Глава 6.

ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

6.1. Классификация теплогенерирующих устройств

Преобразование различных видов энергии в теплоту (тепловую энергию) осуществляется в теплогенерирующих устройствах, которые являются основными элементами конструкций тепловых аппаратов. Тепло-

ТАБЛИЦА 6.1

Классификация теплогенерирующих устройств

Вид технологического топлива	Виды теплогенерирующих устройств	Типы теплогенерирующих устройств
Влажный насыщен­ный пар Продукты сгорания твердого, жидкого, газообразного топ­лива Электроэнергия Электроэнергия Электроэнергия	Теплообменники для обогрева техноло­гических сред глу­хим и острым па­ром Топки Электронагреватели ИК-излучатели для превращения элек­троэнергии в ИК-излучения (элект­ромагнитные коле­бания) Устройства для пре­образования элек­троэнергии в элек­тромагнитные ко­лебания	Трубчатые, рубашеч­ные, змеевиковые, камерные Слоеные, камерные (с форсунками и га­зовыми горелками) Открытые, закрытые с доступом воздуха, герметично закры­тые тэны, рэны ИК-генераторы Магнетроны

генерирующее устройство предопределяет технико-эксплуатационные показатели аппарата (кпд, металло­емкость, энергоемкость, надежность, долговечность и др.). В зависимости от вида принятого в аппарате теплогенерирующего устройства принимаются те или иные его конструктивные решения. Например, для га­зовых, твердотопливных и жидкотопливных аппара­тов конструктивные решения направлены на снижение потерь теплоты с уходящими продуктами сгорания, рациональное удаление продуктов сгорания из топок, увеличение поверхностей теплообмена и др.

Теплогенерирующие устройства классифицируются по видам источников получения теплоты (табл. 6.1).

6.2. Теплогенерирующие устройства, использующие теплоту влажного насыщенного пара

В тепловых аппаратах предприятий общественного питания широкое распространение получили тепло-генерирующие устройства, классификационная схема которых приведена на рис. 6.1, а их принципиальные схемы — на рис. 6.2, а, б, в и 6.3.

По виду обогрева пищевых продуктов и технологи-

Рис. 6.1. Классификация теплогенерирующих устройств, преобра­зующих теплоту влажного насыщенного пара в тепловую энергию

Рис. 6.2. Схема теплогенерирующего устройства на паровом

обогреве:

а — рубашечного типа; б — трубчатого типа; в — змеевикового типа: 1 — продувочный кран; 2 — греющая ка­мера; 3 — регулирующий вентиль; 4 — конденсацион­ный горшок

ческих сред влажным насыщенным паром различают обогрев глухим паром (через разделительную стенку) и обогрев острым паром (пар непосредственно контакти­рует с продуктом), а по конструктивному исполнению теплогенерирующие устройства подразделяются на смежные и совмещенные.

При глухом обогреве (через разделительную стенку) пар подается в греющую камеру рубашечного (рис. 6.2, а), трубчатого (рис. 6.2, б) или змеевикового (рис. 6.2, в) типов, конденсируется, отдавая, теплоту парообразования разделительной стенке, а через нее продукту или технологической среде. Теплогенерирую­щие устройства паровых аппаратов состоят из про­дувочного крана греющей камеры, подводящего паро­провода с регулирующим вентилем, конденсатопровода для отвода конденсата из греющей камеры, конден­сационного горшка, регулирующей и защитной арма­туры.

При обогреве пищевых про­дуктов острым паром греющая камера совмещена с рабочей камерой (рис. 6.3). Она состоит из корпуса с размещенной в нем камерой, в которую по­дается пар, взаимодействую­щий с продуктом, укладывае­мым на перфорированный про­тивень. Конденсат из камеры стекает в парогенератор, вода в котором нагревается тэном. Расчет греющих камер паро­вых аппаратов сводится к опре­делению поверхности нагрева (конструктивный расчет), либо для проверки соответствия по­верхности нагрева технологиче­скому процессу (поверочный расчет).

Рис. 6.3. Схема совме­щенного камерного тепло-генерирующего устрой­ства:

1 — корпус; 2 — греющая камера; 3 — парогенератор; 4 — тэн; 5 — перфорирован­ный противень; 6 — тепло­изоляция

Поверхность нагрева

греющей камеры парового аппарата определяется по уравнению

F = Q/K∆t, (6.1)

где Q — количество теплоты, передаваемой поверхности нагрева в единицу времени, Вт (Дж/с); К — коэф­фициент теплопередачи от влажного насыщенного пара к продукту, Вт/ (м² ∙ К); ∆t — разность температур между теплоносителем и нагреваемой средой, °С.

Количество теплоты Q, которое передается от тепло­носителя через поверхность нагрева в единицу вре­мени, определяется по тепловому балансу для конкрет­ного технологического процесса.

Коэффициент теплопередачи К от теплоносителя (влажного насыщенного пара) к нагреваемой среде в камере определяется по формуле для плоской одно­слойной стенки

(6.2)

где — соответственно коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к поверхности нагрева и от поверх­ности нагрева к нагреваемой среде в камере, Вт/(м²∙К); — соответственно толщина стенки (поверхности нагрева) и коэффициент теплопровод­ности материала, Вт/(м∙К).

В связи с тем, что в тепловых аппаратах предприя­тий общественного питания разделительная поверх­ность нагрева выполняется из тонкостенного материала δ  0,01 м, а коэффициент теплопроводности металла достаточно велик: для стали — 40 Вт/ (м ∙ К), то отно­шение . В этом случае коэффициент теплопере­дачи определяется по уравнению

(6.3)

Средняя разность температур (температурный на­пор) между теплоносителем и нагреваемой средой ∆t определяется как среднелогарифмическая по урав­нению

∆t = [(∆t_б-∆t_м)/2 lg (∆t_б/ ∆t_м,)] • (∆t_б/∆t_м), (6.4)

где ∆t_б — наибольшая разность температур между температурами влажного насыщенного пара и нагре­ваемой средой, °С; ∆t_м — наименьшая разность тем­ператур между температурами влажного насыщенного пара и нагреваемой средой, °С.

Секундный расход пара определяется из выражения

D = Q_зaтp/(i_x – i_k), (6.5)

где Q_зaтp — общее количество затраченной теплоты в единицу времени, Вт (Дж)/с; i_x, i_k — соответственно энтальпии пара и конденсата, Дж/кг.

i_x = i' + xr, (6.6)

где i' — энтальпия жидкости при определенной темпе­ратуре и давлении, кДж/кг; х — степень сухости пара, %; г — скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

В паровых аппаратах пролетный пар отсутствует (i_x = i'), поэтому общее количество затраченной тепло­ты определяется из уравнения

Q_зaтp = Q₁/, (6.7)

где Q₁ — количество теплоты, необходимой для нагрева воды от начальной температуры t_н до конечной t_к, Вт;

Q = Gc (t_к – t_н), (6.8)

где с — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙К);  — коэффициент полезного действия (задается при проектировании теплового аппарата).

Правила эксплуатации. Перед началом работы па­ровых аппаратов необходимо слить конденсат из грею­щей камеры. Для этого необходимо открыть проду­вочный кран и оставить его открытым на весь пусковой период. Для эффективной работы паровых аппаратов следует удалить воздух из греющей камеры — эта опе­рация осуществляется с помощью пара. На первой стадии разогрева открывается вентиль на паропроводе на четверть оборота, при этом пар постепенно запол­няет греющую камеру и при соприкосновении с холод­ными стенками конденсируется. По мере прогревания аппарата поступающий пар вытесняет воздух. После появления из продувочного крана упругой струи пара его закрывают и полностью открывают вентиль на паропроводе.

Быстрое заполнение греющей камеры паром в на­чальный период приводит к образованию избыточного количества конденсата, ухудшению теплообмена и уве­личению продолжительности разогрева аппарата. Об­разующийся конденсат удаляется через конденсатоотводчик. Периодически необходимо проверять исправ­ность конденсатоотводчика, открывая время от вре­мени продувочный кран. Если из последнего идет кон­денсат, это свидетельствует о неисправности конден­сатоотводчика. Признаками неисправной работы кон­денсатоотводчика служит медленный нагрев содержи­мого аппарата, быстрое увеличение давления в грею­щей камере. В любом случае необходимо отключить аппарат, выпустить пар через байпасную линию и про­чистить конденсатоотводчик.

В процессе работы необходимо постоянно следить за показаниями манометров. За 5...10 мин до окон­чания технологического процесса следует прекратить подачу пара и содержимое рабочего сосуда будет доведено до готовности за счет аккумулированной теп­лоты, что является одним из важных мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов.