё тепло. Движение горячего воздуха в колпаках происходит без тяги трубы за счёт естественных сил природы и не требует внешней энергии. В системе ПДГ перенос тепла возможен только за счёт тяги трубы.

Если пропускать через нижнюю зону колпака К1, показанного на Fig.A2, рис.2, поток горячего воздуха, то при дутье D, равном тяге T, тёплый поток под действием архимедовой силы поднимается вверх, в зону, где происходят теплообменные процессы. Тепло горячего воздуха будет передаваться стенкам колпака и теплообменнику внутри колпака, а избыток тепла (охлаждённый воздух) выходить наружу в колпаки К2, К3 и т.д., если они есть.

В качестве теплообменника могут быть использованы регистры водяного котла, калорифер воздушного отопления, реторта для газификации топлива, технологические материалы и т.п. Теоретически можно подобрать такой теплообменник, который будет забирать всё тепло. В этом случае можно будет сказать, что КПД использования выделившегося тепла близок к 100 %.

Теплопередача от газа к теплообменнику зависит от следующих факторов:

площади теплообмена;

разницы температур;

продолжительности контакта.

Чем они больше, тем больше теплопередача. Колпак может иметь любую форму и объём, в который можно вставить теплообменник, т. е. увеличить теплообмен. При таком построении теплогенератора увеличиваются площадь теплообмена и продолжительность контакта горячих газов с теплообменником, тем самым улучшается теплообмен.

То же самое будет происходить, если пропускать через нижнюю зону колпака при дутье D, равном тяге T, поток газа, полученный в результате сжигания любого вида топлива в сторонней топке при всех типах топочных процессов при использовании воздуха в качестве окислителя (смотри К1 на Fig.A2, рис.2). Поток содержит продукты сгорания, которые представляют собой смесь различных газов, в том числе балластных. Молекулы их совершенно самостоятельны, не сцеплены между собой. Продукты сгорания – это углекислота, полученная в результате сгорания углерода (СО2); водяные пары – от сгорания водорода, а так же балластные газы – водяные пары топлива; азот (в смеси); излишний воздух. Этот газовый поток, проходя через нижнюю часть колпака, разделяется по составу. Каждая частица газового потока имеет своё состояние (массу, температуру, энергию) и занимает в колпаке во время свободного движения через него место, определённое этим состоянием. Горячая составляющая потока под действием архимедовой силы поднимается вверх, воздействует на теплообменник, и находится там, пока газы не охладятся. Холодная, тяжёлая и вредная составляющие потока, наиболее холодные струи, проходят низом колпака и мало воздействуют на теплообмен.

Из сказанного следует важный вывод – при пропускании газового потока через колпак повышается КПД использования выделившегося тепла, так как уменьшается влияние балластных газов на теплообмен.

В системе ПДГ все продукты сгорания проходят через топочную камеру и каналы конвективной системы теплогенератора, смешиваются в единый поток, т. е. уменьшают температуру и полезную теплоотдачу потока. Движущей силой потока в этой системе служит тяга трубы.

Отсюда следует ещё один важный вывод – КПД использования выделившегося тепла, полученного в результате сжигания любого топлива в топке любого типа при использовании воздуха в качестве окислителя, имеет наибольшее значение в конвективной системе, выполненной в виде колпака.

Для повышения эффективности функционирования теплогенератора, снижения выбросов в атмосферу вредных веществ необходимо обеспечить полное сгорание топлива. Известно четыре условия достижения полного сгорания топлива: правильное устройство топки; смесеобразование; высокая температура; оптимальная подача первичного и вторичного воздуха.

В процессе горения резко падают концентрации исходных веществ (топлива и окислителя) и также резко повышаются концентрации продуктов горения и уровень температуры смеси. В любой системе вторичный воздух надо подавать выше зоны активного горения топлива для сжигания горючих газов, выделившихся в результате термического разложения топлива.

В системе ПДГ движение окислителя и горючих газов идёт в попутном направлении. По мере продвижения поток всё больше балластируется. В конечной зоне факела концентрации топлива и окислителя уменьшаются. Исходные вещества разъединяются большим количеством продуктов сгорания. Контакт реагирующих молекул значительно затруднён. В этом случае важно инициировать интенсивную турбулентность. Необходимо также обеспечить процесс горения воздухом, доведя его количество до оптимального (минимизировать), при котором не возникает неполного сгорания топлива и его излишков. Однако в любом случае в топочной камере будут присутствовать лишний воздух, азот и водяные пары топлива, которые уменьшают температуру потока и, тем самым, ухудшают условия сгорания топлива. Энергия, содержащаяся в топливе, выделяется не полностью. И выделившееся тепло используется также не полностью, так как расходуется на нагревание балластных газов в потоке.

Отсюда можно сделать следующий важный вывод: чтобы повысить КПД изъятия энергии из топлива, надо уменьшить влияние балластных газов на топочный процесс и повысить температуру горения.

В энергоустановках системы ПДГ нет места для размещения теплообменников, чтобы условия сгорания топлива соответствовали условиям использования выделяемого тепла. При размещении теплообменников в топочной камере условия сгорания топлива входят в противоречие с условиями теплообмена. Чем больше забирается тепла (повышается КПД использования), тем хуже условия сгорания топлива (снижается КПД изъятия энергии из топлива). Теплообменники, размещаемые в топке (холодное ядро), уменьшают там температуру, т. е. ухудшают условия сгорания топлива. При увеличении размера площади канала (для того, чтобы разместить в нём теплообменник), энергия газового потока в нём размазывается, т. е. уменьшается температура в потоке.

Топливо можно сжигать в колпаке без топки. Однако так нельзя добиться хороших условий сгорания топлива: высокой температуры, оптимального обеспечения реакции горения воздухом, его перемешивания и предварительного нагрева. По этой причине топливо необходимо сжигать в ограниченном объёме, в котором можно выдержать указанные требования.

Поиск по сайту: