Инфракрасный обогрев в промышленности

Инфракрасное излучение представляет собой тепловую энергию электромагнитного поля с длиной волны не более 1 мм. Передача тепла выполняется не через повышение температуры воздуха, а посредством целевого нагрева поверхностей, предметов, людей. Различают коротковолновое (0,78-1,5 мкм), средневолновое (1,5-5,6 мкм) и длинноволновое (5,6-1000 мкм) излучение. Каждый диапазон отличается глубиной проникновения и поглощения, что определяет дальнейшее использование волн в промышленных процессах.

Из каких элементов сделан ИК-нагреватель

Рассмотрим основные составляющие оборудования.

1. Генератор излучения, изготавливается из металла (дает оперативный нагрев), керамики (служит дольше, отличается равномерностью повышения температуры), углеродных нитей (имеет высокую эффективность), вольфрама.
2. Корпусная часть необходима для безопасной єксплуатации устройства и защиты внутренних элементов. Бывает пластиковым и из металла.
3. Электросистема. С помощью блока управления удаётся регулировать параметры нагрева. Термостат отвечает за стабилизацию температуры и недопущение перегрева.
4. Рефлектор необходим для отражения ИК-излучения в желаемом направлении. Если он сделан из алюминия, то имеет небольшой вес. Аналог из нержавеющей стали служит дольше.

Датчики нужны, чтобы замерять термический уровень и не допускать поломок в связи с критичным перегревом. Таймер пригодится для установки продолжительности нагрева.

В качестве источника питания чаще выбирают электрический ток, но есть модели, работающие на газе.

Типы промышленных ИК-нагревателей

Разработано 3 модели устройств разного вида.

1. В группу электрических устройств входят:

• кварцевые излучатели (рассчитаны на короткий и средневолновой спектр);
• трубчатые (создают средневолновое излучение);
• керамические (используют для средних и длинноволновых диапазонов);
• панельные, с плоской поверхностью (для короткого и средневолнового излучения).

2. Газовые устройства:

• с пористыми керамоизлучателями;
• с каталитическим окислением (окисление газа происходит на каталитической плоскости);
• с лучистыми трубками (газ сгорает внутри труб, которые вследствие этого нагреваются и выделяют ИК-энергию).

3. Комбинированные системы. Содержат разные типы устройств для достижения заданных параметров излучения.

Какие преимущества даёт ИК-обогрев в промышленном секторе

Инфракрасные технологии обогрева лидируют в современной промышленности благодаря существенным преимуществам перед конвекционными и кондуктивными методами.

1. Энергоэффективность и экономичность

Сокращается энергопотребление в индустриальных процессах. В конвекционных системах много энергии расходуется на нагрев воздуха, в итоге объекты получают меньшую порцию тепла. За счёт ИК-излучения можно повысить энергоэффективность на 30-50%.

2. Гибкость и направленность воздействия

Создаётся точечная конфигурация теплового потока, без воздействия на окружающие области. Это особенно важно там, где нужен локальный нагрев или селективная термообработка.

3. Увеличенная скорость нагрева

Прямая передача энергии объектам обеспечивает оперативный выход на рабочие температуры. Это приводит к сокращению времени проведения технологических циклов. Также инфракрасный нагрев помогает точно контролировать температуру обрабатываемых поверхностей.

4. Экологичность и безопасность

В процессе ИК-обогрева нет выбросов вредных веществ, не образуются побочные продукты сгорания при использовании электрических излучателей. Технология считается экологически безопасной.

5. Экологичность применения

Снижается циркуляция аллергенов и пыли в воздухе, сохраняется исходный уровень влажности в помещениях.

6. Отсутствие звукового фона

В ИК-обогревателях нет движущихся и вращающихся элементов, меняющих уровень звукового фона. Поэтому они не влияют на работоспособность людей.

Продуцирующие тепло устройства служат долго и без поломок.

Использование ИК-обогрева в промышленных целях

Нагрев используется очень часто в различных процессах. Рассмотрим некоторые отрасли экономики.

Металлургия и автомобилестроение. Инфракрасные лучи помогут эффективно разогреть металлы перед сваркой, выполнить быструю формовку пластиковых изделий, равномерно просушить кузов окрашенной машины выполнить отжиг металла или его закалку.

Лёгкая промышленность. Нагрев требуется для сушки окрашенных материалов, фиксации цвета окрашенных вещей, термического скрепления волокон синтетики.

Агропромышленный сектор. В холодный период необходим обогрев парников, теплиц, мест содержания животных, складских зон хранения семенного материала.

Строительная сфера. Равномерный нагрев понадобится для изготовления разных видов стекла, ускорения твердения бетона, подготовки к укладке асфальтовой смеси, сушки отформованных изделий в печах, агрегации и ламинирования композитов.

Пищепром. ИК-лучи пригодятся для подсушивания семян, изготовления сухофруктов, обжарки зёрен кофе. Оборудование для нагрева используют при пастеризации молока, стерилизации продуктов и тары, размораживания продуктов после глубокой заморозки, выпечки хлебобулочных изделий и кондитерского ассортимента.

Изготовление упаковки и полиграфического ассортимента. Лучи инфракрасного действия помогут в спайке плёнок, сушке лаков и красок, используемых в печати и пр.

Кроме технологических линий, ИК-обогрев выбирают для поддержания комфортного микроклимата в заводских цехах, на складах, в офисных помещениях, на открытых площадках.

Основные технологические процессы с применением инфракрасного нагрева

Покажем, какие технологии чаще всего востребованы в промышленности.

1. Инфракрасное высушивание. Удаление влаги позволяет получить такие преимущества:

- сохранение структуры и свойств материалов;

- уменьшение времени, затрачиваемого на частичную или полную дегидратацию;

- равномерное удаление внутренней влаги без появления ненужных затвердений структуры снаружи;

- экономия места при установке ИК-нагревателей.

2. Отверждение покрытий. Это помогает:

- уменьшить энергозатраты и время на завершение процесса;

- улучшить конечное качество покрытий, а также повысить их долговечность;

- снизить выбросы вредных летучих компонентов.

3. Термическая обработка и высокотемпературное формование. Здесь удаётся достичь быстрой скорости набора рабочих температур, за счёт проведения точных замеров придерживаться нужных значений температурных показателей. Заготовки нагреваются равномерно. Тепло не рассеивается, а поступает именно в ту зону, где в этом есть необходимость.

Что такое спектральная селективность и почему она так важна

Материалы по-разному реагируют на инфракрасное излучение, проявляя избирательное поглощение. Полимеры лучше всего «воспринимают» длину ИК-излучения в 3,3-3,5 мкм. Металлы активно поглощают короткие волны. Древесине для нагрева подходит средневолновое тепловое воздействие. Для нагрева воды используют волны в 5,8-7,5 мкм. Если спектральные параметры работы излучателя соответствуют поглощательным особенностям материала, то удаётся снизить потребление, уменьшить затраты энергии на производственный цикл.

Правильный подбор спектральных характеристик ИК-излучателя под нагреваемый материал может повысить КПД системы на 15-30%, существенно сократив энергопотребление. Период окупаемости при покупке и монтаже инфракрасных систем обогрева равен в среднем 1-4 годам.

Что нужно знать, выполняя проектирование систем для промышленного обогрева ИК-излучателями

Проектирование включает в себя инженерные обоснования и компьютерное моделирования процессов. Изначально собирают и оценивают исходную информацию.

Расчет и проектирование промышленных инфракрасных систем обогрева

Эффективность инфракрасных систем обогрева в промышленности напрямую зависит от правильного расчета и проектирования. Современное проектирование ИК-систем требует комплексного подхода, включающего как инженерные расчеты, так и компьютерное моделирование тепловых процессов. Принимают во внимание 6 параметров.

1. Спектральные показатели материала:

• коэффициент поглощения при коротких, средних и длинных ИК-волнах;
• влияние температуры с учётом изменения наружных свойств материала;
• селективность поглощения волн при определённых термических диапазонах.

2. Размеры объектов нагревания:

• форму, толщину (с учетом теплофизических свойств);
• вариант подачи тепла, то есть постоянный нагрев или дискретный;
• размер поверхности облучения.

3. Энергетические и мощностные показатели:

• вид энергоносителя (газ, пар или ток);
• создание системы аварийного отключения;
• тарифы на носители с целью получения максимальной экономии средств;
• необходимые условия для мощностных показателей подключения.

4. Условия, создаваемые на производстве:

• температурно-влажностные показатели;
• наличие в воздухе агрессивных веществ, антистатического эффекта, концентрация пыли;
• условия для достижения пожаробезопасности.

5. Рабочие показатели ИК-процесса:

• время для достижения нужной температуры и показатель её критических значений;
• допустимый термический градиент внутри материала с целью сохранения необходимых свойств;
• правильная скорость нагрева.

Также учитывают параметры производства, такие как цикл выпуска продукци, скорость перемещения материала по технологической линии, изменения условий нагрева при смене типоразмеров будущих изделий.

По мнению специалистов компании «Интмакс», инфракрасное излучение, с которым люди познакомились более 200 лет назад, превращается в неотъемлемую технологию современной, энергоэффективной промышленности.