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

видах топлива, с разбавлением топочных газов холодным воздухом, подогревом воздуха для горения уходящими газами или смесью уходящих и рециркулирующих газов.

В условиях рециркуляции продуктов сгорания возможно орга­ низовать более равномерный обогрев рабочей камеры печи, так как теплоотдача от газов происходит не в температурном диапазоне (/т — г!уХ), а в более узком диапазоне (/р — /ух), составляющем для печей хлебопекарного и кондитерского производств не более 300° С. Однако снижение температуры греющих газов, по сравнению с теоретической температурой горения /т (которая в первом прибли­ жении может быть принята равной максимальной температуре горе­ ния топлива в условиях отсутствия теплоотдачи факела), до темпера­ туры рабочих газов /р, т. е. использование для обогрева рабочей камеры печи газов не с максимально возможной температурой /т,

асо значительно, примерно в 3 раза, более низкой температурой /р,

степлотехнической точки зрения невыгодно, так как это приводит к обесцениванию тепла газа (к снижению качества его энергии).

Определение величины снижения качества энергии можно про­ извести на основании второго закона термодинамики, используя понятие энтропии 5, изменение/увеличение) которой связано со сни­ жением качества энергии.

Всоответствии с определением, изменение энтропии AS в обрати­ мом процессе равно интегралу

где Т — абсолютная температура процесса.

Подставим в это выражение значение q из формулы (17). Тогда после интегрирования найдем изменение энтропии продуктов сго­

где знак минус перед дробью показывает, что тепло отводится от продуктов сгорания.

Аналогично изменение энтропии рециркулирующих газов при нагревании их от температуры Трц до Т р с некоторой средней темпе­

Из уравнений (21) и (22), суммируя их, можно получить общее изменение энтропии 1 м3 смеси газов при перемешивании продуктов

20

при смешении топочных и рециркулирующих газов увеличивается энтропия системы, что соответствует обесцениванию тепла продук­ тов сгорания. При этом резко снижается температура и излуча­ тельная способность греющих газов. Для компенсации этого и со­ хранения необходимой интенсивности теплопередачи в рабочую камеру печи греющие газы перемещаются с помощью вентилятора рециркуляции со значительными скоростями. При этом увеличи­ вающаяся теплоотдача при вынужденной конвекции компенсирует уменьшение лучистой теплоотдачи.

Стремление к повышению скорости греющего газа в рабочем пространстве печи находится в противоречии с тем фактом, что пропорционально третьей степени объемного расхода газа увеличи­ вается расход энергии на привод рециркуляционного вентилятора. (В этом заключается один из недостатков печей хлебопекарного и кондитерского производств с рециркуляцией продуктов сгорания: в отличие от печей с полным удалением продуктов сгорания, в кото­ рых для перемещения греющих газов в каналах в большинстве слу­ чаев достаточной оказывается естественная тяга, при рециркуля­ ционном обогреве на печах обязательно устанавливается вентилятор для принудительного перемещения греющих газов). Это увели­ чение расхода энергии необходимо для компенсации возрастания энтропии греющих газов в процессе перемешивания продуктов сгора­ ния и рециркулирующих газов в камере смешения печей хлебопекар­ ного и кондитерского производств с рециркуляцией продуктов сго­ рания.

Современные способы электрического обогрева рабочих камер печей и конструкции электрических нагревателей. Электрический обогрев рабочей камеры печей хлебопекарного и кондитерского про­ изводств получает в настоящее время большое распространение в промышленности вследствие больших преимуществ его перед другими видами обогрева: такие печи имеют сравнительно простую конструкцию, вследствие применения их улучшаются санитарногигиенические условия труда на предприятии и культура производ­ ства, сравнительно легко осуществляется позонное регулирование температуры в рабочей камере печи (в отличие от печей с газовым обогревом, в которых регулирующий орган изменяет расход топли­ ва, сжигаемого в топочном устройстве, обслуживающем обычно всю печь с малой и средней площадью пода, в печах с электрическим

21

обогревом нагреватели объединяют в группы с индивидуальным ре­ гулированием) и т. д.

Кроме того, печи с электрическим обогревом обладают малой теплоаккумулирующей способностью, позволяют легко осущест­ влять переход с одного теплового режима на другой, что делает их перспективными в условиях сменной работы промышленных предприятий. Во многих районах страны (Сибирь, Молдавия и др.), где имеется наличие сравнительно дешевой электроэнергии, уже сейчас в печах хлебопекарного и кондитерского производств пред­ почтительно применяется электроэнергия. Наращивание мощности хлебозаводов и кондитерских фабрик в значительной степени про­ исходит за счет печей, в которых используются различные способы электрического обогрева рабочей камеры и соответственно различ­ ные нагревательные элементы.

Интенсивность лучистого теплообмена в рабочих камерах печей хлебопекарного и кондитерского производств зависит от многих факторов, из которых А. С. Гинзбург выделяет следующие [61:

1.Распределение интенсивности излучения в спектре излуча­ теля, зависящее, главным образом, от его температуры.

2.Оптические и теплофизические характеристики пищевых продуктов, подвергаемых термической обработке в печах.

3.Геометрические параметры, характеризующие взаимное рас­ положение генераторов излучения и объектов облучения — пище­ вых продуктов. От этих параметров зависит равномерность облу­ чения пищевых продуктов и интенсивность падающего на них теплового потока.

4.Физические характеристики и параметры среды рабочей ка­ меры печей.

Генераторы излучения (в частности, электрические) классифи­ цируют по приведенным ниже признакам [6]:

1.По длине волны максимума излучения, зависящей от темпе­ ратуры излучателя:

а) темные длинноволновые излучатели, максимум излучения

света; б) светлые коротковолновые излучатели, работающие при тем­

пературе 1500—1800° С. Максимум излучения у них приходится на область с длиной волны К < 1,3 мкм.

2. По конструкции электронагревателей: а) элементы сопротивления;

б) зеркальные инфракрасные лампы накаливания; в) излучатели с кварцевыми трубками.

22

К генераторам излучения предъявляются следующие общие тре­ бования:

1.Стабильность распределения интенсивности излучения в спек­ тре излучателя.

2.Максимально возможная равномерность облучения обрабаты­ ваемого материала (пищевых продуктов), т. е. возможно большая

равномерность энергетической освещенности на всей поверхности облучаемого материала. Для отдельного генератора излучения наи­ большая интенсивность излучения имеет место по оси симметрии генератора. По обе стороны от оси симметрии интенсивность излу­ чения уменьшается. Наиболее равномерной энергетической осве­ щенности материала можно добиться путем рационального взаимного расположения генераторов и объектов облучения. Для этого рас­ стояние между генераторами выбирают таким образом, чтобы со­ вмещенная эпюра излучения отдельных генераторов давала бы, по возможности, равномерную энергетическую освещенность объектов облучения.

3.Срок службы излучателя должен быть, по возможности, мак­ симальным.

4.Излучатели должны обладать минимальной тепловой инер­ цией, т. е. время от момента включения излучателя до доведения его до рабочего состояния должно быть минимальным.

5.Стойкость в отношении воздействия влаги и химически ак­ тивных газов, содержащихся в среде рабочей камеры печей хлебо­ пекарного и кондитерского производств.

6.Максимальный энергетический (радиационный) коэффициент полезного действия, который характеризует долю энергии, преобра­ зованной в излучение, от общей энергии, подведенной к генератору (следует учитывать, что конвективная теплоотдача от генераторов излучения в рабочую камеру печей не является тепловой потерей, так как в закрытых камерах печей хлебопекарного и кондитерского производств она приводит к повышению температуры среды камеры, что интенсифицирует суммарную теплоотдачу к объектам термооб­ работки в таких печах).

Трубчатые электронагреватели (элементы сопротивления) имеют

следующие преимущества перед нагревателями других типов: они могут работать в воде, жидком металле, соли и т. д.; надежны при вибрациях и значительных ударных нагрузках; могут иметь любую форму; корпус нагревателя не находится под напряжением.

По своему назначению трубчатые электронагреватели делятся на серии:

НС>К — для расплавления селитры и щелочи и нагрева их до температуры 600° С.

НМЖ — для расплавления легкоплавких металлов и сплавов;

23

НВ, НВЖ и ТЭН — для нагрева до 100° С воды и водных рас­ творов солей, щелочей и кислот в открытых и закрытых сосудах; НВТ и НВГЖ — для нагрева до 100° С воды и водных раство­

ров солей, щелочей и т. п.; НММ и НММЖ — для нагрева до 300° С минерального масла

в открытых и закрытых сосудах; ТЭН — для нагрева до 200° С масел и пищевых жиров и до 250—

350° С подвижного и неподвижного воздуха, пресс-форм и т. п.; НВС и НВСЖ — соответственно для нагрева до 400 и 600° С

воздуха в печах, сушильных шкафах, калориферах и т. п.; НП и НПЖ — соответственно для нагрева до 200 и 350° С пресс-

форм, штампов и т. п.; ЭТ — для всех видов нагрева.

Трубчатый электронагреватель представляет собой тонкостен­ ную металлическую трубку, внутри которой помещена спираль проволоки с высоким омическим сопротивлением. Свободное про­ странство трубки заполнено наполнителем с высокими теплопрово­ дящими свойствами, служащими для электрической изоляции спи­ рали от стенок трубки.

В качестве наполнителя трубчатых электронагревателей исполь­ зуется кристаллическая окись магния — периклаз.

Торцы трубки электронагревателя заливаются влагонепроницае­ мым термостойким лаком (герметиком). Контактные выводы изготов­ ляются из стальной проволоки. На выступающие части выводов надеваются фарфоровые изоляторы, гайки и шайбы для подсоедине­ ния их к проводам электрической сети.

Типовое обозначение трубчатого электронагревателя составля­ ется следующим образом.

ТЭНООО — трубчатый электрический нагреватель с заводским номером 000.

ЭТ1000 — электронагреватель трубчатый с развернутой дли­ ной (соответствующей длине металлической трубки нагревателя) 1000 см.

НВЖ V2 — нагреватель воды (С — селитры, Г — гальваниче­ ский, М — металла, ММ — масла, ВС — воздуха, П — пресс-форм), жаропрочный с развернутой длиной — 1 м; номинальная мощность электронагревателя — 2 кет.

Для обогрева рабочих камер печей хлебопекарного и кондитер­ ского производств могут быть использованы электронагреватели серии ТЭН, НВС и НВСЖ-

Как выше отмечалось, электронагреватели серии ТЭН предна­ значены, в частности, для нагрева воздуха до температуры 250— 350° С, т. е. такой, которая имеет место в рабочих камерах печей. Эти нагреватели имеют одинарную оболочку из углеродистой стали

£4

марки Ст.10 с защитным покрытием, нанесенным гальваническим' способом. Допустимое отклонение по мощности ±10% .

Электронагреватели серии ТЭН изготовляют различной конфи­ гурации: прямые, U-образные и др. Мощность одного нагревателя может составлять 0,4—5 кет] удельный тепловой поток на актив­ ной части трубки нагревателя может составлять примерно 0,5— 8,5 ккал1см2 ■ч.

Электронагреватели серии НВС так же, как и нагреватели серии ТЭН, имеют одинарную оболочку, выполненную из углеродистой стали марки Ст.10. Нагреватели серии НВСЖтакже имеют одинар­ ную оболочку из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, что делает их стойкими в условиях агрессивной среды рабочих камер печей.

Подбор трубчатых электронагревателей производится следую­ щим образом. Суммарная мощность установленных в печи нагрева­ телей

Зная суммарную мощность установленных в печи электронагре­ вателей и мощность одного нагревателя, определяем минимальное количество нагревателей, установленных в печи:

где Рн — мощность одного нагревателя, кет; п — количество нагревателей.

