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

в нем протекает регенеративный йодистый цикл, в результате которого на баллоне лампы не осаждается вольфрам, испаряющийся с нити накала, колба остается прозрачной в течение всего цикла эксплуатации лампы, и испаряющийся вольфрам вновь осаждает­ ся на поверхности нити. Кроме этого, обеспечивается стабиль­ ность энергетического и светового потоков, которая снижается в конце гарантийного срока службы лампы (5000 ч для лампы НИК-220-ЮООтр) не более чем на 2%.

В процессе эксплуатации инфракрасного кварцевого излучате­ ля, установленного в рабочей камере печей хлебопекарного и конди­ терского производств, температура поверхности кварцевой труб­ ки составляет примерно 400° С в ее средней части и 300° С — по краям у электродов. Большим преимуществом кварцевых излуча­ телей является крайне незначительная их инерционность: через 0,6 сек после момента включения лампы достигается номинальный

(КГ-220-1000) показана на рис. 3. Кварцевая колба 7 излучателя имеет диаметр 10 и длину (вместе с цоколями) 370 \рг. Вольфрамовая нить накала 6 расположена вдоль оси трубки на специальных воль­ фрамовых поддержках 5. Напряжение на нить накала подается че­ рез специальные молибденовые электроды, состоящие из трех звеньев: наружных выводов 1, соединенных с тонкой молибденовой фольгой 2, заштампованной в стеклянный цоколь 3 лампы. К мо­ либденовой фольге крепятся внутренние вводы 4, соединенные с телом накала — вольфрамовой нитью.

Цоколь лампы является одним из наиболее уязвимых ее мест. Как показал опыт эксплуатации кварцевых излучателей, в печах

летворять следующим требованиям:

а) обладать коррозийной стойкостью в условиях сравнительно высоких температур (примерно 300° С) и относительной влажности (ф тах = 85%), имеющих место в рабочих камерах печей;

б) быть эластичным и легко деформироваться (без нарушения электрического контакта с токоподводящими проводами) в преде­ лах температурных деформаций подводящей арматуры;

30

в) обеспечивать простое и надежное электрическое и механи­ ческое соединение с токоподводами;

г) быть технологичным в изготовлении.

Серийно изготавливаемые в настоящее время лампы КГ-220-1000 не удовлетворяют в полной мере всем этим требованиям, что может являться одной из причин досрочного выхода из строя таких ламп. При этом происходит оплавление

ствие коррозии токоподводящих шин и увеличения при этом контакт­ ного электросопротивления на цоколе лампы. В этих условиях пе­ регрев цоколя неизбежен. Кроме того, при достижении цоколем температуры 300° С и более высокой тонкая молибденовая фольга — вакуумное звено цоколя — начинает окисляться с внешней стороны цоколя. При этом, так как окислы молибдена занимают больший объем, чем чистая молибденовая фольга, в кварцевом стекле цоколя возникают напряжения, превышающие допустимые, что при­ водит к разрушению цоколя и преждевременному выходу лампы из строя.

Для предотвращения этого явления на Рижском электролампо­ вом заводе В. Ю. Граковским была разработана новая конструкция цоколя лампы КГ-220-1000. Особенность этого цоколя заключается в том, что в нем имеется гибкий элемент (рис. 4), выполненный из никелевой полосы толщиной 0,2 мм с пазом. Полоса вязкая, мягкая, легко деформируется, не разрушаясь, и сохраняет эти свойства в условиях высоких температур и повышенной влажности рабочих камер печей хлебопекарного и кондитерского производств.

Гибкий элемент цоколя соединен с молибденовыми электродами, подводящими напряжение на нить накала. В свою очередь, гибкий элемент самым простым и надежным способом, с помощью винта с гайкой, продетого в паз гибкого элемента, соединяется с токопод­ водящей арматурой. При этом обеспечивается надежный электри­ ческий и механический контакт с токоподводом; компенсируются

31

температурные деформации и перекосы арматуры; благодаря нали­ чию паза (длиной 21 мм) не требуется высокой точности при расста­ новке токоподводов, что упрощает монтаж и обеспечивает полную взаимозаменяемость ламп. Первая опытная партия таких ламп проходит производственные испытания на печах ПИК-8.

Из сказанного выше ясны преимущества высокотемпературных световых излучателей с кварцевыми трубками, которые в основном заключаются в следующем [61:

1.Значительная энергетическая освещенность объектов облу­ чения, равномерность облучения и возможность длительных пере­ грузок.

