Основные элементы печного агрегата

Инжекционные горелкипо конструкции несложны, в обслуживании просты и могут работать при невысоком давлении газа без специальных установок и затрат энергии на подачу первичного воздуха.

Наибольшее распространение в промышленности получила газовая инжекционная горелка среднего давления (рис. 134, а), состоящая из насадки 1, смесителя 2, газового сопла 3, шайбы 4 для регулирования воздуха, установленной на трубе 5, подающей газ к горелке.

К преимуществам этих горелок следует отнести автоматическое смешивание определенных количеств газа и воздуха, отсутствие дутьевых устройств и простоту в обслуживании.

Вместе с тем, эти горелки имеют и ряд недостатков: шум при работе и необходимость демонтажа горелки и кладки из огнеупорного кирпича на колосниках топки при переходе на резервное твердое топливо.

На ряде хлебозаводов нашли применение инжекционные много- факельные горелки низкого давления. Такая горелка (рис. 134, б) состоит из газового сопла 1, шайбы 2 для регулирования подачи воздуха, листа 3 для установки горелки на фронте печи, инжектора 4 и коллектора 5 газовоздушной смеси с огневыми насадками.

Первичный воздух для горения засасывается в камеры смешения газовой струей, откуда смесь поступает в диффузор, далее направляется в головку и проходит через ее отверстия, где газ сгорает с использованием как первичного, так и вторичного воздуха.

Эти горелки имеют ряд преимуществ: по сравнению с аналогичными горелками уменьшаются утечка газа и шум во время работы горелок, облегчается обслуживание и т. п. В целях безопасной эксплуатации газовых установок предусматривается устройство автоматических клапанов-отсекателей, прекращающих подачу газа к горелкам при снижении его давления ниже допустимого предела.

Рис.134. Инспекционные газовые горелки: а - низкого давления; б - многофакельные

Горелки внутреннего смешения с принудительной подачей воздуха работают обычно при давлении газа от 0,5 до 2 кПа и давлении воздуха от 0,5 до 4 кПа, т. е. для нормального горения газа воздух должен подаваться к горелке вентилятором. Горелки обычно устанавливаются на топочном фронте печи с учетом необходимости быстрого перехода с газообразного на твердое топливо.

Для жидкого топлива наибольшее распространение получили форсунки с паровым или воздушным распылителем.

Форсунка с воздушным распылителем (рис. 135, а) состоит из корпуса 1, наружной трубы распылителя 2, наружного сопла 4, внут ренней трубы 3 для топлива, иглы 6 для регулирования подачи топлива и внутреннего сопла 5. Положение иглы фиксируется штурвалом 8, а плотность установки стержня иглы достигается сальниковой набивкой и нажимной гайкой 9. Воздух к форсункам от вентилятора

подается через отверстие 10, а топливо от расходного бачка – к отверстию 7. Производительность форсунки до 400 кг/ч. При давлении воздуха 0,023-0,025 МПа на распыливание 1 кг мазута расходуется 1,6-1,75 м³ воздуха.

Форсунка с универсальным распылителем (рис. 135, б) состоит из металлического корпуса 1, внутри которого горизонтально расположен ствол форсунки 10, собранный из двух трубок (одна в другой), наконечника 9, распыливающего конуса 8 и сопла 7. В кладке стены топки из огнеупорного кирпича выкладывается зажигательный конус 6. Корпус форсунки болтами крепится к кладке стены топки.

Воздух к форсунке подается по трубопроводу, присоединенному к патрубку 5, топливо - к патрубку 3 и резервный (на случай перехода с воздушного распыливания на паровое) к патрубку 2. Для регулирования подачи топлива предусмотрена игла 4 с маховичком. Производительность форсунки находится в зависимости от габаритных размеров корпуса - 2,5 до 250 кг/ч при давлении воздуха 0,024- 0,026 МПа.

Рис. 135. Форсунки для сжигания жидкого топлива: а-воздушным распылителем; б - с универсальным распылителем.

Для обогрева печей применяются электронагреватели (ТЭНы) различной конфигурации, кварцевые излучатели, лампы инфракрасного нагрева (ИК), токи высокой частоты.

В качестве нагревателей в хлебопекарных печах применяются трубчатые, прямые и U-образные элементы (рис. 136, а, б). Они состоят из спиралей сопротивления 1, изготавливаемых из нихромовой или фехралевой проволоки и заключенных в стальные или латунные тонкостенные трубки 2 диаметром 12,5-25 мм, заполненные изолирующим теплопроводным материалом - магнезитом 3. Оба конца проволоки оканчиваются изоляторами 4 и клеммами 5 для присоединения к сети питания.

