Енергоефективна експлуатація хлібопекарських печей

5
ЗМІСТ
ГЛОСАРІЙ
ВСТУП ................................................................................................................ 7
1. Мета, теми та очікувані навчальні результати модулю ........................ 9
2. Теплофізичні аспекти процесу випікання ................................................ 10
2.1 ТЗВ як об’єкт теплоспоживання ......................................................... 10 2.2 Внутрішнє перенесення маси і теплоти при випіканні ...................... 12 2.3 Температурне поле ВТЗ при випіканні ................................................ 15 2.4 Вологовіддача при випіканні ................................................................ 16
Запитання для самоперевірки ............................................................ 18
3.Тепловий та гігротермічний (термовологісний) режим випікання ........ 19
3.1 Гігротермічна обробка ТЗВ .................................................................. 19 3.2 Температурний режим випікання ........................................................ 21 3.3 Тепловий потік, що сприймає тісто-хліб ............................................ 22
Запитання для самоперевірки ........................................................... 25
4. Зовнішній тепломасообмін у пекарній камері .......................................... 26
4.1 Зона гігротермічної обробки (ГТО) ..................................................... 26 4.2 Зона випікання та способи інтенсифікації процесу ............................... 27
Запитання для самоперевірки ........................................................... Система передачі теплоти в пекарну камеру ............................................ 36
5.1 Рециркуляція димових газів ................................................................. 36 5.2 Теплообмін у каналах ............................................................................ 40
Запитання для самоперевірки ........................................................... 43
6. Основні типи конструкцій сучасних хлібопекарських печей ............... 45
6.1.Печі з циклотермічною нагрівною системою ..................................... 45 6.2.Термооливні печі ................................................................................... 48 6.3 Печі з електричним обігрівом ............................................................... 51
Запитання для самоперевірки ........................................................... 53
7.Тепловий баланс пічного агрегата ............................................................. 54
Запитання для самоперевірки ........................................................... 58
8. Шляхи підвищення енергоефективності хлібопекарських печей ......... 59
Запитання для самоперевірки ........................................................... 64
9. Використання вторинних енергоресурсів хлібопекарських печей ........ 65
Запитання для самоперевірки ........................................................... 69
ІНФОРМАЦІЙНІ РЕСУРСИ .............................................................................. 70
Додаток.
Питомі витрати умовного палива в хлібопекарських печах (за
даними випробовувань) ....................................................................................
72

6
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ

7
ВСТУП
ВСТУП
У технологічному процесі промислового виробництва хлібобулочних і борошняних кондитерських виробів найбільш енергомісткою операцією є випікання тістових виробів, яке здійснюється в хлібопекарських печах. Піч є основним обладнанням хлібозаводу, вона визначає тип та потужність підприємства, асортимент і якість продукції. Піч – не лише тепловий, але в першу чергу технологічний агрегат, основним призначенням якого є вироблення високоякісної продукції при забезпеченні високих техніко-економічних показників – виходу продукції при мінімальних втратах енергоресурсів (теплоти, технологічної пари, електроенергії).
Конструкція печі, тепловий режим випікання і парозволоження значною мірою зумовлюють смак, аромат, пористість, глянець та інші показники якості готових виробів, а також питому витрату енергоресурсів. Із загальної кількості теплоти, що витрачається безпосередньо на випікання, більше половини іде на випаровування вологи із тістових виробів, тому для економії палива вирішальне значення має забезпечення оптимального теплового режиму випікання, який обумовлюється особливостями кінетики розповсюдження теплоти у виробах, що випікаються.
Наразі ми маємо достатньо повне уявлення про перебіг всього комплексу фізичних, біохімічних, мікробіологічних процесів, що відбуваються при випіканні, завдяки працям науковців, серед яких чимало вчених з України. Найбільш вагомі результати у вивченні цих супутніх процесів та способів інтенсифікації процесу випікання в цілому були досягнуті ух роках минулого століття, хоча дослідження тривають і дотепер. Переважно вони торкаються застосування різних способів обігрівання: радіаційного, конвективного, кондуктивного, мікрохвильового та
їх комбінації. Результати цих досліджень втілюються при розробленні нових конструкцій хлібопекарських та кондитерських печей.
Відомо, що доцільність чи недоцільність капітальних витрат на енергозберігаюче обладнання тісно повязана з вартістю енергоносіїв, оскільки строк окупності проекту скорочується пропорційно зростанню ціни палива. В умовах стрімкого дорожчання енергоносіїв та очікуваного їх дефіциту в Україні має відбутися зміна економічних пріоритетів на рівні хлібопекарських підприємств: якщо нещодавно вкладання коштів у додаткове обладнання для використання вторинних енергетичних ресурсів (зокрема, теплоутилізаторів викидів із печей) для деяких підприємств було недоцільним, то зараз ситуація змінюється кардинальним чином.
На сьогоднішній день в Україні як і у більшості економічно розвинених країн широкого розповсюдження набули пічні агрегати з канальними нагрівними системами на рідкому або газоподібному паливі, які наразі становлять основу парку печей хлібопекарських підприємств великої та середньої продуктивності, що виробляють масові сорти хлібобулочних виробів. Усвою чергу, серед цієї

