Санкт-Петербургский Государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий Амосова Марина Андреевна Способы повышения эффективности тепловых аппаратов предприятий общественного питания Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 05. 18. 12 Процессы и аппараты пищевых производств Научный руководитель: К. Т. Н. , доцент Антуфьев Валерий Тимофеевич
Актуальность исследования Экономическое преимущество использования газового оборудования на предприятиях общественного питания НО! Пониженный к. п. д. и невысокие экологические показатели современного газового оборудования в следствие неэффективного сжигания газового топлива высокий коэффициент избытка воздуха плохое качество перемешивание реагентов низкая температура горения факела Принципиально новый подход решения задачи – применение электрического поля в качестве катализатора горения топлива увеличение температуры горения факела снижение коэффициента избытка воздуха повышение качества сжигания газового топлива
Объект и предмет исследования Предмет исследования • тепловое газовое оборудование предприятий общественного питания Объект исследования • процессы теплопередачи в тепловых аппаратах при интенсификации горения газового топлива
Цели и задачи исследования Цель исследования – повышение эффективности теплового аппарата и снижение коэффициента избытка воздуха за счет интенсификации процессов обогрева рабочей поверхности Основные задачи исследования 1. Разработать методы интенсификации процесса обогрева рабочей поверхности теплового аппарата. 2. Обосновать эффективность применения электрического поля в качестве катализатора процесса сжигания газового топлива. 3. Обосновать техническое решение создания теплового аппарата повышенной эффективности. 4. На лабораторной установке подтвердить эффективность сжигания газового топлива при каталитическом воздействии электрического поля. 5. Разработать методику расчета теплового аппарата с учетом повышения эффективности сжигания топлива. 6. Минимизировать габаритные размеры, размеры топки и газоходов, уменьшить металлоемкость теплового аппарата. 7. Повысить экономические и экологические показатели теплового аппарата, уменьшить расход газового топлива и количество уходящих дымовых газов.
Структурная схема исследований Аналитическая часть работы Аналитический обзор топочных устройств применяемых на тепловых аппаратах предприятий общественного питания Аналитический обзор методов повышения эффективности тепловых аппаратов Экспериментальная часть работы Разработка методов проведения эксперимента Подготовка экспериментальной установки Проведение испытаний Испытание на опытно-промышленной котельной установке ЛК 4 Испытание на лабораторной установке с применением источника высоковольтного напряжения Обработка результатов, анализ и выводы Рекомендации по применению методов повышения эффективности тепловых аппаратов предприятий общественного питания
Виды газового оборудования предприятий общественного питания Газовые плиты Газовые грили Фритюрницы Жарочные поверхности Газовые котлы. Мармиты (водяная баня) Опрокидывающиеся сковороды
Устройство газовой плиты 1 – Коллектор; 2 – Бортовая поверхность; 3 – Чугунные плитки жарочной поверхности; 4 – Запальник стационарный; 5 – Косвенные керамические излучатели; 6 – Горелка для обогрева жарочной поверхности; 7 – Газоход для отвода продуктов сгорания от горелки жарочной поверхности; 23 – Блок кран стационарного запальника и горелки для обогрева жарочной поверхности.
Типы горелочных устройств Схема диффузионной газовой горелки: 1 – газопровод; 2 – газовый кран; 3 – насадка; 4 – огневые отверстия. Схема инжекционной газовой горелки: 1 – газопровод; 2 – газовый кран; 3 – сопло; 4 – регулятор первичного воздуха; 5 – конфузор; 6 – горловина смесителя; 7 – диффузор; 8 – насадка; 9 – огневые отверстия Схема ИК горелки: 1 – рефлектор; 2 – огневые каналы; 3 – насадка; 4 – керамическая поверхность; 5 – смеситель инжектор; 6 – сопло.
Устройство газовой горелки плиты 1 – труба подвода газа к горелке; 2 – смеситель; 3 – запальник стационарный; 4 – отверстия выхода газовоздушной смеси; 6 – насадка; 7 – регулятор подачи первичного воздуха; 8 – сопло; 9 – рукоятка подачи первичного воздуха. Схима автоматизации и газоснабжения горелки: 1 – газовая горелка; 2 – запальник; 3 – термопара; 4 – регулятор первичного воздуха; 5 – пробковый кран; 6 – термомагнитный клапан
Эффект влияния электрического поля на процесс сжигания топлива напряжение на электрод не подано пониженное напряжение подано высокое напряжение
Принцип передачи тепла излучением K Зависимость плотности потока излучением абсолютно черного тела от длины волны
Математическая модель передачи тепла рабочей поверхности С учетом конвективной и лучевой составляющих тепловая мощность, передаваемая поверхности нагрева определяется по формуле: – тепловая мощность, передаваемая поверхности нагрева (ПН), Вт – выделяемая тепловая мощность конвекцией, Вт; – выделяемая тепловая мощность излучением, Вт; – коэффициенты теплопередачи конвекцией при свободном движении дымовых газов у поверхности нагрева (в помещении – 5 10 Вт·м 2/К); – площадь поверхности нагрева, м 2; – температура поверхности нагрева, К; – температура дымовых газов, К; – степень черноты поверхности нагрева.
Принцип движения греющих дымовых газов а – при свободной конвекции б – при наложении электрического поля 1 – жарочная поверхность, 2 – керамический защитный экран, 3 – заземленная металлическая сетка, 4 – электрод, 5 – форсунка.
Математическая модель передачи тепла рабочей поверхности при каталитическом воздействии электрического поля Тепловая мощность, передаваемая поверхности нагрева с учетом электротермического эффекта: – коэффициент, учитывающий интенсификацию теплообмена за счет электротермического эффекта Тепловой эффект наложения электрического поля: Qэ – теплопроизводительность с полем, Qк – теплопроизводильность без поля (контроль). конвективного
Принцип повышения эффективности теплового оборудования предприятий общественного питания полезное тепло увеличивается в присутствии электрического поля потери тепла с уходящими газами потери тепла с от химической неполноты сгорания топлива потери тепла наружными ограждениями аппарата потери тепла на разогрев конструкций аппарата
Лабораторная установка по определению эффективности тепловых аппаратов предприятий общественного питания
Схема лабораторной установки • 1 – вентиль, 2 – горелочное устройство КВ -0211, 3 – модель топки газовой плиты, 4 – электрод 5 – источник высокого напряжения, 6 – вольтметр измерения, подаваемого на электрод напряжения, 7 – миллиамперметр тока ионизации, 8 – анализатор дымового газа Testo 325 M/XL, 9 – поверхность нагрева, 10 – цифровой мультиизмеритель (температуры) VC 890 C+, 11 – анемометр тип Б, дистанционный термометр марки СНY-611 • Обозначения: СО – угарный газ; СО 2 – углекислый газ; ССО – концентрация СО в уходящих газах; tух г , ºС – температура уходящих газов; V, В – напряжение на электроде; I, м. А – ток коронного разряда; tп н, ºС – температура нагрева рабочей поверхности аппарата; О 3 + О 2 – ионизированная смесь воздуха (кислорода + озона)
Влияние озоно воздушной смеси на процесс горения топлива 1 2 3 Рис. 1. Горение газа без электрического поля Рис. 2. Горение газа с электрическим полем напряженностью 4 к. В/м Рис. 3. Горение газа с электрическим полем напряженностью 8 к. В/м
Результаты эксперимента Содержание О 2 в уходящих дымовых газах Температура пламени при напряженности электрического поля 0, 4, 8 к. В/м
Концентрация оксида углерода в уходящих дымовых газах; с. CO, мг/м 3 График зависимости концентрации СО в уходящих дымовых газах от напряженности электрического поля 900 800 700 600 500 400 0 2 4 6 8 Напряженность электрического поля; φ, к. В/м 10
Экспериментальные данные по изменению температуры рабочей поверхности
Схема опытно промышленной котельной установке ЛК 4 1 – вертикальный цилиндрический водогрейный котел (модель известного котла BK IM); 2 – топка с водяной рубашкой (кроме фронтальной стены); 3 – сменная горелка (типа Бунзена, примусовая, испарительная и т. п. ). На место горелки можно установить колосниковую решетку для сжигания твердого топлива; 4 – сменный электрод для наложения электрического поля на пламя; 5 – коронирующий электрод из нихромовой проволоки для об работки воздуха или газовой смеси в электрическом поле коронным разрядом; 6 – второй электрод разрядника (ионизатора) из металлической трубы, одновременно служащий корпусом и воздухо газоводом. 7 – микрофон или акустический датчик для определения параметров колебаний газов в топке. 8 – зонд отбора проб дымовых газов; 9 – ротаметр расхода воды; 10 – расширительный бак
Обработка воздуха подводимого для горения коронным разрядом в котельной установке ЛК 4. Изменение КПД установки ∆ η и теплопотерь q в зависимости от разрядного тока I. 5. 0 4. 0 3. 0 ∆η'=∆η+q 5, % 2. 0 ∆q 1=∆ η, % 1. 0 I, мк. А 0. 0 0 -1. 0 20 40 60 80 100 120 140 ∆q 2× 0, 5, % ∆q 3, % 180 160 200 ∆q 5× 0, 5, % -2. 0 -3. 0 Обозначения: η – коэффициент полезного действия установки; q 1 – доля полезно используемого тепла; q 2 – доля потерь тепла с уходящими дымовыми газами; q 3 – доля потерь тепла от химической неполноты сгорания топлива; q 5 – доля потерь тепла наружными ограждениями установки в окру жающую среду; ∆ – изменение коэффициента полезного η действия по сравнению с контролем (без обработки); ∆qn = qnэ – qnк, где индекс э – эксперимент, к контроль.
Сравнительная характеристика газовой плиты повышенной эффективности 450 400 Температура, °С 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 Плита электрическая 35 40 45 50 Время, мин. Традиционная газовая плита Газовая плита повышенной эффективности Энергия, затрачиваемая на нагрев 12 литров воды от 20 до 90 градусов Сравнительный график времени необходимого на разогрев рабочей поверхности
Удельные показатели технической эффективности плиты 6 ЭУ 5 4 3 2 1 5 ДУ 4 3 2 1 1 2 3 КУ 1 2 3 4 5 ИУ Ку - удельные капитальные затраты, (руб. /блюдо), Иу удельные эксплуатационные издержки, (руб. /оборудование) ДУ удельные затраты времени приготовлении пищи, (с/блюдо) ЭУ удельные энергетические затраты приготовлении пищи, (к. Вт/кг)
Скачать презентацию Санкт-Петербургский Государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий Амосова
Копия Презентация 06.05.ppt