Герметичність канальних нагрівних систем



жүктеу 98.55 Kb.
Дата11.04.2019
өлшемі98.55 Kb.
түріРішення


ПРОБЛЕМА ГЕРМЕТИЧНОСТІ НАГРІВНИХ СИСТЕМ

ХЛІБОПЕКАРСЬКИХ ПЕЧЕЙ: ПІДХОДИ ДО ВИРІШЕННЯ

Дудко С.Д., канд. техн. наук, доцент,

директор Інститут післядипломної освіти НУХТ


На сьогоднішній день печі з канальними нагрівними системами на рідкому або газоподібному паливі складають основу парку печей великих та середніх за масштабами хлібопекарських підприємств більшості індустріально розвинених країн. У свою чергу, серед цієї групи печей найбільшого поширення набули 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.

Циклотермічна нагрівна система складається з таких основних елементів як пальник, топковий пристрій, транспортуючі газоходи, теплопередавальні пристрої – канали (переважно прямокутного або круглого перерізу), повністю або частково розташовані у пекарській камері, вентилятор рециркуляції, а також з підсистем димовидалення, забезпечення безпечної експлуатації, органів керування тепловим режимом тощо.

Широке розповсюдження печей з рециркуляцією продуктів згоряння пояснюється низкою їх переваг, зокрема:

- можливістю забезпечити високий ступінь заводської готовності окремих складанних одиниць (секцій), які у стислий термін можуть бути змонтовані на хлібозаводі;

- простотою організації безперервно-потокового методу виробництва хлібобулочних виробів (стосується лише тунельних печей);

- порівняно низькою тепловою інерцією, 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 600С), завдяки чому можуть бути виконані без використання дорогих жаростійких сталей аустенітного класу.

Від часу появи промислових хлібопекарських печей і донині актуальною інженерною проблемою залишається герметизація нагрівної системи, тобто забезпечення високої щільності з’єднань окремих її елементів між собою задля уникнення потрапляння в систему повітря із-зовні (інфільтрації) та відповідного зниження ККД печі. Це явище дістало назву «підсмоктування», його причиною є те, що переважна більшість нагрівних систем працюють під розрідженням, що створюється тягою димової труби, а у випадку циклотермічних систем – вентилятором рециркуляції. Герметичність великою мірою залежить від якості та ретельності виконання з’єднань на стадіях виготовлення та монтажу печі. Ця обставина суттєво ускладнює прогнозування параметрів роботи печей при їх конструюванні, оскільки містить у собі суб’єктивний чинник. На думку авторів 1, с.132 задача щодо оцінки значень підсмоктування взагалі не є визначеною. Слід зазначити, що на сьогоднішній день ця проблема ще не знайшла свого вирішення.

Місцями проникнення повітря в нагрівну систему сучасних печей є, головним чином, рознімні з’єднання транспортуючих газоходів, фланцеві з’єднання трубопроводів та нагрівних каналів, отвори у бічних стінках каналів та коробів, крізь які пропущені приводні органи шиберів, що ними регулюється розподіл теплоносія між зонами обігріву, верхніми та нижніми каналами тощо.

Печі середньої та великої продуктивності з тунельною пекарською камерою мають довжину 20 – 40 м і більше, тому їх складають із окремих секцій довжиною здебільшого 1,5 – 4,0 м. Значна протяжність газотранспортуючих та теплообмінних пристроїв диктує необхідність встановлення компенсаторів лінійного розширення в місцях сполучення окремих секцій та деталей. Ці місця намагаються ущільнювати («зачеканювати») шнуровим азбестом, просоченим рідинами чи мастиками різного складу, найчастіше – на основі графіту. Газоходи круглого перерізу переважно стикують за допомогою раструбних або муфтових з’єднань, які в умовах експлуатації швидко втрачають щільність внаслідок їх рухливості. Секційність конструкції сучасних печей обертається необхідністю застосовувати велику кількість фланцевих з’єднань з ущільнюючими прокладками з листового азбесту. Цей тип з’єднань також масово використовується при стикуванні газоходів круглого або прямокутного перерізу з перепускними та розподільними пристроями, що мають здебільшого коробчасту конструкцію.

