книги из ГПНТБ / Михелев, А. А. Печи хлебопекарного и кондитерского производств. (Устройство и эксплуатация)

более тяжелых греющих газов. В нижнем греющем канале этот про­ цесс осуществляется естественным путем: охлажденные газы отде­ ляются от рабочей стенки канала под действием гравитационных сил.

В печах с турботермическим обогревом, поданным фирмы «Анто- нелло-Орланди», поверхность для конвективной теплоотдачи как внутри каналов, так и со стороны пекарной камеры значительно увеличивается по сравнению с печами с циклотермическим обогре­ вом и одинаковой площадью пода.

Для уменьшения тепловой инерции в этих печах система обогре­ ва, верхние и нижние греющие каналы выполнены из тонкостенных металлических труб с толщиной стенки 1—2 и диаметром 80 мм. Для увеличения теплоотдающей поверхности труб, расположенных в нижней части пекарной камеры, для которых конвективная со­ ставляющая теплоотдачи (теплоотдача в условиях свободной конвек­ ции) значительна, на трубы по всей длине спирально навивается металлическая лента, т. е. используют трубы с простейшим оребрением. .

В печах с внутрикамерным и канальным или только с. внутрикамерным обогревом рекомендуются скорости движения среды рабочей камеры от 1—2 до 5 м/сек. Если в условиях свободного движения среды пекарной камеры температурный перепад внутри камеры устанавливается по всей ее высоте, т. е. температура паро­ воздушной среды камеры непрерывно уменьшается от греющих по­ верхностей до поверхности изделий, то при вынужденном движении и турбулизации среды температура по высоте пекарной камеры вы­

•свойствами теста-хлеба, так как фактором, лимитирующим скорость нагрева тестовых заготовок, является скорость распространения тепла внутри них — внутренний тепло- и массоперенос. Таким обра­ зом, в этом случае интенсификация внешнего теплообмена возмож­ на лишь в определенных пределах. В то же время равномерный обо­ грев теста-хлеба (так же, как и других пищевых продуктов, подвер­ гаемых термообработке в печах) по всей поверхности, достигаемый в печах с турбулизацией среды пекарной камеры, увеличивает ин­ тенсивность его нагрева. На сокращение продолжительности выпеч­ ки при внутрикамерном обогреве теста-хлеба указывается в ряде работ [27].

Температура среды пекарной камеры в печах тоннельного типа обычно контролируется регистрирующими термоэлементами, тер­ мопарами, запись показаний которых осуществляется на лентах

10

3. Устройства для гигротермической обработки тестовых заготовок в печах хлебопекарного производства

Гигротермическая обработка тестовых заготовок в начальной стадии выпечки (в начальном участке пекарной камеры) длится все­ го 2—3 мин, однако характер протекания ее во многом влияет на скорость и характер протекания последующего процесса выпеч­ ки, а также на качество готовых изделий (на их объем, пористость мякиша, толщину и глянцевитость корки). Гигротермическая об­ работка представляет собой процесс сорбции пара тестовыми за­ готовками, поступающими в печь с равномерной температурой по сечению и на поверхности, равной примерно 30° С, т. е. значи­ тельно меньшей, чем температура точки росы в паровоздушной среде зоны гигротермической обработки, т. е. в среде, из которой сорбируется пар.

Для интенсивного протекания процесса сорбции, что необходимо для получения высококачественных изделий, в зоне гигротермиче­ ской обработки тестовых заготовок необходимо поддерживать высо­ кую относительную влажность и низкую температуру среды. Осу­ ществить это трудно, так как в большинстве тоннельных печей вен­ тиляция пекарной камеры более интенсивная, чем в тупиковых печах. Поэтому для создания условий, обеспечивающих конденсацию пара на поверхности тестовых заготовок с необходимой интенсив­ ностью, в тоннельных печах устанавливают специальной конструк­ ции пароувлажнительные устройства: фирм Специаль (ГДР), «Ан- тонелло-Орланди» (Италия), «Винклер» (ФРГ), пароувлажнительные устройства печей ПХС (СССР) и др. В этих устройствах зона гигро­ термической обработки тестовых заготовок отделена от пекарной камеры шторками (заслонками). Перфорированные трубки, по кото­ рым подводится пар, накрывают металлическим колпаком. Послед­ ний экранирует тестовые заготовки от теплового излучения верхних греющих поверхностей. В некоторых конструкциях печей, «Термоэлектро» (Югославия), в зоне увлажнения верхняя греющая поверх­ ность отсутствует. При этом пар не перегревается в такой степени, как в описанных выше увлажнительных устройствах, что несколь­

