РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ
И ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Глава 16. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Сельскохозяйственное производство связано с биологическими объектами, жизнедеятельность которых зависит от условий внешней среды и важнейшего ее фактора — температуры. Тепловая энергия выступает как мощный фактор воздействия человека на природу. В одних случаях теплота используется для создания наиболее благоприятных температурных условий животным и растениям, в других — для подавления вредных микроорганизмов, вызывающих порчу продукции, снижение плодородия. Обе эти задачи решаются с использованием как высоких температур (нагрев), так и низких (охлаждение). Важное значение имеет нагрев также при ремонте и восстановлении сельскохозяйственной техники.
Рациональное теплоснабжение сельского хозяйства является важной экономической и социальной задачей. Это связано с особенностями сельского хозяйства, для которого централизованные системы теплоснабжения, распространенные в городах (от ТЭЦ и крупных котельных), оказываются вс многих случаях экономически нецелесообразными. Основная причина этого — большая рассредоточенность потребителей и низкая плотность тепловых нагрузок. Поэтому в сельском хозяйстве в основном распространены децентрализованные системы теплоснабжения с использованием огневых установок. Однако они имеют следующие недостатки: большие транспортные расходы на доставку топлива (особенно низкокалорийного), низкую энергетическую эффективность (к.п.д. не превышает 0,6... 0,7) и значительные затраты ручного труда на обслуживание маломощных топливных установок.
Создание низких температур (4...8°С) в теплое время года, необходимых для охлаждения и хранения продукции, вообще затруднено без использования электрифицированных холодильных установок.
В связи с этим электронагревательные и холодильные установки в сельском хозяйстве находят все возрастающее применение.
Электротепловые установки имеют следующие важнейшие преимущества:
высокое качество и избирательность нагрева и охлаждения; возможность полной автоматизации и точность поддержания теплового режима;
малые эксплуатационные затраты на обслуживание установок и постоянная готовность к действию;
малые капитальные затраты и меньшая потребность в производственных площадях, возможность установки в любом месте;
пониженная пожароопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды и т. д.
Однако тепловые процессы весьма энергоемки. Перевод тепловых процессов на электроэнергию требует строгих технико-экономических обоснований. Из-за многократных преобразований энергии коэффициент полезного использования энергоресурсов в электротепловых установках в целом ниже, чем в топливных, и составляет 0,25...0,35. Одновременно большая энергоемкость тепловых процессов и высокая стоимость электроэнергии вызывают увеличение общих затрат.
Применение электронагрева экономически оправдывается, если повышенный расход энергоресурсов и затраты на электроснабжение компенсируются экономией на других статьях расходов при существенном улучшении технологии процессов, увеличении продуктивности животных, снижении затрат труда и стоимости установок.
В настоящее время в сельском хозяйстве существует ряд тепловых процессов, где применение электроэнергии является не только выгодным, но и единственно оправданным (инкубация яиц, локальный обогрев молодняка животных и птицы, охлаждение воздуха в хранилищах, электросварка и т. д.). Число таких процессов непрерывно возрастает. В большинстве случаев экономически обосновано применение электротепловых установок для создания микроклимата в животноводческих помещениях, сушки и активного вентилирования семенного зерна, нагрева почвы в парниках, металлизации и поверхностной закалки деталей сельхозмашин, нагрева воды, приготовления пищи в быту и т. д.
СПОСОБЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Электронагревом называют прикладную область науки, изучающую рациональные способы превращения электрической энергии в тепловую, методы ее передачи к объекту нагрева и технические средства электронагрева.
Основным признаком классификации электронагревательных установок является способ превращения электрической энергии в тепловую.
По этому признаку различают следующие способы электронагрева.
Резистивный электронагрев (электронагрев сопротивлением) состоит в том, что электрическая энергия превращается в тепловую в твердых или жидких проводниках, включенных в электрическую цепь, в результате взаимодействия носителей электричества (электронов или ионов проводника) с кристаллической решеткой или атомами и молекулами этого проводника.
Электродуговой нагрев характеризуется тем, что электрическая энергия преобразуется в тепловую в дуге, горящей в газовой среде (или плазме).
Индукционный и диэлектрический нагрев состоит в том, что электрическая энергия преобразуется в тепловую в твердых или жидких телах, помещенных в переменное электромагнитное поле.
Электронный электронагрев обусловлен нагревом тел потоком электронов, ускоренным в электрическом поле в вакууме.
Лазерный (световой) электронагрев состоит в нагреве тел под действием пучка когерентных лучей оптического диапазона, индукцированного в оптическом квантовом генераторе (лазере).
В сельском хозяйстве применяют резистивный, электродуговой, индукционный и диэлектрический способы электронагрева.
Электронагревательной установкой (ЭНУ) называют электротепловое оборудование, включающее теплогенерирующий рабочий орган (электронагреватель), преобразующий электрическую энергию в тепловую, и конструктивные элементы — корпус, крепежные детали, тепло- и электроизоляцию, систему электропитания и автоматики, объединенные в единый агрегат, предназначенный для тепловой обработки среды.
В соответствии со способами электронагрева различают электронагреватели сопротивления (резистивные), индукционные (индукторы), диэлектрические (конденсаторы), электродуговые (плаз-матроны) и т. д.
По температуре нагреваемой среды бывают низкотемпературные (до 150°С), среднетемпературные (до 500°С) и высокотемпературные (свыше 500°С) ЭНУ.
По принципу нагрева (способу ввода тепловой энергии в объект нагрева) ЭНУ подразделяются на установки прямого и косвенного (поверхностного) электронагрева.
При прямом электронагреве электрическая энергия преобразовывается в тепловую непосредственно в нагреваемой среде.
При косвенном (поверхностном) электронагреве электрическая энергия, преобразованная в тепловую в специальных электронагревателях, передается от их поверхности к нагреваемой среде контактным, конвективным или лучистым путем. Чтобы обеспечить необходимую равномерность температуры нагреваемой среды и повысить электробезопасность устройств поверхностного электронагрева, обычно используются различного рода промежуточные теплоносители (воздух, пар, вода, масло, твердые и дисперсные материалы — бетон, асфальт, песок и др.).
В сельском хозяйстве наиболее распространены ЭНУ низкотемпературного резистивного поверхностного нагрева (около 80% от установленной мощности всех ЭНУ).
Вместе с этим значительное применение находит резистивный прямой нагрев воды и металлических изделий.
В ремонтном производстве распространен электродуговой и индукционный нагрев металлических деталей.
По принципу работы различают установки периодического и непрерывного действия (поточные установки).
В установках периодического действия чередуются операции загрузки, нагрева и выгрузки нагреваемого материала, а в установках непрерывного действия материал нагревается непосредственно в технологическом потоке.
Установки непрерывного действия более прогрессивны, так как позволяют повысить производительность труда и к. п. д. нагрева, уменьшить размеры агрегатов и капитальные затраты.
По частоте используемого электрического тока различают установки: постоянного тока; низкой (промышленной) частоты (50 Гц); средней (повышенной) частоты (до 10 кГц); высокой частоты (до 100 МГц) и сверхвысокой частоты (свыше 100 МГц)
По напряжению питания установки делят низкого (до 0,4 кВ) и высокого (свыше 0,4 кВ и до 10 кВ) напряжения.
