Виды и характеристики топлива, применяемого в печах

1.3.2.1 Виды и характеристики топлива, применяемого в печах

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные.

Для топки печей применяют твердое, жидкое и газообразное топливо. Наибольшее распространение имеет твердое топливо — дрова, торф, каменный уголь. Различные виды жидкого топлива (соляровое масло, мазут, керосин) используют главным образом в местностях, где их добывают или производят. Природный газ в последние годы получает все большее распространение.

Выбор топлива для печей определяется, главным образом, удобством его применения, а также его теплотворной способностью. Теплотворной способностью топлива называется количество тепла, выделяемого при сжигании 1кг твердого, жидкого или 1м³ газообразного топлива. Размерность этой единицы для жидкого и твердого топлива — ккал/кг, а для газообразного — ккал/м³.

Теплотворная способность каждого вида топлива зависит от его горючих составляющих, а также от зольности и влажности топлива. Чем больше процентное содержание горючих элементов в топливе, тем выше его теплотворная способность. Наоборот, чем больше влажность и выше зольность топлива, тем ниже его теплотворная способность.

Основными горючими составляющими любого топлива являются углерод, водород и летучая горючая сера. Углерод в чистом виде представляет собой твердое вещество черного цвета, водород — горючий газ, не имеющий ни цвета, ни запаха. В состав топлива входят еще кислород и азот, а также минеральные вещества, из которых после сгорания топлива образуется зола и шлак. Содержится в топливе и вода. Минеральные вещества, вода и азот не принимают участия в горении, составляя так называемый балласт топлива.

Дрова являются наиболее распространенным видом твердого топлива для комнатных печей и кухонных очагов.

Теплотворная способность дров зависит от их влажности. Сухие дрова легко загораются. При горении они развивают более высокую температуру, чем сырые, следовательно, дают больше тепла.

Теплотворная способность дров различных пород на единицу массы практически одинакова. Однако на единицу объема дрова более плотной и тяжелой древесины дают значительно больше тепла, например, березовые дрова дают на 20 — 25% больше тепла, чем осиновые, и на 15—18% больше, чем сосновые.

Торф представляет собой остатки перегнивших растительных веществ. По способу добычи различают торф резной, кусковой, прессованный (в форме брикетов) и фрезерный (в виде торфяной крошки). Влажность кускового торфа, которым чаще всего пользуются для отопления, колеблется от 25 до 40%.

По своему химическому составу и теплотворной способности торф приближается к дровам, но имеет большую зольность.

В безлесных местностях, где нет ни торфяников, ни каменного угля, печи топят кизяком — высушенными на солнышке плитками из навоза и соломы. По внешнему виду, химическому составу, способности рассыпаться в сухом виде кизяк сходен с торфом низших сортов. Как и торф, кизяк содержит много влаги. Его рекомендуется сжигать в таких же топливниках, что и торф.

Каменный уголь залегает пластами в недрах земли, иногда на очень большой глубине. По своему химическому составу каменный уголь представляет собой, в основном, соединение углерода и водорода. Ценность каменного угля в его высокой теплотворной способности.

Для каждого из видов угля топливник должен иметь свои особенности, однако во всех случаях топливник для сжигания угля должен быть оборудован колосниковой решеткой.

Жидкое топливо. К числу жидких топлив, используемых для сжигания в печах и очагах, относятся сырая нефть и нефтяные остатки, получаемые на местах ее добычи, а также продукты переработки нефти, более легкие сорта нефтяного топлива (соляровое масло, керосин).

Легкие сорта нефтяного топлива имеют плотность около 0,8 г/см³ , тяжелые — 0,9 г/см³. Плотность мазута от 0,9 до 0,93. Содержание серы в мазуте незначительно — от 0,5 — 0,8%. Теплотворная способность всех перечисленных видов жидкого топлива примерно одна и та же и равна 10000 ккал/кг.

Крупные котельные установки в большинстве случаев переведены на жидкое топливо. В домовых мелких очагах и бытовых печах сжигание мазута и других видов нефтяного топлива происходит до сих пор весьма примитивно и неудовлетворительно.

Мазут и нефть сжигают в бытовых печах при подаче их в топливник через небольшую стальную трубу диаметром 15 мм, из которой нефть тонкой струей свободно вытекает на под печи, а затем воспламеняется и сгорает под действием высоких температур в топливнике. Горение сопровождается обильным выделением черной копоти, которая проникает и распространяется по всему помещению, при этом она загрязняет воздух и комнатную обстановку.

В настоящее время разработаны и применяются безнапорные испарительные горелки для жидкого топлива.

Газообразное топливо. К газообразному топливу относится природный и искусственный газ.

Природный газ, имеющий высокую теплотворную способность 8500 ккал/м³ , экономически целесообразно транспортировать на значительные расстояния.

Искусственный газ, реже применяемый в быту, можно получать из твердого топлива в специальных газогенераторных установках. Теплотворная способность искусственного газа значительно ниже теплотворной способности природного газа и равна примерно 1400 ккал/м³.

В химический состав природных газов входят как горючие части — метан (СН₄), водород (Н₂) и окись углерода (СО), так и негорючие, которые называются балластом — азот (N₂) и углекислота (СO₂).

Одним из наиболее часто встречающихся газов, входящих в состав природных горючих газов, является метан (СН₄). Теплотворная способность метана 8500 ккал/м³.

Особенность другого газа — бутана (С₄Н₁₀), входящего также в состав горючих газов, является то, что он при нормальном атмосферном давлении и минусовой температуре (-10 °С) переходит в жидкое состояние.

Природные газы ядовиты и не имеют запаха, поэтому для быстрого обнаружения их в воздухе к газам перед подачей их в городскую сеть подмешивают пары жидкостей, обладающих резким запахом. [14]

Выбор вида топлива или энергии зависит от:

·  доступности того или иного вида топлива в месте нахождения;

·  от цены данного вида топлива и расходов, связанных с его применением;

·  удобства и комфортности связанные с использованием выбранного вида топлива.

Магистральный газ на сегодняшний день является самым оптимальным для потребителей видом топливом. Несмотря на высокие цены подключения (растущие с каждым годом), преимущества данного вида топлива очевидны – это:

·  низкая (на сегодняшний день) цена,

·  высокая теплоотдача и КПД,

·  возможность полностью автоматизировать работу генератора тепла (котла) и отопительных приборов в зависимости от наружной температуры и прочих условий,

·  высокая безопасность (при соблюдении правил и нормативов) и надежность работы котлов,

·  крайне редкие перебои в подаче газа.

К недостаткам могут быть отнесены

·  высокая стоимость подключения к газовой сети,

·  необходимость использования для подключения к газовой сети, монтажа и обслуживания, только сертифицированные и лицензированные подрядные организации (как правило, более дорогие),

·  падение (обычно зимнее) давления газа в подающем газопроводе в два или три раза от нормированного (130 мм вод. ст. или 13 м бар), снижающее тепловую мощность котла, а иногда делающего его работу не возможной.

Отопление электричеством – самое дорогое отопление. Необходима возможность подключения к электролинии кабелем большой мощности. Обязательно разрешение на это снабжающей организации.

К достоинствам отопления электричеством можно отнести:

·  невысокую стоимость оборудования,

·  легкую возможность контроля температуры в каждом помещении,

·  экологичность,

·  легкость монтажа и обслуживания.

В пользу выбора отопления электричеством можно отнести факт перехода на двойной (пониженный ночью) тариф на электроэнергию.

Отопление дизтопливом (соляркой), является возможностью организовать самое независимое отопление вдали от газовых и электрических магистралей.

Отопление на солярке довольно дорогое по затратам на эксплуатацию и покупку оборудования. Необходимо приобрести и смонтировать топливные баки, системы для подвода и очистки топлива.

Другие проблемы использования жидкого топлива таковы:

·  сезонный запас топлива может составлять 5…20 тонн и для него необходимо выделить место на участке,

·  отечественная солярка нуждается в очистке, так как в ней имеется песок, смолы, вода и прочее,

·  возможное появление специфического запаха в помещениях.

При отоплении на дизельном топливе разумно потратить деньги на автоматические устройства для экономии энергии. Так приборы климатконтроля, установленные в систему отопления, сэкономят топливо и возможно окупятся за год или два.

Отопление твердым топливом - это отопление дровами, углем, брикетами торфа и пр. Для России, с ее огромными запасами древесины и угля такое отопление очень актуально. Запастись дровами проще всего: можно покупать готовые с доставкой; заготовлять самостоятельно в лесу; лесопилки обычно по бросовым ценам отдают отходы разделки бревен. Уголь, даже сортированный антрацит, также оказывается обычно дешевле солярки.

Недостатки использования твердого топлива очевидны:

·  необходимость пополнения и хранения большого запаса топлива на участке,

·  твердотопливные котлы обычно громоздки и тяжелы,

·  приходится регулярно очищать трубы, колосники и топки от продуктов горения,

·  сложность в применении автоматики для повышения эффективности системы отопления,

·  необходимость топки котла несколько раз в день по несколько часов.

