Тема 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВЕ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯХ

Виды топлива

Для получения тепловой энергии на предприятиях общественного питания используется энергетическое топливо. К этому виду топлива относятся естественное твёрдое топливо, которое подразделяется на ископаемое (антрацит, каменные и бурые угли, торф, горючие сланцы), древесное (дрова из различных пород дерева), жидкое топливо (мазут), получаемое из нефти.

Антрацит является основным энергетическим топливом – это твёрдый уголь с большим содержанием углерода, малым содержанием влаги и небольшим выходом летучих веществ (5...10%). Антрацит обла­дает высокой химической стойкостью при хранении, большой плотностью и механической прочностью.

Каменный уголь по сравнению с антрацитом содержит меньше углерода, химически устойчив, при хранений практически не выветривается. Влажность каменного угля несколько выше, чем антрацита. Кроме того, каменный уголь характеризуется большой механи­ческой прочностью, малым выходом летучих веществ и устойчивостью к самовозгоранию.

Бурый уголь характеризуется малой теплотой сгорания, пониженным содержанием углерода, повы­шенным содержанием кислорода и влажности и имеет большой выход летучих веществ. Теплота сгорания бурых углей зависит от содержания влаги и выхода золы и колеблется в широких пределах. Бурые угли имеют незначительную твёрдость, а следовательно, малую механическую прочность, обладают способно­стью к окислению и самовозгоранию. При хранении выветриваются, превращаясь в угольную пыль. В связи с этим бурые угли относят к местному топливу, пере­возить их на дальние расстояния нецелесообразно.

Торф является продуктом неполного разложения органических веществ растительного происхождения при избытке влаги с малым доступом воздуха. Обычно свежедобытый торф содержит до 40 % влаги, поэтому его необходимо просушивать перед использованием. Торф является малоэффективным видом топлива, так как имеет низкую теплоту сгорания. Торф – это масса буро-чёрного цвета. По способу добычи различают торф кусковой (определённой формы) и фрезерный (крошка). Торф самовозгорается при неправильном хранении.

Горючие сланцы являются низкокалорийным видом топлива, так же как и торф, относятся к местному топливу. По химическому составу сланцы сходны с нефтью. Сланцы характеризуются повышенной влаж­ностью и зольностью, в органической массе содержат значительное количество водорода, что обусловливает большой выход летучих веществ. Они имеют повышен­ное содержание серы.

Дрова в качестве энергетического топлива при­меняются редко, так как имеют низкую теплоту сгора­ния. Содержание влаги в свежесрубленном дереве составляет 50...60 %. При хранении в течение двух лет влажность снижается до 18...20 %. Дрова харак­теризуются практически отсутствием серы, незначи­тельной зольностью, большим выходом летучих ве­ществ, что обеспечивает хорошую воспламеняемость. Состав органической массы устойчив и практически одинаков для различных пород.

Жидкое топливо – мазут, получаемый из неф­ти, характеризуется большим содержанием углерода и водорода, малым содержанием балласта и имеет высокую теплоту сгорания. Качество мазута зависит от таких показателей, как вязкость, плотность и темпе­ратура воспламенения. Запасы топлива обычно хра­нятся в нефтехранилищах – стальных баках, которые в целях пожарной безопасности располагают под зем­лей. Кроме мазута в качестве жидкого топлива могут применяться дизельное топливо, солярка, керосин.

Потребление отдельного вида топлива на предприятиях обще­ственного питания осуществляется, как правило, совместно с другими его видами. В котельных характерными являются следующие сочетания потребляемых видов топлива – природный газ и мазут; уголь, природный газ и мазут; уголь и мазут и т. д. При этом практика использования топливных ресурсов показала, что раздельное нормирование расхода каждого вида топлива нецелесообразно. Поэтому учёт расхода котельно-печного топлива в производстве в целом по отрасли, министерствам, ведомствам (объединениям) и предприятиям осуществляется в условном исчислении. Условным называется топливо, теплота сгорания которого составляет 29308 кДж/кг.

На предприятиях общественного питания исполь­зование газа как источника тепловой энергии позволяет автоматизировать процесс работы на тепловых аппара­тах. Высокое тепловое напряжение топочного простран­ства способствует уменьшению габаритов тепловых аппаратов, снижению удельных расходов тепловой энергии. Все эти достоинства газа делают его удобным, экономичным, а в некоторых случаях и незаменимым источником тепловой энергии для технологических процессов приготовления пищи на предприятиях обще­ственного питания.

Необходимо отметить и тот факт, что эффективность замены твёрдого и жидкого топлива газом так велика, что средства, затрачиваемые на сооружение газопро­вода, окупаются в три-четыре года. Физико-химической характеристикой горючего газа служит также теплота сгорания, т. е. количество тепло­вой энергии, которое выделяется при полном сгорании определённого количества газа. Различают высшую и низшую теплоту сгорания сухого и влажного газа. Высшая теплота сгорания сухого газа — это теплота сгорания входящего в его состав водорода и его соеди­нений с образованием воды в виде жидкости, т. е. при условии выделения скрытой теплоты парообразования при охлаждении продуктов сгорания. За низшую теплоту сгорания сухого газа принимают теплоту сгорания 1 м³ газа при нормальных условиях и при условии полного сгорания входящего в его состав водорода или его соединений с образованием воды в виде пара, т. е. без использования скрытой теплоты парообразования.

Теплоносители

С точки зрения тех­нической и экономической целесообразности примене­ния промежуточные теплоносители должны иметь большую теплоту парообразования, малую вязкость; высокие температуры при малых давлениях и возмож­ность их регулирования; необходимую термостойкость; низкую стоимость; коррозиеустойчивость. Любой тепло­носитель может быть в трёх состояниях – твёрдом, жид­ком и газообразном. Однако работать в качестве тепло­носителя он может либо в однофазном состоянии (жидкость), либо в двухфазном (пар – жидкость). К однофазным теплоносителям относятся минеральные масла, которые в рабочем состоянии находятся при температурах ниже температур их кипения. Двухфаз­ные теплоносители (водяной пар, дитолилметан, дикумилметан) в процессе работы находятся одновременно в состоянии пар – жидкость. В таблице 3 представлена классификация теплоносителей и режимы, рекомендуемые при применении теплоносителей в различных тепловых аппаратах.

Таблица 3 – Классификация теплоносителей

Вода. Вода используется в тепловых процессах как теплоноситель (греющая среда) для непосредственного нагрева пищевых продуктов (варка), как промежуточ­ный теплоноситель в греющих рубашках аппаратов, работающих в одно- и двухфазном состоянии. Горячая вода как теплоноситель применяется пре­имущественно в аппаратах для поддержания готовой продукции в горячем состоянии. По сравнению с влаж­ным насыщенным паром горячая вода имеет ряд недо­статков: более низкий коэффициент теплоотдачи, нерав­номерное температурное поле вдоль поверхности тепло­обмена, высокая тепловая инерционность аппарата, что затрудняет регулирование теплового режима нагре­ваемой среды.

Водяной пар. Пар – один из наиболее широко при­меняемых теплоносителей. К его основным достоин­ствам относятся: высокий коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке теплообменника; постоянство температуры конденсации (при данном давлении); возможность достаточно точно поддержи­вать температуру нагрева, а также в случае необхо­димости регулировать её, изменяя давление пара. Основным недостатком водяного пара является значительное возрастание давления с повышением температуры. Поэтому насыщенный водяной пар при­меняется для процессов нагревания только до умерен­ных температур (150 °С). Использование водяного пара в сравнитель­но небольших тепловых аппаратах, предназначенных для предприятий общественного питания, приводит к значительному увеличению их металлоёмкости (из-за повышенного давления пара). Кроме того, требуется организация котельного хозяйства, включающего в себя паровые котлы, разнообразное вспомогательное обору­дование (насосная установка, аппараты тягодутьевой группы, деаэраторы, приборы химводоочистки и др.). Если при сравнительно больших объёмах потребления пара на предприятиях пищевой промышленности подоб­ное хозяйство оправдано, то для малых тепловых, аппа­ратов общественного питания при объёмах потребления пара до 0,5 т./ч организация его нецелесообразна.

Органические жидкости. Органические высокотемпературные теплоносители диарилметаны (дитолилметан – ДТМ и дикумилметан – ДКМ), а также дифенильная смесь (даутерм – А) эффективно и устойчиво работают в двухфазном состоянии, так как представ­ляют собой изоляторы с практически постоянным зна­чением физических констант. Они имеют высокие температуры кипения ДМТ – 296°С; ДКМ – 336 °С и сравнительно низкие температуры затвердевания ДТМ – 32°С; ДКМ – 24°С. Теплоносители тер­мостойки в пределах температур до 350°С и не оказы­вают корррозионного воздействия на металлы. При обогреве поверхностей нагрева двухфазным теплоносителем при атмосферном давлении отпадает необходи­мость регулировать его объём, так как при кипении температура сохраняется постоянной по всему объёму, занятому обеими фазами. Применение теплоносителей в двухфазном состоянии значительно уменьшает количество жидкости, заливаемой в греющие камеры, что позволяет экономить топливо, газ, электроэнергию и сокращает время разогрева. При применении высоко­температурных органических теплоносителей греющие камеры необходимо герметизировать для защиты окру­жающей среды.

Топочные газы. В качестве теплоносителя приме­няют продукты сгорания топлива, которые с помощью тяговых устройств проходят по газоходам аппаратов, охлаждаются и выводятся в атмосферу. При выходе из топки они имеют высокую температуру от 300 до 800 °С и обогревают поверхности нагрева аппарата. При сжи­гании 1 кг или 1 м топлива выделяется теплота, равная теплоте сгорания топлива, зависящая от его состава и отнесённая к рабочей, сухой или горючей массе топлива. Продукты сгорания после обогрева рабочих элемен­тов тепловых аппаратов используются как вторичные энергоресурсы при обогреве различных теплогенерирующих устройств. К недостаткам топочных газов следует отнести неравномерность нагрева, трудность регулиро­вания температуры, низкий коэффициент теплоотдачи от газа к стенке (не более 35...60 Вт/м²К), отложение на теплопередающих поверхностях сажи и увеличение её термического сопротивления.