Енергоефективна експлуатація хлібопекарських печей сторінка 5

де
ö
r
- об’єм рециркулюючих газів участках від загального об’єму в місці відбору;
2
Î
,
2
N
- процентний вміст відповідно кисню та азоту.
Однак ця формула непридатна для газоподібного палива із значним вмістом азоту. У більш пізніх працях інших авторів для визначення α в хлібопекарських та кондитерських печах з рециркуляцією за умови повного згорання палива пропонується формула, що містить лише перший множник виразу (4.2), тобто нічим не відрізняється від виразу для знаходження α в печах з повним видаленням димових газів. Інші автори для умов повного згорання природного та коксового газу пропонують формулу 2
1
(21
)1,111
Î
Î
α
= +
−
(Про невідповідність фізичній суті, що вкладається у поняття коефіцієнта витрати повітря, експериментально визначених значень α у суміші топкових і рециркуляційних газів зазначається літературі. Річ у тому, що α, який за визначенням є величиною, приведеною до одиниці палива, в системах з рециркуляцією фактично вимірюється в потоці газів, що утворюються з (1+r) одиниць палива, атому, на думку авторів, не є справжнім і набуває умовного характеру. Це твердження є справедливим, тому для розрахунків циклотермічної системи є сенс оперувати, наприклад, поняттям концентрації повітря в газах.
Для стаціонарного режиму роботи циклотермічного контуру (при незмінних витратах палива, повітря, що подається до пальника, положенні шибера, атмосферному тиску, величині теплоспоживання) є характерними декілька особливостей:
• В атмосферу через димову трубу видаляються продукти згорання та повітря у кількості, що відповідає надходженню цих компонентів димових газів до системи.
•
Співвідношення кількості компонентів димових газів (повітря і продуктів згорання) у рециркуляційному потоці є незмінним і таким, що відповідає складу димових газів у точці розділення потоків (практично – у вентиляторі рециркуляції).
• На ділянці контуру від топкового пристрою до вентилятора (між перерізами
1-1 і 2-2 на рис. 2) вміст повітря в димових газах збільшується внаслідок підсмоктування.
• У рециркуляційному газоході (між вентилятором та камерою змішування) знаходиться переріз, тиск газів у якому дорівнює атмосферному.
Місцезнаходження цього «нульового» перерізу при незмінних вищеназваних параметрах є фіксованим.
Коефіцієнт рециркуляції для працюючої печі можна розрахувати, використавши дані аналізу складу димових газів. За результатами теплотехнічних випробовувань у випадку повного згорання палива за вмістом кисню і азоту в димових газах на СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОТИ В ПЕКАРНУ КАМЕРУ

40
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
виході з топки, у камері змішування тау відхідних газах коефіцієнт рециркуляції пропонується визначати за формулою 2
2 2
2 2
2 2
2 2
2 2
( )
( )
( )
21 79
( )
( )
( )
( )
( )
( )
21 79
( )
( )
( )
çì
ò
âäõ
çì
ò
âäõ
âäõ
çì
ò
âäõ
çì
ò
O
O
O
N
N
N
r
O
O
O
N
N
N

 

−
−

 


 

=

 

−
−

 


 

(4.4)
Значення коефіцієнта рециркуляції можна отримати, знаючи коефіцієнти витрати повітря у відповідних точках газового тракту, а також з рівняння балансу ентальпій у камері змішування:
çì
ò
âäõ
çì
r
α
α
α
α
−
=
−
; (4.5)
ò
çì
çì
âäõ
I²
r
²
²
−
=
−
(4.6)
5.2 ТЕПЛООБМІН У КАНАЛАХ
Потік димових газів характеризується витратою (швидкістю руху), температурою і складом, які впливають на теплофізичні, радіаційно-оптичні властивості газів, а також на гідравлічний режим руху. В хлібопекарських печах швидкість газів є невисокою (число Маха М, режим течії, як правило, перехідний (Re<10000), або ламінарний (Re<2300). Оскільки максимальний перепад тиску в потоці димових газів незначний (кількасот Паскалей, в теплових розрахунках використовується питома ізобарна теплоємність газів. До складу димових газів входить повітря, що потрапляє до нагрівної системи в результаті підсмоктування через нещільності та як надлишкове повітря із камери згорання. Якщо теплова зона розміщується в межах монтажної секції печі (найбільш поширений варіант), каналу межах теплової зони є майже герметичним і вміст повітря в каналі можна вважати незмінним.
Стінка каналу, обернена до пекарної камери (робоча стінка), виконується з тонкого сталевого листа, який практично не чинить термічного опору при теплопередачі.
Протилежна та бічні стінки каналу надійно ізольовані шаром високоефективного волокнистого теплоізолятора від зовнішньої обшивки печі.
Між продуктом у пекарній камері в межах теплової зони і теплоносієм існує динамічний баланс спожитої і відданої теплоти, на їх границі виникає тепловий потік відповідної інтенсивності і встановлюється певна температура робочої стінки каналу. Конкретні значення теплового потоку і температури робочої стінки визначаються механізмами переносу теплоти в нагрівному каналі та пекарній камері.

У каналі перенос теплоти відбувається за рахунок конвективного обміну димових газів із робочою стінкою, випромінювання газів на неї, випромінювання протилежної та бічних стінок на робочу стінку. В свою чергу, протилежна і бічні стінки каналу отримують теплоту від газів конвекцією та випромінюванням.
Передача теплоти від теплоносія продукту в пекарній камері відбувається за рахунок випромінювання від нижньої стінки верхнього каналу, теплопровідністю від верхньої стінки нижнього каналу через проміжну ланку – металевий або керамічний черінь печі, а також конвекцією від нижньої стінки верхнього каналу та частини череня, не зайнятої продуктом. В залежності від конструкції печі конвекція може бути як вільною, так і вимушеною. Середовище пекарної камери складається з повітря, яке має підвищений вміст двоокису вуглецю, що утворюється під час бродіння тіста і вивільняється при нагріванні, і водяної пари, що проникає із зони гігротермічної обробки тістових заготовок, а також утворюється в результаті випаровування вологи з поверхні виробів. Наявність цих трьохатомних газів спричиняє додаткове (вторинне) випромінювання теплоти на поверхню виробів. Однак у зв’язку з малою товщиною випромінюючого шару та незначним перепадом температур ці чинники не є суттєвими і більшість дослідників вторинне випромінювання у сучасних печах з висотою пекарної камери 200 – 300 мм до уваги не беруть.
На відміну від радіаційного теплообміну в пекарній камері у нагрівному каналі окрім твердих поверхонь у цьому процесі важливу роль відіграє випромінювання газів.
Порівняно з більшістю твердих тіл гази мають яскраво виражений лінійчатий спектр випромінювання-поглинання енергії, тобто процес енергообміну відбувається лише у певних діапазонах довжини хвиль. Ця, а також деякі інші фізичні властивості газів суттєво ускладнюють розрахунки радіаційного теплообміну в каналах печей. Тому задля виконання інженерних розрахунків користуються методиками, що поєднують теоретично встановлені закономірності з експериментальними даними.
За розрахунками різних авторів частка теплоти, переданої випромінюванням в печах з циклотермічною нагрівною системою, може коливатися в значних межах (в основному, від 30 до 60%). Для нині існуючого розмаїття конструкцій печей значення частки випромінювання може бути як більшим, так і меншим від наведеного діапазону, проте у будь-якому разі внесок теплового випромінювання у загальній величині теплопередачі є значним.
Коефіцієнт теплового випромінювання (КТВ) або ступінь чорноти є однією з головних радіаційних характеристик димових газів, які під час руху нагрівним каналом випромінюють теплоту на його поверхні. Серед усіх компонентів продуктів згорання рідкого та газоподібного палива найбільше впливають на КТВ, головним чином, вміст трьохатомних газів – двоокису вуглецю та водяної пари.
Фізична сторона процесу достатньо складна для формалізації, тому найбільш точне визначення КТВ для випромінюючих газів, що входять до складу продуктів згорання, дає графічний спосіб, в основі якого лежать номограми, побудовані в результаті обробки великого масиву експериментальних даних. Коефіцієнт СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОТИ В ПЕКАРНУ КАМЕРУ

42
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
випромінювання визначається окремо для СО і НО в залежності від температури та добутку парціального тиску на ефективну товщину шару газу. За допоміжними графіками визначаються поправки, що враховують певні специфічні умови, характерні для перебігу процесу. Однак використання графічного методу суттєво ускладнює комп’ютерне моделювання і розрахунок конструкцій та теплових режимів нагрівних систем печей.
Інша група методик будується на спробі поєднати експериментальний матеріал з фізичними закономірностями процесу випромінювання. До таких можна віднести, зокрема, методику, прийняту в Нормативному методі розрахунку котлів (1998 р, у якій ступінь чорноти газу визначається як наслідок закону Бугера:
1 exp(
),
ã
a
kpS
= −
−
(де k – коефіцієнт ослаблення випромінювання газовою фазою продуктів згорання,
1/м·МПа;
р – тиск димових газів (абсолютний), МПа – ефективна товщина випромінюючого шару газів, м.
Коефіцієнт ослаблення випромінювання для суміші трьохатомних газів і водяної пари визначається за формулою 7,8 16 1 1 0,37
,
1000 10
H O
ã
ñì
ñì
r
T
k
r
pr S


+


=
−
−








(де
2 2
ñì
RO
H O
r
r
r
=
+
– об’ємна частка суміші випромінюючих газів у продуктах згорання.
Об’ємна частка відповідних газів розраховується за відомими формулами 2
2
,
RO
RO
ã
V
r
V
=
2 2
,
H O
H де
0 2
RO
V
, – теоретичний об’єм трьохатомних газів (тут і далі всі об’єми приведені до нормальних умов при спалюванні 1 нм палива і коефіцієнті витрати повітря
α=1). За умови повного згорання горючих компонентів палива можна прийняти
0 0
2 2
RO
CO
V
V
=
;
2
H O
V
– об’єм водяної пари в димових газах. Об’єм залежить від коефіцієнта витрати повітря і розраховується за формулою 0
2 2
0,0161(
1)
H O
H O
V
V
V
α
=
+
−
, (де
0 2
H O
V
– теоретичний об’єм водяної пари – теоретичний об’єм повітря, що іде на спалювання одиниці палива;

43
ã
V
– об’єм димових газів у нагрівному каналі, який залежить від коефіцієнта витрати повітря і розраховується за формулою 0
0 0
2 2
2
(
1)
ã
RO
N
H O
V V
V
V
V
α
=
+
+
+
−
(Формула (4.8) дає прийнятну для технічних розрахунків похибку в діапазоні до К, оскільки призначена для використання при розрахунку котлів. Однак у каналах хлібопекарських печей температура газів може бути суттєво нижчою. Для умов теплообміну в каналах розрахунок випромінювання за цією формулою може складати 15 %, а для окремих випадків – до 18 Для інтервалу температур 300 – С, висоти плоского каналу 3 – 8 см і складу газів, що відповідають α=2,0 – 2,7 нами запропонована поправка, яка зменшує похибку розрахунку максимум до 6 % порівняно з найбільш точним (графічним) методом. Формула (4.8) з поправкою має вигляд:
(
)
2 7,8 16 0,832 1,2 1 1 0,37 1000 10
H O
ã
cì
cì
r
T
k
S
r
pr S


+


=
+
−
−








(4.11)
Математична модель теплообміну в каналах печі включає рівняння теплообміну в пекарній камері і додатково складається з рівнянь об’ємної витрати газів, теплового балансу робочої (оберненої до пекарної камери) та протилежної їй стінок, рівнянь конвективної і радіаційної тепловіддачі та додаткових залежностей фізичних величин від температури і складу димових газів. Математична модель циклотермічного контуру, що обслуговує кілька теплових зон включає, окрім зазначених, рівняння теплового балансу системи каналів та пічного агрегату в цілому.
ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ
1. У чому полягає сутність рециркуляції димових газів?
2. Як теоретично можна розрахувати коефіцієнт рециркуляції?
3. Як отримати значення коефіцієнта рециркуляції за результатами теплотехнічного випробовування печі?
4. Чому коефіцієнт витрати повітря в системі з рециркуляцією газів, визначений за результатами вимірювань, не відображає фізичної суті, яка вкладена в поняття цього коефіцієнта? Чи можна в такому разі довіряти даним заміру?
5. Яка відмінність у спектрах випромінювання газів і твердих тіл?
6. Чому випромінювання газів беруть до уваги при теплотехнічних розрахунках СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОТИ В ПЕКАРНУ КАМЕРУ

44
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
каналів, а в розрахунку теплообміну у пекарній камері – ні?
7. Яким фізичним законам підпорядковується випромінювання газів?
8. Яка із стінок нагрівного каналу має вищу температуру обернена в пекарну камеру, чи протилежна їй?

45
6. ОСНОВНІ ТИПИ КОНСТРУКЦІЙ СУЧАСНИХ
ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
Найбільш прогресивними на сьогоднішній день печами, що встановлюються на хлібопекарських підприємствах великої і середньої потужності, є печі з циклотермічною нагрівною системою, термооливні печі та електричні печі. Перша група печей може мати прохідну (в т.ч. тунельну) або тупикову пекарну камеру і систему обігріву, у якій теплоносієм є димові гази. У другій групі печей у якості теплоносія використовується спеціальна мінеральна темоолива. Вони можуть мати як прохідну, так і тупикову пекарну камеру. Електропечі також можуть бути з прохідною або тупиковою пекарною камерою.
Печі шафового типу зі стаціонарним подом, а також печі з конвективним обігрівом в т.ч. ротаційні), які нині масово випускаються численними фірмами-виробниками по всьому світу переважно встановлюють на малих підприємствах (пекарнях) і лише для випікання булочних та борошняних кондитерських виробів, тому в цій роботі не розглядаються.
6.1.ПЕЧІ З ЦИКЛОТЕРМІЧНОЮ НАГРІВНОЮ СИСТЕМОЮ
Найбільшого поширення в Україні набули канальні печі з тунельною пекарною камерою з рециркуляцією продуктів згорання палива. Стабільна протягом останніх
40 років популярність цих печей у виробників хліба викликана низкою їх переваг порівняно з іншими типами печей подібного за продуктивністю класу, насамперед, печей з повним видаленням продуктів згорання. Це пояснюється, зокрема:
− можливістю забезпечити високий ступінь заводської готовності окремих складаних одиниць (секцій), які виготовляються великими серіями на спеціалізованих машинобудівних підприємствах із застосуванням сучасних технологій, що дозволяє забезпечити їх високу якість, стислі терміни доставляння замовнику і спрощує монтажні та пусконалагоджувальні роботи на хлібозаводі;
− простотою організації безперервно-потокового методу виробництва хлібобулочних виробів (стосується лише тунельних печей порівняно низькою тепловою інерцією нагрівної системи, що дає змогу більш гнучко здійснювати управління тепловим режимом, а також відмовитись від виключно тризмінного режиму роботи хлібопекарського підприємства протягом доби;
− за винятком топкового пристрою складові частини нагрівної системи знаходяться під впливом помірної температури (нижче С, завдяки чому можуть бути виконані без використання дорогих жаростійких сталей аустенітного класу.
ОСНОВНІ ТИПИ КОНСТРУКЦІЙ СУЧАСНИХ ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ

46
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
Спільні риси печей цієї групи розглянемо на прикладі однієї з найбільш прогресивних на сьогоднішній день печі марки РРР (українською – ППП). Як уже ішлося вище, піч випускає чеська компанія J4. Піч працює на газоподібному або рідкому паливі. Тривалість розігрівання від температури С складає від 1,5 до 2,5 год. Печі випускаються площею поду від 18 дом, шириною пекарної камери дом. Печі РРР є удосконаленим варіантом печей марки РРС (ППЦ).
Обидві печі, як і цілий ряд інших печей різних фірм-виробників мають компоновку газорозподільної системи, в основі якої лежить рішення, запатентоване компанією
Winkler (Німеччина).
Піч (рис. 10) являє собою модульну каркасну конструкцію, зібрану з окремих секцій високої заводської готовності. Комплектується сітчастим (як правило) конвеєрним подом, пристроєм для парозволоження, виконаним із труб з нержавіючої сталі, сепаратором конденсату, пальником та системою відведення димових газів та випарів з пекарної камери. Привод конвеєра та вентилятора рециркуляції обладнано частотними перетворювачами, якими змінюють частоту обертання електродвигунів. Піч оснащена системою безпечної експлуатації, запобіжними пристроями, системою автоматичної реєстрації та управління тепловим режимом випікання. Високий ступінь уніфікації складаних одиниць дозволяє за вимогою замовника реалізувати різні варіанти виконання. Секції можуть мати довжину 3 або 6 м, остання секція – довільної довжини за побажанням замовника.
Додатковими опціями можуть бути зона інтенсивного радіаційного обігрівання із застосуванням STIR®-технології, зона вимушеної конвекції середовища пекарної камери, теплоутилізаційний пристрій, автономний парогенератор для отримання технологічної пари у літній період (коли котельня не працює) тощо.
У так званій «башті» - надбудові над основною конструкцією уздовж осі печі розташовані токовий пристрій 14, камера змішування 15, що з’єднана з розподільчою камерою великого об’єму 16, та вентилятор рециркуляції
18 з колектором рециркуляційних газів 17 і з’єднувальним газоходом 19.
Транспортування гарячих димових газів до теплових зонта їх зворотне транспортування на рециркуляцію здійснюється двома прямокутними газоходами великого поперечного перерізу 10, 11 відповідно, укладеними уздовж печі над пекарною камерою. Цифрами 8 і 9 позначений напрямок руху гарячих і охолоджених газів відповідно. Між транспортними газоходами димових газів розташований газохід 22 для переміщення надлишку пароповітряної суміші з пекарної камери.
Уведення газів у нагрівні канали та видалення охолоджених газів здійснюється через бічні газоходи, які з обох боків огинають пекарну камеру і з’єднують розташовані поперек пекарної камери розподільчі короби великого поперечного перерізу з відповідним транспортним газоходом 10 або 11. Регулювання кількості газів по каналах здійснюється шиберами вручну або за допомогою сервоприводів.
Значна різниця між висотою розподільчих коробів і нагрівних каналів створює майже постійний, однаковий по ширині каналу перепад тиску, що усуває необхідність регулювати розподіл газів по ширині пекарної камери: рівномірність обігріву забезпечується автоматично. Нагрівна система виконана із поєднанням жаростійкої та конструкційної вуглецевої сталі. Запобіжний блок складається з

47
аварійного термостата, датчика розрідження, системи продувки контуру димових газів та системи противибухових клапанів.
Пекарна камера виконана у вигляді тунелю прямокутного поперечного перерізу, крізь який рухається конвеєр 4 з тістовими заготовками. Зворотна гілка конвеєра
5 рухається під нижніми каналами у теплоізольованому тунелі, атому майже не охолоджується. Пекарна камера змонтована на рамі 6, що є частиною каркасу печі.
Зовні каркас обшитий листами 7 із полірованого алюмінію. ТЗВ обігріваються зверху і знизу димовими газами, що рухаються в плоских горизонтальних каналах
13, 12 вище і нижче пекарної камери.
Камера на вхідному і вихідному отворах має заслінки 24 з ручним приводом
25 і поділена на теплові зони, температура в яких регулюється незалежно.
Парозволожувальний пристрій 23 виконано з 2 – 4 елементів по типу труба в трубі» з нержавіючої сталі та системою відведення конденсату. Труби мають перфорацію і зорієнтовані: внутрішня отворами уверх, зовнішня – вниз на тістові заготовки. Зона зволоження відокремлена від решти пекарної камери шиберами і знімними тефлоновими фартухами. Над посадковим і розвантажувальними отворами змонтовані витяжні зонти, ау верхній стінці пекарної камери – шахти для забору пароповітряної суміші. Зонти і шахти з’єднані з газоходом 22, підключеним до витяжного вентилятора 20, що знаходиться у башті. Поряд із ним знаходиться вентилятор-димосос для направлення викидних димових газів у димар. В нижній частині димаря розташований збірник конденсату Рис. 10. Тунельна піч з циклотермічною нагрівною системою
Для приведення в рух і корегування просторового положення конвеєра печі служать приводний валок 2, натяжний валок 3 та валок поперечного регулювання положення конвеєрної стрічки Система безпеки і регулювання теплового режиму включає аварійний термостат 28,

1 2 3 4 5 6 7 8

скачати