Енергоефективна експлуатація хлібопекарських печей сторінка 6

49
теплогенератора, у якій реалізується декілька ефективних рішень.
Змійовик виконаний із гарячодеформованих труб із вуглецевої сталі, по яких з високою швидкістю за допомогою насоса (на рис. не показаний) циркулює термоолива. Перший ряд труб 3 утворює топку котла, у якій переважна кількість теплоти передається випромінюванням факела і високотемпературних газів. Другий ряд труб 4 разом з першим утворюють другий хід димових газів, другий ряд труб разом з внутрішньою поверхнею камери – третій хід. У другому ході відбувається радіаційно-конвективний теплообмін, у третьому – переважає тепловіддача конвекцією. Така компоновка дозволяє рівномірно розподілити теплову енергію і зменшити питоме теплове навантаження на елементи нагрівної системи.
Теплогенератор має низьку тепловіддачу в навколишнє середовище завдяки малій питомій поверхні огорожі та використанню ефективної теплоізоляції високої щільності. Так само низькі втрати має і система транспортних трубопроводів 5, 6.
Незначне розрідження в газовій системі і практично повна герметизація газового тракту призводить до менших втрат теплоти з викидними газами (детальніше про це ідеться в наступному розділі). В системі може бути передбачене регулювання температури теплоносія за рахунок рециркуляції термооливи. Датчик температури 9 керує приводом регулятора 8, яким охолоджена термоолива підмішується до гарячої у потрібній пропорції. Піч може бути обладнана вбудованим парогенератором для зволоження середовища пекарної камери. Один із варіантів виконання парогенератора – розміщення пучка трубу водяному бачку, який знаходиться в просторі під нижньою пекарною камерою (піч MIWE thermo-express).
Хоча на ринку обладнання є пропозиція термооливних печей з прохідною
(тунельною) пекарною камерою, все ж основний наголос робиться на печах з тупиковою пекарною камерою або з кількома тунельними камерами, розміщеними ярусами. Кількість ярусів може бути 7 і більше. При цьому суттєво поліпшуються питомі показники нам поду зайнята площа цеху, площа огороджень (втрата теплоти у навколишнє середовище), металоємність конструкції тощо. Щоправда, у цьому випадку виникає потреба у додатковому укладальнику-розвантажнику виробів та суттєво зростають вимоги до організації попередніх технологічних операцій – приготування тіста, формування тістових заготовок та їх вистоювання.
Підтримання виробничого ритму, який диктує робота багатоярусної печі, вимагає високої кваліфікації персоналу.
Термооливні печі мають ряд сильних сторін не лише з погляду теплотехніки, але і технології хлібопечення. Регулювання режиму випікання в цих печах можна здійснювати з високою точністю, відповідно до вимог раціонального режиму.
Завдяки простоті автономного налаштування теплового режиму в окремих пекарних камерах є можливість в одній печі одночасно випікати декілька видів виробів. Це особливо актуально для підприємств у невеликих населених пунктах в умовах, коли торгівельні мережі замовляють порівняно невелику кількість продукції, проте широкого асортименту. Висока теплова інерція термооливи дозволяє заощаджувати паливо при розігріві печі до номінальної температури після простоювання. Рівномірний розподіл теплового випромінювання по всій площі поду сприяє тому, що вироби, випечені в термооливній печі характеризуються
ОСНОВНІ ТИПИ КОНСТРУКЦІЙ СУЧАСНИХ ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ

50
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
високими споживчими властивостями, зокрема, однаковим і привабливим зовнішнім виглядом та насиченим ароматом (останнє – завдяки відсутності зайвої вентиляції). Враховуючи, що випікання відбувається переважно при радіаційному режимі підведення теплоти до верхньої поверхні ТЗВ, деякі компанії пропонують як опцію створення мікроциркуляції середовища в межах однієї пекарної камери з тим, щоб за рахунок конвекції вирівняти забарвлення бічної і верхньої поверхні.
Всі сучасні печі мають високий ступінь автоматизації та комп’ютерне управління.
Попри те, що на ринку в основному пропонуються термооливні печі, які опалюються рідким паливом або газом, великі перспективи мають печі на твердому паливі. Особливо це актуально в нинішніх умовах переходу на відновлювальні джерела енергії. На рис зображений твердопаливний генератор теплоти BioTherm чеської компанії
KORNFEIL, призначений для використання на хлібозаводі. Він має суттєву перевагу не лише тому, що може працювати на трісках, гранулах і не використовує дорогі види енергоресурсів, але для хлібопекарського підприємства він полегшує вирішення проблеми утилізації зворотних відходів та браку. Річ у тім, що теплотворна здатність відходів сумірна з теплотворною здатністю малокалорійних твердих палив, що мають промислове використання табл. Рис. 12. Варіант термооливного генератора теплоти на твердому паливі: 1 – система подачі палива; 2 – насос термооливи; 3 – топка 4 – система відведення димових газів; 5 – автоматичне видалення золи 6 – місткість для золи
Особливо ефективним, на нашу думку, є використання термооливних печей на заміну застарілих конструкцій (типу ФТЛ, ХПА тощо), які розміщені на підприємствах старої забудови і в невеликих приміщеннях. У такому разі не потрібна радикальна зміна характеру виробничих потоків і реконструкція підприємства потребуватиме порівняно незначного обсягу ремонтно-будівельних і монтажних робіт.

51
Таблиця Характеристика твердого палива
Вид палива
Тріски
Гранули
Відходи (брак,
черств’як)
Профіль палива
ONORM M 7133
ONORM M 7135
-
Теплотворна здатність
14400 кДж/кг*
18000 кДж/кг*
14000 кДж/кг*
Насипна маса
200 – 250 кг/м3 650 кг/м3 350 кг/м3
Розмір
G30 – G50
Ø6 мм, 5 – 40 мм – 30 мм
Вологість
20 – 35 %
<10 %
20 – 25 %
*) при вологості 25 %.
6.3 ПЕЧІ З ЕЛЕКТРИЧНИМ ОБІГРІВОМ
Сучасні печі з електрообігрівом достатньо поширені на підприємствах хлібопекарської промисловості. Окрім нагрівної системи, решта систем
(парозволоження, вентиляція, електропривод, термоізоляція тощо) є аналогічними системам печей інших відповідних типів.
За типом електронагрівачів можна виділити три групи печей печі, у яких використовуються темні інфрачервоні випромінювачі – ТЕНи або спеціальні нагрівні панелі;
− печі із світлими інфрачервоними випромінювачами (цокольними лампами, кварцовими трубками печі з комбінованим обігріванням (світлими і темними нагрівачами одночасно).
Найбільше використовуються печі з темними випромінювачами. Питомі витрати електроенергії в цих печах коливаються доволі в широких межах – від 900 до 2500 кДж/кг. Електротермічний ефект підпорядковується закону Джоуля-Ленца:
2
Q I Rτ
=
, Дж, де І – сила струму, А – опір провідника, Ом тривалість проходження струму, с.
Електропечі мають значну перспективу щодо зростання їх питомої ваги серед печей
іншого способу обігріву в майбутньому. Це пояснюється рядом їх характеристик, зокрема:
−
Екологічною чистотою, оскільки не мають викидів;
ОСНОВНІ ТИПИ КОНСТРУКЦІЙ СУЧАСНИХ ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ

52
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ Простотою конструкції, бо відсутні топкові пристрої, трубопроводи, газоходи тощо;
−
Високим ККД (до 0,7);
− Малою тепловою інерцією;
−
Гнучкістю організації теплового режиму випікання;
−
Легкістю автоматизації;
−
Можливістю і простотою реалізації різних варіантів виконання пекарної камери (камер) відповідно до технологічного потоку
Відносно невеликою масою (металоємність, можливість встановлення на перекриттях з невеликою несучою спроможністю тощо;
Регулювання теплового режиму в пекарній камері може здійснюватися плавно
(тиристорне регулювання потужності) або ступінчасто – вмиканням/вимиканням груп електронагрівачів. У якості нагрівального елемента у більшості конструкцій печей використовують ТЕНи – трубчасті електронагрівачі прямої або U- подібної форми. Недоліком останніх є нерівномірність теплового потоку в місці згину потік набагато більший, що спричинює, з одного боку, локальне перегрівання виробів по ширині поду, аз другого – призводить до передчасного виходу з ладу
(перегоряння) елементів на криволінійний ділянці. Тому виробники печей дедалі частіше відмовляються від серійних багатофункціональних нагрівних елементів на користь спеціальних нагрівних елементів власної розробки.
На рис. 13, як приклад, зображена багатоярусна електрична піч, а на рис. 14 – тепловий елемент, який Рис. 13. Ярусна електропіч: а, 1b, 1c – пекарні камери; 2 – керамічний под 3 – тепловий елемент; 4 – шар теплоізоляції між рядами нагрівачів двох пекарних камер

Рис. 14. Тепловий елемент використаний в цій печі (компанія Polin, Італія). Елемент складається з ніхромових спіралей 1, розміщених у керамічному корпусі 3. Корпус складається з багатьох однакових елементів, зібраних у пакет, стягнутий докупи шпильками 2. Пакет поміщений у металевий кожух 4. Така конструкція має ряд переваг: рівномірний тепловий потік по всій довжині, висока механічна міцність і стійкість проти просторової деформації, можливість заміни не лише елементів, що вийшли з ладу, а і окремих спіралей під час ремонту печі. Щоправда, така конструкція дещо збільшує теплову інерційність печі та її масу.
ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ
1. Чому більшість сучасних хлібопекарських печей мають циклотермічну нагрівну систему. З якою метою у печах лінії Winkler розподільчі короби газів виконують суттєво більшої висоти, ніж висота каналів?
3. У чому полягають переваги і недоліки термооливних та електричних печей. У разі реконструкції Вашого підприємства, який тип печей був би найбільш підходящим з техніко-технологічної точки зору? Обґрунтуйте свою думку.
ОСНОВНІ ТИПИ КОНСТРУКЦІЙ СУЧАСНИХ ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ

54
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
7.ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ПІЧНОГО АГРЕГАТА
Тепловий баланс є головною енергетичною характеристикою будь-якого теплового агрегата і дозволяє аналізувати енергоефективність різних технічних рішень.
Рівняння теплового балансу хлібопекарської печі може в загальному випадку бути представлене у компактному вигляді:
a
k
âò ð
Q
Q Q
=
+
, (де а – теплова потужність, що надходить в пічний агрегат, Вт;
Qк – корисно використана потужність, Вт;
Qвтр – втрати теплоти пічним агрегатом, Вт.
Розгорнутий запис рівняння теплового балансу залежить від способу обігрівання та особливостей конструкції пічного агрегата. Проте в будь-якому разі права частина рівняння складається з багатьох членів, у тому числі такого, як витрата теплоти у пекарній камері. В свою чергу, цей член балансу агрегата також складається із багатьох членів. Задля практичної зручності спочатку розглядають теплові баланси окремих елементів пічного агрегата, а потім – у цілому. Таким елементом завжди є пекарна камера, також додатково можуть бути топковий пристрій, парогенератор, теплоутилізатор.
Рівняння теплового балансу пекарної камери має вигляд:
8 1
ï ê
i
i
q
q
=
=
∑
, кДж/(кг гарячих виробів), (де складові правої частини:
Назва складової
Розрахункова формула
Примітка
Теоретична витрата теплоти на випікання q1 1
.ì
(
)
(
)
(
)(
)
âèï ï ï
â
ñê ñê ñê
ò
ñ
ñ ì
õ â
ì
ò
q W i
i
g c t
t
g c
W c t t
=
− +
+
−
+
+
+
−
(6.3)
âèï
W
- к-ть вологи, що випарувалася з ТЗВ, віднесена до 1 кг гарячого хліба, кг/кг;
ï ï
i
,
â
i
- ентальпія перегрітої пари і води при температурі тіста, кДж/кг;
gск, м – кількість скоринки і сухого м’якуша в
1 кг гарячого хліба, кг/кг;
сск,сс.м,св – питома теплоємність скоринки, м’якуша та води, кДж/(кгК);
tск, м, т – відповідно температура скоринки, м’якуша і тіста, С
x
W
- маса вологи у 1 кг гарячого хліба, кг/кг.

55
Втрата теплоти на випаровування води та перегрівання пари, що надходять у піч із зовні
q2 2
(
)
(
)
n nn
í
â nn
â
q
D i
i
D i
i
=
−
+
−
(6.4)
Dn, в – маса насиченої пари і води, що ідуть на зволоження пекарної камери, кг/кг;
іпп, ін, ів – ентальпія перегрітої, насиченої пари і води, кДж/кг.
Втрата теплоти з вентиляційним повітрям q3 3
(
)
óï
çâ
ð
ï ê
ï
ï ê
ï
W
D
q
c t
t
d
d
+
=
−
−
(6.5)
óï
W - величина упікання;
çâ
D
- маса пари, що іде на зволоження, кг/кг;
dпк, dn – вологовміст середовища пекарної камери і повітря зовні, кг/кг;
ср – питома ізобарна теплоємність повітря, кДж/(кгК);
tпк п – температура пекарної камери і повітря в цеху,
0С.
Втрата теплоти на нагрів транспортних засобів
(конвеєрного поду, форм, ланцюгів тощо)
q4 4
(
)
ì ì
ì
ì
q
g c t м – маса металевих частин конвеєра, кг/кг;
см – питома теплоємність металу, кДж/(кгК);
t’’м, м – температура металевих частин конвеєра після виходу з печі і на вході в піч, С
Втрата теплоти зовнішніми огородженнями печі
q5 5
p
k
ãõ
Q
Q
q
G
+
=
(6.7)
Qp, Qk – тепловий потік від зовнішніх огороджень, переданий відповідно випромінюванням (радіаційний) і конвекцією, кВт;
Gгх – продуктивність печі по гарячому хлібу, кг/с
Втрата теплоти через фундамент печі
q6
Розраховується за законом теплопровідності
Фур’є. Для сучасних печей, які мають блочно- каркасне виконання ця складова відсутня (як, власне, і сам фундамент)
Втрата теплоти випромінюванням через саджальний та розвантажний отвори пекарної камери q7 7
/
âèï
ãõ
q
Q
G
=
(6.8)
Qвип – тепловий потік випромінюванням через відповідні отвори, кВт. Розраховується відповідно до закону Стефана-Больцмана.
Gгх – продуктивність печі по гарячому хлібу, кг/с
Витрата теплоти на нагрівання елементів пекарної камери при періодичній роботі печі
q8 8
ãõ
Q Q
q
G
τ
′
′′
−
=
(6.9)
Q’ – початковий тепловміст елементів пекарної камери у момент припинення випікання, кДж/
кг;
Q’ ’ – те саме, перед повторним пуском печі;
τ – тривалість перехідного процесу, с;
Gгх – продуктивність печі по гарячому хлібу, кг/с
Корисною складовою теплового балансу пекарної камери і всього агрегата є q1,
ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ПІЧНОГО АГРЕГАТА
56
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
всі інші складові є втратами теплоти. Корисна теплота, насамперед, залежить від величини упікання, яка визначається конструкцією печі та тепловим і гігротермічним режимом. Для хлібобулочних виробів упікання може коливатися в межах 6 – 10% (у печах з конвективним обігрівом – більше). Всі інші величини, що входять у розрахункову формулу, є більш-менш сталими для даного виду асортименту і управління ними практично не здійснюється.
Рівняння теплового балансу пічного агрегату, що обігрівається димовими газами, в розгорнутому вигляді записується так ê
ò
aâèï
âò ð
âò ð
ï ã
ï ã
åê
åê
âêä
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
η
η
=
+
+
+
+
+
, (де
1
âèï
ãõ
Q
q G
=
– корисна складова, кВт 2
ï ê
âò ð
i
i
Q
G q
=
=
∑
– втрати теплоти пекарною камерою, кВт) /100
ò
ð
ò
âò ð
í
õ³ì
ì åõ
í ñ
Q
BQ q
q
q
=
+
+
– втрати теплоти топкою, кВт В – витрата палива, кг/с (мс – нижня теплота згорання палива, кДж/кг (кДж/м3);
qхім, мех, qтнс – втрати від хімічної та механічної неповноти згорання та втрати від тепловіддачі поверхнею топки у навколишнє середовище, %.
ï ã
Q
– витрата теплоти на отримання насиченої пари у вбудованому парогенераторі, кВт.
Як правило, продуктивність парогенератора п задається залежно від конструкції печі та асортименту виробів. Тоді
(
)
ï ã
n ãõ í
â
Q
D G i i
=
−
;
åê
Q
– витрата теплоти в теплоутилізаторі-економайзері, кВт. Розраховується за аналогічною формулою через витрату води та різницю ентальпій підігрітої і холодної води ã
η ,
åê
η – ККД відповідно парогенератора та економайзера (приймають в межах
0,85 – 0,95);
âêä
Q
– втрата теплоти з викидними димовими газами, кВт) /100
âêä
âêä
âêä õ ï
ì åõ
Q
B I
I
q
α
=
−
−
, (6.11) де
âêä
I
– ентальпія викидних газів, кДж/кг (кДж/м3);
âêä
α – коефіцієнт витрати повітря у викидних газах ï
I
– ентальпія холодного повітря, кДж/м3.

У деяких літературних джерелах до правої частини рівняння теплового балансу пічного агрегату додають складову, що враховує втрати теплоти нагрівними каналами ï
Q
B
I
I
I
η
α
=
−
−
+ ∆
, (де
âõ
I
,
âèõ
I
– відповідно ентальпія газів на вході і на виході з каналу, кДж/м3;
k
η
– ККД каналу (приймають в межах 0,85 – 0,9);
α
∆
– присмоктування холодного повітря до каналу.
Зауважимо, що під ККД каналу розуміється корисна кількість теплоти, віддана пекарній камері, на противагу сумі корисної і втраченої через обшивку печі.
Розраховувати втрату теплоти каналами доречно в тому разі, якщо в печі можливо окремо виміряти температури зовнішньої огорожі каналу і огорожі пекарної камери. Однак у сучасних печах канали і пекарна камера мають спільну огорожу, а методикою теплового розрахунку втрата теплоти через огородження печі вже передбачена у складовій теплового балансу пекарної камери q5 (формула 6.7). Тому розраховувати додатково
k
Q
немає потреби. Так само це стосується і парогенератора. Існують технічні рішення, коли його розміщують безпосередньо у топковому пристрої в зоні факелу. В такому разі розрахувати втрати теплоти безпосередньо парогенератором складно, а то і неможливо. Тоді ці втрати можуть бути визначені у складі втрат топки або пекарної камери.
В загальному випадку після підстановки у рівняння (6.10) значень правої і лівої частини отримаємо вираз:
(
)
0
(1
)
/
/
(100
) /100
ð
ð
í
ï ê
í
ò
ï ã
ï ã
åê
åê
âêä
âêä õ ï
ì åõ
BQ
Q
BQ
Q
Q
B I
I
q
η
η
η
α
=
+
−
+
+
+
−
−
(6.13)
Розв’язавши рівняння відносно витрати палива, отримаємо:
(
)
/
/
(100
) /100
ï ê
ï ã
ï ã
åê
åê
ð
í
ò
âêä
âêä õ ï
ì åõ
Q
Q
Q
B
Q
I
I
q
η
η
η
α
+
+
=
−
−
−
, кг/с (мс) (За відсутності хімічних і механічних втрат витрату палива в печі без вбудованих парогенератора та теплоутилізатора, кг/с (мс газу) розраховують за формулою , (6.15)
m
I
– ентальпія газів на вході в нагрівну систему (у топці), кДж/кг (кДж/м3 палива
– для газу);
Іноді розрахунок проводять за більш спрощеною формулою: