В общем энергетическом балансе потребителей на долю тепловой энергии приходится около 80 % всей энергии, потребляемой в сельском хозяйстве.
Для получения теплоты в сельском хозяйстве в настоящее время используют преимущественно твердое и жидкое топливо, сжигаемое в местных тепловых установках. Однако наряду с использованием огневых установок все большее распространение получают электронагревательные установки работающие не только от центральной сети но и от альтернативных источников таких ветрогенераторов,солнечных панелей , обладающие существенным преимуществом по сравнению с огневыми установками. Эти преимущества следующие:
— возможность полной автоматизации процессов нагрева и поддержания температуры на заданном уровне;
— малые капиталовложения;
— меньшая потребность в производственных площадях;
— лучшие санитарно-технические условия;
— меньшая пожароопасность;
— использование альтернативных источников и др
Однако при выборе установок для получения теплоты в тех случаях, когда соответствующие технологические процессы могут быть обеспечены огневыми установками, следует учитывать ограничения на использование установок электронагрева и обосновывать его применение технико-экономическими расчетами.
Электронагрев в сельском хозяйстве используется в основном для следующих целей:
* подогрева воды для технических нужд;
* перегрева воздуха в установках микроклимата на предприятиях сельского хозяйства;
* обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы;
* подогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах;
* сушки зерна, сена, овощей, фруктов;
* регенерации масла, наплавки деталей, электросварки и др.
Способы электрического нагрева:
– нагрев сопротивлением;
– дуговой нагрев;
– индукционный нагрев;
– диэлектрический нагрев;
– электронно-лучевой нагрев;
– лазерный нагрев;
– ионный нагрев;
– плазменный нагрев;
– инфракрасный нагрев;
– термоэлектрический нагрев.
[adsense_id=»1″]
Классификация электротермического оборудования по способу электрического нагрева:
– ЭТУ сопротивления (электропечи);
– дуговые электропечи;
– индукционные электропечи;
– диэлектрические электропечи;
– электронно-лучевые печи;
– лазерные электропечи;
– ионные электропечи;
– плазменные электропечи;
– электропечи инфракрасного нагрева;
– термоэлектрические устройства.
Материалы, применяемые при изготовлении нагревательных элементов. Конструкция нагревателей
[adsense_id=»1″]
Электрический нагреватель – основной элемент электротермической установки, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Конструктивное исполнение электрического нагревателя определяется нагреваемой средой, характером нагрева, мощностью, технологическим назначением и другими условиями.
В зависимости от конструкции и технологического назначения электрические нагреватели выполняют с электрической изоляцией, защитными устройствами, а также с устройством для крепления и подвода электрического тока.
По исполнению различают открытые, защищенные и герметические нагреватели.
В нагревателях открытого исполнения резистивное тело – нагревательное сопротивление – не изолируют от нагреваемой среды, а размещают непосредственно в ней.
Нагреватели из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением изготовляют в виде проволочных или ленточных зигзагов, проволочных спиралей и крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке (электрокалориферы) или в воздушном пространстве (электропечи) электротермических установок.
Достоинство открытых нагревателей – простота устройства, ремонтоспособность и возможность обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности нагревательного элемента. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий срок службы, невысокую механическую прочность и невозможность использования в агрессивных средах.
В нагревателях защищенного исполнения нагревательные сопротивления, изготовляемые из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, размещают в защитном корпусе, предохраняющем их от механических повреждений и от нагревательной среды.
Наиболее совершенными и универсальными являются герметические трубчатые электронагреватели (ТЭН). Их эффективно используют в электрокалориферах, водонагревателях, электрических печах, теплоаккамулирующих установках, электрокипятильниках, бытовых плитах и др. Промышленность выпускает ТЭН напряжением от 12 до 380 В, мощностью от 100 до 25000 Вт, развернутой длиной от 0.25 до 6.3 м и диаметром трубки от 6 до 16 мм.
ТЭН (рис. 1) представляет собой тонкостенную металлическую трубку (оболочку), в которую запрессована спираль из проволоки с большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали приварены к контактным стержням, снабженным с внешней стороны контактными устройствами для подключения к сети. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем из периклаза (плавленая окись магния), обладающим высокими диэлектрическими свойствами и теплопроводностью. В качестве наполнителя допускается использовать кварцевый песок, электрокорунд и другие материалы. Торцы трубки герметизируют тепловлагостойким составом и изолирующими втулками, что исключает доступ воздуха и влаги внутрь ТЭН.
Рис. 1. Конструкция трубчатого электронагревателя
Где: 1, 2 – контактное устройство; 3 – контактный стержень; 4 – нагревательная спираль; 5 – накопитель (периклаз); 6 – оболочка (трубка) ТЭН.
Материал для электрических нагревателей (ТЭНов)
Нагревательное сопротивление – резистивное тело – наиболее ответственный элемент электрического нагревателя, от которого зависит надёжность и долговечность его работы в заданном технологическом режиме. Поэтому к материалам для нагревательных элементов предъявляются особые требования, основанные на следующем: достаточные жаростойкость и жаропрочность (не должны окислятся и терять механических свойств при высоких температурах); большое удельное электрическое сопротивление (должны обеспечивать возможность включения на сетевое напряжение при небольшой длине нагревателя) и малый температурный коэффициент сопротивления (должны незначительно изменять сопротивление при изменении температуры); стабильность размеров и электрических свойств.
В зависимости от температурного режима и технологических условий нагреваемой среды для изготовления электрических нагревателей используют металлические и неметаллические материалы. Для низко- и средне температурных установок широко применяют специальные сплавы: хромоникелевые и железохромоникелевые. Наиболее распространены нихромы. В низкотемпературных установках (до 620 К) электрические нагреватели выполняют из дешевого и доступного материала – углеродистой стали. Неметаллические нагреватели используют в высокотемпературных установках. В ЭТУ с рабочей температурой до 1570 К применяют стержневые цилиндрические нагреватели из карборунда, а с температурой до 1870 К – из дисилицида молибдена. В высокотемпературных вакуумных печах с температурой нагрева до 3270 К используют графитовые нагреватели в виде стержней, трубок, пластин и другой формы.
Электрические нагреватели из карборунда, дисилицида и графита обладают высоким сопротивлением и переменными температурным коэффициентом сопротивления. Питание на эти нагреватели подаётся от понижающего трансформаторов с регулируемым вторичным напряжением.
Конструктивное исполнение и общий вид емкостного электроводонагревателя
Элементные водонагреватели выполняют, как правило, с трубчатыми нагревателями, и поэтому по сравнению с электродными они более безопасны в эксплуатации, не загрязняют воду, имеют практически неизменную мощность. Однако они менее надежны из-за ограниченного срока службы нагревателей, имеют более высокие эксплуатационные издержки. В основном элементные водонагреватели выпускают на небольшие мощности (до 30 кВт) и применяют для снабжения горячей водой мелких разнородных потребителей. Благодаря хорошей изоляции водонагреватели с аккумулированием способны длительное время (до 10 ч) сохранять температуру горячей воды, что позволяет включать их в ночное время, когда нагрузка электрических сетей мала.
В сельском хозяйстве используют водонагреватели типов УАП, САОС, УНС и ВЭТ.
Электроводонагреватели серии УАП имеют нагреватель и щит управления.
Электроводонагреватель УАП-800 (рис. 2) состоит из сварного цилиндрического резервуара 4, изготовленного из листовой стали. К боковой поверхности резервуара приварены патрубки 5, на которые крепятся фланцы 6 в сборе с ТЭН 8 и терморегулятором 7. На верхнем днище резервуара размещены предохранительная мембрана 1 и патрубок 2 разбора горячей воды. Мембрана предохраняет резервуар от разрыва при повышении в нем давления. Тепловая изоляция 3, заполняющая пространство между резервуаром и наружным кожухом 12, предназначена для уменьшения потока теплоты в окружающее пространство. Для визуального контроля температуры воды установлен термометр 13; на трубопроводе подачи холодной воды смонтированы запорный вентиль 11 и обратный клапан 10, предотвращающий понижение уровня воды в резервуаре при понижении давления в водонапорной сети. Холодная вода подается из водопроводной сети с давлением не менее 0.5×105 Па. При раздаче нагретая вода вытесняется поступающей холодной водой.
Рис. 2. Электроводонагреватель УАП-800:
1 – предохранительная мембрана;
2 – патрубок расхода горячей воды;
3 – тепловая изоляция;
4 – стальной цилиндрический резервуар;
5 – патрубки; 6 – фланец;
7 – температурное реле; 8 – ТЭНы; 9 – вводный патрубок для электропроводки; 10 – обратный клапан; 11 – запорный вентиль; 12 – наружный кожух; 13 – термометр.
Конструктивное исполнение и общий вид электропечи.
Камерные электропечи сопротивления весьма просты по конструкции и вместе тем универсальны по назначению. В основном они предназначаются для различных видов термической обработки изделий из металлов. Стены камеры печи выложены огнеупорным материалом и тепловой изоляцией в виде кирпичей блоков, плит и засыпки служит для ограничения тепловых потерь.
1-дверца; 2-боковой нагреватель; 3-сводовой нагреватель; 4-футеровка; 5- кожух; 6-коробка выводов нагревателей; 7-подвод газа; 8-подовые нагреватели; 9-подовая плита; 10-термопара.
[adsense_id=»1″]