Для выпечки мелкоштучных булочных и мучных кондитерских изделий получили распространение инфракрасное излучение и токи высокой частоты. В качестве генераторов излучения применяются зер кальные лампы и кварцевые излучатели. Они обычно устанавливаются в качестве греющих элементов в верхней зоне пекарной камеры.

Рис. 136. Электронагреватели трубчатые: а - прямые; б - Y-образные

В печах с инфракрасным излучением значительно сокращаются по сравнению с другими печами продолжительность выпечки (почти в два раза), потери от упека на 60-70% и расход электроэнергии. При использовании тока высокой частоты тепло генерируется внутри выпекаемого изделия, и процесс выпечки не зависит от температуры окружающей среды.

В последние годы находят применение топочные устройства с рециркуляцией продуктов сгорания, что позволяет сократить расход топлива на выпечку, применить автоматическое регулирование теплового режима, создать предпосылки для перехода на двухсменный режим работы предприятия, так как разогрев печи производится за 1-2 ч.

Пекарная камера. В пекарной камере в тестовых полуфабрикатах протекают сложные физические, коллоидные, микробиологические и биохимические процессы, в результате которых тесто превращает­ся в хлебные изделия.

Конфигурация и размеры пекарной камеры зависят от многих факторов: назначения и производительности печи, вида вырабаты­ваемых изделий и организации производственного процесса.

В процессе выпечки в пекарной камере тепло передается тестовым заготовкам в результате излучения (70-90%) от поверхностей нагре­ва, конвекции - от парогазовой среды пекарной камеры, теплопро­водности - от пода печи к нижней поверхности тестовой заготовки.

Пекарные камеры печей бывают тупиковые, в которых посадка тестовых заготовок на под и выгрузка готовой продукции произво­дятся через одно окно (устье), и тоннельные, в которых посадка производится с одной стороны пекарной камеры, а выгрузка - с противоположной.

Пекарная камера туннельных печей имеет прямоугольное сечение. Как правило, пекарная камера изготавливаются из металлических листов толщиной 2-4 мм, а каркас - из профильного металла.

В большинстве конструкций туннельных печей сетчатый под пе­ремещается по нижней стенке пекарной камеры.

В пекарной камере размещаются теплообменные устройства в виде каналов, пароводяных трубок, электронагревательных элементов, го­релок, увлажнительные устройства и другие вспомогательные при­способления.

Для наблюдения за процессом выпечки вдоль пекарной камеры устанавливаются смотровые люки, оборудованные осветительными устройствами. Во время работы печи крышки люков (дверки) долж­ны быть плотно закрыты во избежание излишней вентиляции пекар­ной камеры и конденсации пара в люках.

Для контроля и регулирования температуры внутри пекарной ка­меры применяются термопары или термометры, устанавливаемые в специальные отверстия.

Рабочий объем пекарной камеры принято разделять на четыре основные зоны, имеющие характерные температурные режимы и длительность пребывания в них заготовок (табл. 1):

Таблица 1

I- зона пароувлажнения.

Для образования глянцевой поверхности на батоне или круглом хлебе необходимо кратковременное воздействие насыщенного пара с высокой относительной влажностью в зоне увлажнения (t _{n к} = 100- 110 ^оС; φ = 60-70%). На выпечке изделий из ржаной муки увлажнение среды пекарной камеры не требуется.

II- зона интенсивного обогрева; этот период выпечки характеризуется переменным объемом изделий и возрастающей скоростью влагоотдачи. Этот период заканчивается при закреплении формы изделия и доведении температуры его поверхностных слоев (корок) до 110—150°С.

II- переходная зона; здесь температура среды пекарной камеры должна резко снижаться.

IV- зона допекания.

Переменные тепловые и влажностные режимы помимо улучшения качества изделий обеспечивают уменьшение производственных затрат (упека).

Для вентиляции пекарной камеры в стенах обмуровки предусмотрены каналы, соединенные с тяговыми устройствами печи. В других конструкциях печей в перекрытии пекарной камеры устанавливаются патрубки, соединенные с общей системой вентиляции предприятия или с вытяжными трубами, выведенными наружу.

Под печи. Хлебопекарные печи имеют стационарный или конвейерный под, на котором осуществляется выпечка. Стационарный под изготавливается обычно из красного кирпича и применяется в печах с канальным обогревом и малой мощности.

В печных и расстойно-печных агрегатах средней и большой мощности часто применяются люлечно-подиковые цепные конвейеры. В этом случае обогрев может быть комбинированный или канальный с применением рециркуляции продуктов сгорания.

Цепной двухъярусный конвейер состоит из двух роликопластинчатых цепей и двух пар блоков (звездочек), насаженных на горизонтально расположенные валы. Одна пара блоков (обычно у посадочного отверстия) является ведущей, а другая - натяжной. В горизонтальном или наклонном положении цепи удерживаются направляющими из уголковой или швеллерной стали.

Между цепями шарнирно подвешиваются люльки, изготавливаемые из уголковой стали, с двумя подвесками и пальцами, которые вставляются во внутренние втулки пластинчатых цепей.

Для выпечки подовых изделий внутри люльки укладывается стальной лист (подик) толщиной 1-2 мм. Сумма площади всех подиков, расположенных в пекарной камере, образует площадь пода печи и выражается в квадратных метрах.

Ленточный конвейер в хлебопекарных печах двух типов - пластинчатый или сетчатый. Ленточный конвейер первого типа состоит из двух роликопластинчатых цепей, поддерживаемых в горизонтальном и наклонном (не более 4°) положениях направляющими из уголковой или швеллерной стали. К боковым планкам цепей прикреплены швеллеры или рамки из уголковой стали, перекрытые пластинами из листовой стали. Поверх швеллеров и пластин в некоторых конструкциях конвейеров прикрепляются талькохлоритовые или керамические плитки, что улучшает аккумуляцию тепла подом.

Ленточный конвейер второго типа выполняется в двух вариантах. В первом варианте конвейер состоит из двух барабанов: ведущего и натяжного, оси которых расположены горизонтально, и бесконечной спирально-стержневой стальной сетки, надетой на них. Верхняя рабочая ветвь пода удерживается в горизонтальном положении на стальных стержнях или проволоке, а нижняя холостая - на роликах. Недостатком данной конструкции является необходимость регулирования положения сетки на барабанах и применения для этого специальных устройств.

Во втором варианте под представляет собой спирально-стержневую сетку, прикрепленную к двум тяговым роликопластинчатым цепям с шагом 100 мм. На ведущем и натяжном валах установлены звездочки (блоки). Верхняя ветвь движется по основанию пекарной камеры, а в нижней части тяговые цепи перемещаются по направляющим из уголковой стали.

Под приводным барабаном находится щетка для очистки конвейерной сетки от посторонних предметов. Она приводится в движение электродвигателем со встроенным редуктором.

Нормальное движение сетчатого пода без смещений и перекосов зависит от правильной установки приводного и натяжного барабанов и регулируется натяжным роликом. Однако в процессе работы сетка может растягиваться и смещаться. Для контроля нормального движения сетки может служить сигнализация (световая и звуковая). Подрегулировку сетки при появлении сигнала производят немедленно, не допуская трения сетки о стенки пекарной камеры.

Применяемый в большинстве туннельных печей сетчатый под имеет малую тепловую инерцию, что выгодно отличает его от подов других конструкций. Однако такой конвейер можно устанавливать горизонтально или с одним подъемом и спуском. Это не позволяет отделить зону гигротермической обработки от пекарной камеры и создает вредные для процесса выпечки вентиляционные потери.

При креплении сетки к тяговым цепям конвейерный под может перемещаться по куполообразной траектории в паровом колпаке и пекарной камере. Это сокращает вентиляционные потери и дает возможность использовать вместо сетчатого пода специальные подики, формы, другие виды сетки.

Теплопередающие устройства. Необходимое для выпечки хлебных изделий тепло поступает в пекарную камеру от генератора. При использовании в качестве теплоносителя топочных газов, протекающих по каналам, печи называются канальными.

По конструкции каналы делятся на две группы:

1) каналы с большим термическим сопротивлением, стенки и свод которых выложены из шамотного кирпича или огнеупорного бетона;

2) каналы с малым термическим сопротивлением, выполненные из листовой стали, чугунных или стальных труб.

К каналам с большим термическим сопротивлением относится топ- ка-канал, в которой сжигается топливо, и поверхностью теплообмена служит стенка, обращенная в пекарную камеру. Эти каналы используются при транспортировании газов температурой выше 800 °С.

В каналах с малым термическим сопротивлением теплообмен осуществляется через поверхность труб, металлический под, сетчатую ленту и т. д. При этом пучки труб могут располагаться как вдоль, так и поперек пекарной камеры, над верхней ветвью или между двумя ветвями печного конвейера.

Печи с канальным обогревом можно разделить на два типа: канальные печи без рециркуляции продуктов сгорания и печи с рециркуляцией продуктов сгорания.

Печи первого типа получили распространение в хлебопекарной промышленности для выпечки хлебобулочных, мучных кондитерских, бараночных и сухарных изделий, так как в их топках можно сжигать как твердое, так и жидкое или газообразное топливо. Кроме того, они надежны в эксплуатации, имеют большой диапазон производительности при выпечке широкого ассортимента изделий. К недостаткам канальных печей первого типа относится большая тепловая инерция, что требует длительного времени их разогрева.

Печи с рециркуляцией продуктов сгорания, т. е. с возвратом части отработанных газов и при смешивании их с активными газами, получили распространение после перевода хлебопекарных предприятий на использование прогрессивных видов топлива (газообразного и жидкого). Эти печи имеют малоинерционную систему обогрева. Продукты сгорания распределяются по обогревательным каналам параллельно, что позволяет создать в каждой зоне оптимальный тепловой режим, сохранить металлические каналы, использовать для их изготовления обычную нежаропрочную сталь и тем самым снизить стоимость изготовления.

По конфигурации каналы могут быть прямоугольного сечения с плоским или сводчатым перекрытием, полукруглого или круглого сечения. Стенки каналов, обращенные к пекарной камере и через которые передается тепло, называются рабочими стенками.

Система рециркуляции дымовых газов широко используется в хлебопекарных туннельных печах с газовым обогревом, где из топки в металлические каналы поступают газы с высокой температурой. При использовании в качестве теплоносителя пара высокого давления, получаемого в экранированных топках или в трубчатых котлах системы Г.П. Марсакова, он транспортируется к нагревательным секциям, расположенным в пекарной камере, по стальным бесшовным толстостенным трубам диаметром 24 мм.

Нагревательные секции изготавливаются из тех же бесшовных стальных труб способом газо- или электросварки. После сборки всей системы последняя подвергается гидравлическому испытанию на двойное рабочее давление, т. е. до 24-25 МПа.

В печах с пароводяным и комбинированным обогревом в качестве теплообменных устройств широко используются нагревательные пароводяные бесшовные толстостенные трубы, на 1/3 заполненные дистиллированной водой, оба конца, которых тщательно заварены.

Нагревательные трубы изготавливаются разных размеров и конфигураций: прямые, Г-образные, V-образные и пр. Устанавливаются они с небольшим уклоном в сторону топки печи, но не менее чем 12 мм на 1 м длины трубы. Концы труб, находящиеся в топке, нагреваются, внутри трубки образуется пар с рабочим давлением в пределах 6-11 МПа, который отдает тепло через стенку трубы в пекарную камеру, конденсируется. Конденсат стекает обратно к топочному концу, где снова превращается в пар.

Для предотвращения перегрева топочного конца трубы и ее разрыва давление в ней не должно превышать 13-14 МПа. Это достигается правильным ведением процесса сжигания топлива в зависимости от загрузки пекарной камеры продукцией, качества топлива и других факторов, не допуская теплового перенапряжения в топке.

Ограждения (обмуровка). Все внутренние объемы печи: пекарная и топочная камеры, каналы (газоходы) и другие теплопередающие системы от окружающего пространства отделяются стенами и перекрытиями, которые называются ограждениями.

В зависимости от конструкции печи ограждения выполняются из кирпича или металлических панелей с засыпкой изоляционным материалом. Последние представляют собой коробку, стены которой изготавливаются из листовой стали толщиной 1-2 мм, а между стенами засыпается изоляционный материал. Наружная облицовка стен для некоторых печей делается из листового алюминия.

Для кладки стен печи, каналов и топочной камеры применяют красный строительный кирпич I сорта марок 150 и 125, размером 250 * 120* 65 мм, шамотный огнеупорный кирпич, тугоплавкий или гжельский кирпич размером 250 * 123 * 65 мм. Кладка стены печи выполняется 2,5; 2; 1,5; 1 и 1/2 красного кирпича с перевязкой. В качестве связующего раствора в пекарных камерах применяется раствор из цемента, жирного известкового теста и песка в соотношении 1:1:6 (по объему). При кладке наружной обмуровки газоходов из красного кирпича применяется раствор из красной глины, а при футеровке их шамотным кирпичом - из огнеупорной глины и шамотного порошка.

Толщина швов раствора при кладке стен из красного кирпича должна быть (в мм): при кладке стен пекарной камеры на сложном растворе - 7, на глиняном растворе - 5; при кладке сводов на сложном растворе - 5 и на глиняном растворе - 3. Толщина швов раствора при кладке и футеровке стен и сводов из огнеупорного кирпича делается 2-3 мм.

При кладке печей из кирпича и изготовлении панелей применяются следующие термоизоляционные материалы: шлаковая вата, инфузорная земля (трепел, кизельгур, диатомит), шлак молотый, зола, золонит, асбест, асбестовый картон, асбозурит, асботермит.

Учитывая, что кирпичная обмуровка из красного и шамотного кирпича и металлические детали, заделываемые в нем, под действием высоких температур неравномерно расширяются, между кладкой из красного и огнеупорного кирпича предусматриваются зазоры - температурные швы. Сопряжения металлических деталей с кирпичной кладкой выполняются так, чтобы они могли свободно расширяться без нарушения кладки. Например, один конец металлических нагревательных труб или стальных листов перекрытий заделывается в кладке стены жестко, а другой конец металлических труб оборачивается асбестовым картоном или асбестовой массой, что создает необходимую герметичность.

Вспомогательные устройства. Помимо основных элементов, печной агрегат включает ряд вспомогательных устройств, к которым относятся теплоутилизаторы, системы увлажнения среды пекарной камеры и ее вентиляции, дутьевое и тяговое устройства генератора тепла, контрольно-измерительные приборы и система регулирования.

Для утилизации тепла отходящих газов наибольшее распространение в печах с канальным обогревом получили водогрейные и паровые котелки, а также трубчатые устройства (генераторы пара), располагаемые в газоходах.

Тепло отходящих газов может быть использовано на генерацию пара и нагрев воды для увлажнения среды пекарной камеры, для технологических и санитарно-бытовых нужд и других целей.

Водогрейный котелок (рис. 137, а) состоит из обечайки 1 со сферическим днищем и плоской крышкой, прикрепляемой к фланцу обечайки болтами, питательного патрубка 2 с трубой, установленной на кронштейне 3 внутри котелка, патрубка 4 для присоединения трубопровода, отводящего нагретую воду в сеть, и патрубка 5 для

присоединения трубопровода для спуска воды из котелка при ремонте и образующегося в процессе эксплуатации шлама.

Паровые котелки в отличие от водогрейных оборудуются питательным бачком с шаровым краном. Паровые и водогрейные котелки обычно устанавливаются в верхней части печи в зоне выходных газоходов перед присоединением их к борову, выходящему в дымовую трубу. В некоторых конструкциях печей вместо паровых и водогрейных котелков устанавливаются в нижней зоне трубчатые парогенераторы, а в верхней зоне на месте водогрейных котелков - трубчатые теплоутилизаторы (рис. 137, б).

Рис.137. Теплоутилизаторы: а - водогрейный котел; б - трубчатый парогенератор

В пекарной камере конвейерных печей устанавливаются увлажнительные устройства разных конструкций, и многие из них состоят из одной или нескольких перфорированных труб, расположенных в зоне увлажнения. Количество пара, поступающего в увлажнительное устройство, регулируется вручную при помощи вентилей, располагаемых в наиболее доступном месте.

Пароувлажнительная установка (рис. 138) состоит из котелка-преобразователя 1, подогреваемого теплом отходящих газов, бачка 2 с шаровым краном, соединенного с котелком трубой, паропровода 4 с перфорированной трубкой 3, через которую подается пар в пекарную камеру. Уровень воды в парообразователе регулируется положением полого шара питательного клапана бачка 2.

Отверстия в перфорированной трубке 3 должны быть расположены так, чтобы пар направлялся параллельно поду или вверх на экран, расположенный над трубкой. В печах с горизонтальным подом вместо одной перфорированной трубки устанавливают гребенку, состоящую из трех и более трубок, соединенных одним коллектором.

Перед вводом пара в камеру из котельной предприятия должен быть предусмотрен сепаратор для отделения воды, образующейся при транспортировке пара по трубопроводам. Сепаратор представляет собой сосуд с двумя вводами для пара и одним в днище для спуска воды и внутренней перегородки, не доходящей до дна.

Рис. 138. Схема пароувлажнительного устройства