CC BY
67
МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 631.363
К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕЛИОСУШИЛОК ЗЕРНА
А.И. КУПРЕЕНКО, Х.М. ИСАЕВ, Е.М. БАЙДАКОВ ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Сформулирована и обоснована актуальность создания и внедрение технологии с использованием возобновляемых, альтернативных источников энергии. Представлена схема гелиоустановки для сушки зерна и описан рабочий процесс. Выявлены основные преимущества предлагаемой установки для сушки зерна по сравнению с существующими.
Ключевые слова: барабанная гелиосушилка, гравийный аккумулятор, энергозатраты, эффективность сушки.
Сушка является одним из широко распространенных технологических процессов в промышленном и сельскохозяйственном производствах. На сушку тратится около 15% добываемого в стране топлива, а на сушку зерна на хлебопекарных предприятиях тратится около 700 тыс. т топлива.
Сушка зерна является не только теплофизическим процессом, на который расходуется много тепла и энергии, но и технологическим процессом, при котором происходят необратимые физико-механические, коллоидно-физические изменения в зерне.
Как известно, в свежеубранном зерне продолжается процесс послеуборочного дозревания. Правильно организованная сушка позволяет ускорить этот процесс, а также способствует выравниванию влажности и степени зрелости зерновой массы, улучшению внешнего вида и технологических свойств зерна.
По своей природе зерно является коллоидным, а по структуре капиллярно - пористым телом со сложным химическим составом. При сушке зерна большое значение имеет не только температура нагрева зерна, но и продолжительность воздействия тепла.
Важнейшей характеристикой зерна является его теплофизические свойства. Исследования теплофизических характеристик единичного зерна и зернового слоя показали, что значения коэффициентов тепло- и температуропроводности для единичного зерна значительно отличаются от показателей для слоя того же зерна. Поэтому для быстрого нагрева всей массы зерна необходимо, чтобы в сушильной установке обеспечивался бы нагрев каждого отдельного зерна.
Все это определяет пути выбора необходимого режима техпроцесса для каждого объекта сушки. В общем виде можно так сформулировать требования, которым должен соответствовать режим сушки: сушка должна протекать с минимальными затратами энер-
гии, с максимальной скоростью удаления влаги при сохранении технологических свойств высушенного зерна.
Снижение энергетических затрат на сушку зерна и, прежде всего, топлива, наряду с повышением интенсивности влагоотдачи рассматривается как важнейшая задача при разработке новой технологии сушки и конструкций зерносушилок, а также при совершенствовании существующих. Любая модернизация сушилки может быть признана достаточно эффективной, если достигнуто сокращение удельных энергозатрат (при обязательном сохранения качества зерна).
Для досушивания зерна применяются сушилки различных типов со средним расходом топлива 100 кг/т или газа 70 кг/т и установленной мощности электродвигателей 50 кВт. В связи с этим весьма перспективным направлением является применения солнечной энергии в сельскохозяйственном производстве для послеуборочной сушки зерна.
По данным [1] энергоресурсы солнца на территории страны составляют 24,4*1015 кВт*ч/год, что в 12 тыс. раз превышает её энергопотребление. Годовая экономия энергии на 1 кВт установленной мощности при использовании солнечной энергии составляет от 0,07 до 0,09 т условного топлива, ветровой - 0,2. Плотность потока суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность при средней облачности составляет в день около 18,1 МДж/м2. Интенсивность суммарной радиации, изменяется в летний период в течение дня в зависимости от облачности от 0,13 до 0,8 кВт/м2. Так, например, в Москве вероятность прямой солнечной радиации в зимний период колеблется от 10 до 30% при суточной продолжительности 6-7 ч. В теплый период года вероятность инсоляции возрастает до 50% (продолжительность до 15 ч), что даёт реальную возможность использования солнечной энергии.
В южных районах России, в Восточной Сибири (Иркутск, Хабаровск, Чита, Улан-Удэ) характерной особенностью климата является высокая интенсивность солнечной радиации. Например, в Чите инсоляция в марте достигает 77% при 8-часовой продолжительности и весьма низкой температуре воздуха.
Использование простых гелиоколлекторов обеспечивает подогрев теплоносителя от 3 до 5 °С даже при малой интенсивности солнечной радиации, а этого достаточно для снижения относительной влажности воздуха от 15 до 25%.
Солнечная энергия вполне применима для низкотемпературной сушки зерна в пределах 50...600 северной широты европейской части страны, где ощущается нехватка естественной теплоты для этих целей. При этом наличие гравийного аккумулятора теплоты в гелиосушилке позволяет повысить эффективность сушилки в периоды недостаточного поступления солнечной радиации (рис. 1).
В известных конструкциях солнечных коллекторов высушиваемый материал подвергается прямому воздействию солнечных лучей, что приводит к ухудшению его качества, также не обеспечивается равномерное распределение нагретого воздуха по высушиваемому материалу, что снижает эффективность сушки.
Рис. 1. Барабанная гелиосушилка зерна
На основании анализа существующих конструкций гелиосушилок нами была создана и испытана барабанная гелиосушилка зерна (см. рис. 1), обеспечивающая в сравнении с напольной сушилкой и барабанной с электроподогревом воздуха одинаковую скорость сушки при значительном снижении энергозатрат на процесс.
Затраты электрической мощности составляют всего 0,2 кВт на вращение барабана (рис. 2) в отличие от напольной сушилки, имеющей установленную мощность 13 кВт.
Повышение эффективности гелиосушилки обеспечивается организацией движения воздуха в сушилке через гравийный аккумулятор тепла, наличием вертикального солнечного коллектора в виде вытяжной трубы, а также соплообразного дефлектора, позволяющих значительно усилить тягу в сушилке.
Конструкция сушилки обеспечивает сушку зерна и в ночное время за счет накопления в течение дня тепловой энергии в гравийном аккумуляторе и отдачи ее в ночное
время. Гравийный аккумулятор и увеличенная тяга в вытяжной трубе препятствуют образованию конденсата в сушилке и повышению влажности зерна в период дождей.
Рис. 2. Барабан и гравийный аккумулятор со стороны сушильной камеры
Это позволяет хранить в сушилке влажное зерно в течение такого периода без опасности его самосогревания.
Гелиосушилка состоит из входного коллектора с двойным прозрачным покрытием
3 2
1, гравийного аккумулятора тепла 2 с объёмом 0,5...0,75 м на 1 м площади коллектора (рис. 3). Аккумулятор тепла имеет перегородку 3, которая служит для организации прохода воздуха через гравий. Верхний зачерненный слой гравия служит тепловосприни-мающей поверхностью. Для усиления тяги установлен дефлектор 4 вытяжной трубы, представляющий собой вертикальный солнечный коллектор, образованный двойным прозрачным покрытием 5 и задней тепловоспринимающей стенкой 6. В сушильной камере установлены резиновые фартуки 7 и 8 для организации потока нагретого воздуха. Барабан 9 установлен в опорах и имеет крышки для загрузки - выгрузки зерна. В барабане имеются лопатки 10, с помощью которых происходит перемешивание продукта сушки. Для загрузки барабана сушильная камера имеет открывающие крышки 11 и 12. Барабан приводится во вращение двигателем через редуктор. От коллектора камера отделена сеткой 13.
Гелиосушилка работает следующим образом. Барабан (рис. 4) заполняется зерном на 3/4 своего объёма. Воздух снаружи поступает в сушильную камеру, проходя через зазор между прозрачным покрытием входного коллектора и поверхностью гравия, огибая
перегородку и подогреваясь. Избыток тепла воспринимает гравий. В камеру воздух входит через сетку 13. Фартуки 7 и 8 скользят по поверхности барабана и организуют поток воздуха так, как указано на рис. 3 снизу барабана через него и затем вверх в вытяжной коллектор, подогревается и устремляется вверх, образуя тягу. При наличии ветра тяга усиливается дефлектором, который также препятствует попаданию воды в камеру во время дождя.
При отсутствии солнца сушилка некоторое время работает за счет тепла, накопленного в гравийном аккумуляторе. Время сушки зависит от влажности зерна и солнечной активности. В яркий солнечный летний день 1 м коллектора может дать до 1 кВт тепловой мощности. При кратковременных летних дождях зерно в гелиосушилке укрыто от дождя, а сушка продолжается за счет тепла, накопленного в аккумуляторе. Устанавливают сушилку на асфальт, в грунт, но так, чтобы попадание воды внутрь коллектора было бы исключено, в том числе, и за счёт её поступления по причине влагопроницаемости грунта. При работе без аккумулятора на грунт укладывают, например, зачерненный шифер волнами поперёк потока, грунт накрывают пленкой, рубероидом и т.п., в том числе и перед засыпкой гравия.
Сушилка обеспечивает гарантированное высушивание партии зерна за 6...7 часов дневного времени и партии зерна за ночное время. Удельная нагрузка составляет до 100 кг
зерна на квадратный метр площади горизонтального солнечного коллектора. При этом обеспечивается сушка партий зерна, имеющих различную влажность. Отмечено также, что через два часа после сушки не наблюдается некоторого повышения влажности зерна, в
Рис. 4. Барабан с семенами зернобобовых культур
отличие от напольной сушилки и барабанной с электроподогревом воздуха.
Данную установку можно применять в сельскохозяйственных предприятиях, личных подсобных и фермерских хозяйствах. Сушилка не требует больших капитальных вложений, проста в обслуживании и эксплуатации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Севернев, М.М. Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве / М.М. Севернев. - М.: Колос, 1992. - 190 с.
ABOUT INCREASING EFFICIENCY OF HELIO GRAIN DRYER MACHINE A.I. KUPREENKO, H.M. ISAEV, E.M. BAIDAKOV The Bryansk State Agricultural Academy SUMMARY
Actuality of creation and introduction of technology with using renewed, of alternative energy sources has been validated and formulated. The helioplant diagram for grain drying has been presented. And besides the working process has been described. The main advantages of suggested installation for grain drying in comparison with existing have been exposed.
Key words: drum helio grain dryer, gravel accumulator, expenditure of energy, effectiveness of drying.