в основном не обеспечивают нормального протекания процесса сорбции:температура поверхности тестовых заготовок в них быстро дости­ гает температуры точки росы еще до того, как на заготовках сконден­ сируется достаточное количество пара (180—200 г пара на 1 м2 по­ верхности заготовок) для получения высококачественных изделий.

12

Неудовлетворительная работа увлажнительных устройств пе­ чей объясняетсяглавным образом следующими причинами.

1. Интенсивная вентиляция пекарной камеры приводит к тому, что значительное количество пара, подаваемого для увлажнения, выбрасывается в окружающую среду, прежде чем он соприкоснется с поверхностью заготовок. Поэтому для поддержания необходимой относительной влажности в зоне гигротермической обработки заго­ товок необходимо увеличивать количество подаваемого пара, что приводит к его перерасходу.

2. Увлажнительные устройства всех упомянутых выше печей расположены в начальных участках пекарной камеры, гдеимеют мес­ то сравнительно высокие температуры и на тестовые заготовки воз­ действуют интенсивные лучистые тепловые потоки от греющих по­ верхностей. Эти обстоятельства приводят, с одной стороны, к пере­ греву пара, т. е. температура его становится выше, чем температура насыщения при парциальном давлении пара, а с другой стороны, при этом быстро повышается температура поверхности заготовок. Обе эти причины затрудняют конденсацию пара, что в конечном сче­ те приводит к недостаточной величине конденсата на поверхности заготовок.

Для улучшения условий протекания процесса гигротермической обработки тестовых заготовок пароувлажнительные устройства тоннельных печей выносят за пределы пекарной камеры, где, как уже отмечалось, температура среды чрезмерно высока для нормаль­ ного протекания процесса сорбции. Так, на некоторых предприя­ тиях для улучшения качества выпекаемых изделий на печах БН на участке пода перед пекарной камерой устанавливают дополни­ тельные пароувлажнительные устройства. Такая реконструкция была произведена на двух печах БН-50 (№ 1 и № 4) на хлебозаводе № 8 г. Днепропетровска. На печи БН-50 № 1 выпекался Кишинев­ ский хлеб, а на печи № 4 — Красносельский.

Установленные перед входом в пекарную камеру устройства представляют следующую конструкцию. Участок пода перед ка­ мерой покрывается металлическим колпаком, помещенным на спе­ циальном дополнительном каркасе, который крепится к основному каркасу печи. Пар в увлажнительное устройство подводится по шести перфорированным трубам, расположенным под колпаком. Для предотвращения выброса пара и уменьшения объема парового пространства, что приводит к уменьшению расхода пара на увлаж­ нение, перфорированные трубы покрывают экраном. С целью равномерного подвода пара по всей ширине пода печи три паропо­ дающие трубы соединены с коллектором, расположенным с правой стороны печи, и три — с коллектором, расположенным слева. Площадь пода вынесенного увлажнительного устройства печи БН-50

13

№ 1 составляет 2 м2 (длина зоны увлажнения 1 м), печи БН-50 № 4 — 1,7 м2 (длина зоны увлажнения 0,85 Л£2).