2.Значительный срок службы и стабильность лучистого потока

втечение всего этого срока.

3.Очень малая термическая инерция.

4.Высокая термостойкость кварцевой трубки, которая позволя­

ет осуществлять быстрый ее нагрев до температуры 80° С и выше.

5.Простота устройства цоколей, обеспечивающих удобство монтажа, возможность легкой замены излучателей, нагрева их до температуры, превышающей температуру цоколя зеркальных ламп. Благодаря этому, для кварцевых излучателей не требуется специаль­ ного охлаждения цоколей, если температура их не превышает 250—300° С. Это значительно упрощает конструкцию печи и повы­ шает к. п. д. излучателей.

6.Высокая механическая прочность и стойкость в отношении воздействия водяных паров и агрессивных сред, содержащихся в ра­ бочих камерах печей хлебопекарного и кондитерского производств.

Благодаря значительным преимуществам, инфракрасные квар­ цевые излучатели в ближайшее время найдут еще более широ­ кое применение в хлебопекарной и кондитерской промышлен­

ности.

В процессе эксплуатации кварцевых излучателей необходимо соблюдать некоторые требования, главные из которых приведены ниже:

1. Излучатели можно длительно использовать только в горизон­ тальном положении (отклонение от горизонтального положения не должно превышать 5°). В излучателях, расположенных верти­ кально, может иметь место провисание спирали и нарушение йод­ ного цикла в связи с повышением концентрации йода в нижней час­ ти трубки.

2. Излучатель следует периодически протирать спиртом для снятия с него жира и других возможных внешних отложений. В про­ тивном случае в местах загрязнения кварцевой трубки возможен ее перегрев и быстрое разрушение (задолго до гарантийного срока работы излучателя).

32

5. Топочные устройства современных печных агрегатов. Схемы автоматизации работы топок

Для новых типов современных тоннельных печей с рециркуля­ цией продуктов сгорания необходимы новые типы топочных устройств, принципиально отличающихся от таковых в печах ста­ рого типа с кирпичной обмуровкой и полным удалением продуктов сгорания.

Топочные устройства печей с рециркуляцией продуктов сгора­ ния состоят из соосно расположенных цилиндрических металли­ ческих камер сгорания (топки) и смешения. Цилиндр топки по раз­ мерам меньше цилиндра камеры смешения. Оба они располагаются так, что глухая торцовая стенка (на которой в топочном цилиндре размещается горелочное устройство) для них общая. Между ними имеется кольцевой зазор для прохода рециркулирующих газов. За открытым, выходным, торцом топочного цилиндра в цилиндре камеры смешения и происходит перемешивание продуктов сгорания и рециркулирующих газов. (Подробное описание и изображение современных топочных устройств приводится в главе II при описа­ нии конкретных типов печей, в которых они применяются).

Помимо сжигания топлива, в этих топочных устройствах про­ исходит охлаждение продуктов сгорания рециркулирующими га­ зами (температура tpii которых обычно колеблется в пределах 250—350° С и значительно ниже как теоретической температуры сгорания топлива tT*, так и температура продуктов сгорания на выходе из топочного цилиндра — на входе в камеру смешения, которая обычно составляет 1000—1300° С) до температуры рабочих газов tp — газов на выходе из камеры смешения (на входе в рабочее пространство печи). Процесс горения в топке сопровождается тепло­ отдачей к омывающим ее рециркулирующим газам и излучением факела через выходное отверстие топочного цилиндра в камеру сме­ шения. В результате теплоотдачи в топочном цилиндре происходит охлаждение факела, температура даже в ядре его не достигает мак­ симально возможной температуры горения (которая имела бы мес­ то в условиях адиабатического, без теплоотдачи, сгорания и предель­ ной величиной для которой является теоретическая температура горения). В конце топочного цилиндра имеет место так называемая температура на выходе из топки Ту.

Дальнейшее охлаждение продуктов сгорания до температуры

расхода воздуха приближается к 2000QС.

массообмена (сложного теплообмена и перемешивания) рецирку­ лирующих газов и продуктов сгорания.

