Содержание
- Pk = Pv – Pr , где
- Pr = k · A · ∆T , где
- ∆T = Ti – Ta, где
- Pk = Pv – k · A · ∆T
- РАССМОТРИМ ПРИМЕР:
- РАССМОТРИМ ДРУГОЙ ПРИМЕР:
- V = 3,1 · Pv / ∆T
- Потери теплоты с уходящими газами
- На предприятиях общественного питания и предприятиях пищевой промышленности широко используется варочное оборудование.
- Аналитический обзор
- 1.1 Технологические требования к конструкции проектируемого аппарата
- котел пищеварочный тепловой баланс
- Значение тепловой обработки. В процессе тепловой обработки кулинарная продукция обеззараживается и повышается ее усвояемость. Улучшение усвояемости продуктов, прошедших тепловую обработку, обусловлено следующими причинами:
- · образуются новые вкусовые и ароматические вещества, возбуждающие аппетит и, следовательно, повышающие усвояемость;
- · при нагревании микроорганизмы, образующие споры, переходят в неактивное состояние и не размножаются;
- · разрушаются или переходят в отвар ядовитые вещества, содержащиеся в некоторых сырых продуктах (грибы, баклажаны, цветная фасоль).
- · потери части растворимых и летучих ароматических, а также вкусовых веществ;
- · нежелательные изменения жиров (окисление, омыление, снижение биологической активности).
- Скорость прогревания продуктов в процессе варки зависит от теплофизических свойств греющей среды и обрабатываемого продукта.
- Доведение же до готовности различных каш, макарон и других консистентных блюд происходит за счет аккумулированного тепла, для чего за 15-20 мин до окончания варки отключают и слабый нагрев.
- где л — коэффициент теплопроводности, Вт/ (м°С);
- На продукты с небольшим содержанием белка пониженное давление оказывает менее существенное влияние. При варке таких продуктов воду можно выпаривать в обычных пищеварочных котлах с вытяжными вентиляционными зонтами.
- Рис. 2. Изменение температуры жидкости в варочном сосуде — кривая А и температуры продукта — кривая В
- tк, tн — соответственно температура кипения и начальная температура жидкости;
- S — рабочая поверхность варочного аппарата, м2;
- 1.1.4 Требования к материалу рабочей камеры
- Следует помнить, что наличие в варочной среде металлов с переменной валентностью, таких как железо, медь, способствует разрушению витаминов.
- Рис. 5. Направление потоков теплоты и влаги при поверхностных способах тепловой обработки продуктов: 1 — емкость; 2-технологическая среда (вода, бульон); 3-продукт
- Поэтому сокращение длительности тепловой обработки продуктов, нахождение рациональных температурных режимов воздействия на продукты являются основным путем улучшения качества продукции и интенсификации производства.
- 1.2 Обзор серийно-выпускаемых пищеварочных аппаратов
- 1.2.1 Требования, предъявляемые к пищеварочным котлам
- · унификация и нормализация деталей и узлов, максимальное использование стандартизированных деталей и изделий. Соблюдение этих требований повышает серийность и технологичность оборудования;
- Наработка — это продолжительность или объем работы машины или аппарата, измеряемые в единицах времени или весовых (объемных) единицах по перерабатываемому сырью.
- · Безотказность характеризует способность аппарата сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
- Конструктивными достоинствами аппарата являются также простота его устройства, небольшая масса и размеры, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобство эксплуатации.
- Удельная производительность — это количество продукции, выпускаемой машиной или аппаратом в единицу времени, отнесенное к объему рабочей камеры или площади рабочей поверхности:
- Чем выше показатель удельной производительности, тем больше технические возможности машины или аппарата, тем конкурентоспособнее она в сравнении с другими аппаратами, выполняющими аналогичные технологические операции.
- Требования техники безопасности и охраны труда. Безопасность работы аппаратов и удобство их обслуживания являются важнейшими требованиями, предъявляемыми к аппаратам.
- 1.2.2 Классификация пищеварочных котлов
- · пищеварочные котлы, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении,
- В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на
- · электрические
- По способу установки котлы классифицируются на
- Как правило, неопрокидывающиеся котлы выпускаются вместимостью варочного сосуда более 100 дм3, а опрокидывающиеся — вместимостью менее 100 дм3. Котлы со съемным варочным сосудом имеют вместимость менее 60 дм3.
- По соотношению основных геометрических размеров котлы классифицируются на
- · котлы под функциональные емкости.
- По приведенной выше классификации, рассматриваемый в данной работе котел относится к секционно-модулированным паровым котлам с косвенным обогревом, с неопрокидывающимся варочным сосудом.
- · технологические установки на базе котлов.
- Также могут изготавливаться котлы с мешалками, как на базовой конструкции котла, так и на конструкции, предлагаемой заказчиком по техническим условиям заказчика.
- Согласно схеме классификации пищеварочных котлов осуществляется их буквенно-цифровая индексация.
- 1.2.3 Сравнительный анализ технологической эффективности различных видов аппаратов
- Газовые пищеварочные котлы с непосредственным газовым обогревом отличаются простотой конструкции и малой металлоемкостью.
- Электрические пищеварочные котлы имеют массу преимуществ из-за исходя из преимуществ электроэнергии как источника теплоты.
- Электротепловые аппараты надежны в эксплуатации, а ремонт в основном сводится к замене электронагревателей.
- Технические характеристики электрических пищеварочных котлов
- Газовых
- Паровых
- Твердотопливных (походных кухонь)
- 2.1 Описание проектируемого аппарата
- Котел пищеварочный электрический неопрокидывающий КПЭ-100 представляет собой сварную конструкцию, состоящую из прямоугольного варочного сосуда, наружного котла, покрытого теплоизоляцией и облицовкой.
- Рассмотрим принципиальную конструктивную схему проектируемого пищеварочного котла.
- 2 — тепловая изоляция
17.07.2017
Для продолжительной и бесперебойной работы электронного оборудования внутри электротехнического шкафа следует обеспечить надлежащий микроклимат внутри него, то есть постоянно поддерживать тепловой баланс.
Учитывая возможные расходы электроэнергии по поддержанию климата, температура воздуха в +35оС будет идеальным значением для устройств внутри шкафа. Ниже рассмотрим расчет мощности климатического оборудования, в том числе и на типичных примерах.
Общее уравнение для расчета баланса температуры выглядит так:
Pk = Pv – Pr , где
Потеря тепла от рассеивания — тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающих приборов.
Чтобы узнать данную величину, следует заглянуть в технические характеристики установленного оборудования, в некоторых из них дано значение тепловых потерь. Для остальных устройств следует принять потери, составляющие примерно 10% от общей мощности потребления (её также можно найти в технических характеристиках). Нужно знать КПД и степень нагрузки для более точного расчета тепловой потери отдельного электротехнического компонента.
К примеру, если КПД частотного преобразователя составляет 95%, то условно 5% от его мощности потребления уходит на нагрев. Если же во время работы этот преобразователь работает на 70% от своего номинала, то мощность его тепловых потерь составит
70 · 5 / 100 % = 3,5 %
Таким образом, тепловая мощность шкафа будет равна сумме тепловых потерь всех устройств установленных в нём.
Теплоизлучение/телоотдача — теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции). Теплоотдача шкафа рассчитывается по формуле ниже и измеряется в Ваттах:
Pr = k · A · ∆T , где
Коэффициент теплоотдачи — мощность излучения на 1 м2 площади поверхности. Является постоянной величиной и зависит от материала:
Материал |
Коэффициент теплоотдачи |
---|---|
Листовая сталь |
5,5 Вт/м2 K |
Нержавеющая сталь |
5,5 Вт/м2 K |
Алюминий |
12,0 Вт/м2 K |
Пластмасса |
3,5 Вт/м2 K |
Эффективная площадь поверхности электрошкафа измеряется в соответствии со спецификациями VDE 0660, часть 500. Расчет зависит от расположения шкафа:
где W — ширина шкафа, H — высота шкафа, D — глубина шкафа, измеряемые в метрах.
Разницу температур воздуха внутри и снаружи шкафа принято измерять в градусах Кельвина (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).
Разницу находят, вычитая из температуры внутри шкафа температуру окружающей среды:
∆T = Ti – Ta, где
-
Ti — температуры внутри шкафа.
-
Ta — температура окружающей среды.
Если температура окружающей среды отрицательная, к примеру, Ta = -10оС, а требуемая внутри шкафа Ti = +35оС, то
∆T = 35 — (-10) = 35 + 10 = 45оK
Подставив в общее уравнение формулу по определению теплоотдачи шкафа, общее уравнение теплового баланса примет вид:
Pk = Pv – k · A · ∆T
Положительная величина полученной мощности указывает на то, что следует применять охлаждение, а отрицательная — нагрев.
РАССМОТРИМ ПРИМЕР:
Необходимо установить тепловой баланс отдельно стоящего электрошкафа с размерами 2000x800x600мм, изготовленного из стали, имеющего степень защиты не ниже IP54. Потери тепловой энергии всех компонентов в шкафу составляют Pv = 550 Вт.
В разное время года температура внешней среды может значительно меняться, поэтому рассмотрим два случая.
Рассчитаем поддержание температуры внутри шкафа Ti = +35оС при внешней температуре
в зимний период: Ta = -30оС
в летний период: Ta = +40оС
1. Рассчитаем эффективную площадь электрошкафа.
Поскольку площадь измеряется в м2, то его размеры следует перевести в метры.
A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D = 1,8 · 2000/1000 · (800 + 600)/1000 + 1,4 · 800/1000 · 600/1000 = 5,712 м2
2. Определим разницу температур для разных периодов:
в зимний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – (-30) = 65оK
в летний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5оK
3. Рассчитаем мощность:
в зимний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · 65 = -1492 Вт.
в летний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · (-5) = 707 Вт.
Для надежной работы устройств по поддержанию климата, их обычно «недогружают» по мощности около 10%, поэтому к расчетам добавляют порядка 10%.
Таким образом, для достижения теплового баланса в зимний период следует использовать нагреватель с мощностью 1600 — 1650 Вт (при условии постоянной работы оборудования внутри шкафа). В тёплый же период следует отводить тепло мощностью порядка 750-770 Вт.
Нагрев можно осуществлять, комбинируя несколько нагревателей, главное набрать в сумме нужную мощность нагрева. Предпочтительнее брать нагреватели с вентилятором, так как они обеспечивают лучшее распределения тепла внутри шкафа за счет принудительной конвекции. Для управления работой нагревателей применяются термостаты с нормально замкнутым контактом, настроенные на температуру срабатывания равную температуре поддержания внутри шкафа.
Для охлаждения применяются различные устройства: вентиляторы с фильтром, теплообменники воздух/воздух, кондиционеры, работающие по принципу теплового насоса, теплообменники воздух/вода, чиллеры. Конкретное применение того или иного устройства обусловлено различными факторами: разницей температур ∆T, требуемой степенью защиты IP и т.д.
В нашем примере в тёплый период ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5оK. Мы получили отрицательную разницу температур, а это значит, что применить вентиляторы с фильтром не представляется возможным. Для использования вентиляторов с фильтром и теплообменников воздух/воздух необходимо, чтобы ∆T была больше или равна 5оK. То есть чтобы температура окружающей среды была ниже требуемой в шкафу не менее чем на 5оK (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).
РАССМОТРИМ ДРУГОЙ ПРИМЕР:
Необходимо с помощью расчетов подобрать устройства поддержания микроклимата в шкафу, установленном в помещении. Шкаф изготовлен из стали, степень защиты не ниже IP54, его габариты 2000x800x600мм. Потери тепловой энергии всех приборов известны и составляют Pv = 550 Вт.
Требуется обеспечить внутреннюю температуру в холодный период не ниже Ti = +15оС, а в летний – не выше Ti = +35оС.
Внешняя температура равна: в зимний период Ta = 0оС, в летний период Ta = +30оС.
Необходимо выполнить следующие действия:
1. Вычислить эффективную площадь шкафа с данными размерами (её мы уже считали A = 5,712 м2). 2. Определить разницу температур для разных периодов:
в зимний период: ∆T = Ti – Ta = 15 – 0 = 15оK
в летний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – 30 = 5оK
3. Рассчитать мощность:
в зимний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · 15 = 79 Вт.
в летний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · 5 = 393 Вт.
В результате вычислений мы получили положительные мощности, т.е. нагрев не нужен.
Таким образом, следует использовать только охлаждение круглый год. Но это применимо только при условии непрерывной работы электрооборудования и постоянного выделения тепла в холодный период. В случае остановки оборудования на профилактику, ремонт или модернизацию оно остынет и при включении не сразу выйдет на штатный режим работы, при котором и будет выделять Pv=550 Вт. В этом случае рассматривают так называемый «холодный пуск», т.е. расчеты производятся при условии, что оборудование не выделят тепло в холодный период времени, т.е. Pv= 0 Вт.
в зимний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 0 – 5.5 · 5.712 · 15 = -471 Вт.
Получается, что для обеспечения климатического баланса следует использовать нагрев с мощностью в сумме 500-520 Вт. Отводить тепло в летний период следует порядка 430 Вт при температуре окружающей среды Ta = +30оС.
Т.к. в жаркий период мы получили ∆T = 5оK, то возможность отвести это тепло с помощью вентилятора с фильтром существует. Попробуем его подобрать.
Уравнение для расчета необходимого потока воздуха имеет вид:
V = 3,1 · Pv / ∆T
-
V — воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром.
-
Pv — потеря тепла от рассеивания.
-
∆T — разница температур воздуха внутри и снаружи шкафа.
Рассчитаем необходимый воздушный поток для нашего примера:
V = 3,1 · Pv / ∆T = 3,1 · 430 / 5 = 267 м3/ч
Смотрим в технические характеристики и подбираем нужный вентилятор с фильтром с воздушным потоком не менее 267 м3/ч. Здесь следует учесть, что вентиляторы с фильтром нужно использовать совместно с выпускной решеткой. Поэтому мы смотрим характеристику воздушного потока вентилятора с фильтром в комбинации с выпускной решеткой. Если характеристика воздушного потока в комбинации с выпускным фильтром производителем не указана, то берут характеристику воздушного потока вентилятора с фильтром на 10-15% выше, чем нужна по расчетам.
В итоге нам подойдет вентилятор производстваStego с фильтром WT310B с воздушным потоком 295 м3/час.
ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ:
-
Вследствие неизбежных потерь при сжигании топлива в котле химическая энергия не может быть полностью использована. Выделившаяся теплота передаётся лучеиспусканием и конвекцией поверхностям, окружающим топочное пространство. Дымовые газы, проходя по газоходам котла, омывают расположенные на их пути конвективные поверхности нагрева и также отдают им часть своей теплоты. Температура газов постепенно уменьшается, и в дымовую трубу они поступают охлаждёнными. Эти газы получили название: уходящих.
Физическая теплота уходящих газов составляет основную часть потерь в котле.
Устранить полностью потерю теплоты с уходящими газами невозможно, так как для этого необходимо охладить дымовые газы до температуры подаваемого в топку топлива и дутьевого воздуха. По экономическим соображениям делать это нецелесообразно, так как при незначительных перепадах температур между газами и нагреваемым веществом сильно возрастает поверхность нагрева котла.
потери теплоты с уходящими газами,(q2) тем больше, чем выше температура уходящих газов.
На увеличение потерь теплоты влияет коэффициент избытка воздуха.
Попадая в котёл, избыточный воздух поглощает теплоту, поэтому, чем больше воздуха смешивается с уходящими газами, тем больше будут тепловые потери.
-
При неправильной организации процесса горения появляется
потеря теплоты с химической неполнотой сгорания, (q3)
Горение в этом случае протекает неполно, в продуктах горения появляются горючие компоненты, которые способны выделять теплоту при сгорании.
Причинами этих потерь являются: недостаток воздуха, низкая температура в топке, неправильное распределение воздуха и недостаточный объём топочного пространства.
-
При работе котла на твёрдом топливе появляются
потери теплоты от механической неполноты сгорания, (q4)
Причинами этих потерь являются: провал мелких частиц несгоревшего топлива в прозоры колосников, удаление со шлаком частиц несгоревшего топлива и унос мелких топлива в газоходы котла и в дымовую трубу.
Причинами уноса являются: недостаточная высота топки, неправильно выбранный режим топки, сжигание несортированного (рядового) твёрдого топлива.
-
При работе котла стенки его нагреваются и отдают теплоту окружающей среде — тепловые потери, (q5)
Относительное значение наружной площади поверхности обмуровки у малых котлов больше, чем у больших, поэтому потери теплоты в окружающую среду у больших котлов меньше, чем у малых.
Эта потеря для отопительных котлов теплопроизводительностью 0,17 ÷ 1,4 МВт ( 0,15 ÷ 1,2 Гкал/ч ) может изменяться в пределах 5 ÷ 1,5 % при сжигании твёрдого топлива.
- Удельная величина — потери с физической теплотой шлака и золы, (q6)
КПД котла
Полезно используемая теплота определяется, путём вычитания из теплоты сгорания топлива, (Qi) суммарных потерь теплоты (ккал/кг):
Q1 = Qi – (Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6),
или (в процентах): q1(η) = 100 – (q2 + q3 +q4 + q5 + q6).
Отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесённой в топку котла при сжигании топлива, называется коэффициентом полезного действия (КПД) котла:
Например, если при работе водогрейного отопительного котла на твёрдом топливе удельные тепловые потери q2, q3, q4, q5, q6, соответственно составляют 15, 2, 8, 3, и 1 %, то его КПД равняется:
η = 100 – (15 + 2 + 8 + 3 + 1) = 71 %
Величина КПД показывает, что из всей теплоты, получаемой от сжигаемого в котле топлива, полезно расходуется всего лишь 71 %.
Чем выше тепловая нагрузка (форсировка) котла, тем больше топлива сжигается в его топке и тем больше образуется дымовых газов. Одновременно, с увеличением теплопроизводительности котла, при повышенной форсировке растут потери теплоты с уходящими газами, так как температура уходящих газов при увеличении нагрузки возрастает.
С увеличением нагрузки также возрастают потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания. Изменение тепловой нагрузки котла влияет на величину тепловых потерь и его КПД.
При минимальной нагрузке основную роль играют потери теплоты в окружающую среду. С ростом нагрузки уменьшаются потери теплоты в окружающую среду, но увеличиваются остальные тепловые потери. КПД котла возрастает и в определённой точке достигает максимальной величины. Потери теплоты с уходящими газами, а также от химической и механической неполноты сгорания (при дальнейшем увеличении нагрузки) возрастают более резко, чем уменьшаются потери теплоты в окружающую среду, КПД котла в этом случае снижается.
Каждый котёл имеет оптимальную нагрузку, являющуюся наиболее экономичной. Эксплуатация котла должна быть организована таким образом, чтобы наибольшую часть времени он работал на максимально экономичном режиме нагрузки.
Чрезмерное уменьшение коэффициента избытка воздуха приводит к появлению химической неполноты сгорания. Потеря теплоты при этом будет тем больше, чем меньше коэффициент избытка воздуха. КПД котла имеет наибольшее значение при определённом коэффициенте избытка воздуха. При чрезмерном увеличении коэффициента избытка воздуха значения потери теплоты с уходящими газами возрастают более резко, чем снижают потери от химической неполноты сгорания, и КПД котла уменьшается.
На этой странице:
Потери теплоты с уходящими газами
В тепловом балансе котла наибольшей является потеря теплоты с уходящими газами q^. Величина ее составляет 4-8% располагаемой теплоты 0р. Относительная потеря теплоты с уходящими газами определяется как
где 02 — абсолютное значение потери теплоты,
где #ух — энтальпия уходящих газов, кДж/кг; аух — коэффициент избытка воздуха в уходящих газах; #()хв — энтальпия теоретически необходимого объема холодного воздуха, кДж/кг; 4 — механический недожог топлива, %.
Ввиду того что объемы дымовых газов и их энтальпии рассчитываются без учета механической неполноты сгорания топлива, разность энтальпии продуктов сгорания и холодного воздуха уменьшается на величину (/г
Энтальпия уходящих газов #ух подсчитывается при температуре уходящих газов г для коэффициента избытка воздуха за котлом а по формуле
Из приведенных формул следует, что значение потерь с уходящими газами 02 определяется прежде всего энтальпией уходящих газов Н , т.е. зависит от температуры этих газов и их объема, характеризуемого избытком воздуха а .
Снижение температуры уходящих газов на 15—20 °С приводит к уменьшению потери q1 или, что то же самое, к росту КПД котла примерно на 1%.
Однако глубокое охлаждение газов требует больших поверхностей нагрева, которые обусловливают значительное гидравлическое сопротивление газоходов. При этом надо учесть также, что /та в значительной мере определяется температурой питательной воды /п в, поступающей в экономайзер и температурой воздуха на входе в воздухоподогреватель Гхв. Эта зависимость может быть записана в следующем виде:
где мв, юг — водяные эквиваленты объемов воздуха и газов, отнесенные к килограмму топлива, кДж/кг °С.
Значения водяных эквивалентов воздуха и газов соответственно равны:
• для воздуха:
• для газа:
Объем газов больше объема воздуха за счет присутствия в нем водяных паров, полученных из влаги топлива и при сгорании водорода, а также присоса воздуха в топку и газоходы котла. Наряду с этим теплоемкость газов больше, чем воздуха. Поэтому водяной эквивалент у газов всегда больше, чем у воздуха. Минимальная разность температур между греюшим и нагреваемыми телами имеет место на «горячем» конце воздухоподогревателя (ЛГ) и «холодном» конце экономайзера Ш*).
Рекомендуется иметь минимальное значение температурных напоров:
Меньшее значение величины А/»» по сравнению с Д/’к объясняется более низкой стоимостью воздухоподогревателя на единицу переданной теплоты.
Однако во избежание значительного роста поверхностей воздухоподогревателя и экономайзера при проектировании выбирают более высокие значения А/»» и Д/». Отношение водяных эквивалентов зависит от качества сжигаемого топлива и избытка воздуха в зоне воздухоподогревателя.
Оптимальные значения температуры уходящих газов для различных топлив устанавливаются на основании техникоэкономических расчетов, сравнивающих стоимость дополнительных поверхностей нагрева и увеличение затрат на собственные нужды котлов с получаемой экономией топлива.
Рекомендуемые температуры уходящих газов в зависимости от приведенной влажности твердого топлива и температуры питательной воды приводятся в табл. 6.2.
Таблица 6.2. Температура уходящих газов
Высокая температура уходящих газов при сжигании сернистых мазутов обусловлена защитой воздухоподогревателя от интенсивной низкотемпературной коррозии.
Оптимальная температура существенно зависит от стоимости топлива и его качества, прежде всего от влажности. Чем выше цена топлива, тем при прочих равных условиях больше стоимость сэкономленного топлива, что окупает более развитую поверхность нагрева и тем самым позволяет иметь более низкую температуру уходящих газов (табл. 6.2). При высокой влажности растет объем продуктов сгорания топлива и их удельная теплоемкость, так как теплоемкость паров воды наибольшая.
Поэтому при охлаждении газов на одинаковое число градусов А1ух при высокой влажности необходимо отвести большое количество теплоты, что требует дополнительного увеличения поверхности нагрева по сравнению с сухим топливом. При той же или более низкой стоимости влажного топлива увеличение поверхности не окупается, в результате оптимальная температура уходящих газов с повышением влажности растет.
Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке ат, а также присосы холодного воздуха в топку и конвективные газоходы обусловливают повышение коэффициента избытка воздуха за котлом а и, следовательно, приводят к возрастанию объема и энтальпии уходящих газов. В конечном счете г/, увеличивается (рис. 6.1). Из-за присосов холодного воздуха растут потери теплоты с уходящими газами (?2 не только вследствие увеличения объема дымовых газов, удаляемых в атмосферу, но также и потому, что они способствуют повышению температуры уходящих газов. Это объясняется тем, что присос холодного атмосферного воздуха в газоходах охлаждает продукты сгорания и снижает теплоотдачу за счет уменьшения температурного напора, что приводит к увеличению г
Ух-
Отрицательное действие большого избытка воздуха в топке и присосы его в газоходах выражаются также в увеличении нагрузки на дымосос и расходах электроэнергии на собственные нужды. Расчетные значения потери q2 достигаются при эксплуатации чистых поверхностей нагрева, которые во время работы котла могут существенно загрязняться шлаком и золой, что ухудшает теплообмен, происходит рост / , существенно возрастает газовое сопротивление и нагрузка на дымососы.
Рис. 6.1. Зависимость потери теплоты с уходящими газами от
Для достижения в эксплуатации проектных режимов котла его поверхности нагрева подвергаются систематической очистке с использованием различных механизмов (паровая и водяная обдувка, дробеочистка, виброочистка, импульсная термоочистка). Большое значение для уменьшения потери тепла q1 имеет создание газоплотных настенных поверхностей.
При выборе температуры уходящих газов учитывается возможность коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателя. Поэтому при сжигании высокосернистых топлив (мазута) идут на повышение температуры уходящих газов до 140-165 °С с одновременным подогревом поступающего в воздухоподогреватель воздуха до 60-110 °С. Кроме того, принимаются конструктивные меры к снижению коррозии воздухоподогревателя.
Для пиковых котлов с ограниченным сроком эксплуатации только в период повышенных электронагрузок системы более существенным становится уменьшение стоимости котла. Поэтому данный тип котлов отличается использованием пониженных параметров пара и более высокой температурой уходящих газов до 160—200 °С.
температура уходящих газов понижается, а коэффициент избытка воздуха увеличивается. Но так как изменение tУХ влияет на q2 более сильно, чем α, то потеря q2 уменьшается при снижении нагрузки (рис. 4.2).
Нижний предел температуры уходящих газов устанавливается из соображений предотвращения низкотемпературной (сернистой) коррозии элементов поверхностей нагрева и газохода. Объясняется это тем, что при низкой температуре стенок труб (и других элементов) содержащиеся в дымовых газах пары могут конденсироваться и вызывать коррозию. Температура, при которой начинают конденсироваться содержащиеся в дымовых газах пары, называется температурой точки росы.
На температуру точки росы дымовых газов влияет наличие в их составе водяных паров, сернистого ангидрида SO2 и серного ангидрида SO3. Если бы в дымовых газах содержались только пары воды Н20, то температура точки росы определялась бы парциальным давлением водяных паров. Для обычного состава мазута и возможных значений коэффициента избытка воздуха парциальное давление паров воды таково, что температура их конденсации составляет примерно 50OС. Однако наличие в дымовых газах наряду с парами Н20 определенного качества SO2 и SO3 обусловливает достаточно интенсивное образование паров серной кислоты H2SO4. При этом даже в случае очень низкого парциального давления паров H2S04 температура конденсации смеси Н20 и H2S04 значительно выше температуры точки росы чистых водяных паров. Результаты специальных исследований показывают, что в реальных условиях при сжигании стандартных мазутов с α > 1,1 температура точки росы дымовых газов достигает 120 – 130 ОС.
Таким образом, температура стенок труб хвостовых элементов котла должна быть выше температуры точки росы дымовых газов на всех режимах работы котла. Так как при α = 1,1 — 1,3 температура уходящих газов на минимальной нагрузке котла на 30 – 40 ОС ниже, чем на номинальной, то tУХ ном должна быть не ниже 155 – 160 ОС. При таких температурах обеспечивается КПД котла ≈ 93 % на номинальной нагрузке. В современных главных котлах α = 1,03 — 1,05. При столь низких значениях резко снижается содержание SO3, а следовательно, и паров H2SO4 в дымовых газах. Это позволяет на номинальной нагрузке поддерживать значение tУХ = 125 – 130 ОС, при котором КПД котла достигает 96 — 97 %. В настоящее время это предельно низкие достижимые температуры уходящих газов.
В высокоэкономичных котлах на низких нагрузках температура уходящих газов может снизиться настолько, что температура стенок труб воздухоподогревателей становится близкой к температуре точки росы дымовых газов. Для предотвращения коррозии в таких случаях предусматривают обвод (байпасирование) воздухоподогревателя по воздушной стороне или использование специальных присадок, понижающих температуру точки росы дымовых газов. Например, одной из таких присадок является порошкообразный доломит (смесь: 34 % СаО, 20,8 %MgO, 38,6 % CО2), который вводят либо в топливо, либо непосредственно в дымовые газы.
Отмеченные соображения о факторах, определяющих тепловую потерю с уходящими газами, позволяют заключить, что величина q2 является наибольшей из всех потерь котла. Абсолютное значение этой величины может изменяться для различных агрегатов в довольно значительных пределах. Для главных котлов q2 = 2 — 7 %, причем нижний предел относится к современным агрегатам высокоэкономичных паротурбинных установок. Вспомогательные котлы могут иметь тепловую потерю q2 значительно выше.
Потеря теплоты от химической неполноты горения q2 возможна при неполном окислении углерода и водорода топлива. Значение ее определяется суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения СО, H2, СН4 и других углеводородов, содержащихся в дымовых газах.
Величины H2 и СН4 как отмечалось в параграфе 2.3, ничтожно малы, поэтому количественную оценку потери теплоты от химической неполноты горения топлива в судовых котлах можно производить по содержанию окиси углерода СО в дымовых газах.
Основными факторами, определяющими потери теплоты от химической неполноты горения, являются сорт топлива, совершенство топочного устройства и качество его обслуживания. Потеря q3 возрастает при уменьшении коэффициента избытка воздуха (относительно наивыгоднейшего его значения) при низкой температуре и недостаточном объеме топки, т. е. q3 (α, t1,V1). При рациональной компоновке котла и правильном его обслуживании эта потеря может быть сведена к весьма малому значению, которое при мазутном отоплении редко превышает 0,5%.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На предприятиях общественного питания и предприятиях пищевой промышленности широко используется варочное оборудование.
Аналитический обзор
1.1 Технологические требования к конструкции проектируемого аппарата
котел пищеварочный тепловой баланс
Значение тепловой обработки. В процессе тепловой обработки кулинарная продукция обеззараживается и повышается ее усвояемость. Улучшение усвояемости продуктов, прошедших тепловую обработку, обусловлено следующими причинами:
· образуются новые вкусовые и ароматические вещества, возбуждающие аппетит и, следовательно, повышающие усвояемость;
· при нагревании микроорганизмы, образующие споры, переходят в неактивное состояние и не размножаются;
· разрушаются или переходят в отвар ядовитые вещества, содержащиеся в некоторых сырых продуктах (грибы, баклажаны, цветная фасоль).
· потери части растворимых и летучих ароматических, а также вкусовых веществ;
· нежелательные изменения жиров (окисление, омыление, снижение биологической активности).
Скорость прогревания продуктов в процессе варки зависит от теплофизических свойств греющей среды и обрабатываемого продукта.
Доведение же до готовности различных каш, макарон и других консистентных блюд происходит за счет аккумулированного тепла, для чего за 15-20 мин до окончания варки отключают и слабый нагрев.
где л — коэффициент теплопроводности, Вт/ (м°С);
На продукты с небольшим содержанием белка пониженное давление оказывает менее существенное влияние. При варке таких продуктов воду можно выпаривать в обычных пищеварочных котлах с вытяжными вентиляционными зонтами.
Рис. 2. Изменение температуры жидкости в варочном сосуде — кривая А и температуры продукта — кривая В
tк, tн — соответственно температура кипения и начальная температура жидкости;
S — рабочая поверхность варочного аппарата, м2;
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1.1.4 Требования к материалу рабочей камеры
Следует помнить, что наличие в варочной среде металлов с переменной валентностью, таких как железо, медь, способствует разрушению витаминов.
Рис. 5. Направление потоков теплоты и влаги при поверхностных способах тепловой обработки продуктов: 1 — емкость; 2-технологическая среда (вода, бульон); 3-продукт
Поэтому сокращение длительности тепловой обработки продуктов, нахождение рациональных температурных режимов воздействия на продукты являются основным путем улучшения качества продукции и интенсификации производства.
1.2 Обзор серийно-выпускаемых пищеварочных аппаратов
1.2.1 Требования, предъявляемые к пищеварочным котлам
· унификация и нормализация деталей и узлов, максимальное использование стандартизированных деталей и изделий. Соблюдение этих требований повышает серийность и технологичность оборудования;
Наработка — это продолжительность или объем работы машины или аппарата, измеряемые в единицах времени или весовых (объемных) единицах по перерабатываемому сырью.
· Безотказность характеризует способность аппарата сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
Конструктивными достоинствами аппарата являются также простота его устройства, небольшая масса и размеры, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобство эксплуатации.
Удельная производительность — это количество продукции, выпускаемой машиной или аппаратом в единицу времени, отнесенное к объему рабочей камеры или площади рабочей поверхности:
Чем выше показатель удельной производительности, тем больше технические возможности машины или аппарата, тем конкурентоспособнее она в сравнении с другими аппаратами, выполняющими аналогичные технологические операции.
Требования техники безопасности и охраны труда. Безопасность работы аппаратов и удобство их обслуживания являются важнейшими требованиями, предъявляемыми к аппаратам.
1.2.2 Классификация пищеварочных котлов
· пищеварочные котлы, работающие при атмосферном или незначительном избыточном давлении,
В зависимости от источника теплоты котлы подразделяются на
· электрические
По способу установки котлы классифицируются на
Как правило, неопрокидывающиеся котлы выпускаются вместимостью варочного сосуда более 100 дм3, а опрокидывающиеся — вместимостью менее 100 дм3. Котлы со съемным варочным сосудом имеют вместимость менее 60 дм3.
По соотношению основных геометрических размеров котлы классифицируются на
· котлы под функциональные емкости.
По приведенной выше классификации, рассматриваемый в данной работе котел относится к секционно-модулированным паровым котлам с косвенным обогревом, с неопрокидывающимся варочным сосудом.
· технологические установки на базе котлов.
Также могут изготавливаться котлы с мешалками, как на базовой конструкции котла, так и на конструкции, предлагаемой заказчиком по техническим условиям заказчика.
Согласно схеме классификации пищеварочных котлов осуществляется их буквенно-цифровая индексация.
1.2.3 Сравнительный анализ технологической эффективности различных видов аппаратов
Газовые пищеварочные котлы с непосредственным газовым обогревом отличаются простотой конструкции и малой металлоемкостью.
Электрические пищеварочные котлы имеют массу преимуществ из-за исходя из преимуществ электроэнергии как источника теплоты.
Электротепловые аппараты надежны в эксплуатации, а ремонт в основном сводится к замене электронагревателей.
Технические характеристики электрических пищеварочных котлов
Показатели |
Размерность |
Котлы |
||||||
КПЭ-40 |
КПЭ-60 |
КПЭСМ-60 |
КПЭ-100 |
КПЭ-160 |
КПЭ-250 |
|||
Полезная емкость |
л |
|||||||
Рабочее давление в пароводяной рубашке |
кПа (атм) |
110 — 150 (0,1 — 0,5) |
||||||
Время разогрева |
мин |
|||||||
Количество ТЭНов |
шт. |
|||||||
Номинальная мощность |
кВт |
7,5 |
9,45 |
9,45 |
||||
Минимальная мощность |
кВт |
0,84 |
1,05 |
1,05 |
2,5 |
3,5 |
5,0 |
|
Напряжение сети |
В |
220 — 380 |
||||||
Габаритные размеры |
||||||||
длина |
мм |
|||||||
ширина |
мм |
|||||||
высота |
мм |
|||||||
Масса котла |
кг |
Газовых
Показатели |
Размерность |
Опрокидывающиеся |
Неподвижные |
||||
Полезная емкость, л |
|||||||
Продолжительность разогрева |
мин |
||||||
Расход газа (в пересчете на природный газ с теплотой сгорания Qнр = 35,2 МДж/м3) |
м3/ч |
||||||
в период разогрева |
1,25 |
1,5 |
2,45 |
3,56 |
4,5 |
||
в период варки |
0,3 |
0,4 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
||
Рабочее давление пара в рубашке |
кПа |
||||||
Тепловой кпд |
% |
||||||
Габаритные размеры |
|||||||
длина |
мм |
||||||
ширина |
мм |
||||||
высота |
мм |
||||||
Масса |
кг |
Паровых
Показатель |
Размерность |
Опрокидывающиеся |
Неподвижные |
||||||
КПП-40 |
КПП-60 |
КПП-100 |
КПП-160 |
КПП-250 |
КПП-400 |
КПП-600 |
|||
Полезная емкость котла |
л |
||||||||
Давление пара в паровой рубашке |
кПа (атм) |
150 (0,5) |
|||||||
Часовой расход пара (с энтальпией i = 2688 кДж/кг) кг/ч |
|||||||||
при разогреве |
|||||||||
в процессе «тихого кипения» |
|||||||||
Время разогрева воды в сосуде от 10 до 95 С |
мин |
||||||||
Габаритные размеры: |
|||||||||
длина |
мм |
||||||||
ширина |
мм |
||||||||
высота до крышки |
мм |
||||||||
Размеры варочного сосуда |
|||||||||
диаметр |
мм |
||||||||
высота |
мм |
||||||||
Масса |
кг/ч |
Твердотопливных (походных кухонь)
Показатели |
Единица измерения |
Наименование кухонь |
|||||
КП2-48 |
КП-2-49 |
КП-125 |
ОПК-43 |
ОПК-75 |
|||
Общая емкость котлов |
л |
||||||
Количество котлов |
шт. |
||||||
Масса кухни (без принадлежностей) |
кг |
||||||
Время закипания воды при температуре воздуха 15 0С |
мин |
||||||
Тип прицепа |
1-АП — 1,5 |
1-АП — 1,5 |
ИАПЗ-739 |