Выше уже отмечалось, что в этих устройствах может сконден­ сироваться до 65 г пара на 1 м2 поверхности тестовых заготовок. Таким образом, установка на печах дополнительных устройств для гигротермической обработки тестовых заготовок дает положи­ тельный эффект и несколько увеличивает общее количество пара, сконденсировавшегося на тестовых заготовках (следует, конечно, иметь в виду, что, несмотря на неудовлетворительную работу, все же некоторое количество пара сорбируется тестовыми заготовками и в основном увлажнительном устройстве печей БН-50). Это, естественно, приводит к улучшению качества продукции, выраба­ тываемой на таких печах, по сравнению с продукцией, вырабатывае­ мой на печах без дополнительных увлажнительных устройств.

Отделение зоны гигротермической обработки заготовок от пе­ карной камеры (собственно в этом и заключается смысл рассмотрен­ ной выше реконструкции печей БН-50) является прогрессивным мероприятием и полностью соответствует рекомендациям по конструированию зон увлажнения хлебопекарных печей, разрабо­ танным А. С. Гинзбургом и А. А. Михелевым. В полной мере эта тенденция реализована в специальной конструкции пароувлажни­ тельном устройстве печей ПХК и ПИК-8.

4. Способы обогрева современных печных агрегатов

Одним из основных определяющих признаков, по которому производится классификация печей хлебопекарного и кондитерско­ го производств, является способ обогрева рабочей камеры печей.

В современных печных агрегатах в основном осуществляется два способа обогрева: с помощью рециркулирующих газов и продук­ тов сгорания, движущихся в каналах, и электрическими нагрева­ тельными элементами различных конструкций. В настоящее время более распространенным является обогрев рабочей камеры продук­ тами сгорания и рециркулирующими газами.

Рециркуляция продуктов сгорания как способ обогрева печей. Одним из наиболее современных способов обогрева печей хлебопе­ карного и кондитерского производств (в частности печей тоннель­ ного типа) является обогрев их продуктами сгорания и рециркули­ рующими газами.

Для печных агрегатов с рециркуляционным обогревом харак­ терным является отвод и обратное движение обработанных газов в печное, рабочее, пространство. При рециркуляции продуктов

14

сгорания вентилятор (дымосос) рециркуляции, установленный на выходе газов из печного пространства (из каналов при канальном обогреве рабочей камеры печи), создает разрежение от выхода газов из топки и камеры смешения до всасывающего патрубка вен­ тилятора. Остальной участок газового тракта — от вентилятора до дымовой трубы и камеры смешения — находится под избыточнвм давлением, создаваемым вентилятором. (Описанное распределение давлений в разовом тракте печей хлебопекарного и кондитерского производств необходимо учитывать при их эксплуатации).

Устойчивость работы такого рециркуляционного контура опре­ деляется наличием устойчивого разрежения на выходе из топки, (2—3 кГ1м2), необходимого для удаления из нее продуктов сгора­ ния, и избыточного давления перед дымовой трубой, обеспечиваю­ щего удаление через нее продуктов сгорания и присосов воздуха по газовому тракту печи.

Осуществление рециркуляции газов с помощью вентилятора удобно в том отношении, что можно устойчиво поддерживать на вхо­ де в рабочее пространство печи заданную температуру, изменяя, если вентилятор подлежит регулировке, объем рециркулирующих газов.

В тех случаях, когда высокая температура рециркулирующих газов не позволяет устанавливать вентилятор, рециркуляция ухо­ дящих газов может быть осуществлена за счет инжекции их: либо струей продуктов сгорания, либо подаваемым для сгорания холод­ ным воздухом высокого давления. Такие схемы, однако, не обеспечи­ вают при всех режимах постоянную температуру газов на входе в рабочее пространство печи, так как коэффициент инжекции меня­ ется с изменением режима работы печи. В топках печей, работающих по 1-ой схеме, топливо сгорает в условиях низкого парциального давления кислорода, так как холодный воздух разбавлен инертны­ ми продуктами сгорания. Это замедляет процесс сгорания и удлиняет факел. При этом чрезмерное количество инертных газов может сделать газовоздушную смесь даже невоспламеняющейся. Однако сгорание топлива в таких условиях позволяет использовать кисло­ род воздуха, поступающего в печь через неплотности, и заменить им часть первичного воздуха. Это уменьшает объем уходящих газов и потерю тепла с уходящими газами. Такие схемы работы в печах хлебопекарного и кондитерского производств распространения пока не получили, однако они имеют ряд преимуществ (описанных выше), которые могут сделать их перспективными к использованию в даль­ нейшем в печах с рециркуляцией продуктов сгорания.

