Булерьян, или печь-канадка, родом из Северной Америки. Действительно, он создавался для нужд простых канадских лесорубов. Многое в изобретении бульерьяна – дело случая, однако создавался он не простыми рабочими, а компетентными специалистами-теплотехниками. В результате получилось эффективное, мобильное и безопасное средство отопления.
Описание
Как все начиналось
Исторически рубка леса в Канаде велась не кварталами, а выборочными участками. Поэтому бригады лесорубов вынуждены были кочевать, перемещаясь от деляны к деляне. Наиболее подходящее время для лесоповала – холодные месяцы, когда жизнь в лесу замирает, растительность приостанавливает процессы роста, а ущерб лесному биоценозу от вмешательства человека минимален.
Погода же в зимней канадской тайге поспорит по своей суровости с условиями сибирского климата. При работе на улице рабочие за короткое время превращались в сосульки. Если добавить к этому полное отсутствие цивилизации в густых дебрях – картина получается совсем неоптимистичной.
Поэтому встал вопрос о создании отопительной печи, достаточно производительной и одновременно компактной.
Такой агрегат должен был:
- прогревать помещения объемом до 60 куб. метров за 15-20 минут;
- давать возможность регулировать тепловую мощность в зависимости от погоды;
- позволять вручную заносить его в жилой вагончик;
- не загромождать кузов спецтехники;
- работать на бросовом топливе;
- иметь широкую топку.
Постоянно подкидывать топливо в печь рабочие не имели возможности, особенно ночью, с учетом специфики работы. Поэтому требовалась печка с минимальным временем горения одной закладки от 8 часов. В качестве топлива рассматривались щепы, ветки, толстые корневые кряжи.
Именно так был спроектирован первый предшественник современного булерьяна – переносной газогенераторной печи.
Печь булерьян была достаточно технологичной и недорогой. В ней исключалась сложная автоматика и любая электроника в принципе – ведь малейшая неисправность в тайге приведет к трагическим последствиям. Дорогие и специальные сплавы, недоступные обычной ремонтно-механической мастерской, в конструкции булерьяна не применялись.
Булерьян имел простейшую регулировку, интуитивно понятную даже для необученного человека.
А вот к вопросам безопасности использования булерьяна выдвигались дополнительные требования:
Первое: при любом положении топки и регулирующих механизмов булерьян не мог стать источником угарного газа.
Второе: температура наружных поверхностей булерьяна должна находиться в пределах 60-70° во избежание ожогов от случайного прикосновения.
Словом, ни при каких обстоятельствах булерьян не способен был причинить вред бригаде. Так в итоге и получилось. Булерьян, или бренеран, стал верным помощником лесорубов-первопроходцев и не только их.
Как устроен булерьян?
В основе конструктивного устройства печи-канадки лежит принцип конвекционно-трубного стального воздушного отопительного котла медленного горения, или калорифера.
Основными частями булерьяна являются:
- Топка с дверцей;
- Камера дожигания;
- Теплообменные трубки;
- Поддувало с поворотной заслонкой;
- Решетчатый горизонтальный пол;
- Дымоход и дымовой дроссель;
- Экономайзер.
Поддувало
Поддувало булерьяна выполнено в виде патрубка. Дроссель иногда имеет передвижной ограничитель-упор и рукоять со шкалой для удобства регулировки температуры. При необходимости поворотная заслонка позволяет полностью перекрыть подачу воздуха, чтобы погасить булерьян или предотвратить быстрое выветривание тепла из помещения.
Топка
Топка булерьяна достаточно обширная, имеет криволинейные стенки с утопленными на 2/3 теплообменными трубками. Именно такая конструкция булерьяна позволяет передавать 70% энергии тлеющего топлива воздуху, находящемуся в батарее. Порядка 10% тепла забирает и передает в окружающую среду металлическое сварное тело печи. Так, при температуре в жилом пространстве 20-25°C корпус булерьяна мощностью 10-20 кВт будет нагрет до 60-65°C, т.е. температурный градиент составит 40-45°C плюс запас безопасности (порядка 5°C). Дверца топки булерьяна – широкая, герметичная.
Пол
Решетчатые колосники булерьяна располагаются горизонтально на возвышении, равном ¼ высоты топки. Они изготовлены из чугуна или толстой (минимум 4 мм) стали.
Камера дожигания
Вверху симметрично решетчатому полу в топку булерьяна встроена горизонтальная перегородка, немного не доходящая до передней стенки печи (примерно на одну пятую часть длины топочного пространства). В данной перегородке имеются ровные отверстия, равномерно распределенные по пространству (составляют ≈7% общей площади пола).
Верхняя перегородка булерьяна образует пространство, в котором и происходит дожигание при эксплуатации печи в режиме тления.
Булерьян не имеет отдельных продухов вторичного воздуха для дожигания: он забирается из топочного пространства. Доля воздушной смеси, отбираемой системой дожигания от топки, меняется автоматически, в зависимости от режима обогрева, свойств используемого в булерьяне топлива.
Дымоход
Из камеры дожигания булерьяна дымовые газы выходят в горизонтальный отрезок дымохода, называемый «боровом». Его длина составляет 0,8-1,0 м. Функция «борова» булерьяна – торможение процесса догорания отходящих газов.
Сразу за поворотом дымохода булерьяна в его вертикальной части установлен дымовой дроссель, или шибер, переключающий режим горения, и экономайзер.