8
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ
групи печей найбільш поширені печі з рециркуляцією продуктів згоряння, або, як
їх ще називають, з циклотермічною нагрівною системою. Переважна більшість печей цієї групи мають прохідну пекарську камеру у вигляді тунелю. Стрімке зростання виробництва тунельних печей з циклотермічною нагрівною системою і масове оснащення ними хлібозаводів розпочалося ух на початку х років минулого століття. До теперішнього часу провідні машинобудівні фірми- виробники печей (німецькі, італійські, словенські, чеські, польські, російські тощо) невпинно продовжують наукові дослідження та вносять в конструкцію пічного агрегату різноманітні удосконалення, спрямовані на підвищення його економічності, поліпшення експлуатаційних характеристик та дизайну.
Паралельно розвивається і вдосконалюється й інший напрям – печі, у яких система обігріву виконана у вигляді замкненого контуру, по якому циркулює рідкий теплоносій. До таких належать термооливні печі та пароводяні печі. Останні є модифікацією найбільш давніх із промислових хлібопекарських печей на основі трубок Перкінса – першої запатентованої теплової труби (патент Великобританії
1830 р. У сучасних печах цієї групи генератор теплоти виконаний у вигляді топки, в якій розміщується трубчастий змійовик, з ним з’єднана система труб, встановлених у пекарній камері. Ці печі, як правило, мають декілька пекарних камер, розміщених ярусами одна над одною. Попри ряд переваг таких конструкцій поки що ці печі на підприємствах поступаються за своєю кількістю і сумарною площею поду тунельним печам.
Одним із серйозних конкурентів тунельних печей з рециркуляцією димових газів та термооливних печей є печі з електричним обігрівом, які, на нашу думку, через певний час займуть панівне становище на ринку. Однак їх широке впровадження стримується з деяких економічних і технічних причин. Допоки вартість одиниці теплоти, виробленої з електроенергії та від спалювання природного палива не зрівняються, позиції печей з циклотермічною нагрівною системою залишатимуться лідируючими.
Представлений в цій роботі матеріал призначений для керівників служб хлібопекарського підприємства, відповідальних за технічну політику, роботу технологічного обладнання, а також за ефективне використання енергетичних ресурсів. Передбачається, що ці особи мають достатню спеціальну, або, як мінімум, базову інженерну підготовку та досвід роботи. Метою упорядника є висвітлення основних аспектів наукового досвіду щодо теорії і практики процесу випікання виробів у сучасних пічних агрегатах з більш детальним висвітленням енергетичної сторони процесів, що відбуваються під час випікання у виробах та нагрівній системі печі. Розуміння цих речей є ключовим для свідомого, науково обґрунтованого вибору найкращих технічних рішень та режимів експлуатації хлібопекарських печей

9
1. МЕТА, ТЕМИ ТА ОЧІКУВАНІ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
МОДУЛЮ
Метою модуля є вивчення будови і режимів роботи сучасних печей як основного виду технологічного обладнання хлібопекарського підприємства у контексті теплофізичних засад процесу випікання хлібобулочних виробів (внутрішня задача) та закономірностей теплообміну в нагрівних системах печей різного типу
(зовнішня задача, аналіз та узагальнення прогресивного практичного досвіду експлуатації пічних агрегатів та підвищення їх енергоефективності.
У МОДУЛІ РОЗГЛЯНУТІ ТАКІ ТЕМИ
Теплофізичні аспекти процесу випікання хлібобулочних виробів;
•
Тепловий та гігротермічний режиму пекарній камері;
•
Системи генерації теплоти та передачі її в пекарну камеру
Тепловий баланс пічного агрегата
Основні типи конструкцій сучасних хлібопекарських печей та шляхи підвищення їх ефективності;
•
Використання вторинних енергоресурсів хлібопекарських печей.
ОЧІКУВАНІ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
В результаті опанування модулю слухачі будуть:
− знати або мати достатнє уявлення про
Теплотехнічні основи процесу випікання хлібобулочних та спеціальних виробів, основні супутні процеси у тісті-хлібі та їх характеристики
Теоретичні аспекти і практичні способи інтенсифікації тепломасообміну в пекарній камері печі;
•
Основні різновиди конструкцій хлібопекарських печей
Чинники, що в найбільшій мірі впливають на економічність печей різних типів та способи підвищення їх енергоефективності;
−
уміти:
•
Обґрунтовувати вибір раціонального режиму гігротермічної обробки та випікання різних виробів;
•
Пояснювати рівняння енергетичного балансу пічного агрегата, визначати його ККД, розраховувати витрату палива;
•
Обґрунтовувати вибір типу нагрівної системи і площі поду печі відповідно до конкретних умов підприємства;
•
Впроваджувати заходи щодо зменшення витрати палива в печах
Підбирати пристрій для утилізації викидної теплоти печей, виходячи з сьогоденних потреб та перспектив розвитку підприємства.
МЕТА, ТЕМИ ТА ОЧІКУВАНІ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ МОДУЛЮ
10
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА ЕКСПЛУАТАЦІЯХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ. ТЕПЛОФІЗИЧНІ АСПЕКТИ ПРОЦЕСУ ВИПІКАННЯ
2.1 ТЗВ ЯКОБ ЄКТ ТЕПЛОСПОЖИВАННЯ
Випікання – це комплексний процес, під час якого під дією теплоти відбувається зміна агрегатного та колоїдного стану матеріалу. Це характерний випадок нестаціонарного теплового процесу із зміною в часі температури та вологості по глибині тіла. Прогрівання призводить до переходу тіла від стану тіста достану м’якушки, а периферійний шар стає скоринкою.
Згідно з класифікацією акад. П.А.Ребіндера
тісто – це структурована піновидна дисперсна система, що здатна до утворення внутрішнього каркасу. А вже
хліб є колоїдним капілярно-пористим тілом, результатом переходу із одного агрегатного стану в інший, що супроводжується перетворенням однієї форми зв’язку вологи з речовиною в іншу. При цьому вільна волога тіста при нагріванні переходить у зв’язану форму. Власне тому м’якушка готового хліба є сухою на дотик на відміну від тіста, хоча вологість м’якушки навіть дещо більша, ніж тіста. Таким чином, при вході в піч маємо один матеріал – тісто, а на виході – вже інший матеріал – хліб. Тому дослідники називають матеріал, що знаходиться в печі – тісто-хліб, а окремі вироби в печі – тістовими заготовками, що випікаються (ТЗВ). Під час перебування в печі ТЗВ зазнають впливу теплоти і вологи, які спричинюють комплекс взаємообумовлених процесів: фізичних, біохімічних, мікробіологічних, колоїдних.
Фізичні процеси. Полягають у збільшенні об’єму тістової заготовки під час прогрівання. Збільшення об’єму тіста-хліба на початку процесу випікання і наступне уповільнення зміни об’єму обумовлено мікробіологічними, біохімічними і колоїдними процесами.
На початку процесу життєдіяльність мікроорганізмів інтенсифікується, завдяки чому виділяється додаткова кількість вуглецю, крім того, збільшенню об’єму в значній мірі сприяє теплове розширення пухирців повітря і вуглекислого газу, що знаходяться в тісті. Під час нагрівання окремих шарів тіста-хліба до температури С починається інтенсивне випаровування спирту та розширення парів в подальшому. Все це призводить до збільшення тиску газів в тісті-хлібі і його об’єму вперший період випікання, який називають періодом перемінного об’єму (І. В другому періоді випікання починаючи з хк, об’єм тіста-хліба майже не змінюється. Це період постійного об’єму (II) (рис. При переході від першого до другого періоду випікання збільшення об’єму і висоти тіста-хліба поступово припиняється, в цей час температура верхньої поверхні досягає Сна поверхні заготовки вже утворився тонкий зневоднений шар товщиною 0,8-1,0 мм характерного кольору, який починає чинити опір подальшому збільшенню об’єму. Досить важко точно визначити момент припинення збільшення висоти (об’єму) тіста-хліба через малу швидкість змін. В цей період

температура внутрішніх шарів тіста-хліба дорівнює приблизно С, ще частково продовжується газоутворення, м’якуш ще не сформувався. При правильній орган і за ц і ї г і гроте рм і ч но го
(тепловологісного) режиму в начальній стадії випікання це обумовлює можливість дещо продовжити перший період випікання, що в підсумку призведе до збільшення об’єму готових виробів.
Рис. 1. Зміна геометричних розмірів тіста-хліба в процесі випікання: Vm - об’єм тістової заготовки h - висота тістової заготовки Vk - об’єм заготовки в момент к Vгх - об’єм гарячого хліба; хвип - тривалість випікання.