Глава 13. Газовое отопление
§ 13.1. Общие сведения
Из всех видов топлива газ - экологически наиболее чистое, так как при правильной орга-низации процесса его сжигания содержание вредных веществ (канцерогенов, окислов азо-та, оксида углерода) в продуктах сгорания минимально. Около 30 % потребляемого в Рос-сии газа в силу ее климатических особенностей расходуется на нужды теплоснабжения. Использование газа экономически выгодно, что обусловлено повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким регулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем пространстве отопительных установок. Значительно упрощается и эксплуатация теплогенерирующих агрегатов.
В России используют природные и сжиженные газы. Природные газы состоят в основном из метана, других углеводородов метанового ряда, а также небольшого количества азота и диоксида углерода (углекислого газа). Низшая теплота сгорания сухих природных газов QPн=36000...40000 кДж/м3, плотность ρ = 0,73..1,0 кг/м3. Сжиженные углеводородные га-зы (СУГ), которые получают на специальных заводах в результате переработки нефти и природных газов, состоят из пропана и бутанов. Хранят и транспортируют пропан-бутаны на большие расстояния в сжиженном виде, а перед использованием жидкий газ испаряют. Низшая теплота сгорания паров СУГ (смесь 50 % пропана и 50 % бутанов) примерно 110000 кДж/м3, а плотность 2,35 кг/м3.
Газовое топливо имеет два основных недостатка: взрывоопасность газовоздушных смесей и токсичность самого газа (особенно продуктов его неполного сгорания), в связи с чем необходимо предусматривать систему безопасности, а также предъявлять повышенные требования при эксплуатации установок газового отопления.
Для отопления газ используют в различных установках: обычных или специальных кот-лах, комнатных печах, приборах квартирного или местного отопления, в газовых отопи-тельно-вентиляционных агрегатах. Под термином "газовое отопление" понимают системы отопления:
- с комнатными печами, работающими на газе;
- с газовыми водонагревателями;
- с газовыми не теплоемкими отопительными приборами;
- с газовоздушными теплообменниками;
- с газовоздушными излучателями;
- с газовыми горелками инфракрасного излучения.
402
Первый и третий виды систем газового отопления - местные, остальные могут устраивать-ся как центральными, так и местными. Ниже даны особенности конструкции перечислен-ного оборудования. Газовые водонагреватели были рассмотрены в главе 3.
§ 13.2. Газовые отопительные печи
Газовые печи наиболее экономичны среди других видов печей (их КПД примерно в 1,3 раза выше КПД печей на твердом топливе). Работа их может быть полностью автоматизи-рована.
В теплоемкой кирпичной печи (рис. 13.1) стенки топливника при установке горелок не-прерывного действия выкладывают из глиняного кирпича, горелок периодического дей-ствия - из огнеупорного. В верхней части топливника устанавливают решетку из огне-упорного кирпича. Излучение от нее дополнительно нагревает стены топливника, что спо-собствует более равномерному нагреванию помещения по высоте.
Каналы печи выкладывают из кирпича в три яруса для развития тепловоспринимающей поверхности на коротком пути движения продуктов сгорания газа. В центре восходящих потоков горючих газов расположены один над другим три ряда рассекателей, которые направляют продукты сгорания к боковым стенам печи. Печь сверху дополняют тягопре-рывателем (показан на рис. 13.3), который предохраняет ее от избыточной и обратной тя-ги, что важно для устойчивой работы горелки. Кроме того, через тягопрерыватель осу-ществляется постоянное вентилирование верхней зоны помещения.
Тепловая мощность показанной на рис. 13.1 печи при двух топках в сутки (продолжитель-ностью не более 2 ч подряд) составляет порядка 2600 Вт, КПД достигает 90 %. При работе с горелками непрерывного действия теплоотдача печи увеличивается на 30 %. Недостат-ком печи является ее кустарное изготовление.
Печь заводского изготовления (рис. 13.2) тепловой мощностью 2000 Вт рассчитана на не-прерывную топку. Ее доставляют в готовом виде и устанавливают без фундамента. Топ-ливник печи не футеруют огнеупорным кирпичом, так как его внутренняя поверхность нагревается не выше 250 °С. В нижней зоне печи устанавливают горелку и металлический патрубок для подачи воздуха в топливник. Для наблюдения за горением в нижней части печи расположено смотровое окно. Над горелкой установлена металлическая полая каме-ра. Продукты сгорания газа поднимаются вверх по кольцевому каналу между корпусом печи и камерой и передают теплоту стенкам печи. В верхней зоне продукты сгорания про-ходят в газосборник и, минуя заслонку, через стальной соединительный патрубок попа-дают в дымоход. Подачу воздуха в печь регулируют заслонкой, установленной непосред-ственно перед выходным патрубком.
403
Рис. 13.1. Газовая отопительная печь: 1 - рассекатель; 2 - заслонка; 3 - герметичная дверка; 4 - путь движения продуктов сгорания газа; 5 - сборные коллекторы; 6 - кирпичи насадки; 7 - топливник; 8 - горелка
404
Рис. 13.2. Отопительная газовая печь заводского изготовления: 1 - корпус печи; 2 - поддувало; 3 - горелка; 4 - выходной патрубок; 5 - тепловая изоляция из шлаковаты; 6 - за-слонка; 7 - крышка; 8 - муфта; 9 - металлическая полая камера; 10 - съемная оправа; 11 - смотровое стекло; 12 - терморегулятор
В газовых печах устанавливают горелочное устройство, главные элементы которого - ос-новная и запальная горелки и автоматика безопасности. Основная горелка эжекционная, первичный воздух (50 % необходимого для полного сжигания) проходит в горелку, остальная часть воздуха подмешивается к пламени непосредственно в топке. Подача газа на запальную горелку начинается при нажатии пусковой кнопки автоматики безопасно-сти. Автоматика безопасности предназначена для прекращения подачи газа на основную и запальную горелки в следующих случаях: при отсутствии тяги в дымоходе печи, погаса-нии пламени на запальной горелке, падении давления газа перед горелкой ниже допусти-мого предела (последнее может привести к проскоку пламени внутрь горелки или погаса-нию его).
Для поддержания заданной температуры воздуха в помещении устанавливают терморегу-лятор (см. рис. 13.2), теплоотдачу печи регулируют изменением расхода газа. Внутри ци-линдрического корпуса терморегулятора помещен баллон, заполненный керосином, в ко-торый впаян сильфон. Шток затвора находится внутри сильфона. При повышении темпе-ратуры воздуха в помещении керосин расширяется, сжимает сильфон, и затвор закрывает седло. В этом случае газ идет через малое отверстие в количестве, необходимом для устойчивого горения. При понижении температуры затвор отходит от седла, и расход газа увеличивается.