Глава 11.

ВОДОГРЕЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

11.1. Назначение и классификация водогрейного оборудования

Кипяток и горячая вода с температурой 85...95°С ис­пользуются на предприятиях общественного питания ни различные технологические и санитарно-технические нужды, Ежедневно, в зависимости от мощности предприятия, расходуется от 400 до 2700 л кипятка и го­рячей воды.

Кипяток используется при приготовлении гарниров, заварке чая, кофе, варке овощей, сосисок, пельменей и т. д. Применение кипятка в технологических процессах позволяет сократить продолжительность процесса дове­дения изделий до кулинарной готовности и полнее сохранить биологически ценные вещества в продуктах. Например, при варке картофеля в холодной воде в нем разрушается 35 % аскорбиновой кислоты, а при варке в кипятке — всего лишь 7 %.

Помимо технологических целей кипяток использует­ся для стерилизации кухонной и столовой посуды, столовых приборов, инвентаря, тары и др.

Горячая вода требуется при выполнении таких тех­нологических операций, как бланширование, ошпари­вание, тепловая обработка овощей и картофеля, при варке каш, гарниров и др. Кроме того, горячая вода используется для мойки продуктов, кухонной и столовой-посуды, полов и т. д.

Большие потребности предприятий общественного питания в горячей воде и кипятке вызвали необходи­мость широкого внедрения на них различных видов во­догрейного оборудования.

Водогрейное оборудование классифицируется по признакам:

по виду получаемого конечного продукта (получение горячей воды, кипятка, совместно горячей воды и ки­пятка) — кипятильники и водонагреватели;

по принципу действия — аппараты периодического и непрерывного действия;

по виду энергоносителя — твердотопливные, газо­вые, электрические, паровые аппараты;

по степени автоматизации — автоматизированные, полуавтоматизированные и неавтоматизированные аппараты;

по специфическим условиям эксплуатации — судовое оборудование, оборудование для вагонов-ресто­ранов.

Водогрейное оборудование является одним из энер­гоемких видов тепловых аппаратов, поэтому повышение эффективности его работы, снижение расходов топлив­но-энергетических ресурсов по предприятию в целом в большей мере зависят от конструктивных особеннос­тей используемого оборудования, рациональных режи­мов работы на нем и правил эксплуатации.

11.2. Кипятильники

Кипятильники периодического действия. Прототипом этих аппаратов является самовар, поэтому иногда их называют кипятильниками самоварного типа. Промыш­ленность серийно выпускает кипятильник наливной на твердом топливе КН-60М, который эксплуатируется в автономных условиях организации питания (полевые станы и др.).

Работа на кипятильнике КН-60М включает следую­щие последовательные операции: набор воды, доведение ее до температуры кипения, прекращение нагрева и раз­бор кипятка.

Кипятильник (рис. 11.1) представляет собой ци­линдр из оцинкованного стального листа толщиной 0,8 мм, в нижней части которого размещена топка. Над колосниковой решеткой находится камера сгорания, экранированная водонесущей обечайкой так, что боко­вые поверхности и свод камеры омываются водой и слу­жат радиационными поверхностями нагрева. От верх­ней части свода камеры отходит цилиндрический кон­вективный газоход, заканчивающийся патрубком для отвода продуктов сгорания. Сверху сосуд закрывается крышкой.

Кипятильники непрерывного действия. Общим для этой группы аппаратов является принцип работы, ос­нованный на законе сообщающихся сосудов. Рассмот­рим на упрощенной схеме кипятильника (рис. 11.2) про­цессы, происходящие при нагреве и кипячении воды.