Таким чином, у печах з циклотермічною нагрівною системою з суто технологічних міркувань неможливо забезпечити повну герметичність газового тракту навіть перед початком її експлуатації. Особливо це стосується тунельних печей.

При математичному описі процесів, пов’язаних з порушенням герметичності для замкненого об’єму (посудини, апарата), що знаходиться під тиском/розрідженням, за критерій газощільності часто приймають втрату/надходження газу, Q, куб. м/с, через нещільність, яка визначається з виразу:



, (1)

де V – геометричний об’єм апарата, куб. м;

Р – перепад тисків між середовищами всередині і зовні апарата, Па;

 – час, за який в об’ємі V перепад тисків Р зміниться на 1 Па.

Іноді також використовують вираз:

, (2)

де m – коефіцієнт негерметичності обладнання, 1/с (емпірична величина);

 – густина газу, кг/куб. м.

Проте, оскільки піч є відкритою динамічною системою вищого ступеню складності, ніж модель повітрообміну замкненого простору із середовищем, цей підхід для формалізації процесу інфільтрації не є коректним.

Герметичність нагрівної системи з часом змінюється. При експлуатації печі в умовах перемінних температур відбувається послаблення з’єднань в результаті релаксації напружень у навантажених елементах з’єднання (фланцях, болтах, прокладках), старіння матеріалу прокладок та їх потоншання в результаті повзучості матеріалу, термічної деструкції та жолоблення металу, іноді його наскрізного прогоряння тощо. Роботи з ущільнювання ослаблих з’єднань шляхом підтягування кріпильних деталей до капітального ремонту печі не проводяться, оскільки вони передбачають тривалу зупинку печі і майже повне розкриття обшивки та видалення теплоізоляції. Заміна прокладок, що вийшли з ладу, потребує розбирання з’єднань. Ці роботи за трудомісткістю рівнозначні власне капремонту.

Залежність газощільності рознімного з’єднання від тривалості експлуатації може бути у загальному випадку представлена виразом:



, (3)

де – тривалість експлуатації;



u – швидкість падіння навантаження на деталі з’єднання внаслідок релаксації напружень.

Однак для практичних розрахунків вираз (3) не є придатним, оскільки вид підінтегральної функції для більшості випадків є невідомим.

Із сказаного можна зробити висновок, що найбільш вразливими для явища підсмоктування є тунельні печі. Ряд виробників обладнання пропонують печі з тупиковою пекарською камерою, в яких протяжність газового тракту може бути суттєво скороченою, а кількість рознімних з’єднань значно зменшена. Саме таким шляхом пішли конструктори російської компанії АГРО-3, яка пропонує на ринку печі з циклотермічним обігрівом і тупиковою камерою марки Г4-ХПФ для заміни ними застарілих печей типу ФТЛ-2. В тунельних печах А3-ХП1 цієї ж фірми плоскі канали замінені трубчастими, а для їх з’єднання також використовується зварювання. Результати випробовувань цих печей свідчать про суттєве зменшення вмісту повітря у димових газах 2.

Європейські фірми-виробники, зокрема французькі, італійські, чеські та інші пропонують печі з комбінованим обігрівом. В цих печах теплота від димових газів передається в пекарську камеру не лише каналами, але й за допомогою проміжних пристроїв, зокрема, розгалуженої системи радіаторних труб, одна частина яких розміщена в зоні високотемпературних газів, а інша – в пекарській камері. Всередині труб завдяки природній конвекції циркулює пароводяна суміш або високо кипляча рідина (термоолива). Такі печі можуть бути як з рециркуляцією, так і з повним видаленням продуктів згоряння. Водночас, усі ці конструкції у значній мірі позбавлені переваг, притаманних тунельним печам. Одним із варіантів зменшення протяжності нагрівної системи є виконання печі з двома тунельними пекарськими камерами, розташованими одна над одною (піч А2-ХПК.2), хоча це тягне за собою певні ускладнення при її експлуатації.