К топочным устройствам печей с рециркуляцией продуктов сго­ рания так же, как и к устанавливаемым на них горелочным устрой­ ствам (так как топочные и горелочные устройства следует рассматри­ вать в неразрывной связи), предназначенным для сжигания газооб­ разного и жидкого топлив (твердое топливо не используется в печах с рециркуляцией продуктов сгорания), предъявляют особые требо­ вания, связанные как с конструктивными особенностями печей, на которых они устанавливаются, так и с особенностями работы самих топочных устройств. Главные из этих особенностей состоят

в^следующем.

Всвязи с тем, что покидающие топку продукты сгорания смеши­ ваются с рециркулирующими газами и охлаждаются ими до темпера­

туры tp = 350—550° С, т. е. значительно ниже, чем температура, при которой еще возможно горение топлива (минимальная темпера­ тура, при которой еще обеспечивается необходимая скорость про­ текания химических реакций, связанных с горением, составляет примерно 1100° С), к полноте сгорания топлива в пределах топоч­ ного цилиндра предъявляются жесткие требования. Таким образом, конструкция горелки и топки должна обеспечить хорошее пере­ мешивание топлива с окислителем (воздухом), устойчивое поджигание топливовоздушной струи и небольшую длину факела, такую, чтобы она не превышала длину цилиндра топки. При сжигании жидкого топ­ лива необходимо также обеспечить хорошее распыливание топлива.

При этом следует также иметь в виду, что из соображений умень­ шения размеров печей, цилиндры топок имеют сравнительно не­ большие размеры: длина — от 600 до 2000 м, диаметр — от 300 до 600 мм (в зависимости от типа печи). Таким образом, объем топоч­ ного цилиндра в таких печах также невелик. Например, объем топки печи БН составляет примерно 0,08 м3. (Габаритные размеры топок различных конструкций и их технические характеристики приводятся в главе II при описании конкретных типов печей и их сравнительном анализе). Это приводит к тому, что при средних рас­ ходах топлива (расход природного газа, сжигаемого в топочном устройстве печи с рециркуляцией продуктов сгорания, колеблется

нагрузки в значительной степени затрудняют процесс сжигания топ­ лива и повышают требования к работе горелочных устройств печи: к качеству и длине пути перемешивания топлива с воздухом и распыливанию топлива (при сжигании жидкого топлива).

34

Устойчивое горение в топке печи возможно при условии, что тепловыделение в ней меньше теплоотдачи к стенкам топки. При этом температура самой холодной части факела должна быть выше мини­ мальной, при которой обеспечивается необходимая скорость протека­ ния химических реакций, связанных с окислением топлива. Для компенсации внешней теплоотдачи, которая, как уже отмечалось, имеет место при сгорании топлива в топках печей хлебопекарного и кондитерского производств с рециркуляцией продуктов сгорания, напряжение горения в объеме светящегося факела должно удовле­ творять неравенству [9]

Для топок печей с рециркуляцией продуктов сгорания, на­ пример БН, в которых факел заполняет весь топочный объем, можно принять следующее значение величин в неравенстве (26): <2ф = 200 • 103 ккал/ч\ Уф = 0,08 м3; йф = 0,34 м. При сгорании природного газа в качестве первого приближения температуру фа­

идля жидкого топлива.

Всвою очередь, для сжигания газообразного топлива использу­ ются два вида горелочных устройств: двухпроводные горелки тур­ булентного перемешивания газа с воздухом и инжекционные го­ релки. Двухпроводными горелками оснащаются в основном печи, поставляемые по импорту: БН, «Термоэлектро», «Полин» и др. Инжекционные горелки устанавливаются на печах отечественного производства: ПХС и ПХК.

Вдвухпроводных горелках используется природный газ низкого давления (200—300 кГ/м2). Воздух для сгорания подается от инди­ видуального вентилятора обычно высокогодавления (300—400 кД/л2).. Турбулентное; перемешивание газа е воздухом происходит на выходе

35

из горелочного устройства и на входе в топочный цилиндр. Готовая газовоздушная смесь поджигается запальником.

В качестве инжекционных горелок используются многоинжектор­ ные горелки конструкции инженера Царика (с четырьмя инжекто­ рами, соплами). Они работают на природном газе среднего давле­ ния — 3000—5000 кГ/м2. За счет кинетической энергии вытекаю­ щих из сопел с большой скоростью струй газа через отверстия в смесительных трубах (в которых движутся газовые струи) подсасы­ вается воздух. Окончание процесса перемешивания газа с воздухом происходит во входной части топочного цилиндра, где газовоздуш­ ная смесь поджигается запальным устройством.

