Agro_popup_1354х

Сушка зерна: обойтись без газа

0 384

Текст: В. Ф. Сорочинский, ФГБНУ «ВНИИ зерна и продуктов его переработки» — филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН»

Как известно, просушивание зерна — важный завершающий этап всего производственного процесса. Его правильное проведение обеспечивает дозревание и долгое хранение, достижение необходимого класса и качества сырья. Однако данная операция является довольно ресурсозатратной, поэтому по-прежнему актуальной остается разработка более совершенного и эффективного оборудования.

Сегодня для сушки зерна колосовых, бобовых и семян масличных культур, а также кукурузы применяются различные конструкции стационарных и передвижных зерносушилок. Наиболее востребованы шахтные, жалюзийные, башенные, бункерные, ленточные, конвейерные и колонковые разновидности. Большинство из них могут работать как в прямоточном, так и в рециркуляционном режиме. При этом для сушки крупнозернистых культур, например кукурузы, бобовых, а также риса, пшеницы и ячменя, с успехом используются колонковые зерносушилки. Их отличают сравнительно простая конструкция и высокая монтажная готовность, позволяющая реализовывать модульный принцип увеличения производительности. Обычно такое оборудование является конвективным и может работать на жидком или газовом топливе. В последнем случае сушилки функционируют без теплообменника, поэтому зерно обрабатывается смесью воздуха с продуктами сгорания.

БАЗОВАЯ СИСТЕМА

Обычно сушильная и охладительная зоны колонковых зерносушилок образованы параллельно расположенными перфорированными колоннами с нагнетательными камерами между ними, куда подается агент сушки либо охлаждающий воздух. В этих высоких шахтах для повышения равномерности процесса и недопущения перегрева сырья установлены инверторы, с помощью которых гравитационно движущееся в колонне зерно периодически перемещается от места входа в слой агента сушки к выходу из него. Однако такая базовая конструкция, не разделяющая нагнетательную камеру на зоны, не предусматривает избавления от отработавшего охлаждающего воздуха и сушильного агента, что существенно снижает ее эффективность. Ранее было установлено, что для прямоточных зерносушилок, к классу которых относится и колонковая, без предварительного нагрева зерна, утилизации охлаждающего воздуха и отработавшего сушильного агента коэффициент полезного действия при косвенном или прямом нагреве не превышает 42 и 49,2% соответственно. При этом затраты теплоты составляют 5985 и 5110 кДж/кг испаряющейся влаги. Вместе с тем при осуществлении данной операции КПД машины можно увеличить в среднем до 56,9–64,5%, а расход теплоты снизить до 4418–3898 кДж/ кг жидкости соответственно.

1

Сегодня на рынке представлены различные колонковые зерносушилки. Так, в оборудовании СЗМ осуществлено традиционное решение по утилизации от отработавшего охлаждающего воздуха путем подачи его вентилятором для смешивания с атмосферой при направлении в теплогенератор. Однако при этом смесительная камера представляет собой отдельное устройство, что существенно увели­­­чивает габариты агрегата. Кроме того, при такой конструкции затруднена утилизация ненасыщенного сушильного агента. Схожую систему имеют модульные колонковые зерносушилки GSCOR. По данным специалистов компании-изготовителя, избавление от охлаждающего воздуха может привести к экономии топлива до 30%. Отличительной особенностью этих горизонтальных сушилок является установка вентиляционного оборудования снаружи нагнетательных камер, что позволяет им работать как на сжиженном и природном газе, так и на дизельном топливе. Однако чрезмерное увеличение длины зерносушилок при односторонней подаче агента и охлаждающего воздуха в нагнетательный отдел обусловливает неравномерную сушку и остывание сырья по длине горизонтальной камеры вследствие непропорционального распределения агента и воздуха.

2

ТЕХНИЧЕСКОЕ ИСПРАВЛЕНИЕ

Для решения существующих проблем и увеличения производительности были разработаны вертикальные колонковые зерносушилки с теплогенератором и расположенными в нижней части воздухонапорной камеры вентиляторами и горелками. Такая схема позволяет снизить материалоемкость за счет оптимальных планировочных решений. Например, вертикальная конструкция зерносушилки фирмы Brock обеспечивает равномерное движение зерна по колонке, оптимизирует систему распределения и утилизации охлаждающего воздуха, поступающего к горелке из внешнего пространства за счет разрежения, создаваемого центробежным или осевым вентилятором. По данным производителей, за счет избавления от такого воздуха возможно снижение энергозатрат на сушку до 25%. В созданной компанией DeLux конструкции вертикальной колонковой зерносушилки типа DS-DSB предусмотрена возможность утилизации не только использованного охлаждающего воздуха, но и частично сушильного агента из нижней части оборудования, что позволит, по мнению экспертов фирмы, уменьшить энергетические затраты на процедуру на 30–50%. При этом отработавшие воздух и агент сушки должны поступать во всасывающее отверстие вентилятора горелки, проходя через трапециевидные камеры-теплообменники, расположенные горизонтально в колонковой шахте.

Однако подобное техническое решение затрудняет контроль процесса сушки при необходимости одновременного осуществления регулировки расхода воздуха на горение и корректировки температуры нагрева и охлаждения зерна. Для исключения такой ситуации в конструкцию вертикальной колонковой зерносушилки были внесены изменения, связанные с установкой вентилятора для остывания сырья и разделения зон сушки и охлаждения. Они были отражены в оборудовании совместного производства АО «Мельинвест» и фирмы QED. В нем зона сушки, в свою очередь, делится на верхнюю, где сушильный агент, насыщенный влагой, выводится наружу, и нижнюю, откуда он утилизируется.

1. Расчетная схема зерносушилки с утилизацией сушильного агента и охлаждающего воздуха

ПОВЫШЕННАЯ ОПАСНОСТЬ

Практически все колонковые сушилки с горелкой, расположенной в воздухонапорной камере, работают на природном или сжиженном газовом топливе. Такое решение в целях снижения энергозатрат и повышения эффективности процесса в данной конструкции позволяет предусмотреть утилизацию охлаждающего воздуха и частично сушильного агента. Для этого они из нижней части сушильной зоны вентиляторами из зоны охлаждения и теплогенератора соответственно направляются в смесительную камеру, в которой создается разрежение под действием вентилятора горелки. По данным разработчиков, подобный механизм дает возможность утилизировать до 48% отработавшего ненасыщенного сушильного агента и весь использованный охлаждающий воздух. При этом согласно расчетам, основанным на технической характеристике машины MiniMax, которая является аналогом колонковой зерносушилки Astra, коэффициент полезного действия такого агрегата составил 68,8%. Вместе с тем расположение теплогенератора в воздухонапорной камере с открытым пламенем между шахтами резко повышает пожаро- и взрывоопасность сушилки из-за возможного возникновения искр от поступающего на утилизацию запыленного воздуха и сорной примеси, которую исключить из зерна полностью невозможно. Поэтому указанная конструкция работает только на газовом топливе и не предназначена для функционирования на жидком горючем вследствие значительного увеличения длины факела и дополнительного искрообразования.

НА ЛЮБОМ ТОПЛИВЕ

Для создания технологической схемы зерносушилки с утилизацией сушильного агента и охлаждающего воздуха при работе на жидком или другом виде горючего были проведены расчеты и подготовлена конструкторская документация. Далее изготовлялся сам агрегат и осуществлялись производственные испытания. Для проведения теплового и аэродинамического расчета была разработана схема колонковой зерносушилки, включающая перегородку, которая разделяет зону сушки с регулируемыми клапанами на верхнюю и нижнюю, причем смесительный отдел отгорожен от области охлаждения и соединен с первой зоной сушки воздухопроводом. Воздухонапорные камеры и теплообменник также разделены перегородкой между второй областью сушки и отделом охлаждения. Кроме того, в последнем установлен охлаждающий вентилятор, а сушильный — снаружи, то есть на выходе из теплогенератора.

Предварительный расчет проводился для зерна кукурузы, предназначенного для крахмалопаточной промышленности. Производительность зерносушилки составила 15 т/ч при температуре наружного воздуха 15ºС и его относительной влажности 60%. Влажность сырья на входе в агрегат равнялась 19%, после сушки — 14%, предельная температура нагрева достигала 45ºС, сушильного агента на выходе из теплогенератора — 120ºС. Сжигание дизельного топлива происходило в топке нагревательного аппарата, а просушивание зерна осуществлялось чистым воздухом, нагретым в теплообменнике. По результатам теплового расчета в соответствии с методикой для прямоточной зерносушилки были установлены объемный и массовый расход агента сушки и охлаждающего воздуха. Разработанное оборудование с выносным теплогенератором позволяло использовать жидкое или любое низкосортное топливо. Помимо этого, анализ позволил определить скорости фильтрации и аэродинамическое сопротивление охлаждающего воздуха и сушильного агента. Так, при их подаче в первую сушильную зону последний показатель возрастал при соответствующих габаритах аналога за счет установки в воздухонапорном отсеке смесительной камеры. Поэтому по результатам исследования было принято решение об увеличении высоты первой сушильной зоны до четырех метров. При этом скорость фильтрации воздуха в пересчете на живое сечение перфорированной решетки составило для отдела охлаждения, второй и первой сушильных зон 0,35, 0,5 и 0,7 м/с соответственно, а аэродинамическое сопротивление вентиляторов — 1160 и 1490 Па.

2. Структурная схема колонковой зерносушилки с утилизацией охлаж- дающего воздуха и сушильного агента с выносным теплогенератором

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Для осуществления практического тестирования разработанная колонковая прямоточная зерносушилка была установлена на предприятии СПК «Грудцыно», расположенном в Павловском районе Нижегородской области. Агрегат находился в составе сушильно-очистительного комплекса, имевшего предварительную очистку и шесть емкостей типа БВ-40 для оперативного размещения сырья перед сушкой. В ходе испытаний сырое зерно после предварительной очистки из таких бункеров норией производительностью 40 т/ч подавалось в надсушильную емкость и поступало в первую, а затем во вторую зону сушки. Обработанный материал проходил теплообменник и после остывания в охладительной зоне через разгрузочные устройства направлялся на скребковый транспортер, а затем с помощью нории перемещался в присушильные бункеры для отгрузки на склад. Чистый нагретый воздух из теплогенератора подавался во вторую сушильную зону, преодолевал слой зерна и после смешивания с отработавшим охлаждающим воздухом через теплообменник направлялся в первую сушильную зону, откуда насыщенный влагой выводился в атмосферу. Следует отметить, что в оборудовании предусмотрена возможность возврата сырья из него в надсушильный бункер в случае необходимости дополнительной обработки или сушки первой партии. Дизельное топливо в установку подавалось со склада ГСМ.

Испытания на предприятии проводились на зерне пшеницы с начальной влажностью до 19,1% при температуре атмосферного воздуха 6,9–13ºС и относительной влажности 83–93%. В ходе двух опытов данные значения в среднем составляли 7,8, 12,7ºС и 90% соответственно. Температура сырья до сушки равнялась 12,4–15,4ºС, после процедуры — 23,8–26,5ºС. Показатель сушильного агента в первой зоне достигал 89,4–90ºС, во второй — 108–109,5ºС. По параметрам атмосферного воздуха и этого агента были определены значения их влагосодержания и энтальпии, необходимые для дальнейших расчетов при сведении теплового баланса зерносушилки. После их утилизации из второй сушильной зоны и обработки сырья в первом отделе агент сушки на выходе из установки был практически полностью насыщен влагой, что свидетельствовало о высокой эффективности процесса.

3. Сводные данные результатов испытаний колонковой зерносушилки на жидком топливе

ХОРОШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

При обработке экспериментальных данных был осуществлен перерасчет производительности колонковой зерносушилки. В качестве норматива использовалась инструкция по сушке продовольственного, кормового сырья, маслосемян и эксплуатации подобного оборудования при снижении влажности зерна пшеницы на четыре и пять процентов, а также на плановую тонну при уменьшении данного показателя с 20 до 14%. В ходе анализа было определено, что объемные затраты воздуха на входе в теплогенератор и охлаждающий вентилятор составили 28 844 и 17 530 куб. м/ч, массовый расход — 35 358 и 21 422 кг/ч. Объемный расход агента сушки, измеренный на выходе из зерносушилки, равнялся 51 330 куб. м/ч, а массовый — 57 748 кг/ч. Также удалось установить, что данные производственных испытаний зерносушилки хорошо совпадали с расчетными значениями при снижении влажности зерна на пять процентов. Расхождение в 12,8 и 14,7% объяснялось незначительным пересушиванием сырья до 12,8 и 13,7% вместо предполагаемых 14% для обеспечения его безопасного хранения в сырую погоду. Погрешность сведения материального баланса по испаренной из зерна влаге и выносимой из зерносушилки с агентом сушки составила 2,4%. При этом отклонение теплового баланса агрегата по результатам испытаний оказалось равно 6,9%, что можно признать удовлетворительным.

Таким образом, результаты проведенных испытаний показали, что коэффициент полезного действия разработанной колонковой зерносушилки практически совпадал с соответствующим расчетным значением аналога — агрегата MiniMax, работающего на газовом топливе. То есть можно констатировать, что специалистами были сохранены оригинальные технические решения по утилизации отработавшего охлаждающего воздуха и агента сушки. Более того, сконструированная установка способна работать на любом виде топлива.

4. Результаты расчета параметров агента сушки и охлаждающего воздуха

Подписаться на статьи

Наши новости
Cпециальные предложения
Cобытия и конференции

Баннер_400х400_на_сайт_Page_2
Баннер_400х400_на_сайт_Page_2
Яндекс.Метрика

© 2013 Агробизнес. Ежедневное интернет-издание о новом поколении предпринимателей. Использование материалов Агробизнеса разрешено только с предварительного согласия правообладателей. Все права на картинки и тексты в разделе Новости принадлежат их авторам. Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18-ти лет.