Файл: Михелев, А. А. Печи хлебопекарного и кондитерского производств. (Устройство и эксплуатация).pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 95

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Теплоотдача конвекцией qKв установившемся режиме (которая имеет преобладающее значение в сложном теплообмене в каналах печей с рециркуляцией продуктов сгорания [6]) определяется из соотношения

qK= aAt, ккал/м2 ■ч,

(13)

где а — коэффициент конвективной теплоотдачи, ккал/м2• ч • град; At — разность температур между продуктами сгорания и теп­

ловоспринимающими поверхностями каналов печей. При этом, очевидно, рециркуляция будет эффективна, если вы­

званное ею увеличение коэффициента теплоотдачи конвекцией а будет больше, чем уменьшение температурного напора At вслед­ ствие охлаждения продуктов сгорания рециркулирующими газами, т. е.

«L

А(

'

(14)

а ^

At1

 

где индекс 1 относится к режиму работы печи при наличии рецирку­ ляции. Величины без индексов относятся к режиму с полным уда­ лением продуктов сгорания.

В работе [9] указывается, что при наличии рециркуляции коэф­ фициент теплоотдачи конвекцией ах за счет увеличения скорости греющих газов возрастает, по сравнению с коэффициентом а при от­

сутствии рециркуляции. При этом

 

а = /г 0,8

(15)

Обозначив через Q количество тепла, фактически переданное поверхности нагрева, а через Qmax — предельное количество тепла, которое можно передать поверхности нагрева за то же время, если температура газов на выходе из рабочего пространства печи, уходящих газов tyx, станет равной температуре поверхности на­ грева, из уравнения (13) в результате последовательных его преоб­ разований можно получить следующее соотношение [9]:

 

Q

 

 

 

(16)

 

^тах

1 +

 

 

°’2 — 1)

 

 

 

 

k(eAk

 

где А — комплексная

величина, составленная из

постоянных ве­

личин.

 

 

 

 

Расчеты по формуле (16) показывают, что при увеличении крат­

ности

рециркуляции k

 

конвективная

теплоотдача

возрастает вна­

чале

быстро, а затем

медленнее. Функция ^ г~ — / (£) не имеет

максимума. Это свидетельствует о том,

*<тах

 

что рост коэффициента теп-

18

■ т m i h ■ **

лоотдачи конвекцией в результате увеличения объемного расхода (скорости) греющих газов идет быстрее, чем уменьшается темпера­ турный напор.

Для анализа различных схем рециркуляции продуктов сгорания в работе [9] описаны специальные диаграммы в таких координатах: энтальпия г, ккал/м3 — объем газов У, м3.

Эти номограммы построены исходя из следующих соображений. Тепло, выделяющееся при охлаждении продуктов сгорания в топке и в камере смешения до температуры рабочих газов tp, равняется теплу, воспринимаемому рециркулирующими газами при подогреве их до этой же температуры /р, т. е.

V , ( гт г р) = ^ р ц (г р гух) — <7> (1 7 )

где Ут и Урц— доли топочных и рециркулирующих газов в смеси

 

газов

на

входе

в

рабочее пространство

печи;

 

VT +

Урц = 1;

 

 

 

 

i — энтальпия

1 м3 газа.

 

 

Тепло, отдаваемое газами в рабочем пространстве печи,

 

так как грц =

V r (*Г

Д ц) =

1 ( / р

^рд) >

(1 8 )

гух.

 

 

 

 

 

 

Графическая интерпретация уравнения (17) показана на i — У-

диаграмме, приведенной на рис.

1.

Заштрихованные равновеликие

прямоугольники характеризуют левую и

 

правую части уравнения, т. е. теплооб­

 

мен продуктов сгорания и рециркули­

 

рующих газов. Соотношения размеров

 

этих прямоугольников могут быть раз­

 

личными в зависимости от энтальпии

и

 

объема топочных газов (iT, Ут). Если,

 

например, энтальпия рециркулирующих

 

газов вследствие тепловых

потерь пони­

 

жается до грЦ1, то для

компенсации этих

 

потерь доля

топочных газов в

смеси

 

должна увеличиться до Ут, в соответствии

 

со следующим равенством:

 

 

 

 

 

(VV.

V J (/х

/ Рц) =

 

 

 

 

= (1

Гт,) (*рц

грц,)-

 

(19)

 

Гипербола, огибающая на i — У-диаграмме вершины прямоуголь­ ников, представляет собой геометрическое место точек, соответству­ ющих постоянной теплоотдаче в рабочее пространство печи. Асимп­ тотами гиперболы будут линии У = 0 и i = /р[(.

С помощью i — У-диаграмм проанализированы некоторые схе­ мы работы печей с рециркуляцией продуктов сгорания на разных

2*

19

видах топлива, с разбавлением топочных газов холодным воздухом, подогревом воздуха для горения уходящими газами или смесью уходящих и рециркулирующих газов.

В условиях рециркуляции продуктов сгорания возможно орга­ низовать более равномерный обогрев рабочей камеры печи, так как теплоотдача от газов происходит не в температурном диапазоне (/т — г!уХ), а в более узком диапазоне (/р — /ух), составляющем для печей хлебопекарного и кондитерского производств не более 300° С. Однако снижение температуры греющих газов, по сравнению с теоретической температурой горения /т (которая в первом прибли­ жении может быть принята равной максимальной температуре горе­ ния топлива в условиях отсутствия теплоотдачи факела), до темпера­ туры рабочих газов /р, т. е. использование для обогрева рабочей камеры печи газов не с максимально возможной температурой /т,

асо значительно, примерно в 3 раза, более низкой температурой /р,

степлотехнической точки зрения невыгодно, так как это приводит к обесцениванию тепла газа (к снижению качества его энергии).

Определение величины снижения качества энергии можно про­ извести на основании второго закона термодинамики, используя понятие энтропии 5, изменение/увеличение) которой связано со сни­ жением качества энергии.

Всоответствии с определением, изменение энтропии AS в обрати­ мом процессе равно интегралу

2

 

AS = j ^ - ,

(20)

1

 

где Т — абсолютная температура процесса.

Подставим в это выражение значение q из формулы (17). Тогда после интегрирования найдем изменение энтропии продуктов сго­

рания (топочных

газов) при охлаждении их от

температуры Гт

до Тр с некоторой

средней температурой Тт:

 

 

AST =

(21)

 

*Т

 

где знак минус перед дробью показывает, что тепло отводится от продуктов сгорания.

Аналогично изменение энтропии рециркулирующих газов при нагревании их от температуры Трц до Т р с некоторой средней темпе­

ратурой Тр

 

Д5ра = -Д -.

(22)

Из уравнений (21) и (22), суммируя их, можно получить общее изменение энтропии 1 м3 смеси газов при перемешивании продуктов

20

сгорания и рециркулирующих газов:

 

 

Д5Р = Д5рц -f- AST= q

^ .

(23)

Так как Тт> Тр, то 4- >

4- и

Д5р > 0. Таким

образом,

Т р

Т т

 

 

при смешении топочных и рециркулирующих газов увеличивается энтропия системы, что соответствует обесцениванию тепла продук­ тов сгорания. При этом резко снижается температура и излуча­ тельная способность греющих газов. Для компенсации этого и со­ хранения необходимой интенсивности теплопередачи в рабочую камеру печи греющие газы перемещаются с помощью вентилятора рециркуляции со значительными скоростями. При этом увеличи­ вающаяся теплоотдача при вынужденной конвекции компенсирует уменьшение лучистой теплоотдачи.

Стремление к повышению скорости греющего газа в рабочем пространстве печи находится в противоречии с тем фактом, что пропорционально третьей степени объемного расхода газа увеличи­ вается расход энергии на привод рециркуляционного вентилятора. (В этом заключается один из недостатков печей хлебопекарного и кондитерского производств с рециркуляцией продуктов сгорания: в отличие от печей с полным удалением продуктов сгорания, в кото­ рых для перемещения греющих газов в каналах в большинстве слу­ чаев достаточной оказывается естественная тяга, при рециркуля­ ционном обогреве на печах обязательно устанавливается вентилятор для принудительного перемещения греющих газов). Это увели­ чение расхода энергии необходимо для компенсации возрастания энтропии греющих газов в процессе перемешивания продуктов сгора­ ния и рециркулирующих газов в камере смешения печей хлебопекар­ ного и кондитерского производств с рециркуляцией продуктов сго­ рания.

Современные способы электрического обогрева рабочих камер печей и конструкции электрических нагревателей. Электрический обогрев рабочей камеры печей хлебопекарного и кондитерского про­ изводств получает в настоящее время большое распространение в промышленности вследствие больших преимуществ его перед другими видами обогрева: такие печи имеют сравнительно простую конструкцию, вследствие применения их улучшаются санитарногигиенические условия труда на предприятии и культура производ­ ства, сравнительно легко осуществляется позонное регулирование температуры в рабочей камере печи (в отличие от печей с газовым обогревом, в которых регулирующий орган изменяет расход топли­ ва, сжигаемого в топочном устройстве, обслуживающем обычно всю печь с малой и средней площадью пода, в печах с электрическим

21

Смотрите также файлы