Исходя из необходимости форсировать работу печи в отдельные периоды (переход с одного сорта на другой, период разогрева печ» и т. д.), найденное таким образом количество нагревателей должнобыть увеличено на 15—20%, что составит некоторый запас мощности (необходимый также для того, что при определении теплопотребления Q затруднительно учесть все тепловые потери, а также потому, что в процессе эксплуатации возможно понижение напряжения в сети).

Размещение нагревателей в отдельных зонах рабочей камеры печей хлебопекарного и кондитерского производств производится в соответствии с теплопотреблением в зонах и связано с температур­ ным режимом, который необходимо поддерживать в соответствую­ щей зоне.

25

Монтаж и эксплуатация трубчатых электронагревателей имеют свои особенности, главные из которых заключаются в следующем:

1. Электронагреватели должны работать только в той среде, для которой они предназначены. Если они работают в жидкой ■среде, то их устанавливают так, чтобы активная часть полностью находилась в жидкости, т. е. омывалась нагреваемой средой.

2.Количество электронагревателей, устанавливаемых на одной печи, определяется в результате расчетов по приведенным выше формулам.

3.Электронагреватели не должны соприкасаться друг с другом.

4.Выводные концы электронагревателей должны быть защище­ ны от механических повреждений индивидуальными колпаками или общим кожухом. Должна быть также предусмотрена тепловая изоляция выводных концов нагревателей. (Температура на выводных концах не должна превышать 180—200° С).

5.Корпус каждого электронагревателя рекомендуется надежно заземлять. Жилы проводов или кабелей к нагревателям мощностью

■около 5 кет подключаются с помощью кабельных наконечников.

6.Перед монтажом у всех трубчатых электронагревателей сле­ дует проверить сопротивление изоляции в холодном состоянии, вели­ чина которого должна быть не менее 10 Мом. Если сопротивление изоляции окажется менее 10 Мом, нагреватель следует тщательно просушить. При этом необходимо следить, чтобы температура на его оболочке не превышала 200° С. Допускается сушка током на месте установки нагревателей путем подключения на рабочее напряжение последовательно по два нагревателя.

7.Рекомендуется подключать нагреватели к сети через индиви­ дуальные плавкие предохранители. Это позволяет легко определить выход из строя любого нагревателя, установленного на печи.

8.В отдельных случаях рекомендуется в цепь каждого нагрева­ теля последовательно включать проволочное сопротивление, на ко­ тором создается падение напряжения 2,5 или 3,5 в. К этому сопро­ тивлению параллельно подключается сигнальная лампа накалива­ ния на номинальное напряжение, соответствующее падению напря­

жения на сопротивлении. При включении исправного нагрева­ теля в сеть сигнальная лампа горит, при выходе из строя — лампа

•гаснет.

9. При эксплуатации нагревателей необходимо следить за состоя­ нием контактов выводных концов с электрической сетью. Следует периодически подтягивать контактные гайки, не допуская поврежде­ ния закрепления в корпусе нагревателей контактных выводных стержней (через которые подается напряжение).

10.Не допускать крепления нагревателей за выводные стержни.

11.Необходимо периодически производить очистку оболочек

26

(химическим и механическим путем) нагревателей от возможных за­ грязнений и отложений на них.

12.С целью удлинения срока службы нагревателей перед мон­ тажом могут быть осуществлены защитные покрытия.

13.Следует обращать внимание на возможность создания ка­ тодной и анодной защит оболочки нагревателей, работающих в воде (или в сильно влажной среде).

14.Хранить нагреватели следует в сухом отапливаемом поме­ щении при температуре 15—20° С. Антикоррозийную смазку сле­ дует обновлять периодически или по мере необходимости.

Инфракрасные лампы накаливания имеют широкое распростра­ нение в промышленности, в особенности в печах кондитерского производства[6].