Шибер
Поскольку теплоемкость булерьяна ничтожно мала в сравнении с традиционной каменной печью, нет необходимости полностью перекрывать дымоход. Поэтому дымовой дроссель выполнен в форме вьюшки с вырезанной четвертью. Это исключает риск поступления угарного газа из булерьяна в помещение при любом положении дроссельной заслонки и даже при открытой топочной печи.
Экономайзер
Этот вертикальный отрезок дымохода булерьяна (1,5-3 м) имеет теплоизоляцию в виде базальтового полотна, асбеста или вспененного вермикулита. Толщина утеплителя выбирается в зависимости от свойств материала и составляет 10-50 мм.
Экономайзер, которым оснащен булерьян, предназначен для окончательного дожигания дымовых газов – они вспыхивают в трубе по принципу «перескока пламени». Вспыхнувшие газы в результате резкого расширения в ограниченном пространстве создают газовую пробку, приводя к утиханию процесса горения в печи. Так булерьян автоматически подстраивает свою работу под положение воздушного дросселя и качество топлива.
Автоколебательный режим сгорания топлива в булерьяне позволяет балансировать на грани пламени и тления при относительно невысокой температуре в топке.
По некоторым данным идея создания такой системы пришла в голову одному из разработчиков, наблюдавшему за товарищем, усердно пыхтящим курительной трубкой. Булерьян, оснащенный экономайзером, имеет КПД до 80%, тогда как полезное действие печи-канадки без данного компонента не превышает 60%.
В некоторых случаях булерьян используют без экономайзера – даже в этом случае печь обеспечивает приемлемый уровень КПД. Однако это снижает ресурс печи, ограничивая его 2-3 годами, что связано с ускоренным прогоранием металлического корпуса.
Теплообменные трубы (батарея)
Булерьян мощностью 20-25 кВт и менее оснащен трубками, изогнутыми в виде простых полукружий диаметром 60-100 мм. Число труб составляет 3-4 на каждую батарею.
При возрастании тепловой мощности газогенераторной печи пропорционально нарастить диаметр труб нет возможности, поэтому в булерьяне увеличивают их количество на одну батарею.
Однако при числе трубок от 6 и выше неминуемо падает КПД булерьяна (в силу действия закона «квадрата-куба» относительно объема закладки топлива). Поэтому для агрегатов мощностью 100-120 кВт используют трубные конструкции в форме дуг синусоид, немного наклоненных вершиной дуги вниз. В результате топка булерьяна в профиль имеет каплеобразную форму.
Дальнейшее наращивание мощности булерьяна требует компьютерного моделирования, оптимизации печи для увеличения срока ее службы.
Порядок эксплуатации булерьяна
1) Для быстрого прогрева помещения сначала в булерьян помещают сухое, быстро разгорающееся топливо (к примеру, картон или бумагу). Сегодня для этой цели используют специальные топливные гранулы. Канадские лесорубы, отправляясь в заготовительный вояж, берут с собой несколько мешков этого вида горючего.
2) При полностью открытом дросселе и шибере булерьяна разжигается топливо, дверца топки прикрывается. Пламенное горение с низким КПД (20-40%) обеспечивает подачу из четырех трубных батарей около 5 кубометров воздуха (нагретого до 130-140°C) в минуту. Булерьян в этот момент работает по принципу обычной «буржуйки». Это позволяет в короткие сроки разогреть помещение.
Разгонный розжиг булерьяна длится 3-4 минуты, до прогорания топлива в угли. Контроль над стадией горения осуществляют сквозь термостойкое стекло, встроенное в дверцу топки (при наличии), или через поддувало.
3) На сформировавшиеся угли кладутся крупные дрова (максимально возможной толщины) или те же торфяные брикеты. Дроссель поддувала прикрывается до необходимой мощности, шибер выставляется в положение «закрыто».
В режиме тления в булерьяне происходит частичный пиролиз и газификация. Выходящий из батарей воздух нагрет до 65-70°C, а само тело печи имеет температуру не выше +55°C. Это исключает возможность случайного ожога от соприкосновения открытой кожей с агрегатом.
Несмотря на то, что булерьян часть называют газогенераторной (пиролизной) печью, это не совсем верно. Соотношение передаваемого в окружающую среду тепла от основного топлива и от дожигаемых газов непостоянно – оно непрерывно меняется при фиксированном положении регулирующих устройств булерьяна (шибер, дроссель) в процессе сгорания.
Основные правила использования булерьяна
- Не целесообразно чрезмерно наращивать интенсивность горения булерьяна. Теплопроводность воздуха ничтожно мала даже в сравнении с его невысокой теплоемкостью. В любом случае лишняя энергия вылетит в трубу, не успев нагреть помещение.
- Оптимальная температура тлеющего в булерьяне горючего составляет 550-650°C. Данные параметры не позволяют происходить пиролизу в полной мере, однако обеспечивают высокую долговечность и достаточную эффективность стальной печи.
- Повышение температуры горящей массы в булерьяне до 800 и более градусов снижает КПД, приводит к возникновению термохимической коррозии, ускоренному прогоранию металла. Этого можно избежать, разделив подачу воздуха в топку и камеру дожигания. Но это усложнит конструкцию булерьяна и, возможно, сделает его опасным для применения.
Поэтому заводы-изготовители категорически не рекомендуют топить булерьян углем или коксом. В случае досрочного прогорания печки при использовании топлива с высокой температурой горения производитель не примет претензию в рамках гарантийных обязательств на булерьян.