Описанные конструкции горелок, в особенности двухпроводные турбулентные, обеспечивают короткофакельное сжигание топлива в пределах небольшого по объему топочного пространства печей с рециркуляцией продуктов сгорания.

Для сжигания жидкого топлива (в современных печах с рецирку­ ляцией продуктов сгорания в настоящее время используется лег­ кое жидкое топливо — дизельное, моторное) наиболее успешно при­ меняются форсунки с механическим распыливанием топлива (на­ пример, фирмы« Тиссен», ФРГ, устанавливаемые на печах БН при работе их на жидком топливе). В этих форсунках топливо под высо­ ким давлением, порядка 25 кГ/см2, создаваемым насосом, подво­ дится к выходному соплу форсунки. Струя распыленного топлива, вылетающая из сопла, встречается с потоком воздуха, нагнетаемым низконапорным вентилятором. Топливовоздушная смесь на входе

втопочное пространство поджигается от искры электрического запальника. (Технические характеристики горелок хлебопекар­ ных печей, рисунки горелок и подробное их описание приводятся ниже при описании конкретных типов печей, на которых эти горелки устанавливаются).

Топочные устройства современных печей с рециркуляцией про­ дуктов сгорания оснащаются всеми необходимыми средствами автоматизации и измерительной аппаратурой. Целью автоматизации работы топочных устройств печей является поддержание на опреде­ ленном уровне температуры газов, обогревающих рабочее простран­ ство печи — пекарную камеру, а также прекращение подачи топлива

втопку, если пс какой-либо причине на печи возникает аварийное состояние, угрожающее ее нормальной работе.

В различных конструкциях современных тоннельных печей с рециркуляцией продуктов сгорания по-разному решен основной принципиальный вопрос системы автоматического регулирования температуры в рабочей камере — какая точка в газовом тракте (либо в пекарной камере) является наиболее подходящей для установки в ней датчика температуры — термопары, сигнал от которого поступит

36

на вход усилительно-преобразующего устройства автоматического регулятора температуры. В результате сопоставления фактического значения температуры в регулируемой точке с заданным ее значением вырабатывается управляющее воздействие на исполнительный ор­ ган — регулятор расхода топлива в печь. Таким образом, вне за­ висимости от выбора точки регулирования температурный режим во всех конструкциях печей поддерживается за счет изменения расхода топлива, подводимого для сгорания в топку печи.

В печах БН датчик температуры устанавливают на выходе из камеры смешения, в печи «Термоэлектро» — во всасывающем па­ трубке вентилятора рециркуляции, в печи «Антонелло-Орланди» — в пекарной камере. В печах ПХК применяют два датчика ^темпера­ туры — один, основной,— в пекарной камере, второй — в камере смешения. Сигналы от обоих датчиков, соответствующим образом преобразованные и усиленные, суммируются, и уже на основании обо­ их сигналов вырабатывается управляющее воздействие на регулятор;

Во всех рассматриваемых типах печей, кроме печей ПХК, испольь зуется двухпозиционное регулирование топочного процесса. При этом при сжигании газообразного топлива возможны два режима работы горелок.

1. В печах БН и «Антонелло-Орланди» с поступлением сигнала от термопары уменьшается либо увеличивается расход топлива, т. е. горелка работает по так называемой схеме «большое — малое пламя». При этом в режиме «большое пламя» расход топлива на горелку максимальный, в режиме «малое пламя» обычно произво­ дительность горелки составляет примерно 30% от максимальной (печи БН).

2. В печах «Термоэлектро» с поступлением сигнала от термо^ пары подача топлива на горелку либо прекращается совсем, если температура в регулируемой точке выше заданной, либо горелка зажигается и работает с максимальной производительностью, если температура в регулируемой точке ниже заданной.

При работе печи на жидком топливе с форсункой механическо­ го распыливания фирмы «Тиссен» характер функционирования ее такой же, как и газовой горелки печи «Термоэлектро»: форсунка работает по схеме включено — выключено. Регулировать про­ изводительность форсунки с механическим распиливанием топлива изменением давления на выходе из топливного насоса перед соплом нецелесообразно, так как при этом будет также изменяться качество распыливания топлива: при уменьшении давления перед соплом оно резко ухудшается, увеличивается размер капель топлива, вылетающих из сопла, и ухудшается качество его горения — уве­ личивается длина пути выгорания капель топлива, что может быть причиной коксования его на стенках топки.

37

Двухпозиционное регулирование топочного процесса может приводить к колебаниям температуры в рабочей камере печи. Плав­ ного изменения температуры при различных режимах работы го­ релки можно достичь с помощью пропорционального регулирования топочного процесса. Такая схема регулирования используется в печах ПХК (см. главу II).

Автоматика безопасности работы топочных устройств печей включает в себя следующие устройства и системы.

Разжиг горелки (в частности печей ПХК) не может быть произ­ веден без предварительной, примерно 5-минутной, продувки га­ зового тракта печи. Это необходимо для того, чтобы удалить из газо­ ходов возможные остатки несгоревших газов и предохранить систе­ му обогрева от разрушения при возможном взрыве («хлопке») их в момент включения в работу горелочного устройства. Перед(|разжигом горелки зажигается газовый запальник. В противном случае электромагнитный клапан-отсекатель на газовой магистрали не откроется, и газ не поступит в горелку.

При угасании факела по какой-либо причине (отрыв пламени, падение давления газа в газопроводе и т. п.), не связанной с при­ крытием запорного электромагнитного клапана, последний прикры­ вается под воздействием сигнала об угасании факела и перекрывает газовую магистраль.

При увеличении температуры газов в конце камеры смешения сверх допустимой, порядка 600° С, установленный на выходе из ка­ меры специальный плавкий предохранитель — печи БН (либо контактное устройство — печи ПХК)— расплавляется и обес­ точивает систему автоматического управления работой горелки, что приводит к закрытию клапана на магистрали подвода топлива к ней.

На современных печах с рециркуляцией продуктов сгорания имеется еще ряд блокировок и защит, не связанных непосредственно

сработой топки, но приводящих в конечном счете к прекращению подачи топлива в горелки. Это — защита от останова вентилятора рециркуляции, что может быть причиной перегрева и прогорания топки и газоходов печи, т. е. привести к серьезной аварии; защита от прекращения подачи электроэнергии и т. п. (будут упоминаться ниже в связи с рассмотрением конкретных типов печей, на которых они предусмотрены). Срабатывание перечисленных защит обычно сопровождается звуковым (сирена, звонок) и световым сигналами (на щите загорается красная лампочка).

Количество топочных устройств, устанавливаемых в печах, зависит от их площади пода: во всех рассматриваемых типах печей

сплощадью пода до 25 м2, кроме печей ПХС-25, устанавливается одно топочное устройство (и один вентилятор рециркуляции);

38

в печах ПХС-25, БН-40, ПХС-40, БН-50, ПКХ-50 и других с пло­ щадью пода, превышающей 25 м2 и меньшей или равной 50 м2,— два топочных устройства (и два вентилятора рециркуляции).

6. Режимы работы печных агрегатов

Новые типы печей хлебопекарного и кондитерского производств, в частности современные тоннельные печи с рециркуляцией про­ дуктов сгорания, имеют ряд эксплуатационных особенностей: как сама печь, так и отдельные ее устройства, такие как система обо­ грева, топка и камера смешения, рабочая камера, устройство для гигротермической обработки тестовых заготовок, работают при ха­ рактерных режимах, присущих только печам рассматриваемых типов. Для оптимизации работы этих печей и отдельных их устройств, что может привести к экономии топлива, пара и электро­ энергии и улучшить качество вырабатываемой продукции, необхо­ димо иметь представление о режимах, при которых в реальных усло­ виях работают эти устройства и сама печь в целом. Только при нали­ чии четких представлений о характере протекающих в печи процессов можно организовать рациональную ее эксплуатацию и тем самым повысить эффективность работы печи.

Оптимальные нагрузки печных агрегатов. Печной агрегат хле­ бопекарного либо кондитерского производства может работать при различной производительности (нагрузке). При этом величина удельного расхода топлива будет изменяться:

G — производительность печи, кг/ч [кг/сек].

Экономической нагрузкой печи называется такая ее производи­

Определение экономической нагрузки является важной задачей, так как работа печи при этом режиме может привести к значительной экономии топлива.

В промышленных печах одной из основных величин, наиболее чувствительных к изменению нагрузки, является температура уходя­ щих из печи газов tyx, которая, в свою очередь, связана с потерей

39