Спосіб обігрівання пекарної камери

За головною ознакою класифікації – способом обігрівання пекарної камери розрізняють [4] (рис. 8):

- регенеративні (жарові печі), в пекарній камері яких випікання відбувається за рахунок акумульованої теплоти при спалюванні палива в топці, яка слугує і пекарною камерою;

- печі з пароводяним обігріванням за допомогою нагрівальних пароводяних трубок Перкінса;

- печі з комбінованим обігріванням при одночасному використанні пароводяних трубок і каналів;

- печі з паровим обігріванням, коли замкнута нагрівальна система заповнюється дистильованою водою або спеціальним рідким високотемпературним теплоносієм (термоойлем) [4,5], яка циркулює під дією природного напору, випаровується за рахунок теплоти топки і віддає теплоту при конденсації через радіатори, що знаходяться в пекарній камері;

- печі з газовим обігріванням, коли безпосередньо відбувається внутрішньокамерне спалювання газу в пекарній камері. Можливе застосування спеціальних керамічних насадок на пальники для безполум’яного згоряння газу з ІЧ-випромінюванням. Використовуються для випікання кондитерських виробів;

- печі з канальним обігріванням є самою великою групою. Теплота в пекарну камеру печей передається через стінки нагрівних каналів, що є частиною її огорожі. Канали можуть бути металевими (прямокутного чи круглого перерізу), а також цегляними, так званими каналами з великим термічним опором, що працюють в межах високих температур і виконуються з вогнетривких матеріалів;

- циклотермічні канальні печі утворюють окрему групу, широко розповсюджену. В металевих каналах, що охоплюють пекарну камеру, примусово рухаються продукти згоряння газу чи рідкого палива завдяки наявності вентилятора рециркуляції, частково викидаються в димову трубу, а частково надходять в камеру змішування, де з’єднуються з новими продуктами згоряння палива і поступають в систему циклотермічного обігрівання;

- в печах з конвективним обігріванням пекарної камери гарячим повітрям здійснюється рециркуляція середовища пекарної камери по замкнутому контуру через калорифер для нагрівання (електричний або топку), що інтенсифікує процес випікання;

- печі з комбінованим радіаційно-конвективним обігріванням пекарної камери, коли наявні дві системи: система канального обігрівання з рециркуляцією димових газів (циклотермічна) та система рециркуляції середовища пекарної камери (конвективна);

-

- печі з використанням в комбінації інфра-червоного випромінювання зверху, що інтенсифікує випікання, оснащуються кварцевими трубчастими ІЧ-випромінювачами, рідше дзеркальними ламповими ІЧ-випромінювачами, які називають “світлими”;

- печі з використаннім в комбінації надвисокочастотного або мікрохвильового прогрівання, що значно прискорює процес випікання. Базуються на властивості вологих тіл прогріватися в електричному полі струменів надвисокої частоти, що надходять від генератора, але традиційна скоринка на поверхні виробів при цьому не утворюється, тому необхідно використовувати комбінації з іншими видами обігрівання. Широкого розповсюдженння в промисловості не знайшли.

Керування тепловим режимом

За способом керування тепловим режимом печі можна виділити [4]:

- печі з ручним керуванням, де регулювання теплового режиму здійснюється вручну;

- печі з напівавтоматичною системою керування, коли для різного асортименту по зонах режим настроюється вручну, потім підтримується автоматично на заданому рівні приладами;

- печі автоматичні, які мають систему автоматичного регулювання САР та систему безпечної роботи. При переході на інший асортимент відбувається автоматичне настроювання теплового режиму та регулювання його з урахуванням завантаження печі, автоматичне регулювання швидкості конвеєра, температури по зонах та вологості середовища пекарної камери;

- комп’ютеризовані найсучасніші пічні агрегати (типу “Інтеграл”, “Еко” [5]). Печі в цегляному виконанні мають дуже велику теплову інерцію, тому застосовувати в них систему автоматичного керування тепловим режимом недоцільно. Краще піддаються автоматизації тунельні металеві печі з електрообігріванням та з рециркуляцією продуктів згоряння, де регулювання ведеться по температурі середовища пекарної камери по зонах печі [4].

Контрольні питання

1.  Як поділяються печі за своєю продуктивністю ?

2.  Яка основна характеристика поду промислової печі ?

3.  Які печі вважаються універсальними ?

4.  Які печі відносяться до спеціалізованих ?

5.  Які печі мають індивідуальний генератор теплоти ?

6.  Що означає центральне обігрівання печей?

7.  Які печі мають тупикову пекарну камеру?

8.  Яка пекарна камера є прохідною?

9.  Яка пекарна камера називається тунельною?

10. Назвіть види подів в конвеєрних печах.

11. Що означає “стаціонарний під” ?

12. Як розумієте поняття “безподові печі” ?

13. Назвіть способи обігрівання пекарної камери в промислових печах.

14. Як поділяються печі за способом керування тепловим режимом ?

15.Які способи обігрівання інтенсифікують процес випікання і скорочують його ?

ЕЛЕМЕНТИ ПІЧНОГО АГРЕГАТУ

Сучасна промислова піч є складним агрегатом, який складається з теплових, механічних, автоматичних та інших пристроїв [1].

Основними елементами пічного агрегату є:

1. Пекарна або робоча камера;

2. Генератор теплоти;

3. Теплообмінні пристрої;

4. Під або пічний конвеєр;

5. Парозволожуючий пристрій;

6. Каркас та огородження;

7. Система автоматичного регулювання та контрольно-вимірювальні прилади;

8. Допоміжні та інші пристрої.

Пекарна камера

Пекарна або робоча камера печі є головним їїї елементом, що забезпечує випуск продукції високої якості завдяки створенню відповідних гігротермічних і теплових режимів згідно з технологічними вимогами для різних виробів.

Конфігурація і розмір пекарної камери залежать від призначення печі, її продуктивності, асортименту виробів, організації виробничого процесу.

Основні вимоги до пекарної камери:

1. Повинна мати мінімально можливий об’єм;

2. Повинна мати мінімальні втрати з природною вентиляцією через вікна (вустя);

3. Повинна бути герметичною;

4. Бажаний розподіл камери на теплові зони і незалежне регулювання режиму по зонах;

5. Повинна мати мінімальні витрати палива;

6. Необхідно створити умови для конденсації пари при парозволоженні;

7. Треба мати зручну компоновку з іншими елементами пічного агрегату;

8. Повинна забезпечуватись раціональна організація виробничого потоку і робочих місць.

Розташування теплообмінних пристроїв, парозволожувачів, пічного конвеєра, сама конфігурація пекарної камери, огородження її визначають теплотехнічні, аеродинамічні і технологічні характеристики основного елемента пічного агрегату – пекарної камери.

Генератор теплоти

Як генератори теплоти в промислових печах використовують одну або кілька топок чи спеціальних топочних пристроїв (виключаючи печі з електрообігріванням, де найчастіше встановлюються електронагрівачі ТЕНи).

Топки печей мають невеликі розміри і витрати умовного палива в межах 15-75 кг/год.

Топки поділяються на 2 групи:

1. Шарові для спалювання твердого палива (обслуговуються вручну), оснащені колосниками, встановлюються в тупикових цегляних печах.

2. Камерні (або камери згоряння) для спалювання газу чи рідкого палива, встановлюються в тунельних печах з рециркуляцією продуктів згоряння.

Для спалювання газу в топках використовують:

1. інжекційні пальники низького (автоматизовані блочні) або середнього тиску;

2. пальники з примусовою подачею повітря.

Вибір цих пристроїв залежить від конструкції пічного агрегата, топки, тиску і витрати газу.

Для рідкого палива застосовують форсунки з паровим або повітряним розпилювачем (паливо підігрівається до 90°С).

Основною задачею при спалюванні палива є правильне підведення до нього достатньої кількості повітря, що забезпечує повне згоряння палива. Повітря для спалювання звичайно надходить в топку тупикової печі через піддувало завдяки розрідженню, яке створюється димовою трубою або димососом при примусовому переміщенні [4].

Теплообмінні пристрої

Теплота, необхідна для випікання хлібних виробів, надходить в пекарну камеру печі від генератора через різні теплообмінні пристрої, що розташовуються в пекарній камері [4].

Види розповсюджених теплообмінних пристроїв:

- канали в канальних печах;

- пароводяні трубки Перкінса в печах з пароводяним обігріванням;

- парові радіатори в печах з паровим обігріванням;

- електронагрівачі в електропечах та ін.

При цьому найчастіше теплоносієм є продукти згоряння палива – димові гази, які перемішуються по системі обігрівання, що утворена газоходами і каналами, через стінки яких теплота поступає в пекарну камеру.

Канали, які працюють в межах високих температур (більше 1400°С), виконуються з вогнетривкої шамотної цегли або вогнетривких бетона чи глини, мають велику товщину і значний перепад температур, називаються каналами з великим термічним опором ( ).

Цегляні канальні печі свого часу були широко розповсюджені і мали ту перевагу, що в топках цих печей можна було спалювати тверде, рідке паливо і газ. Але вони мали велику теплову інерцію і вимагали тривалого часу для розігрівання.

Металеві печі з рециркуляцією димових газів в каналах, тобто з возвратом частини відпрацьованих газів і змішуванням їх з новими продуктами згоряння, малоінерційні, найчастіше продукти згоряння розподіляються по нагрівних каналах зон паралельно, що дозволяє створити в кожній зоні оптимальний тепловий режим, а також використати сталеві канали з відносно невеликою товщиною стінок (3 мм).

В пароводяних нагрівальних трубках Перкінса теплоносієм слугує пара високого тиску ( 10 МПа) з температурою кипіння понад 310°С. Трубки виготовляються з безшовних товстостінних суцільнотягнутих труб із низьковуглецевої сталі, зовнішній діаметр яких 32-35 мм, товщина стінок відповідно 4-5,5 мм. На одну третину свого внутрішнього об’єму трубка заповнюється дистильованою водою і ретельно заварюється з обох боків. Коефіцієнт корисної дії трубки дорівнює одиниці. Нагрівальні трубки компактні, мають просту конструкцію, можуть бути різних розмірів і конфігурації, повинні встановлюватися з невеликим нахилом (12-40 мм на 1 м) в бік топки.

Кінець трубки, який знаходиться в топці, нагрівається, всередині трубки утворюється насичена пара, яка переміщується в бік пекарної камери і віддає теплоту через стінку трубки середовищу пекарної камери, конденсуючись при цьому, завдяки нахилу трубки конденсат стікає до топкового її кінця назустріч парі.

Умови надійної роботи пароводяної трубки Перкінса:

1. Кількість підведеної теплоти до топкового кінця трубки Q_m має дорівнювати кількості теплоти, яка віддається в пекарну камеру Q_пк.

Q_m = Q_пк

Коли рівняння не виконується (Q_m > Q_пк) відбувається перегрівання топкового кінця трубки, тиск пари в трубці зростає, червоніє оголений топковий кінець, стінки перегріваються до 400-500°С, трубка вибухає.

Це буває, коли при форсованій роботі топки з повним завантаженням, припиняється подача тістових заготовок в пекарну камеру, тобто відбір теплоти скорочується і порушується рівновага.

2.

N_в > Δ Р

Таким чином, якщо гідравлічний опір пари Δ Р менше напора води забезпечується стікання рідини (конденсата) та охолодження топкового кінця трубки. Якщо навпаки, опір пари більший за напір рідини, що буває при форсованій роботі топки, порушується циркуляція, спостерігається сильне перегрівання топкового кінця і вибух трубки.

В печах з паровим обігріванням (рис. 9) в пекарній камері розташовані парові радіатори 5 у вигляді нагрівальних секцій, зв’язаних паропроводом 4 з верхнім колектором парогенератора високого тиску, де отримується насичена пара високого тиску (10-12МПа), яка і є теплоносієм [4]. Пара через радіатори 5 віддає теплоту в пекарну камеру печі, конденсується, по конденсатопроводу 6 стікає в нижні колектори секцій парогенератора. Циркуляція природна, бо пекарна камера знаходиться вище парогенератора. Система заповнюється дистильованою водою на третину всього об’єму з урахуванням трубопроводів. Умови надійної роботи системи збігаються з попередніми.

Рис.9. Схема парового обігрівання печного агрегату системи Г.П. Марсакова

1 – парогенератор (котел) високого тиску,

2, 4 – паропроводи, 3 – підігрівач-економайзер, 5 – нагрівальні секції печей, 6 – конденсатопровід

Пічний конвеєр

Призначений для розташування тістових заготовок в пекарній камері.

Детально конструкції різних подів представлені в п. 5.5 та рис. 7.

Пічні конвеєри встановлюються в пекарній камері для переміщення продукції, що випікається. У вистійно-пічному агрегаті конвеєр шафи вистою з’єднаний з пічним конвеєром для механізації важких ручних операцій при виробництві формового хліба.

Пічні конвеєри можуть мати різну кількість гілок. Так в печах різної продуктивності встановлюються двониткові (печі ФТЛ-2, БН), трьохниткові (печі АЦХ), чотириниткові (печі ХВЛ), п’яти-та семиниткові (печі АЦХ) конвеєри [4].