Для оцінювання вмісту повітря в димових газах користуються так званим коефіцієнтом витрати повітря , який є співвідношенням фактичної та мінімально необхідної кількості повітря, що потрібне для спалювання одиниці палива. Необхідна кількість повітря теоретично може бути розрахована за стехіометричними рівняннями окислення горючих складових палива. Коефіцієнт витрати повітря на практиці визначається при теплотехнічному випробовуванні печі за допомогою газоаналізаторів шляхом заміру складу димових газів (кисню, трьохатомних газів, окису вуглецю тощо) у певних точках газорозподільної системи та подальшим розрахунком  за відомими формулами.

Фактичне значення  суттєво впливає на економічні показники роботи печі. Автори 3 вважають, що зменшення значення  на 0,1 рівноцінно економії 0,5 % палива, а у випадку печей з рециркуляцією продуктів згоряння – на 1,0 %. В статті 4 вказується на нелінійний характер збільшення витрати палива при зростанні коефіцієнта витрати повітря у відхідних газах, хоча в досліджених авторами межах (піч Р3-ХПУ-25) економія палива також близька до 1%. Натомість, в роботі 2 вказується саме на лінійну залежність. Дані, отримані розрахунковим та експериментальним шляхом при випробовуванні печі К-ПХМ-25 5, щодо співвідношення значень  та витрат палива не корелюють з даними інших авторів, зокрема 6,7.

Значення  у відхідних газах (за вентилятором рециркуляції) в тунельних печах варіюють у досить широких межах від 2,0 до 4,5. Однак неможливість прогнозування як початкової величини локальних значень , так і їх зміни протягом терміну експлуатації печі створює іншу інженерну проблему, пов’язану з відсутністю адекватних методик тепло- та аеродинамічних розрахунків хлібопекарських печей, на основі яких можливе математичне моделювання роботи печі. Це, в свою чергу, стримує розвиток автоматизації печей на основі мікропроцесорної техніки.

На сьогоднішній день, як це було і понад 20 років тому теплові та аеродинамічні розрахунки працюючої печі передбачають поєднання проектного і перевірочного підходів 8, тобто адекватна математична модель печі, на основі якої можлива оптимізація її роботи із застосуванням сучасних комп’ютерних технологій, ще не розроблена. При цьому однією з головних труднощів є відсутність підходів до визначення значень коефіцієнта витрати повітря у газовому тракті. Ми вважаємо, що основними об’єктивними чинниками, які визначають кількість підсмоктаного повітря в продуктах згоряння є:



  • особливості конструкції печі, зокрема нагрівної системи, які визначають потенційний ступінь її герметичності;

  • аеродинамічний режим роботи нагрівної системи, який впливає на локальні значення інфільтрації повітря в місцях нещільності;

  • тривалість експлуатації печі та історія її експлуатації (у тому числі, прострочення термінів планово-запобіжного ремонту, нештатні ситуації, зокрема, випадки неспрацювання запобіжних пристроїв, що призводило до значного перегрівання системи, вибухів, тощо).

Ступінь герметизації нагрівної системи безпосередньо залежить від кількості і довжини рознімних і рухливих з’єднань газорозподільної системи на ділянці розрідження – від місця з’єднання рециркуляційного газоходу і топкового пристрою до вентилятора рециркуляції, а також від кількості регулюючих пристроїв (шиберів), органи керування якими виведені назовні печі. Останні можна розглядати як точкові джерела підсмоктування, а для кількісної оцінки їх впливу та з метою уніфікації розрахункових формул можливо замінити їх еквівалентною довжиною з’єднань.

Як уже зазначалося, кількість підсмоктаного повітря, окрім конфігурації нагрівної системи та щільності з’єднань окремих складових частин, також залежить від величини розрідження в ній, яке може бути значним і сягати 500 Па і більше 9, 1. Величина розрідження не є постійною навіть для тієї самої печі, при різних режимах роботи і у різних точках нагрівної системи вона також різна. Мінімальне розрідження при правильному налаштуванні печі має місце в районі топки (20 – 30 Па), максимальне – у всмоктувальному патрубку рециркуляційного вентилятора. Перепад тисків залежить від аеродинамічного режиму роботи печі, який, в свою чергу, залежить від геометричної конфігурації нагрівної системи (визначається схемою підключення газоходів, протяжністю лінійних ділянок, коефіцієнтами місцевих опорів тощо), витрати палива та швидкості руху продуктів згоряння через відповідний переріз газоходу чи каналу. Збільшення витрати палива, підвищення температури теплоносія призводять до зменшення розрідження в топці 9, с.175 .

На сьогоднішній день не існує методик розрахунку чисельних значень коефіцієнта витрати повітря на стадії проектування печей. Різні автори наводять різні дані щодо впливу величини α на теплотехнічні показники роботи печей. Широко використовувана методика теплового розрахунку печі передбачає корегування температури теплоносія в транспортуючих газоходах з поправкою на підсмоктування, виходячи із суб’єктивних міркувань 10, с.75. Із сказаного можна зробити висновок, що процес інфільтрації повітря в нагрівну систему печі є одним із найменш досліджених фізичних явищ.

Декомпозиція комплексного процесу, яким є інфільтрація повітря до нагрівної системи, на окремі складові, що відображають різні сторони цього явища (конструкція нагрівної системи, аеродинамічний режим її роботи, часовий чинник), надає можливість дослідити вплив кожної з них на чисельне значення коефіцієнта витрати повітря в печах різної будови при різних режимах роботи. Це відкриває шлях до вивчення та формалізації процесу із застосуванням фізичного моделювання, методів теорії подібності, використанням аналогій з результатами досліджень закономірностей процесу інфільтрації в інших галузях техніки.

Література:

1. Сигал М.Н., Володарский А.В. Конвейерные хлебопекарные печи. – М.: Пищевая пром-сть, 1981. – 160 с.

2. В.А.Брязун. Энергосберегающие тоннельные печи А3-ХП1. «Хлебопечение России», 2006, № 4, с. 16 -17.

3. Полторак М.И., Завьялов А.А. Справочник по эксплуатации теплотехнических установок на газообразном топливе в хлебопекарной промышленности. – М.: Агропромиздат, 1986. – 240 с.

4. Володарский А.В., , Хряпа В.М., Сигал М.Н., Жураховский В.А. Влияние переменных параметров работы хлебопекарных печей на их характеристики. «Хлебопекарная и кондитерская промышленность», 1986, № 7, с. 39 – 43.

5. О.Ковальов, Ю.Осауленко, В.Аністратенко. Хлібопекарські печі потребують раціональної експлуатації. «Хлібопекарська і кондитерська промисловість України», 2005, № 7 – 8, с. 49 – 50.

6. В.А.Брязун, Н.Ю.Скибневский. О тоннельных хлебопекарных печах с рециркуляцией продуктов сгорания. «Хлебопечение России», 2005, № 3, с. 25.

7. Володарский А.В., Кацев Б.Л. Наладка печей хлебопекарного производства. К., Техныка, 1979. 136 с.

8. Практикум по курсу «Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства» / А.В. Володарский, А.А.Михелев, М.Н.Сигал. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986 г. – 126 с.

9. Маклюков И.И., Маклюков В.И. Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. – 272 с.



10. Промышленные печи пищевых производств/А.В.Володарский, М.Н.Сигал, И.М. Ничиков. – К.: Техніка, 1986, - 136 с.


Каталог: files -> articles
articles -> Советова Зәуре Советқызы, филология ғылымдарының кандидаты, «Қаржы академиясы»
articles -> Universal music group international / def jam, яok music и art menu представляют новый альбом нашумевшего обладателя Grammy 2007 в категории «Лучший R&b альбом»
articles -> Сборник работ победителей конкурса «Любители русской словесности»
articles -> Состав группы: Бисеров В. П. – Квалификация: 2р Чумичева В. Л. – участник Квалификация: значок
articles -> А. А. Россинина использование различных колористических решений в оформлении малого сада
articles -> Будни ботаника или как изучается флора


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет