Или как спроектировать и построить печь, которая соответствует вашим потребностям.
Перед тем, как приступить к проектированию печи, необходимо рассмотреть несколько важных моментов:
Вид печи. Будете ли вы строить печь с восходящим, нисходящим, перекрестным потоком, купольную или печь для соляного и содового обжига? Будет ли печь размером 0,1; 1; 5; 10 или 20 кубических метров или больше? Вы должны тщательно рассчитать свои требования, прежде чем приступать к разработке.
Тип глины, которую вы планируете обжигать, определит тип необходимой вам печи, ее размер, топливо, которое будет использоваться. Печи могут быть спроектированы и построены специально для низкотемпературной терракотовой глины, шамота, фаянса, фарфора, или любой из множества возможностей. Фактически, нужно хорошо знать глину, чтобы спроектировать печь для получения хороших результатов и контроля эффектов обжига.
Атмосферные условия. Форма камеры будет зависеть от того, предназначена ли печь для окислительного, восстановительного или, возможно, нейтрального обжига. Поддувала и демпферы могут сильно влиять на регулирование атмосферы обжига. Это, в свою очередь, влияет на используемые глину и глазури и, соответственно результат.
Доступное топливо. Следует учитывать доступность топлива - природного газа, пропана/бутана, масла, древесины, угля/кокса, электричества и т. д. Древесина, уголь/кокс и масло должны быть разрешены для использования в вашей местности.
Расположение печи. Будь то город, пригород, задний двор, гараж, производственная площадь или сельская местность, всё это влияет на то, какая печь возможна, дровяная печь в гараже - не лучшая идея.
Размер полки. Убедитесь, что ваша печь предназначена для размещения одного из стандартных размеров полки, которые, возможно у вас уже есть.
После определения основных требований следующие правила становятся неотъемлемой частью каждого проекта печи:
1. Куб - пожалуй самая лучшая форма для печи.
Для печей с восходящим потоком нужно прибавить дугу сверху куба. В этом случае объем арки служит местом сбора дымовых газов.
Увеличение высоты камеры снижает эффективность обжига.
Также становится невозможным плавный подъём температуры и равномерный прогрев обжиговой камеры. Разница температур в камере такой печи может достигать 100 °C, независимо от того, какой график обжига использовать.
Равная высота и ширина камеры.
Эти показатели чрезвычайно важны для равномерной температуры при использовании горелок на уровне пола. При этом, увеличение длины куба не влияет на эффективность обжига. В круглых или купольных печах диаметр и высота должны быть почти одинаковыми, в зависимости от того, является ли это печь с восходящим или нисходящим потоком. В небольших печах купол должен входить в измерение высоты камеры, а в больших печах купол обычно добавляют к измерению высоты.
2. Форма камеры задаёт направление тепла и направление движения пламени, чтобы обеспечить естественный поток газов.
Существуют два важных правила: (1) направление пламени и тепла должно следовать за дугой и не должно быть под прямым углом к арке (как показано на рисунке); и (2) движение пламени и направление нагрева должны иметь только два прямых угла внутри камеры, обычно расположенных на выходе к дымовой трубе. Прямые углы могут вызвать неправильное нагревание или горячие точки, что может привести к возникновению рефрактерных отказов и неэффективности обжига.
На рисунке показаны три сечения камеры печи с правильным направлением нагрева и движения пламени.
3. Для естественного осадка золы требуется определенное количество площади колосниковой решетки или зоны сжигания топлива.
Площадь решетки зависит от используемого топлива. Примерные подсчеты выглядят так:
Для древесины площадь решетки должна быть в 10 раз больше, чем горизонтальная часть дымохода или, если выразится по другому, площадь сжигания относительно площади поперечного сечения дымохода в базовом соотношении составляет 10/1.
Уголь: площадь колосниковой решетки должна быть больше в 6-8 раз площади сечения дымохода.
Масло: зона горения должна быть в 5 раз меньше площади пола.
Газ: достаточно 12-15 см пространства для горения вдоль стены.
Зона сгорания топлива- это настоящее сердце печи, от того, как она будет спроектирована, зависит работа печи и скорость подачи топлива. При проектировании печей в первую очередь проектируются топочные камеры или зона сгорания и камера обжига, затем дымоход в соответствии с размером площади колосниковой решетки или зоны сгорания и камеры.
В печах с естественной вытяжкой входные отверстия- поддувала, должны быть по площади равны выходным отверстиям для дымохода по той простой причине, что «то, что приходит, то и выходит». Если площадь дымохода будет слишком мала, это замедлит поток и уменьшит эффективность сгорания, а значит и повышение температуры. Объединенная площадь всех входных отверстий должна быть равна площади дымохода. Выходное отверстие или отверстия из камеры в дымоход должно быть меньше сечения дымохода в этом месте. Это можно сделать, спроектировав небольшую камеру перед дымоходом за обжиговой камерой. Нужно помнить, что если сечение дымохода будет слишком большим, то будет плохая тяга. Это можно исправить заузив дымоход. Чтобы упростить себе задачу, сделайте входные и выходные отверстия и площадь поперечного сечения дымохода одинаковыми, а точку выхода от камеры в дымоход немного меньше.
При использовании газа под давлением в качестве топлива площадь входных отверстий должна равняться площади точки выхода в дымоход. Помните, что сделать отверстие меньше, намного проще, чем его увеличивать.
4. Форма дымохода в виде конуса контролирует скорость тяги.
Конус уменьшает атмосферное давление и увеличивает скорость потока, тем самым контролируя скорость потока газов, которая идеально должна составлять от 1,2 до 1,5 метров в секунду для обычных печей. Показатель скорости измеряется периодически во время обжига печи, и вначале она будет очень медленной. Скорость от 1,2 до 1,5 метров в секунду - это скорость тяги при наиболее эффективной работе, обычно около 1100 °C.
Пример:
измеряем скорость потока в м/с. Измеряем расстояние потока по самому длинному пути - от начала топки по внутренней поверхности камеры вверх, под сводом, и по задней стенке, через дымоходы и вверх по дымовой трубе. Допустим, что у нас получилось 12 метров. Для того, чтобы эта печь эффективно работала при надлежащей скорости газов, время прохода газов должно занимать около 10 секунд для перемещения от топки до выхода из трубы. Один из способов определить скорость тяги - это бросить масляную тряпку в топку и подсчитать количество секунд до того момента, как появится дым из дымохода. Если скорость слишком медленная, сужение дымохода может увеличить её.
5. Расчёт высоты трубы.
Для атмосферной тяги в обычной обжиговой печи расчет производится следующим образом: берутся 3 высоты камеры плюс 1/3 длины горизонтальной поверхности.
Пример: высота камеры печи составляет 1,2 метра. Следовательно, есть 1,2 метра нисходящего тягового усилия (dp). Таким образом, 3 × 1,2 = 3,6 метра дымохода. Затем добавьте 1 метр дымохода на каждые 3 метра горизонтальной тяги (hp), которая у нас равна ширине камеры (1,2 метра), плюс, допустим, 0,5 метра нашей топки, плюс дымоход, например 0,4 метра. Общая длина получается 2,1 метра. Таким образом, 2,1/3 = 0,7 метра; добавляем к 3,6 метра, получается, что для этой печи требуется дымоход высотой 4,3 метра.
6. Диаметр дымохода составляет приблизительно от одной четверти до одной пятой диаметра камеры.
Если камера имеет диаметр 1 метр, то дымоход должен быть не менее 20 см в диаметре. Это правило в сочетании с правилом 3 может дать более конкретный размер дымовой трубы.
7. Высокий дымоход увеличит скорость внутри камеры обжига.
Слишком высокая дымовая труба может вызвать нерегулярный нагрев, вытягивая всё тепло из печи, не позволяя ему накапливаться внутри, тем самым продлевая обжиг. С другой стороны, слишком короткий дымоход может затянуть обжиг, уменьшая тягу. Из-за этого в топке накапливается и не вытягивается в камеру достаточно кислорода, чтобы обеспечить надлежащее горение и повышение температуры.
8. Критические области в печи должны проектироваться и строиться так, чтобы их можно было легко отремонтировать.
Все размеры должны основываться на стандартном кирпиче. Если есть некоторые сомнения в расчетах, то необходимо сделать поддувала, выходное отверстие и дымоход регулируемыми, планируя так, чтобы вы могли добавить или выбить кирпич.
использовались материалы из книги F.L.Olsen "The kiln book"