Научная статья на тему 'Повышение энергетической эффективности процесса сушки зерна в условиях фермерских хозяйств'

Повышение энергетической эффективности процесса сушки зерна в условиях фермерских хозяйств Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
275
118
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СУШКА ЗЕРНА / ЭНЕРГОЗАТРАТЫ / МИНИ-ЗЕРНОСУШИЛКА / ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / ФЕРМЕРСКОЕ ХОЗЯЙСТВО / GRAIN DRYING / ENERGY CONSUMPTION / MINI-GRAIN-DRYER / ENERGY EFFICIENCY / FARM ENTERPRISE

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Курдюмов Владимир Иванович, Павлушин Андрей Александрович

Рассмотрены современное состояние организации производства зерна и требования в области обеспечения энергоэффективности сельскохозяйственного производства. Выявлены основные направления по снижению энергоёмкости процесса сушки зерна. Предложена энергоэффективная мини-зерносушилка для фермерских хозяйств. Особенностями её конструкции являются электроконтактный способ передачи теплоты и составной цилиндрический кожух. Производственная апробация разработанной установки показала, что при сушке зерна пшеницы съём влаги за один проход составил примерно 5%, а температура зерна на выходе из сушильной установки не превышала 40°С, при этом затраты теплоты на 1 кг испарённой влаги составили 3,25 МДж, средняя температура греющей поверхности – 60°С. Продовольственные и семенные показатели зерна при заданном температурном режиме не снизились.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Курдюмов Владимир Иванович, Павлушин Андрей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENERGY EFFICIENCY ENHANCEMENT IN THE PROCESS OF GRAIN DRYING UNDER THE CONDITIONS OF FARM ENTERPRISES

The modern situation with grain production organization and the demands in the field of efficient energy provision of farm production are considered in the article. The major trends to reduce the energy consumption in the process of grain drying have been revealed. The energy-saving mini-grain-dryer for farm enterprises is suggested. The main construction features of the dryer are the electro-contact way of heat transmission and the compound cylindrical outer shell. The production testing of the unit designed demonstrated that during the process of wheat grain drying the rate of moisture exhalation per one machine run was about 5%, the grain temperature at the moment of its exit from the drying machine was about 40°C, with heat consumption per 1 kg of evaporated moisture being 3.25 MДж, and the average heating surface –60°C. The food and seed indices of grain at the given temperature regime were not reduced.

Текст научной работы на тему «Повышение энергетической эффективности процесса сушки зерна в условиях фермерских хозяйств»

Повышение энергетической эффективности процесса сушки зерна в условиях фермерских хозяйств*

В.И. Курдюмов, д.т.н., профессор, А.А. Павлушин,

к.т.н., Ульяновская ГСХА

В настоящее время в Российской Федерации действует Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Также правительством разработана и принята государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 г.». Все эти правовые акты направлены на повышение энергетической эффективности производства и снижение энергоёмкости валового внутреннего продукта Российской Федерации к 2020 г. не менее чем на 40%.

Основным показателем энергоэффективности производства сельскохозяйственной продукции является его энергоёмкость, то есть удельные затраты энергии на производство единицы продукции.

Важная научная задача в области энергосбережения — разработка и внедрение в сельскохозяйственное производство энергоэффек-

тивных технологий и соответствующих средств механизации.

Кроме того, согласно государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013—2020 гг., одним из приоритетных направлений является развитие малых форм хозяйствования - крестьянских (фермерских) хозяйств [1].

В настоящее время в нашей стране уже функционируют свыше 300 тыс. К(Ф)Х, валовой сбор зерна в которых достигает 3,5-106 т.

Однако обеспечение требуемого уровня рентабельности производства зерна сельхозпредприятиями подобного типа возможно лишь при использовании энергоэффективных установок для послеуборочной обработки зерна.

Одна из наиболее энергозатратных операций в цикле послеуборочной обработки зерна - его сушка. Примерно 20% от всего потребления энергии в агропромышленном комплексе развитых стран приходится на этот процесс.

Таким образом, создание и адаптация средств механизации сушки зерна к условиям реального сельскохозяйственного производства в

* Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских учёных МК-2516.2012.8

России является актуальной и важной научнотехнической проблемой.

Для эффективной работы фермерских хозяйств необходимы мини-зерносушилки, конструкция которых обеспечивала бы требуемое качество готового продукта, сравнительно небольшие затраты энергии при эксплуатации в фермерских хозяйствах.

