Теплота в отопительных печах частично аккумулируется поверхностями топливника, воспринимающими ее в основном в виде лучистой (радиационной) энергии. Другая часть тепловой энергии переходит в дымовые газы, направляющиеся под действием тяги в атмосферу. Использование теплоты дымовых газов — задача конвективных поверхностей печей.
Конвективными поверхностями называют поверхности, расположенные в газоходе и обогреваемые движущимся потоком горячих дымовых газов, которые отдают свою теплоту надтопочной части печи в результате контакта со стенками каналов.
Газоход большинства печей представляет собой разветвленную систему кирпичных каналов, которые формируют единый газовый тракт, начинающийся в дымоотводящем проеме топливника (хайле) и завершающийся в месте присоединения массива печи к дымовой трубе. Совокупность дымооборотов, состоящая из соединенных между собой вертикальных и горизонтальных каналов, которые предназначены для аккумуляции теплоты отходящих газов, называют конвективной системой. Та часть печи, где расположена эта система, называется конвективной зоной.
При конструировании конвективной зоны стремятся к тому, чтобы тепловая энергия дымовых газов использовалась оптимально, т.е. дымообороты должны аккумулировать теплоту отходящих газов таким образом, чтобы, поступая в атмосферу, их температура несколько превышала уровень, за пределами которого наступает конденсация газов и происходит интенсивное выпадение сажи в каналах.
При конструировании конвективной зоны стремятся к тому, чтобы тепловая энергия дымовых газов использовалась оптимально, т.е. дымообороты должны аккумулировать теплоту отходящих газов таким образом, чтобы, поступая в атмосферу, их температура несколько превышала уровень, за пределами которого наступает конденсация газов и происходит интенсивное выпадение сажи в каналах.
Для максимального использования теплоты отходящих газов следует развивать площадь тепловоспринимащих поверхностей конвективной зоны печи путем увеличения числа каналов и протяженности пути дымовых газов. Передачу теплоты продуктов сгорания поверхностям конвективной системы называют процессом теплообмена. Количественно теплообмен между поверхностью твердого тела и газообразной средой определяется уравнением Ньютона-Рихмана
Процесс теплообмена во многом зависит от режима движения газов. Различают ламинарное и турбулентное движения потоков дымовых газов.
При ламинарном движении поток газов перемещается слоями, не перемешиваясь. Весь поток газов как бы состоит из множества тонких струек, каждая из которых движется параллельно стенкам канала. При таком режиме передача от каждой струйки к стенке конвективной поверхности осуществляется преимущественно за счет теплопроводности. Однако воздух - плохой проводник теплоты. Следовательно, интенсивность теплообмена при ламинарном движении газов низкая. Отсюда вытекает первое правило конструирования конвективных систем печей: скорость движения потока должна обеспечивать турбулентность течения дымовых газов, что способствует интенсивному восприятию теплоты стенками каналов газохода.
При турбулентном движении топочные газы интенсивно перемешиваются, образуя завихрения, благодаря чему процесс теплообмена протекает значительно эффективней по сравнению с теплообменом при ламинарном движении.
Главными факторами возникновения турбулентного движения являются:
Скорость газовой среды при ее постоянном объеме зависит от размеров сечений канала: чем меньше сечение, тем поток движется быстрее. Однако при этом возрастает сопротивление газохода движению газов. На сопротивление также влияют протяженность конвективной системы и наличие участков на пути продуктов горения, преодолевая которые газы меняют свое направление или переходят из канала большего сечения в канал с меньшим сечением и наоборот.
Сопротивление движению газового потока, которое оказывают прямолинейные участки газохода, называют линейным, а препятствия, возмущающие поток, считают местными сопротивлениями.
Линейные сопротивления зависят от качества кладки каналов, поэтому толщина швов между рядами кладки не должна превышать 5 мм, а тепловоспринимающие поверхности следует тщательно выравнивать. Местные сопротивления в виде расширений, поворотов, сужений снизу или сверху должны иметь плавные очертания, т.к. внезапные изменения скорости потока приводят к выпадению сажи из дымовых газов и к увеличению сопротивления газового тракта.
Выявив характер газодинамического процесса конвективной системы, определяют соответствие размеров площадей поверхностей тепловосприятия и теплоотдачи режиму эксплуатации печи. Если площадь поверхности тепловосприятия будет недостаточной, то теплопроизводительность печи не достигнет заданной величины, а стенки газохода будут интенсивно разрушаться от чрезмерного нагрева. Если площадь поверхности тепловосприятия (дымооборотов) чрезмерно развита, то температура уходящих газов может понизиться настолько, что из продуктов горения начнет выпадать конденсат, в результате резко ухудшится тяга, в помещение будет поступать дым и от влаги снизится прочность кирпичной кладки. Отсюда вытекает второе правило конструирования конвективных систем: площадь поверхности теплоотдачи печи должна быть равна площади поверхности тепловосприятия.
Третье правило конструирования конвективных систем состоит в следующем: протяженность газохода следует выбирать в зависимости от сопротивления потоку газов и температуры конденсации паров, содержащихся в продуктах горения.
Источник: http://www.svasti.ru/konvektivnye_sistemy_pechei_processy