Найбільш розповсюдженим в тупикових печах є колисково-подиковий ланцюговий конвеєр, який складається з двох безкінечних пластинчастих ланцюгів, охоплюючих дві пари зірочок, які попарно жорстко сидять на валах, при чому передня є ведучою. Ланцюги між зірочками підтримуються напрямними з кутової сталі. До ланцюгів підвішуються колиски. Вал веденої зірочки є натяжним. Необхідність натягу викликана видовженням ланцюгів при нагріванні в пекарній камері.

Застосовуються тягово-пластинчасті ланцюги марки ПВК-24140 ІІІ та ІV з кроком 0,14 м. Ланцюг утворюється шарнірним, який вільно огинає зірочки. На втулки вільно одягнуто ролик, який спирається на напрямні, а при огинанні зірочки ролик попадає між її зубцями.

Колиски зварюються з сортової кутової сталі у вигляді чотирикутних рамок. З обох боків приварюються підвіски, що мають спеціальні утримувачі – пальці, які входять в пустотілий валик. Колиска підвішується шарнірно, що дозволяє їй утримувати горизонтальне положення на будь-якому відрізку конвеєра [1].

Конвеєр рухається завдяки приводній станції, яка складається з електродвигуна (потужністю 0,85 кВт для печі ФТЛ-2), пасової передачі, черв’ячного редуктора (і=1:36), ланцюгової передачі від редуктора до ведучої зірочки приводного вала печі. Ручний привод використовується в разі відключення електроенергії.

При переривчастому русі конвеєра колискових печей тривалість випікання регулюється тривалістю “вистою” колиски біля вікна. При цьому пуск та зупинка конвеєра здійснюється за допомогою реле часу, яке зблоковано з кінцевим вимикачем.

В тунельних печах широко застосовуються конвеєрні стрічки з сталевої сітки, рідше стальні перфоровані стрічки. Найчастіше використовуються шарнірно-ланкові сітки, які натягуються на два барабани і рухаються по нижній гріючій поверхні пекарної камери. В печах із стрічковим подом обов’язково повинен бути пристрій для компенсації температурного розширення (вантажний та пружинний).

В деяких печах (ПХК та ін.) застосовують сітчаний під, закріплений з обох боків по довжині до ланцюгів, які приводяться в рух від приводних зірочок, що запобігає зміщенню сітки набік.

Під час безперервного руху стрічкового конвеєра швидкість його плавно регулюється за допомогою варіатора швидкості, що дозволяє змінювати тривалість випікання виробів в широкому діапазоні.

Парозволожуючий пристрій

Повинен забезпечувати рівномірне подавання пари в зону зволоження тістових заготовок, не створювати інжекції середовища, що посилює вентиляцію в пекарній камері, підтримувати в зоні зволоження постійні оптимальні параметри середовища, не можна допускати попадання конденсату, який утворюється в трубах, на поверхню тістових заготовок.

Парозволожуючі пристрої в пічних агрегатах (рис.10) мають різноманітні конструкції [4]. Наведемо деякі з них.

Найпростіший пристрій встановлювався в минулому в печах із стаціонарним чи висувним подом (рис. 10 а). Випаровувач розміщувався біля задньої стінки пекарної камери. Це був ящик, заповнений чавунним брухтом, на який через перфоровану трубу подавалася гаряча вода з водогрійного котла. Але цей пристрій працював неефективно, параметри пари не відповідали необхідним вимогам.

Для зволоження пекарної камери насиченою парою низького тиску широко використовується парогенератор (рис. 10 б). Він є паровим котлом низького тиску, найчастіше встановленим в печі, який живиться водою із бака постійного рівня. В зоні зволоження печі встановлюється гребінка, яка складається з ряду паралельно розташованих перфорованих трубок з отворами для виходу пари.

а – випаровувач (1 – ящик з чавунним брухтом, 2 – регулювальний вентиль, 3 – трубопровід, 4 – водогрійний котел, 5 – перфорована труба, 6 – зливна труба);

б – парогенератор низького тиску (1 – парогенератор, 2 – бак для води з кульковим краном, 3 – гребінка з перфорованих труб, 4 – пекарна камера печі);

в – зона парозволоження в тунельних печах (1 – перфорована труба, 2 – ковпак,3 – верхній гріючий канал, 4 – поворотна заслінка);

г – парозволожувач в печі “Орланді” (1 – паропровід, 2 - трубочка);

д – “парова коробка” печі “Маммут” (1 – конвеєрний під, 2 – приводний механізм, 3 – “парова коробка”, 4 – шарнірний паропровід);

е – парозволожуючий пристрій печей ПХК (1 – камера зволоження, 2 – перфорована труба, 3 – витяжний пристрій, 4 – стіл, 5 – конвеєр, 6 – заслінка, 7 – нижній гріючий канал);

ж – “паровий ковпак” в печах ФТЛ-2 (1 – парозволожуючий пристрій, 2 – паропровід, 3 - конвеєр);

з – “паровий мішок” в печах Г4-ХПФ (1 – паропровід, 2 – витяжний пристрій, 3 - конвеєр).

В ряді тунельних печей (БН, ПХС та ін.) встановлюються пристрої для гігротермічної обробки парою досить простої конструкції (рис. 10в). Насичена пара підводиться по шести перфорованих трубах, заглушених з одного боку. Отвори в трубах мають діаметр 2,5 мм, крок – 43 мм. Труби вводяться через бокову поверхню пекарної камери. Для зменшення витікання пароповітряної суміші зона зволоження відокремлюється з боків поворотними заслінками, а зверху – ковпаком. Кожна парова труба має кран для регулювання подачі пари і рукоятку для зміни направлення парових струменів.

Головними недоліками цих малоефективних парозволожувальних пристроїв є розміщення їх над горизонтальним конвеєром, що викликає великі втрати пари з вентиляційним повітрям, а також перегрівання пари від верхньої гріючої поверхні з температурою 300-400˚С. Крім цього невелика (1 м) довжина пристрою (4,2% довжини конвеєра в пекарній камері) недостатня. Для поліпшення якості продукції запропоновані додаткові виносні пристрої для гігротермічної обробки тістових заготовок перед входом в пекарну камеру тунельних печей, які мали металевий ковпак зверху по всій ширині конвеєра. Пара подавалася по перфорованих трубах, одна половина з яких була з’єднана з правим колектором, друга половина – з лівим. Недоліком цього пристрою є велика вентиляція, яка викликає перевитрати пари і зменшує конденсацію пари на поверхні тістових заготовок.

Одним з найкращих вважається пристрій для парозволоження в печі “Маммут” фірми “Вернер і Пфлейдерер” 1929 р. (рис. 10 д). На стрічковому поду печі встановлена “парова коробка” (у вигляді ящика з дном зверху), яка накривала 3 ряди тістових заготовок і рухалася вправо з швидкістю конвеєра. В коробку подавалася насичена пара через шарнірний паропровід. Кількість пари регулювалася автоматично. Потім бокові стінки коробки піднімалися на 120 мм, з великою швидкістю вона поверталася в ліве положення і накривала, опускаючи стінки, наступні 3 ряди тістових заготовок. Тривалість зволоження залежно від асортимента продовжувалась 1,5-2,75 хв при температурі 120˚ та відносній вологості 80%, що складало 6-8% від тривалості випікання. Завдяки ефективній роботі пристрою для гігротермічної обробки в печі вироблялись вироби високої якості.

В тунельних печах ПХК, РЗ-ХПУ запропоновано виносний парозволожувальний пристрій, який забезпечував високу якість процесу і готової продукції, зниження втрат від упікання (рис. 10 е) [4]. Сітчаний під, прикріплений з боків до ланцюгів, дозволяв переміщати його за заданою траєкторією. Парозволожуючий пристрій має камеру, в яку через перфоровані труби подається пар на зволоження середовища, витяжний пристрій. Під печі піднімається за допомогою напрямних і стола, вводить тістові заготовки в паровий ковпак, який з боків має заслінки, положення їх регулюється залежно від висоти виробів. Теплопідведення знизу забезпечується нижнім гріючим каналом.

В тупикових печах (ФТЛ-2, ХВЛ та ін.) режим парозволоження незадовільний, бо при великій витраті пари (біля 250 кг/т) відносна вологість в зоні недостатня через значні вентиляційні втрати через посадочне вустя і нещільності огороджень пекарної камери [4].

Завдяки широкому розповсюдженню печей ФТЛ-2 було запропоновано безліч модернізацій для поліпшення гігротермічної обробки заготовок, зокрема виносна зона парозволоження, так званий “паровий ковпак”. Ланцюговий конвеєр печі після завантаження піднімається в зону парозволоження, де створюються оптимальні умови для конденсації пари. Подібна конструкція в печах ГГР-1, ошпарочно-пічних агрегатах для бубличних виробів та ін.

В реконструйованих печах ФТЛ-2 з’явився виносний “паровий ковпак” (рис. 10 ж), в який пара подавалася над конвеєром із заготовками, що піднімався завдяки блоку зірочок, а в печах Г4-ХПФ - “паровий мішок” (рис. 10 з) над конвеєром має витяжний пристрій для ліквідації надлишку пари.