Определение потерь тепла на нагрев оборудования

Потери тепла на нагрев оборудования связаны с поглощением теплоты конструкционными материалами и, прежде всего, металлическими сплавами, из которых изготовлено оборудование. Наибольшему нагреву подвергаются рабочие камеры, в которых происходит тепловая обработка, а также устройства, генерирующие тепло (корпус парогенератора, пароводяной рубашки и др.).

Например, расчет потерь тепла на нагрев конструкции пищеварочного котла ведется только для нестационарного режима работы аппарата и определяется выражением:

, (2.37)

где – тепло, расходуемое на нагревание металлических конструкций котла, кДж;

– тепло, расходуемое на нагревание изоляции котла, кДж;

– тепло, расходуемое на нагревание воды в парогенераторе и парообразование в пароводяной рубашке, кДж.

, (2.38)

где G_mi – масса i -го элемента металлической конструкции (крышка, постамент, арматура, внутренний котел и т.п.), кг.

Для каждого элемента вес рассчитывается по формуле

, (2.39)

где V_i – объем элемента i -ой конструкции, м³;

r_i – плотность материала элемента конструкции, кг/м³; Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в прил. 3;

c_mi – удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг× ^оС);

T_mi – средняя конечная температура нагрева металлоконструкции
котла, ^оС;

t₀ – начальная температура металлоконструкции котла, ^оС.

Конечную температуру по элементам конструкции можно принять:

- внутренняя поверхность варочной емкости – 100 ^оС;

- внешняя поверхность пароводяной рубашки – 110 ^оС;

- крышка котла – 85 ^оС;

- наружная обечайка (кожух) – 55-60 ^оС;

- постамент – 30 ^оС;

- арматура – 40 ^оС;

, (2.40)

где G_и – вес изоляционной конструкции котла, кг;

– толщина изоляционного слоя, м, определяется по формуле:

, (2.41)

где l_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала в зависимости от средней температуры изоляции (см. прил. 3);

q = α ₀(t_кож–t₀), Вт/м², – удельные тепловые потери поверхности изолированного котла;

, Вт/м^{2 о}С – коэффициент теплоотдачи от вертикальной стенки ограждения к окружающему воздуху;

с_и – теплоемкость изоляции, кДж/(кг× ^оС). Значение плотностей и удельных теплоемкостей теплоизоляционных материалов приведены в прил. 3;

t_и – средняя температура нагрева изоляции, ^оС.

t_и = , (2.42)

где t_вн – температура частей изоляции, касающихся наружного котла, ^оС;

t_кож – температура частей изоляции, касающихся кожуха, ^оС;

t₀ – начальная температура изоляции, равная температуре окружающей среды, ^оС;

t_огр – температура ограждения (обечайки), ^оС.^.

, (2.43)

где W_пг – вес воды, заливаемой в парогенератор котла, кг; 10кг;

с_в – теплоемкость воды, кДж/(кг× ^оС); С_в = 4, 19 кДж/кг× ^оС;

t_пг – температура кипения воды, ^оС, зависящая от давления в пароводяной рубашке котла (см. прил. 1);

t₀ – начальная температура воды, ^оС;

G_п – вес пароводяной смеси, кг:

G_п = V_пр× r_п, (2.44)

V_пр – объем пароводяной рубашки котла, м³:

V_пр = Н× p/4× (D²-d²), (2.45)

где D – диаметр наружного котла, м;

d – диаметр внутреннего котла, м;

Н – высота пароводяной рубашки (от края уровня), м;

r_п – плотность пароводяной смеси, кг/м³:

r_п = 1/V¢ ¢, (2.46)

V¢ ¢ – удельный объем сухого насыщенного пара, м³/кг, приведен в прил. 1.

Потери тепла на разогрев конструкции камеры, происходящие при разогреве пекарных и жарочных шкафов, определяют на 1 кг продукции по выражению

(2.47)

где G_кам – вес металлических конструкций камеры, кг;

с_кам – теплоемкость металлических конструкций камеры, кДж/кг ^оС;

t₁ – средняя температура нагрева металлических частей камеры, ^оС. Можно принять t₁ = 180 ^оС;

t_о – начальная температура элементов конструкций камеры, ^оС;

М – часовая производительность камеры, кг/ч;

t ¢ – время разогрева шкафа, ч, – принять из технической характеристики аппарата или задания;

G_из – вес теплоизоляции, израсходованной на изоляцию одной камеры, кг (определить из описания конструкции аппарата и технической характеристики);

с_из – теплоемкость теплоизоляции камеры, кДж/ (кг ^оС);

t₂ – средняя температура нагрева теплоизоляции, ^оС, может быть определена из выражения

, (2.48)

t_вн – температура частей изоляции, касающихся внутренней камеры, принимается равной 180 ^оС;

t_кож – температура слоя изоляции, касающаяся наружных листов кожуха камеры, принимается равной 60 ^оС.

При стационарном режиме работы жарочных и пекарных имеют место потери тепла на разогрев кондитерских листов, противней и другой тары , кДж/кг. Эти потери тепла следует определить, пользуясь формулой:

, (2.49)

где q – вес кондитерских листов, приходящийся на 1 кг выпускаемых
изделий, кг/кг

, (2.50)

где q_л – вес одного листа, кг;

Е_л – вес изделий на 1 листе, кг.

Ориентировочно можно принять значение q, равное 0, 5 кг/кг;

с – средняя теплоемкость материала листов, кДж/ (кг ^оС) (можно принять, как для стали – с = 0, 46 кДж/ (кг ^оС));

t₁ – средняя температура листов на выходе из камеры, ^оС (t₁ =115-170 ^о С);

t₀ – начальная температура листов или форм во время посадки в камеру, ^оС (t₀ = 25-30 ^оС).