Электротехнологические установки (стр. 3 из 32)

среднетемпературные - нагрев до 900-1300 К с теплообменом конвекцией, теплопроводностью и излучением;

высокотемпературные - нагрев до 2500-3300 К с преимущественно радиационным способом теплопередачи.

Для изготовления нагревателей с рабочей температурой до 1500 К наиболее распространенными материалами являются нихромы (сплавы никеля и хрома), фехрали (хромоалюминиевые сплавы), а также хромоникелевые жаропрочные

Рис. 2.2. Расположение нагревателей в электрических печах

Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатыеэлектронагреватели - ТЭНы, представляющие собой металлическую трубку 1, заполненную теплопроводным электроизоляционным материалом 2, в котором находится электронагревательная спираль 3 (рис. 2.3). В качестве наполнителя применяется плавленый периклаз. По сравнению с открытыми

электронагревателями ТЭНы более злектробезопасны, могут работать в воде, жидких углеводородах, жидком металле, расплавах солей, оксидов и других средах. ТЭНы стойки к вибрациям и механическим нагрузкам. Мощность ТЭНов составляет от 100 Вт до 15 кВт, рабочее напряжение 36-380 В, рабочая температура 400-1000 К. Срок службы ТЭНов составляет 10-40 тыс. ч.

3

Рис. 2.3. Схема трубчатого электронагревателя (ТЭНа)

Для высокотемпературных печей с максимальной рабочей температурой до

1700 К применяются нагревательные элементы из карборунда (карбид кремния

SiС, получаемый спеканием кремнезема и угля при температуре 1900-2000 К). Для высокотемпературных установок (с максимальной рабочей температурой 2300 К и выше) нагреватели изготовляют из тугоплавких металлов, угля или графита.

При изготовлении нагревательных элементов из тугоплавких материалов применяют молибден, тантал, вольфрам в виде проволоки, ленты, стержней и листов различных сечений.

.

Графитовые электронагреватели применяются в установках с рабочей температурой 1800-2700 К.

2.3 Установки электроотопления и электрообогрева

Электрические нагревательные установки применяют для: сушки изделий после окраски, пропитки; сушки помещений при строительных работах; подогрева газов для различных технологических целей; отопления помещений; разогрева емкостей с жидкостью, пластичными и вязкими материалами, а также для нагрева твердых тел и устройств - прессов, штампов; прогрева технологических трубопроводов; прогрева бетона, грунтов и дорожных покрытий.

В электроотоплении и электрообогреве используется большое разнообразие различных электронагревательных устройств. К ним относятся электрокалориферы, фены, различные устройства радиационного обогрева, электрокотлы, электрические теплоаккуму-лирующие устройства, устройства для оттаивания грунта, обогрева бетона, дорожных покрытий и т. д.

Электрокалорифер. Это электронагревательный аппарат, состоящий из нагревательного элемента и вентилятора. Он предназначен для нагрева воздуха и различных газов в технологических процессах. Такие электрокалориферы с вынужденной конвекцией, обеспечивающей интенсивный теплообмен, обладают в несколько раз меньшей поверхностью нагрева по сравнению с поверхностями электронагревательных устройств со свободноконвективным способом теплообмена. При невысоких температурах нагревательных элементов (500 К) в калориферах применяется подвешенная на изоляторах открытая проволочная спираль. Калориферы этого типа обладают небольшим гидравлическим сопротивлением.

В калориферах могут применяться простые и оребренные трубчатые электронагреватели, обладающие развитой поверхностью нагрева.

Отопительный калорифер с трубчатыми оребренными нагревателями предназначен для нагрева воздуха до 400 К в системах воздушного отопления, вентиляции, искусственного климата и в сушильных установках. Он состоит из кожуха и трубчатых нагревательных элементов. Заданная температура выходящего воздуха поддерживается автоматически электроконтактными термометрами, датчики которых установлены на выходе воздуха из калорифера. Для нагрева воздуха до высоких температур (1200 К) применяется калорифер с нагревательными элементами в виде металлических труб; воздух нагревается, протекая внутри них. Межтрубное пространство заполняется фасонными керамическими блоками. Отдельные трубы соединены между собой на концевых участках.

Радиационные электронагреватели. В различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве широко используются радиационные нагреватели, передающие энергию в окружающее пространство излучением. Светлый (ламповый) излучатель представляет собой лампу накаливания с вольфрамовой нитью и стеклянной колбой. Нижняя прилегающая к цоколю часть колбы изнутри алюминирована для создания направленного излучения.

Температура вольфрамовой нити - около 2200 К, максимум излучения приходится на длину волны 1,3 мкм. Основная часть энергии излучается в диапазоне длин волн 0,8-3,5 мкм.

Светлый кварцевый излучатель представляет собой трубку из кварцевого стекла, внутри которой размещаются вольфрамовые, нихромовые или хромоалю- миниевые спирали. По сравнению с ламповым излучателем он имеет больший срок службы, меньшие габаритные размеры при одной и той же мощности и позволяет получить большую плотность лучистого потока (до 60 кВт/м²). Темный излучатель представляет собой трубчатый электронагреватель, расположенный в фокусе полированного отражателя. Рабочая температура поверхности излучателя 700-1000 К, максимум излучения приходится на длины волн 2-5 мкм.

Электрические сушила. Установки для сушки изделий могут быть радиационного или смешанного действия, когда передача теплоты излучением сочетается с конвекцией (установки конвективно-радиационного типа).

Рис. 2.4. Переносная излучательная панель:

1 - отражатель; 2 - нагреватель; 3 - корпус; 4 - ограждение

При большой

производительности сушила могут быть непрерывно действующими

(методическими). В этом случае высушиваемые изделия или материалы помещены вдоль стенок камеры, на которых расположены нагревательные элементы, и перемещаются с помощью транспортирующих устройств (транспортеров,

конвейеров и пр.). В качестве установок для сушки различного рода поверхностей могут применяться специальные излучательные панели (рис. 2.4). Нагреватели панелей выполняют в виде нихромовой спирали, намотанной на керамические трубки. Источником теплоты в панелях могут служить трубчатые электронагреватели, а в отдельных случаях открытые нагреватели и лампы различ- ных типов.

Электрические отопительные устройства. Электрическое отопление экономически оправдано в тех случаях, когда для использования другого вида энергии требуются значительные капитальные затраты (строительство новой котельной), возникают значительные трудности в обеспечении топливом, когда необходимо учитывать экологический фактор - чистоту окружающей среды, а также когда использование электрической энергии в ночное время выравнивает суточный график нагрузки электрической станции и системы. Для отопления помещений используются также теплоаккумулирующие уст- ройства. Они в ночное время подключаются к электрической сети, работают на обогрев помещений и одновременно запасают теплоту в теплоаккумуляторе. Затем в дневное время они отдают запасенную теплоту в отапливаемое помещение, бу- дучи отключенными от электрической цепи. Принципиальная схема электроот- опительной установки с теплоаккумулирующим элементом показана на рис. 2.5.

Выбор мощности и теплоаккумулирующей способности установки определяется площадью отапливаемого помещения и климатическими условиями местности. В ряде случаев в качестве теплоаккумулирующего элемента могут служить электрокотлы большой емкости.

Рис. 2.5. Электрический тепло-аккумулирующий нагреватель:

1 - вентилятор; 2 - теплоизоляция; 3 - запасающий теплоту элемент; 4 - тепловыделяющий элемент

Рис. 2.6. Схема обогрева помещения:

1 - настил пола; 2, 4 - мастика; 3 - теплораспределяющий слой; 5 - плоский тепловыделяющий проводник; 6 - водозащитный слой; 7 - стекло-волокнистая прокладка; 8 - бетон

Использование систем с теплоаккумуляторами положительно сказывается на работе электростанций, снабжающих электрической энергией данный район, поскольку в этом случае повышается электрическая нагрузка станций в ночное время, что приводит к выравниванию суточного графика нагрузки и более рациональному использованию мощности электрической системы.

При осуществлении электроотопления с использованием низкотемпературного обогрева в качестве нагревающих поверхностей используются пол, потолок и стены помещения, в которые монтируются нагревательные элементы. Такой способ отопления позволяет получить хорошее распределение температуры в помещении, уменьшить массу нагревательной установки, достигнуть хороших гигиенических условий.

Установки для обогрева труб, прогрева бетона и грунта. Для нагрева потока жидкости применяют специальные электрические обогреватели трубопроводов. Они представляют собой плоские металлические обручи толщиной до 5 мм. Между двумя такими обручами размещен нагреватель, намотанный на миканитовую полосу толщиной 0,5 мм. Элементы имеют стяжные обручи, с помощью которых достигается плотное облегание обогреваемой поверхности.