CC BY
27
УДК 664.723.047
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОСУШИЛКИ АЭРОЖЕЛОБНОГО ТИПА В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕМ РЕЖИМЕ ЕЕ РАБОТЫ ПУТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШЕГО АГЕНТА СУШКИ
Михаил Станиславович Волхонов, д.т.н., профессор1 Игорь Борисович Зимин, к.т.н., доцент Иван Альбертович Смирнов1
1ФГБОУ ВПО «Костромская ГСХА», Россия, г. Кострома, Караваево ФГБОУВПО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки
Эффективное функционирование зерносушильных агрегатов в сельскохозяйственном производстве возможно только за счет снижения затрат тепловой энергии на единицу удаляемой влаги. Существенный энергосберегающий эффект в этом отношении достигается путем перевода зерносушилок на работу с рециркуляцией отработавшего агента сушки. Реализацию рассматриваемого энергосберегающего приема нами предлагается осуществить на зерносушилке аэрожелобного типа, оборудованной автоматически управляемой системой рециркуляции агента сушки.
Ключевые слова: зерносушилка; сушка зерна; энергосбережение; рециркуляция; отработавший агент сушки; клапан-смеситель.
Важнейшим условием эффективного функционирования зерносушильных агрегатов в сельскохозяйственном производстве является снижение затрат тепловой энергии на единицу удаляемой влаги. Существенный энергосберегающий эффект в этом отношении достигается путем перевода зерносушилок на работу с частичной или полной рециркуляцией отработавшего агента сушки [1].
Положительный опыт использования сушильных агрегатов с рециркуляцией отработавшего агента сушки накоплен в высокопроизводительных зерносушилках, применяемых в элеваторной промышленности. В частности, в Российской Федерации и странах СНГ на некоторых зерносушилках (например, «Це-линная-30», «Целинная-36», «Це-линная-40», А1-УЗМ-50, А1-ДСП-50 и др., в том числе в сушилках камерного типа) осуществляется ча-
стичная утилизация теплоты отработавшего агента сушки или охлаждающего воздуха. Кроме того, имеется положительный опыт по использованию отработавшего агента сушки при реконструкции зерносушилок РД-2х25, «Целинная» и ДСП-32ОТ, в которых отработавший в камере нагрева агент сушки возвращается в первую зону шахт или в шахту промежуточного охлаждения, в смесительную камеру топки [5].
Среди отечественных зерносушилок, работающих с рециркуляцией отработавшего агента сушки можно выделить сушильный агрегат С-30 (производитель ЗАО «Агро-промтехника», г. Киров). Применение в данной зерносушилке системы рециркуляции отработавшего агента сушки, совместно с теплоизоляцией сушилки, позволяет добиться существенного снижения расхода топлива (на 30% по сравнению с существующими аналогами).
В зарубежной практике лидерами по выпуску зерносушилок с рециркуляцией отработавшего агента сушки являются США, Франция и Швеция. Кроме того, в зерносушилках иностранного производства отработан вариант полной и частичной рециркуляции агента сушки. Примером в этом отношении является колонковая зерносушилка известной фирмы «Картер-Дей» (США), у которой предполагается проход агента сушки последовательно через три секции шахты. В этом случае агент сушки с максимально возможной температурой снимает влагу сначала
в нижней секции шахты, затем, несколько остыв, - в средней и, наконец, развернувшись, просушивает наиболее сырую массу в верхней секции. После этого он выбрасывается в атмосферу [6].
Технология сушки с повторным использованием отработавшего агента сушки осуществлена также на сушилках шведской фирмы «Свен-ска Флактфабрикен». Наружный воздух у этой шахтной сушилки просасывается вентилятором вначале через нижнюю охладительную камеру, затем, подогреваясь паровыми калориферами первой ступени, просушивает нижнюю сушильную камеру. Несколько увлажнившись и потеряв температуру, теплоноситель снова подвергается подогреву в калориферах второй ступени и направляется на сушку в верхнюю сушильную камеру. Как видим, эта схема позволяет легко регулировать необходимую температуру агента сушки (в том числе и разную для нижней и верхней сушильных камер), одновременно поддерживая на достаточном уровне его влагопоглотитель-ную способность [6].
По данным ученых Гришина М.А. и Атаназевича В.И. установлено, что частичная рециркуляция отработавшего агента сушки и охлаждающего воздуха обеспечивает экономию топлива в размере 5-10% [3].
Вариант рециркуляции отработавшего агента сушки успешно реализован на зерносушилках шведской компании-завода «TORNUM».
Благодаря технологии сушки в непрерывно смешанном воздушном потоке становится возможным установить оптимальный расход топлива, а использование рециркуляции отработавшего агента сушки позволяет сократить энергозатраты при сушке на 20-40%.
Во Франции фирмой «LAW» разрабатывается рекуперативная зерносушилка с использованием теплоты отработавшего агента сушки, который перед выбросом в атмосферу проходит через теплообмен-
ник, где отдает часть своей теплоты жидкости (гликолевой воде). Подогретая вода направляется в другой теплообменник, который находится на пути прохождения наружного воздуха, поступающего в сушилку, таким образом воздух частично подогревается, что снижает затраты топлива на сушку [4].
Систематизация основных технических решений по рациональному использованию отработавшего агента сушки приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Варианты рециркуляции отработавшего агента сушки
Анализ основных вариантов рециркуляции агента сушки показал, что наименее затратным в условиях рыночных отношений является способ, заключающийся в комбинированном использовании отработавшего агента сушки и наружного возду-
ха. Реализацию данного технического решения рассмотрим на примере системы рециркуляции зерносушилки аэрожелобного типа (рисунок 2), рабочий процесс которой был подробно рассмотрен нами в работе [7].
в окружающую среду
20
17
"О
п-ст
=> - зерновой поток; —^ - агент сушки; ► - легкие примеси; —> - отработавший и очищенный агент сушки
1 - шахта; 2 - надсушильный бункер; 3 - загрузочная горловина; 4 - верхняя газораспределительная решетка; 5, 7, 13, 16 - воздухоподводящий короб; 6 - окно вытяжное; 8 - глухая перегородка; 9 - камера падающего слоя; 10 - вентилятор; 11 - выпускное устройство; 12 - подсушильный бункер; 14, 15 - газораспределительная решетка; 17 - теплогенератор; 18 - циклон; 19 - вентилятор; 20 - неподвижная заслонка; 21 - подвижная заслонка; 22 - патрубок; 23 - камера смешивания; 24 - датчик температуры и влажности Рисунок 2 - Технологическая схема работы рециркуляционной аэрожелобной зерносушилки СЗША-4
В процессе работы аэрожелоб-ной зерносушилки СЗША-4 отработанные потоки сушильного агента через окна 6 в стенках шахты 1 поступают в систему рециркуляции (с помощью вентилятора 19) для повторного использования. Проходя через систему рециркуляции, агент сушки очищается от легких примесей (пыли, мелких сухих фракций) в циклоне 18 и подается для повторного подогрева в теплогенератор 17. Контроль за кратностью использования (рециркуляцией) сушильного агента осуществляется по его относительной влажности и температуре на выходе из сушильной камеры при помощи мультиметра с чувствительным элементом, установленным в клапан-смеситель (расположен между циклоном и теплогенератором). В случае достижения отработавшим агентом сушки значений относительной влажности и температуры, превышающих допустимые пределы, автоматически включается в работу клапан-смеситель, установленный на обратном трубопроводе, и отработавший агент сушки смешивается с наружным воздухом.
Работа клапана-смесителя может осуществляться в трех режимах [2]:
• «Многократное использование агента сушки» будет присутствовать при начале работы сушилки и в первые моменты после полной замены
отработавшего агента сушки (рисунок 3, а). Через патрубок 22 в камеру смешивания 23 нагнетается частично отработавший агент сушки, прошедший через сушилку, и сразу же направляется в теплогенератор.
• «Частичная замена агента сушки». Режим характерен для нормальной работы сушилки. Отработавший частично воздух нагнетается в камеру смешивания 23, где часть его сбрасывается в окружающую среду, а оставшаяся часть поступает в теплогенератор. Одновременно из окружающей среды поступает порция свежего воздуха, которая также направляется в теплогенератор.
• «Полная замена агента сушки». Сушилка будет работать, когда насыщение агента сушки влагой будет выше критического значения. Агент сушки полностью себя вырабатывает и сбрасывается в атмосферу, одновременно в теплогенератор поступает свежий воздух.
Управление работой клапана-смесителя осуществляется с помощью микроконтроллерной системы управления.
Положение подвижной заслонки 2, устанавливаемое с помощью автоматической системы управления, зависит от температуры и влажности частично отработавшего агента сушки, подаваемого в клапан-смеситель 4, и атмосферного воздуха.
Теоретические предпосылки, выполненные в виде теплового расчета зерносушильного агрегата, а также лабораторные исследования рециркуляционной аэрожелобной зерносушилки, показали, что в случае применения в конструктивной схеме зерносушилки рециркуляции агента сушки возможно снижение общих удельных энергозатрат (на испарение влаги и привод вентилятора) на 18-20%. Автоматизация управления процессом смешивания отработавшего агента сушки с наружным воздухом способна обеспечить дополнительное снижение энергозатрат на 3-5%.
На основании результатов теоретических и лабораторных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что предлагаемые нами технические решения по совершенствованию конструктивной схемы зерносушилки аэрожелобного типа способны обеспечить снижение энергоемкости сушки зерна, что имеет важное значение для эффективного функционирования технологической схемы по послеуборочной обработке зерна в условиях рыночных отношений. В настоящее время на конструкцию клапана-смесителя подана заявка на патент РФ.
Рисунок 3 - Режимы работы клапана-смесителя
На дальнейшем этапе предполагается проведение
производственных испытаний
модернизированной аэрожелобной зерносушилки для выявления эффективности функционирования системы рециркуляции агента
сушки, в зависимости от большого количества случайных факторов (вид зерновой культуры, исходная влажность зерна, температура и относительная влажность наружного воздуха и т.д.), а также рабочих режимов зерносушильного агрегата.
Список литературы
1. Волхонов М.С. Обоснование и совершенствование процессов и аэрожелобных устройств для послеуборочной обработки зерна: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. - Защищена 25.04.2008. - Кострома: КГСХА, 2008. - 480 с.
2. Разработка автоматизированной системы управления камерой смешивания аэрожелобной сушилки / М.С. Волхонов, И.А. Смирнов, С.Л. Габалов и др. // Актуальные вопросы аграрной науки и научное обеспечение АПК: материалы Межд. науч.-практ. конф. - Великие Луки: ВГСХА, 2014. - С.192-195.
3. Гришин М.А. Установки для сушки пищевых продуктов / М.А. Гришин, В.И. Атаназевич, Ю Г. Семенов. - М.: ВО Агропромиздат, 1989. - 216 с.
4. Малин Н.И. Энергосберегающая сушка зерна / Н.И. Малин. - М.: КолосС, 2004. - 240 с.
5. Комышник Л.Д. Эксплуатация рециркуляционных зерносушилок / Л.Д. Комышник, А.П. Журавлев, Н.Г. Ре-вера. - М.: Агропромиздат, 1986. - 232 с.
6. Щепилов Н.Я. Проектирование поточных линий и зерноочистительно-сушильных комплексов / Н.Я. Щепилов. -Великие Луки: Издательский центр ВГСХА. - 1999. - 180 с.
7. Зимин И.Б. Рациональная технология утилизации отработавшего воздушного потока в охладителях зерна аэродинамического типа / И.Б. Зимин //Известия В еликолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - №2. -С.2-7.
E-mail: igzimin@yandex.ru
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, Великолукская ГСХА. Тел.: (81153) 7-16-22