Некоторое распространение в печах хлебопекарного и конди­ терского производств получили схемы рециркуляционного обогре­ ва, в которых по мере охлаждения греющих газов к ним подводится

15

дополнительное тепло, выделяющееся при сгорании природного газа в горелках, расположенных в каналах, в которых движутся грею­ щие газы.

Для печей с рециркуляцией продуктов сгорания вводится по­ нятие о коэффициенте рециркуляции г, определяемом следующим

В печах хлебопекарного и кондитерского производств отбор газов на рециркуляцию обычно осуществляется перед дымовой тру- ■бой, т. е.

-где Уух — объем уходящих газов на единицу топлива, м3на 1 м3 (кг). Тогда

Объем и энтальпия смеси подуктов сгорания и рециркулирую­ щих газов могут быть определены из следующих соотношений (.38]:

В этих формулах индекс г относится к газам в данной точке трак­ та без рециркуляции. Охлаждением и изменением объема рецирку­ лирующих газов от места отбора до смешения их с продуктами сго­ рания пренебрегаем (что достаточно точно для печей хлебопекар­

•где Ут— объем продуктов сгорания на выходе из топки, отнесен­ ный к единице сгоревшего топлива, м3/м3 (кг).

И. И. Маклюков и Ф. Г. Шумаев определяют коэффициент крат­ ности рециркуляции следующим образом [18]:

•16

В этой же работе вводится величина, называемая коэффициентом отбора,

Из соотношений (1) — (8) можно установить связь между опре­ деленными различным образом кратностями рециркуляции.

Из соотношений (3) и (7) следует, что

В соответствии с определением, коэффициент рециркуляции представляет собой коэффициент пропорциональности в балансе воздуха и энтальпий в камере смешения. При подаче рециркулирую­ щих газов в камеру смешения, пренебрегая при этом тепловыми потерями (что, как выше было отмечено, справедливо для печей хлебопекарного и кондитерского производств), имеют место следую­ щие соотношения:

QS — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива,

ккал/м3 (кг).

Область, в пределах которой целесообразна рециркуляция про­ дуктов сгорания, установлена М. А. Глинковым [9]. Применительно к условиям теплообмена в печах хлебопекарного и кондитерского производств результаты этой работы развиты в статье [231.

Теплоотдача конвекцией qKв установившемся режиме (которая имеет преобладающее значение в сложном теплообмене в каналах печей с рециркуляцией продуктов сгорания [6]) определяется из соотношения

где а — коэффициент конвективной теплоотдачи, ккал/м2• ч • град; At — разность температур между продуктами сгорания и теп­

ловоспринимающими поверхностями каналов печей. При этом, очевидно, рециркуляция будет эффективна, если вы­

званное ею увеличение коэффициента теплоотдачи конвекцией а будет больше, чем уменьшение температурного напора At вслед­ ствие охлаждения продуктов сгорания рециркулирующими газами, т. е.

где индекс 1 относится к режиму работы печи при наличии рецирку­ ляции. Величины без индексов относятся к режиму с полным уда­ лением продуктов сгорания.

В работе [9] указывается, что при наличии рециркуляции коэф­ фициент теплоотдачи конвекцией ах за счет увеличения скорости греющих газов возрастает, по сравнению с коэффициентом а при от­

Обозначив через Q количество тепла, фактически переданное поверхности нагрева, а через Qmax — предельное количество тепла, которое можно передать поверхности нагрева за то же время, если температура газов на выходе из рабочего пространства печи, уходящих газов tyx, станет равной температуре поверхности на­ грева, из уравнения (13) в результате последовательных его преоб­ разований можно получить следующее соотношение [9]: