Оценка эффективности использования рапсового масла в качестве топлива в зерносушилке Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Библиографический список

1. ГОСТ Р 51901.1-2002 «Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем».

2. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных процессов. РД 03-418-01. — М.: Госгортехнадзор РФ, 2001.

3. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1969.

4. Браун Д.Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности: пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1979.

5. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. — М.: Наука, 1980.

6. Борисов А.Н., Крумберг О.А., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечеткой логики. Примеры использования. — Рига, 1990.

+ + +

УДК 631.365.22 Н.А. Селиванов

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАПСОВОГО МАСЛА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА В ЗЕРНОСУШИЛКЕ

Ключевые слова: тепловой расчет, зерносушилка, рапсовое масло, альтернативное топливо, снижение затрат.

Введение

В последние годы намечается устойчивый рост к энергетическому использованию в топочных агрегатах зерносушилок с.-х. назначения и в промышленных котельных установках биологического топлива: животного жира, растительного и рапсового масла, глицерина. Это связано с объективной необходимостью радикального снижения выбросов СО2 в атмосферу из-за парникового эффекта и постоянного роста цен на традиционное нефтяное топливо: природный газ, дизельное топливо и нефтяной мазут [1, 2].

Цель — найти удельный расход рапсового масла и оценить его эффективность использования в качестве топлива при применении в зерносушилке.

Задачи: составить расчетную схему зерносушилки; на основании расчетной схемы сделать тепловой расчет зерносушилки и определить удельный расход рапсового масла; оценить эффективность использования топлива рапсового масла в зерносушилке.

Метод расчета

Тепловой расчет выполняется графоаналитическим методом. Он включает в себя построение на і-^-диаграмме: а) процесса нагрева воздуха при смешивании его с продуктами сгорания топлива; б) процессов изменения состояния агента сушки в сушильных зонах или воздуха в зоне охлаждения; в) определение расходов агента сушки, теплоты и топлива на сушку и расходов воздуха [3].

Данный метод расчета основан на материальном и тепловом балансах сушильных зон и зоны охлаждения.

В расчете примем следующие обозначения основных величин: і — температура воздуха и агента сушки, °С; 9 — температура зерна, °С; ф — относительная влажность воздуха и агента сушки, %; ^ — влагосо-держание воздуха и агента сушки, %о; w — влажность зерна (на общую массу), %; J — энтальпия воздуха и агента сушки, кДж/кг; П — производительность сушилки, т/ч; G — масса зерна, проходящего за 1 ч через зерносушилку, т; W — масса испаренной влаги.

Буквенные обозначения будем отмечать верхним и нижним индексами. Нижние индексы: «0» — параметры наружного воздуха, «1» — величины на входе в сушилку, «2» — на выходе из нее. Верхние индексы ', '', ''' присваиваем величинам, относящимся, соответственно, к первой и второй зонам сушки и третьей зоне (охлаждения).

Данные для расчета. Примем:

- топливо — рапсовое масло;

- на сушку поступает культура — пшеница продовольственного назначения с нормальной клейковиной;

- влажность зерна на входе и выходе составляет 20 и 14% соответственно.

Составим расчетную схему сушилки (рис. 1).

Температуру агента сушки на входе выбираем согласно режимам сушки зерна в зависимости от культуры, качества, назначения, начальной влажности зерна и типа зерносушилки. Элементарный состав топлива выбираем из [4, с. 162] (табл. 1).

Рис. 1. Расчетная схема сушилки с обозначением параметров и расходов

Таблица 1

Элементарный состав рапсового масла

Ср Нр Sр N + Ор Wр

77,5 11,6 0,0 10,9 0,0

Таблица 2

Исходные данные для теплового расчета сушилки

Величина Единица измерения Числовое значение Величина Единица измерения Числовое значение

П т/ч 32 ^1 °С 130

*0 °С 5 °С 150

Фо % 60 Я>2 ' % 75

< % 20 Я>2 " % 50

2 % 17 І 2 °С 20

2 > = > % 15 4 ос. = Я-" о. с. кДж/кг 10

^"'2 % 14 Ч"'ос. кДж/кг 25

°С 3 Я3+Я4 - 0,01

= 1 °С 35 Я5 - 0,04

и °С 50 QP кДж/кг 37,1 103

вГ °С 12

Снижением влажности зерна по зонам первой зоны и зоны охлаждения, парамет-

сушилки, температуры зерна на выходе из рам состояния агента сушки и наружного

воздуха на выходе из сушилки зададимся на основе опыта эксплуатации шахтных прямоточных зерносушилок.

Потери теплоты в окружающую среду дос по зонам можно рассчитать по формулам теплопередачи, определив площадь ограждений сушилки из ее предварительного эскиза. Благодаря тепловой изоляции и малой удельной поверхности сушилки величина до.с очень мала. Потери теплоты в топке принимают на основе справочных данных

[3].

Составляем сводную таблицу исходных данных для теплового расчета сушилки (табл. 2).

Расчет. Масса сухого воздуха при полном сгорании 1 кг топлива определяется по формуле:

£ = О,( - я).

q ■ o,23oT, + T-)■

j- терм 4-І -л- L'

(б)

c

Mi -1o)

(1)

где Cp — средняя удельная изобарная теплоемкость сухого воздуха, равная 1,01 кДж/(кг-К).

Влагосодержание агента сушки на входе в сушилку определяется по формуле

d i ■ do +ioooW, (2)

Lt

где Wt — количество водяного пара, образующегося при сгорании 1 кг топлива, кг:

W, ■9H'+W' • (3)

vy t 100

Построим на J-d-диаграмме линию процесса смешения воздуха с топочными газами (рис. 2). Откладываем найденные значения влагосодержания d0, d,', d,'' проводим соответствующие им линии постоянного влагосодержания и изотермы t,' и ti" .

Точка А пересечения линий t0 , р0 и d0 характеризует состояние наружного воздуха. Точки B' и B" пересечения линий характеризуют состояние агента сушки на входе, соответственно, в первую и вторую зоны сушки.

Удельные затраты теплоты на нагрев зерна в зонах сушки представляются в виде

qnp w С-02 W Cl0i ■

C202 - Ci0i

Wi- W2 Wi- W2

(4)

а разность добавлений и затрат теплоты

а = а -\а + а + а ), (5)

-І Д '-І пр -І о.с -I терм'

где цтерм — теплота, затраченная на повышение внутренней энергии агента сушки вследствие неизобарности процесса, определяется по следующей формуле:

где Т1 — температура агента сушки при поступлении в сушильную камеру, К;

Т2 — температура отработавшего агента

сушки, К.

гПо

Рис. 2. Построение процессов и расчеты при помощи J-d-диаграммы

Затраты теплоты цтерм, вызванные неизо-барностью процесса, определяются для зон сушки. В зоне охлаждения цн мала и ею пренебрегаем.

Переходим к построению процессов изменения состояния агента сушки и наружного воздуха на 7^-диаграмме. Методика данных построений берется из [3, с. 17-18].

Находим удельные затраты теплоты на испарение влаги:

, J LAF

q ■ i000^

(7)

М' й LcD

где Мj и Md — масштабы энтальпии и влагосодержания на 7^-диаграмме;

1-АР — длина отрезка АР;

-сс — длина отрезка CD.

Для того чтобы найти общие затраты, надо определить массу испаренной влаги и массу зерна, проходящего через сушилку за 1 ч ее работы.

Таблица 1

Результаты теплового расчета

Параметры Числовые значения

для первой зоны сушки для второй зоны сушки для зоны охлаждения

Влагосодержание агента сушки dl, %% 7,27 7,86 -

Масса сухого воздуха при полном сгорании 1 кг топлива Ц, кг/кг 282,107 243,197 -

Удельные затраты теплоты на испарение влаги ц, кДж/кг 6363,085 6027,329 -

Удельные затраты сухого агента сушки и наружного воздуха на испарение влаги 1, кг/кг 46,633 38,063 275,330

Массовый расход агента сушки и наружного воздуха -, кг/ч 53937,07 27623,57 96442,14

Расход теплоты на сушку О, кДж/кг 7,359-106 4,374-106 -

зерносушилки, использующей рапсовое масло в качестве топлива.

3. Найден удельный расход рапсового масла при снижении влажности продовольственного зерна с 20 до 14%, который составляет 2,49 кг/т.

Библиографический список

1. Марченко А.П., Семенов В.Г., Семенова Д.У., Лшьков О.Ю. Исследование физико-химических показателей альтернативного биотоплива на основе рапсового масла // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. — 2000. — Вып. 101. — С. 159-163.

2. Лозицкий Д.Н., Соколов Б.А. Альтернативное котельное топливо: энергетиче-

ское использование биологического топлива в промышленных котельных установках // Энергослужба предприятия. — 2008. — № 2.

— С. 38-41.

3. Жидко В.И., Резчиков В.А., Уколов В.С. Зерносушение и зерносушилки: учеб. пособие для высш. учеб. заведений. — М.: Колос, 1982. — 289 с.

4. Демский Н.В. Повышение эффектив-

ности процесса сушки зерна в шахтных зерносушилках: дис. ... канд. техн. наук:

05.20.01.; Краснояр. гос. аграр. ун-т. — Красноярск, 2008. — 153 с.

+ + +

Найдем расход теплоты Q на сушку:

0 = чЖ. (8)

Составим таблицу результатов теплового расчета (табл. 3).

Расход условного топлива Ву на сушку определим из теплового баланса сушилки с учетом химического и механического недожога топлива:

в _--------------\------------). (9)

^у 7000 • 4,1868(1 - дз - д4 - д)

Удельный расход условного топлива Ьу:

Ь _ в. (10)

Удельный расход рапсового масла ь :

_ ь у_. (11)

Ьрм ^р

^Н

Удельный расход рапсового масла составил 2,49 кг/т. При тех же входных параметрах удельный расход дизельного топлива составляет 2,04 кг/т.

Выводы

1. Составлена расчетная схема прямоточной зерносушилки.

2. Найдены теплоэнергетические параметры (такие как расход теплоты на сушку в каждой зоне), необходимые для определения основных геометрических параметров