На рис. 11.2 сосуд А и сосуд Б соединены труб­кой В, т. е. сосуды А и Б являются сообщающимися. При работе кипятильника в сосуде А всегда будет хо­лодная вода, в сосуде Б—кипяток, отбираемый из вспомогательного сосуда Г или из верхней части сосу­да Б, и горячая вода. Следовательно, для того, чтобы получить горячую воду или кипяток в сосуде Б, необхо­димо к воде подвести определенное количество теплоты (электроэнергия, газ, твердое топливо, пар). При вклю­чении теплогенерирующего устройства от теплопередающих поверхностей (тэнов, стенок топок, поверхностей паровых нагревателей) происходит передача теплоты. При этом слой воды, прилегающий к теплопередающей поверхности, нагревается и имеет температуру значи­тельно выше средней температуры воды. Этот слой воды также имеет меньшую плотность, что и обеспечивает его подъем в вышележащий слой, имеющий большую плотность и меньшую температуру. С увеличением про­должительности подвода теплоты конвекция возраста­ет, вода в. сосуде Б имеет уже температуру существенно выше температуры в сосуде А. С увеличением темпера­туры возрастает коэффициент объемного расширения воды и ее уровень в сосуде Б начинает подниматься над уровнем в сосуде А, и часть воды переливается в сосуд Г (сборник кипятка). Поскольку эти сосуды соединены, то уровень воды немедленно выравнится за счет поступ­ления холодной воды из водопровода. При увеличении конвекции с началом кипения воды на теплопередающих поверхностях образуется пар, который способствует турбулизации объема воды. Наступает момент, когда под влиянием объемного расширения воды, образую­щегося пара и интенсивной конвекции воды выталки­вается порция воды в сборник кипятка (в первый мо­мент некипяченой) через переливную трубу. При проек­тировании кипятильников особое внимание следует об­ращать на правильность выбора величины отрезка Е трубы над уровнем воды (I-I). Если этого отрезка не будет, то мы получим только горячую воду. Если он бу­дет значительно выше, то кипяток не будет переливать­ся в сосуд Г (сборник кипятка).

Приведенный принцип устройства кипятильников и процессы, происходящие при их работе, реализованы во всех конструкциях, имеющих различные теплогенерирующие устройства.

Н а рис. 11.3 приведены принципиальные конструк­тивные схемы газового, твердотопливного, электри­ческого и парового кипятильников. Кипятильники раз­личаются между собой производительностью, размера­ми, конструкцией теплогенерирующих устройств. Все кипятильники имеют следующие основные части: пита­тельную коробку, водонагреватель и сборник кипятка

Кипятильники снабжены крышкой, которая крепится с помощью болта и гайки. В сборнике кипятка над пе­реливной трубой установлен отражатель, направляю­щий капельки кипятка, выбрасываемые из переливной трубы, в сборник кипятка. В нижней части сборника ки­пятка установлен водоразборный кран, в верхней — патрубок, соединяющий сборник кипятка с питатель­ной коробкой. Это необходимо на случай переполнения сборника кипятка. В питательной коробке устанавли­вается сигнальная трубка, верхний конец которой нахо­дится выше уровня воды, а нижний присоединяется к канализации. Техническая характеристика кипятиль­ников приведена в табл. 11.1.

К ипятильник непрерывного действия электрический КНЭ-25 (КНЭ-50). Кипятильник (рис. 11.4) состоит из сварного металлического корпуса, внутри которого на­ходится питательная коробка, водонагреватель и сбор­ник кипятка. Воздушный зазор между корпусом и во­донагревателем выполняет роль теплоизоляции. Водо­нагреватель и сборник кипятка выполнены в виде единого цилиндрического сосуда и отделены один от другого диафрагмой с вваренной в ее центре переливной трубой. Дно водонагревателя имеет фланец, на съем­ном диске которого монтируются три тэна. Для слива воды из водонагревателя и питательной коробки на фланце имеется заглушка с накидной гайкой. Над пе­реливной трубой устанавливается отражатель, направ­ляющий выбрасываемые порции воды в сборник кипят­ка. В верхней части сборника кипятка имеется отвер­стие, через которое кипяток при переполнении сборника кипятка переливается в питательную коробку.

При переполнении сборника кипятка и питательной коробки, в случае нарушения нормальной работы пита­тельного клапана или неисправности автоматики регу­лирования, кипяток через питательную коробку по слив­ной (сигнальной) трубе удаляется в дренаж.

На корпусе кипятильника в отдельной коробке смон­тирован блок пускового устройства и автоматики управ­ления аппаратом. Контролируемые параметры — ниж­ний уровень воды в питательной коробке, нижний и верхний уровни кипятка в сборнике кипятка.

Датчиками уровня служат электроды, установлен­ные в следующих местах: на дне питательной коробки — электрод «сухого хода», который контролирует наличие воды, поступающей из водопровода в кипятильник,

Техническая характеристика кипятильников Таблица 11.1

Показатели	Еденица измерения	КНТ-200У	КНГ-200У	КНЭ-25	КНЭ-50	КНЭ-100	КНЭ-100Н	КН-100МН	КН-60М
Производительность Продолжительность разогрева Мощность Расход твердого топлива с теплотой сгорания Q р н= 35,5 МДж/кг Расход горючего газа с тепло­той сгорания Q р н = 35,5 МДж/м3 Объем сборника кипятка Кпд Диаметр подводящей водо­проводной трубы Диаметр водоразборного кра­на Количество горелок Количество тэнов Напряжение в сети Габариты: длина ширина высота Масса	кг/ч ч кВт кг/ч м3/ч дм3 % мм мм шт шт В мм мм мм кг	200 0,33..0,5 - 5 - 70 15 20 - - 540 530 1350 58	200 0,25 - - 3 - 85 15 20 1 - 525 450 1640 70	25 0,17..0,25 3 - - 7,6 90 8 8 - 3 427 303 622 16,4	50 0,17..0,25 6 - - 7,6 90 8 8 - 3 427 303 702 17,2	100 0,33 12 - - 22 90 15 20 - 3 524 514 1255 43	100 0,2 12 - - 30 92 - 20 - 3 500 376 820 38	100 0,33 12 - - 12 90 15 8 - 3 420 550 1000 44,5	60 дм3 1 - 3 - 36 36 15 20 - - 420 400 1140 25

Напряжение в сети 220 или 3N~380 В

в сборнике кипятка — электрод нижнего уровня, обеспечивающий включе­ние электронагревателей после отбора кипятка, и электрод верхнего уровня, отключающий электрона­греватели при заполнении объема сборника кипятка. Последний электрод защи­щен колпачком от попада­ния на него кипятка в процессе заполнения сборника кипятка.

На корпусе кипятильника установлены сигнальные лампочки, оповещающие световым сигналом о нали­чии напряжения и работе электронагревательных элементов.

Автоматика обеспечивает защиту электрических тэнов от «сухого хода», т. ё. невозможность включения тэнов при отсутствии или низком уровне воды в пита­тельной коробке и кипятильном сосуде. Автоматика обеспечивает отключение тэнов при чрезмерном пониже­нии уровня воды во время работы кипятильника.

Кроме автоматики защиты в кипятильниках приме­няется автоматика регулирования, обеспечивающая от­ключение тэнов при заполнении сборника кипятка до верхнего заданного предела при отсутствии его разбора, включении тэнов после разбора кипятка и понижении его уровня до нижнего заданного предела.

Кипятильник КНЭ-50 имеет аналогичную конструк­цию и отличается от кипятильника КНЭ-25 только размерами, мощностью нагревательных элементов и производительностью.

Электрическая схема кипятильника КНЭ-50 изобра­жена на рис, 11.5. Напряжение в цепь управления по­дается при замыкании выключателя S. Затем получает питание понижающий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмотки. В цепь одной обмотки (75 В) включена автоматическая система контроля с электрод­ными датчиками уровня, в цепь другой обмотки (6 В) введены сигнальные лампы. О наличии напряжения на тэнах свидетельствует световой сигнал красной лампы H1. Электрод Е4, контролирующий наличие воды в пи­тательной коробке и кипятильном сосуде, установлен на дне питательной коробки. Электроды Е5 и Е6, контролирующие уровень воды в сборнике кипятка, ус­тановлены соответственно на верхнем и нижнем уровнях сборника.

При наличии воды в питательной коробке между электродом Е4 и корпусом кипятильника возникает электролитический контакт, через который напряжение переменного тока поступает на диагональ мостовой схе­мы выпрямления, собранной на полупроводниковых диодах VI—V4. Выпрямленное напряжение подается на обмотку реле К2, которое срабатывает и замыкаю­щим контактом К2.1 включает магнитный пускатель К1. Магнитный пускатель срабатывает и своими сило­выми контактами К1.1...К1.3 подключает к сети три тэна E1, Е2, ЕЗ, контакт К1.4 включает зеленую лампу Н2, сигнализирующую о режиме нагрева; размыкающий контакт К1.5 отключает от сети электрод Е6.

При достижении кипятком верхнего заданного уров­ня в сборнике кипятка образуется электролитический контакт между электродом Е5 и корпусом кипятильника, вследствие чего шунтируется вход выпрямителя и прек­ращается питание обмотки реле К2. Реле К.2 выключа­ется и контактом К2.1 отключает магнитный пускатель К1, который своими контактами К1.1, К1.2, К1.3 отклю­чает нагреватели, а замкнувшимся контактом К1.5 под­ключает электрод Е6.

При разборе кипятка электрод Е5 оголяется, но шунт входа моста VI…V4 остается за счет электрода Е6. Ког­да уровень воды в сборнике кипятка понижается до нижнего заданного предела, оголяется электрод Е6, сни­мается шунт с входа моста и схема приходит в рабочее положение.

Рис. 11.5. Электрическая схема кипятильника КНЭ-50

Кипятильник непрерывного действия электричес­кий КНЭ-100. Кипятильник изготовляется в напольном исполнении, имеет конструкцию, аналогичную конструк­ции кипятильника КНЭ-25, но отличается от него габа­ритами, большей производительностью, наличием по­стамента для установки на полу и электрической схемой.

Кипятильник непрерывного действия электрический КНЭ-100М. Кипятильник (рис. 11.6) имеет конструк­цию, аналогичную конструкции кипятильника КНЭ-25, но отличается от него габаритами, производительно­стью, мощностью нагревательных элементов и имеет устанавливаемое отдельно пускорегулирующее устройство. Этот кипятильник устанавливается на ци­линдрическую металличе­скую подставку.

Кипятильник непре­рывного действия электри­ческий КНЭ-100МН. Кор­пус кипятильника (рис. 11.7) прямоугольной фор­мы крепится к раме и со­стоит из кипятильного со­суда и сборника кипятка. К корпусу крепятся панель управления и сливной кран.

В кипятильном сосуде цилиндрической формы уста­новлены горизонтально три тэна. Они снимаются и уста­навливаются через боковой люк, имеющийся в стенке кипятильного сосуда.

Сборник кипятка отделен от кипятильного сосуда диафрагмой. Для перелива кипятка из кипятильного сосуда в сборнике кипятка имеется переливная труба конусообразной формы. Отбор кипятка осуществляется через кран.

В кипятильнике предусмотрен конусообразный от­стойник с краном. Он предназначен для промывки кипя­тильного сосуда от осадков накипи, а также слива в кон­це работы горячей воды и резкого охлаждения тэнов водопроводной водой (для уменьшения коррозии тэнов). Вода подводится к кипятильнику через соле­ноидный клапан, что по сравнению с поплавковым уст­ройством обеспечивает более стабильное поддержание уровня воды в переливной трубе.

Для управления работой кипятильника вместо элект­родной автоматики использовано гидравлическое уст­ройство, состоящее из вертикальной обоймы и прямо­угольного бачка, сообщающихся со сборником кипятка и кипятильным сосудом (в них размещены три шаровых поплавка с толкающими штангами), трех ртутных пере­ключателей и соленоидного клапана. Устройство от­ключает тэны при достижении кипятком заданного верх­него уровня в сборнике, включает тэны после слива кипятка на 2/3 объема, защищает их от «сухого хода», включает световую сигнализацию, поддерживает задан­ный уровень воды в переливной трубе.

Принцип работы гидравлического устройства за­ключается в следующем. Вода, нагретая тэнами, из кипятильного сосуда через переливную трубу пере­брасывается в сборник кипятка. При этом уровень воды в переливной трубе и питательном бачке понижается, поплавок 5 опускается, срабатывает ртутный пере­ключатель 2 и включается соленоидный клапан. Он обеспечивает заполнение водой сборника кипятка до заданного уровня. По мере заполнения сосуда кипятком поплавок 6 в обойме поднимается вверх, срабатывает переключатель 3 и тэны отключаются. После разбора кипятка из сборника поплавок 6, а затем 7 опускаются вниз, срабатывает переключатель 3 и тэны включаются.

П ри отсутствии поступления воды в питательный бачок поплавок 5 опускается вниз на полную длину што­ка, а переключатель 2 отключает тэны от сети.

А нализ конструкции электрических кипятильников позволяет отметить их основной недостаток — в про­цессе работы возможно получить только кипяток. При этом затрачивается впустую электрическая энергия, отлагается накипь, увеличивается износ конструкции. Более экономичными являются кипятильники, где мож­но получать горячую воду и кипяток. К таким конструк­циям относятся газовые, паровые и твердотопливные кипятильники.

Кипятильник непрерывного действия газовый КНГ-200У. Кипятильник служит для приготовления и одновременного или последовательного отпуска горя­чей воды и кипятка.

Он (рис. 11.8) состоит из постамента, водонагревате­ля, кипятильного резервуара, сборника кипятка, камеры сгорания и системы газоходов.

В постаменте расположена газовая инжекционная горелка, над которой находится цилиндрическая камера сгорания. Сводом камеры является дно кипятильного резервуара.

Водонагреватель представляет собой двухстенный цилиндр, межстенное пространство которого заполнено водой; внутренний объем образует камеру сгорания.

Верхняя часть полости водонагревателя является питательной коробкой. Коробка снабжена клапаном, ре­гулирующим подачу воды, уровень которой поддержи­вается поплавком.

Внутри водонагревателя концентрично установлен кипятильный резервуар. Сборник кипятка представляет собой тонкостенный цилиндрический сосуд, вставлен­ный с кольцевым зазором в 10 мм внутрь кипятильного резервуара. Зазор между стенками кипятильного ре­зервуара и сборником кипятка образует переливную трубу. Сверху кипятильный резервуар закрывается крышкой. Стенки водонагревателя и кипятильного ре­зервуара имеют U-образные ребра, значительно увели­чивающие конвективную поверхность газохода.

В водонагревателе вода нагревается до 60...70°С. Из водонагревателя через специальный кран горячая вода может отбираться на различные санитарно-техни- ческие нужды.

Перемещение продуктов сгорания топлива по всей высоте аппарата и оребрение тепловоспринимающих по­верхностей позволили уменьшить температуру уходя­щих продуктов сгорания до 200 °С и повысить кпд ап­парата до 85 %. Разбор горячей воды при температуре ниже 80 °С резко снижает накипеобразование и увели­чивает срок службы аппарата. Кипятильник снабжен автоматикой безопасности АБ.

Кипятильник непрерыв­ного действия твердотоплив­ный КНТ-200У. Конструкция кипятильника аналогична конструкции кипятильника КНГ-200У. Отличается он лишь теплогенерирующим устройством, рассчитанным на сжигание твердого топ­лива (рис. 11.9). По сравне­нию с газовыми кипятиль­никами твердотопливные имеют более низкий кпд (15 %) из-за наличия хими­ческого и физического недо­жога.

К

Рис. 11.9. Кипятильник непрерыв­ного действия твердотопливный КНТ-200У:

1 — постамент; 2 — колосниковая ре­шетка; 3 — водонагреватель; 4 — ки­пятильный резервуар; 5 — кран отбора горячей воды; 6 — питательная ко­робка; 7— сборник кипятка; 8—ки­пятильный резервуар (переливная тру­ба); 9 — патрубок холодной воды с кла­паном; 10—кран отбора кипятка; 11 — соединительный патрубок; 12 — топочная камера; 13 — ребра

ипятильник непрерыв­ного действия электрический судовой КНДЭ-40. Этот кипятильник (рис. 11.10) отно­сится к группе аппаратов, предназначенных для работы на судах. Состоит он из трех камер: верхней — для сбо­ра кипятка, средней камеры для кипячения и нижней камеры для охлаждения воды. Камеры цилиндрической формы собраны в одно целое.

Кипятильник расширяется книзу и оканчивается опорной частью. Фланец опорной части кипятильника крепится к палубе болтами. Такое крепление обеспечи­вает нормальную работу его в закрытом помещении при качке судна на углах крена до 45° и удовлетворяет требованиям вибростойкости и стойкости против удар­ных сотрясений.

С

Рис. 11.10. Кипятильник непрерыв­ного действия электрический судо­вой КНДЭ-40:

1, 2, 4 — нижняя, средняя и верхняя камеры; 3 — клеммная коробка; 5 — питательное устройство; 6 — крышка с предохранителем; 7 — перекидная труба; 8 — внутренняя стенка камеры; д — нагревательные элементы; 10 — змеевик охлаждения; 11 — кожух

верху кипятильник покрыт декоративным кожухом из нержавеющей полированной стали. Воздушное про­странство между камерами и кожухом служит теплоизоляцией, не допускающей нагрева кожуха выше 50 °С. Кипятильник закрыт крышкой. На крышке уста­новлен предохранительный клапан, а под крышкой — отражатель кипятка;

В камере для сбора ки­пятка находятся питатель­ный бачок с поплавковым устройством и патрубок для подсоединения к камере пе­рекидной трубы.

С наружной стороны камеры установлены кран для слива кипятка и водомерное стекло, позволяющее конт­ролировать количество кипятка в сборнике.

В камере получения кипятка расположена батарея из шести тэнов и перекидная труба. Нагревательные элементы собраны на одной панели. Клеммы электро­нагревательных элементов выведены из камеры в нахо­дящуюся снаружи клеммную колодку. Коробка закры­вается крышкой. В клеммной коробке осуществлено подключение тэнов к кабелю электросети. Двойное дно камеры кипячения с воздушной прослойкой служит теп­лоизоляцией и ограждает нижний корпус с охлажденной водой от нагрева.

В нижней камере расположен трубчатый змеевик для охлаждения кипятка. С одной стороны змеевик сое­динен с трубой для подвода, а с другой стороны— с трубой для отвода холодной воды. Охлаждение кипят­ка происходит через стенки змеевика. В нижней части камеры охлаждения сделан кран для слива, охлажден­ного кипятка. Камера охлаждения соединена с камерой сбора кипятка перепускной трубой. На трубе установлен запорный кран.