Конструкции нагревателей битума
Электронагреватели. Для разогрева битума наиболее часто применяют открытые электронагреватели (рис. 11.33), состоящие из несущего элемента — асбоцементной трубы с навитой по наружной поверхности нихромовой спиралью из ленты сечением 10×0,8 мм2 длиной 27 м или сечением 12×1 мм2 длиной 35 м.
Рис. 11.33. Спиральный нагреватель низкой проводимости:
1 — нихромовая ленточная спираль; 2 — клеммное соединение;
3 ~ асбоцементная труба.
Перед работой нагреватель должен быть погружен в битум, а при работе не должен оголяться для исключения загорания битума. Расстояние от дна хранилища до спирали должно быть не менее 150-200 мм, При работе нагревателей в обводненном битуме они быстро разрушаются.
Нагреватели с высокой проводимостью из стальной проволоки диаметром 5-6 мм представляют собой спираль (рис. 11.34), вставленную в асбоцементную трубу; концы проволоки пропущены через стенку трубы и закреплены. Для улучшения термостатической циркуляции битума в стенке трубы просверливают или пробивают отверстия, а торцы ее оставляют открытыми.
|
Рис. 11.34. Спиральный нагреватель высокой проводимости: 1 — асбоцементная труба; 2 — клеммное соединение; 3 — горячекатаная стальная проволока. |
Достоинство нагревателей с высокой проводимостью заключается в доступности материала и его низкой стоимости.
Пластинчатые (пакетные) нагреватели изготовляют из листовой гофрированной жести (рис. 11.35). В стальном листе прорезают полосы, листы собирают в пакеты и изолируют деревянными рейками толщиной 40 мм и листовым асбестом. С внешней стороны пакеты закрепляют стальными уголками, через которые осуществляется растягивание полос нагревателя распорными болтами. Преимущество пластинчатых нагревателей — большая теплопередающая поверхность. Недостатки — трудоемкость изготовления, низкая температура нагрева битума (не выше 110- 115°С) и длительность разогрева из-за низкой температуры нагревателей. Основные параметры нагревателя: поверхность нагрева 4 м2, рабочее напряжение 50-60 В, мощность 5.5 кВт. темпепатупа на воздухе 200°С. масса 20 кг.
|
Рис. 11.35. Пластинчатый (пакетный) нагреватель: 1 — выводная клемма; 2 — нагревательный лист; 3 — рамка каркаса; 4 — стяжной болт; 5 — крайний изолятор; 6 — средний изолятор; 7 — промежуточная клемма. |
Коаксиальные (соосные) пакетные нагреватели состоят из отдельных элементов (рис. 11.36), собранных в ряд по 40-50 шт. и соединенных последовательно. Каждый элемент коаксиального нагревателя состоит из центрального горячекатаного стального стержня диаметром 12-14 мм, длиной 700 мм и наружной трубы диаметром 25,4 мм, длиной 600 мм. В нижней части стержени трубы соединены сваркой, внутреннее пространство заполнено кварцевым песком с жидким стеклом.
|
Рис. 11.36. Батарея коаксиальных нагревателей: 1 — выводная клемма; 2 — промежуточная клемма; 3- коаксиальный нагревательный элемент; 4 — деревянная рамка; 5 — стяжной болт; 6 — стержень нагревателя; 7 — наружная труба; 8 — изоляционная засыпка; 9 — донышко. |
Питание коаксиальных нагревателей производится от сварочных трансформаторов с силой тока 400-500 А. Достоинство коаксиальных нагревателей — простота, доступность, низкая стоимость и безопасность работы.
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) (рис. 11.37) представляют собой трубку из мягкой стали, реже — красной меди или латуни, внутри которой находится спираль из нихрома. Пространство между спиралью и трубкой заполнено тонкомолотым электроизоляционным материалом: периклазом, кварцевым песком или электрокорундом.
Выводные концы спирали — контактные стержни имеют винтовую резьбу и помещены в фарфоровые изоляторы. При высокой надежности и долговечности ТЭНы имеют малую мощность и относительно высокую стоимость на единицу мощности. Для разогрева вязких нефтепродуктов и битума удельная мощность передачи энергии поверхностью трубки составляет 2,5-2,8 Вт/см2, а предельно допустимая удельная мощность — 3,0 Вт/см2.
Разогрев битума при помощи излучателей инфракрасных лучей (длина волны 0,76-750 мкм) находится еще на стадии эксперимента. Источники инфракрасных излучений разнообразны. Их разделяют на четыре типа: генерирующие тепловые лучи (нихромовые спирали или керамические стержни с металлическими рефлекторами, электрические
лампы — теплоизлучатели и лампы накаливания); генерирующие инфракрасные лучи при прохождении тока через газ или пары металла; смешанного типа (электрические дуговые лампы); генерирующие тепловые лучи при нагреве излучателя от сжигания газа.
|
Рис. 11.37. Трубчатый электронагреватель: 1 — изолятор; 2 — выводной стержень; 3 — корпус; 4 — нихромовая спираль; 5, 6- клеммные гайки. |
Для разогрева битума применяют источники только первого типа. Наибольшей надежностью и меньшей стоимостью обладают излучатели с открытой спиралью и металлическим отражателем (рис. 11.38). Тепло инфракрасного излучателя передается битуму через металлическую поверхность теплообменника, которая должна составлять 12-15 м2 на 1 т/ч производительности битумооазогоевателя.
Рис. 11.38. Инфракрасный теплоизлучатель: 1 — отражатель;
2 — нихромовая спираль; 3 — огнеупорное основание; 4 — кронштейн для крепления; 5 — клеммная коробка.
Недостатки системы разогрева битума инфракрасными лучами состоят в высокой стоимости нагревателей и трудоемкости их монтажа (при большом числе маломощных излучателей), больших габаритных размерах и необходимости строгого контроля за режимом нагрева во избежание перегрева битума.
Оценивая конструкции и особенности эксплуатации электронагревателей битума, необходимо отметить их низкую экономичность. 1 кВт. ч электроэнергии при стоимости 2 коп и кпд использовании энергии 0,9 дает полезной энергии 3600 х 0,9 = 3240 кДж, или около 1600 кДж/коп., а 1 кг мазута при стоимости менее 4 коп и кпд использования энергии даже 0,4 дает полезной энергии 45 000 х0,4 = 18 000 кДж, или 4500 кДж на 1 коп. стоимости энергии.
Таким образом, затраты на энергию при электрическом нагреве битума в 2,5-4 раза больше затрат на огневой нагрев. При большой производительности затраты на электроэнергию будут очень велики. По этой причине в передвижных цистернах электронагреватели используют только для поддержания рабочей температуры битума.
Системы огневого нагрева битума. Системы огневого нагрева битума применяют в битумохранилищах для нагрева битума до температуры перекачивания, в битумонагревательных котлах для обезвоживания и нагрева битума до рабочей температуры, а также в автобитумовозах и автогудронаторах — для поддержания рабочей температуры битума. Системы огневого нагрева битума просты по конструкции, надежны в эксплуатации, имеют малый расход металла.
Для нагрева битума в битумохранилищах наиболее простой и безопасной является система с зоной горения топлива в жаровой трубе (рис. 11.39). Система состоит из горизонтальной жаровой трубы, вертикальных труб — воздухоподводящей и вытяжной, пропущенных через кровлю битумохранилища.
Топливная система состоит из бака для топлива с регулировочным краном, малого топливопровода, воронки с нижним топливопроводом. Воздухоподводящая труба должна быть выше кровли битумохранилища на 1,5-2 м, воронка должна быть расположена на 1,5-2 м ниже верхнего края воздухоподводящей трубы. Расстояние между малым топливопроводом и воронкой — 0,4-0,5 м, расстояние между нижним топливопроводом и кирпичной кладкой зоны горения — 0,5-1 м. Топливо самотеком стекает из малого топливопровода в воронку и по нижнему топливопроводу — в зону горения.
Скорость подачи топлива регулируют по числу падения капель из малого топливопровода в воронку. Для нормальной работы системы разогрева битума достаточно 60-100 капель топлива в минуту. В зоне падения капель днище жаровой трубы должно быть выполнено из кирпича. Теплопроизводительность ограничивается подачей воздуха, осуществляемой естественной тягой дымовой трубы. По способу регулирова
ния подачи топлива систему называют капельницей. При достаточном уровне битума над жаровой трубой капельница работает надежно и безопасно. Хотя температура дымовых газов и стенок дымовой трубы не очень велика, однако для исключения возгорания битума от стенок дымовой трубы ее выполняют двойной в зоне от жаровой трубы и высотой
1- 1,5 м над самым верхним уровнем битума.
Достоинства систем огневого нагрева битума заключаются в простоте конструкции и обслуживания, экономичности. Недостатками — высокая опасность возгорания битума и топлива, применяемого для работы топки.
|
Рис. 11.39. Система огневого нагрева битума в битумохранилище: 1 — воронка; 2 — топливный бак; 3 — верхний топливопровод; 4 — топливный кран; 5 — кровля битумохранилища; 6 — верхний уровень битума; 7 — нижний рабочий уровень битума; 8 — основной отсек; 9 — дополнительный отсек; 10 — змеевик дополнительного отсека; 11 — насосная установка; 12 — заслонка шиберная; 13 — стенка битумохранилища; 14 — изоляционный слой; 15 — жаровая труба; 16 — слой кирпичей; 17 — воздухоподводящая труба; 18 — нижний топливопровод. |