В электрических лампах накаливания источником излучения яв­ ляется вольфрамовая нить, которая может работать практически при любой температуре. Обычно температура ее составляет примерно 2200° С (в лампах отечественной конструкции). При такой темпера­ туре максимум излучения нити соответствует длине волн X <с < 2,6 мкм, что находится в соответствии с пропускной способностью стеклянной колбы лампы. Излучение с длиной волны X > 2,6 мкм частично поглощается колбой лампы, вследствие чего повышается ее температура и уменьшается срок службы лампы.

По форме и конструкции зеркальные лампы накаливания напо­ минают обычные осветительные лампочки. Они имеют стеклянный баллон в форме параболоида, в фокусе которого помещена вольфра­ мовая нить накала. Верхняя (расположенная ближе к цоколю) часть внутренней поверхности баллона покрыта тонким слоем сереб­ ра, выполняющего роль зеркального рефлектора (отсюда и название лампы). Покрытие представляет собой рефлектор, отражающий лу­ чистый тепловой поток и направляющий его через нижнюю (не по­ крытую серебром) часть стеклянной колбы лампы на облучаемые объекты (например, тестовые заготовки). Параболоидная форма рефлектора способствует созданию более равномерного потока теплового излучения.

Нагретая до высокой температуры вольфрамовая нить лампы испаряется в вакууме. При этом на внутренней поверхности колбы образуется черный налет. Это снижает интенсивность теплового излучения лампы, а также повышает температуру стекла колбы.

Для уменьшения скорости испарения нити лампы колбу заполня­ ют инертными газами — смесью аргона и азота, что приводит, одна­ ко, к увеличению температуры стекла колбы за счет конвективной теплоотдачи от заполняющего колбу газа.

В зеркальных лампах накаливания температура нити значи­ тельно ниже, чем в осветительных, где она составляет 2700° С. При

27

Таблица 1

Характеристика зеркальных ламп инфракрасного излучения марки ЗС

примерно Vs от светоотдачи осветительных ламп такой же мощности. В зеркальных лампах около 90% подводимой электроэнергии пре­

камеры печи и помещают в специальном канале, в котором они об-

28

дуваются холодным воздухом и охлаждаются. Вследствие этого значительно снижается вероятность выхода ламп из строя.

Характеристика зеркальных ламп ЗС приведена в табл. 1, а кон­ струкция их изображена на рис. 2.

Более совершенными, по сравнению с зеркальными лампами, являются трубчатые инфракрасные излучатели с оболочкой из квар­ цевого стекла. Такое стекло обладает высокой термостойкостью —

лампы КГ-220-1000 (кварцевые галогенные) с такими же энергетическими характеристиками* как и лампы НИК, но отличающиеся от них конструкцией цоколя: в лампах НИК цоколь имеет в сечении круглую форму, в лампах КГ — прямоугольную, что является конструктив­ но более удобным (с точки зрения крепления лампы).

температура его ра|мягчения превышает 1700° С — и хорошей про­ ницаемостью в широком диапазоне длин волн — от ультрафиоле­ товых до инфракрасных лучей с длиной волны 4 мкм.

Высокая термостойкость кварцевого стекла позволяет выпол­ нить трубчатые инфракрасные излучатели небольших размеров — диаметр трубки составляет примерно 10 мм. В зеркальных же лампах колбы имеют сравнительно большие размеры (см. табл. 1), обуслов­ ленные предельно допустимой температурой стекла колбы. Большие размеры колбы уменьшают предельную величину теплового потока, излучаемого лампой.

Плотность теплового потока от кварцевых излучателей дости­ гает 35 ккал/см2- ч по длине трубки. При групповом расположении таких излучателей плотность энергии излучения от них составляет примерно 5—9, при перегрузках — 30 и при кратковременных им­ пульсных перегрузках — 140 ккал/см2 • ч.

Величина плотности излучения кварцевых излучателей и зер­ кальных ламп ЗС приведена в табл. 2 (данные А. С. Гинзбурга).

Колба кварцевой лампы наполнена аргоном под давлением 600 мм pm. cm. и йодом в количестве 1—2 мг. При работе излучателя

29