По оценке специалистов, можно ожидать, что за 20-летний период цены на природный газ в России повысятся в 5…7 раз, а цены на уголь – только в 2 раза. Следовательно, возрастет потребление более дешевых видов топлива: угля, отходов производства, биотоплива и древесины.

1.  Газ – самый дешевый и удобный на сегодняшний день вид топлива.

2.  Дизтопливо – применяем там, где нет возможности подключения к газовым и электрическим магистралям и сетям, но необходим комфорт.

3.  Электричество для отопления применяем в небольших домах и сезонном проживании, при возможности выделения необходимой мощности местными энергетиками.

4.  Твердое топливо используем, зная, что обслуживание и уход за котлом системы отопления займет много времени и отнимет значительные силы. [15]

1.3.2.2 Типы печей для бань

Печи для бани существуют дровяные, газовые и электрические.

Газовая печь

Такую печь для бани можно назвать промышленной. За рабочий день она теряет температуру на 150-250°С, а за ночь эту потерю восполняет. Полностью остывает эта печь только раз в год на период ремонта. Протопить ее с нуля можно лишь дней за пять.

 В газовых печах для бани камней в среднем около 200 кг. Этого достаточно для того, чтобы 4-5 часов париться в парной площадью 12-15 м², если даже при этом не топить печь. Но топить ее можно и нужно, поэтому париться можно сколько угодно - ведь камни лежат в специально изготовленном баке из нержавеющей стали. Дымовые газы не проходят через камни. Эти объемы не связаны между собой, поэтому огонь невозможно залить. Строится печь из огнеупорного кирпича на глиняном растворе. В качестве нагревателя используется стандартная горелка для газовых котлов.

 Газовая печь для бани может составить серьезную конкуренцию печи дровяной. В эксплуатации она дешевле, проще, чище.

Газовая печь может топиться не природным магистральным газом, как обычно, а баллонным газом пропаном. Им еще заправляют автомобили, если установлено специальное оборудование. Для одной хорошей бани требуется целый большой бытовой баллон. Пропан имеет более высокую теплотворную способность, чем природный газ. Кроме того, он позволяет хранить и возить его в сжиженном виде. Природный газ переходит в жидкую фазу при очень высоком давлении, поэтому транспортируется он почти исключительно по магистралям.

Емкость с жидким газом (пропаном или пропан-бутановой смесью) кубов на пять можно закопать в землю около дома. Ее заполняют жидким газом из специального газовоза. Такой емкости хватает, чтобы целый сезон отапливать дом площадью до 200 м², не говоря уже о бане.

Электрическая печь

Электропечи для бани совмещают как элементы печей прямого нагрева, так и элементы печей непрерывного нагрева.

Электрические печи не требуют отвода дыма, поэтому они позволяют построить настоящую русскую баню даже там, где дымоотвод не предусмотрен.

Температура камней в электрической печи для бани - 650 градусов, что практически приближается к температуре камней в периодической печи.

Электрические печи имеют малый размер, примерно 1м на 1м и высоту 1,7м.

Дровяные и газовые печи для бани, конечно, чаще используются при строительстве русских бань. Наибольшей популярностью сейчас пользуется газ. Но при топке дровами или газом существует проблема отвода дыма, которую иногда решить сложно, особенно в многоэтажных домах. Кроме того, электричество - самое экологически чистое топливо.

Жизнь показала, что обкладывать такие электрические печки плиткой смысла не имеет, также как в газовых и дровяных холодных печах. Просто нужно использовать снаружи хороший кирпич. Само собой разумеется, что литьё должно быть финским. К сожалению, отечественные литейщики только пытаются начать выпуск качественных печных приборов, но ассортимент их пока мал. Электрические печи для бани существенно потеснили на рынке газовые и дровяные. С газовыми печами существует вечная проблема согласований с газовыми службами, а с дровяными печами много хлопот и мусора от дров. Электрическая печь быстрее прогревается и весит всего 2,5 тонны, тогда как газовые и дровяные холодные печи весят по 6 тонн. Размеры электрической печи всего 1х1м и 1,7м в высоту. Все эти преимущества и определили успех электрической печи на рынке.

Дровяная печь

В большинстве печей для бани стенки печи нагреваются до температуры 100 градусов и перегревают парную еще до подбрасывания пара.

Расход дров дровяной печи примерно 12 кг в час, в зависимости от породы и влажности древесины, а прогрев печи и парной от комнатной температуры до готовности - 6 часов.

Если перерыв между банными сеансами составляет 2 суток, то для выхода на режим достаточно 3 часов. Если перерыв составляет 1 сутки, то для выхода на режим достаточно 2,5 часов.

Если перерыв между банными сеансами составляет 0,5 суток, то для выхода на режим достаточно 1,5 - 2 часа.

Одно из неудобств дровяной печи является то, что во время банного сеанса печь необходимо подтапливать с такой периодичностью, чтобы не прекращалось горение дров.

Банные печи бывают прямого нагрева или периодические, и печи постоянного нагрева или непрерывные. Исключением здесь являются электрические банные печи. Они устроены совершенно иначе, поэтому находятся вне этой классификации.

В печах непрерывного действия, камни расположены в специальной духовке из нержавеющей стали. Камни нагреваются до несколько меньшей температуры, зато можно одновременно и топить, и париться. Количество камней в такой печи может быть гораздо меньшим, так как потери тепла восполняются топкой.

Непрерывные и периодические банные печи постоянно борются друг с другом. Есть горячие поклонники периодических банных печей и столь же убежденные сторонники печей постоянных. В периодической печи, если она топится дровами, присутствует приятнейший аромат. Но мы должны отдавать себе отчет в том, что это аромат копоти, то есть, небольшого количества не сожженного дерева. При строительстве таких печей одна из важнейших задач - максимально сжечь копоть, которая неизбежно образуется на камнях при растопке печи. Полностью копоть сжечь все равно не удастся, поэтому и появляется приятный аромат при приготовлении пара. В хорошей периодической банной печи копоти практически не видно. Не видно ее и в паре, который выходит из печи при подбрасывании воды. Однако, стенки парной быстрее темнеют, покрываясь копотью.

В постоянных банных печах этого не происходит, так как дым не проходит через камни. Можно поддерживать высокую температуру камней в закрытой духовке, постоянно подтапливая печь во время банного сеанса. Приятный аромат отсутствует, зато обшивка парной дольше сохраняет свежий вид. Практически, в банях с постоянными печами, обшивка может потемнеть только из-за высокой температуры. Но этот процесс длительный и зависит главным образом от породы дерева.

Независимо от вида топлива, банные печи бывают «горячие» и «холодные». Это классификация по температуре наружных стенок печи. Горячая печь имеет температуру наружных стенок примерно 100 градусов, поэтому она своими стенками прогревает парную. Такие печи могут быть установлены в любой парной, но чаще всего используются в тех случаях, когда помещение парной и самой бани не имеет постоянного отопления другим источником тепла до комнатной температуры.

Холодную банную печь нельзя устанавливать в помещениях, не имеющих постоянного отопления, потому что холодная печь не сможет зимой прогреть парную до нужной температуры. В этом преимущество горячей печи. Есть, однако, и недостатки. Горячая банная печь в процессе приготовления пара может перегреть парную, так как температура стенок парной будет медленно стремиться к температуре стенок печи. При незначительном перегреве существуют специальные техники, как остудить парную, не остужая при этом печь. А при значительном перегреве, уже не удастся создать должную влажность в парной, поскольку человеку трудно это выдержать. То есть, без специальных мероприятий, баня с горячей печью постепенно стремится к режиму сауны.

На практике холодная печь наиболее явно показывает свои преимущества, если никто никуда не торопится. Холодная печь протапливается долго. Вопрос регулирования теплового режима в парной особенно актуален, когда баня используется подолгу и часто: каждый день или через день-два.

Холодные банные печи имеют температуру стенок 40-50 градусов, что соответствует стартовой температуре приготовления пара в русской бане. Однако, прогрев парной холодной печью происходит главным образом не от стенок печи, а через специальные каналы, которые забирают прохладный воздух у пола парной и возвращают его в парную уже прогретым. При достижении в парной стартовой температуры для приготовления пара, каналы подогрева сухого воздуха можно закрыть. В этом случае прогрев парной практически прекращается, и температура может расти только вместе с влажностью при подбрасывании пара. При таком способе прогрева, температура растет гораздо медленнее, чем влажность, за счет этого, режим в парной более стабильный. Регулируя с помощью каналов стартовую температуру приготовления пара, мы получаем возможность выбирать желаемое соотношение между влажностью и температурой в парной. Иначе говоря, температура и влажность регулируются независимо друг от друга. [16]