Следует отметить, что на протяжении всей истории развития средств механизации сушки зерна требовалось создавать установки большой производительности, в которых энергоэффективным было применение конвективного способа подвода теплоты. Использование же контактного способа нагрева зерна не обеспечивало приемлемых энергетических показателей. Однако эксплуатация существующих высокопроизводительных зерносушилок конвективного типа экономически неэффективна в условиях фермерских хозяйств.

Накопленный опыт показывает, что создание мини-зерносушилок возможно на основе применения контактного способа передачи теплоты зерну от электрического нагревательного устройства.

Создание огневых мини-зерносушилок является малорациональным направлением развития зерносушильной техники из-за невозможности организовать на низкопотенциальном уровне тепловые конвекционные процессы. Поэтому основным способом нагрева зерна в минизерносушилках должен быть электрический как достойная альтернатива традиционным способам подвода теплоты к объекту сушки.

Суммарные затраты теплоты X Q, МДж, в зерносушилках конвективного типа слагаются из следующих составляющих [2]:

X Q = а + Q2 + Qз + Q4 + Q5, (1)

где 0 — затраты теплоты на нагрев и испарение влаги из зерна, МДж;

02 — потери теплоты с выбрасываемым в атмосферу агентом сушки, МДж;

03 — потери теплоты в окружающую среду (через нагретые поверхности), МДж;

04 — затраты теплоты на нагрев транспортирующих рабочих органов, МДж;

05 — потери теплоты вследствие неполного сгорания топлива (механический или химический недожог), МДж.

Использование электрических зерносушилок с контактным способом подвода теплоты к зерну позволяет освободиться от потерь теплоты с выбрасываемым в атмосферу агентом сушки, потерь теплоты вследствие неполного сгорания топлива, а также минимизировать потери теплоты в окружающую среду при обеспечении качественной теплоизоляции греющей поверхности зерносушилки.

Так как теплота на нагрев транспортирующих рабочих органов в зерносушилках контактного типа затрачивается лишь в период запуска (прогрева) зерносушилки, а затем нагретые рабочие органы начинают выполнять функции греющей поверхности, то основная часть теплоты в процессе сушки зерна в зерносушилке контактного типа затрачивается на нагрев зерна и удаление из него влаги.

В общем виде удельный расход теплоты, МДж/кг, на нагрев зерна и испарение из него влаги можно представить в виде:

СС

2 = 10-б—{г, - г0), (2)

с

где О - количество зерна, выходящего из зоны сушки, кг/ч;

С - теплоёмкость зерна при выходе из зоны сушки, Дж/(кг-°С);

Щ - количество испарённой влаги, кг/ч; ґ0, ^ - температура зерна соответственно на входе в сушильную камеру и на выходе из неё, °С.

Таким образом, зная температуру зерна до и после сушки, разовый влагосъём, а также пропускную способность зерносушилки, можно рассчитать требуемые затраты теплоты на процесс сушки зерна в зерносушилках с контактным способом подвода теплоты.

Рассмотренные выше положения послужили основой для создания энергоэффективной установки для сушки зерна для фермерских хозяйств [3].

Особенностями конструкции предложенной установки являются электроконтактный способ передачи теплоты и составной цилиндрический кожух (рис. 1).

Составные части кожуха снабжены индивидуальными нагревательными элементами и разделены между собой разделительными кольцами, выполненными из теплоизолирующего материала. Транспортирующий рабочий орган выполнен в виде шнека с перфорированными витками, причём диаметр перфорации витков шнека не превышает минимального размера зерна. Кроме того, установка снабжена охлаждающим устройством, включающим в себе вентилятор и воздуховод, соединённый с внутренней полостью кожуха за выгрузным окном.

Такое конструктивное исполнение установки позволяет быстро прогревать зерно и поддерживать его температуру в пределах, которые не снижают посевных или технологических качеств зерна.

Применение данной установки позволяет снизить удельную энергоёмкость процесса сушки зерна, улучшить качество готового продукта.

Производственная апробация разработанной установки для сушки зерна в условиях

Рис. 1 - Установка для сушки зерна:

1 - кожух; 2 - теплоизолирующий материал; 3 - загрузочный бункер; 4 - выгрузное окно; 5 - шнек с перфорированными витками; 6 - вентилятор; 7 - воздуховод; 8 - привод транспортирующего рабочего органа; 9 - отверстия; 10 - нагревательный элемент; 11 - разделительные кольца

фермерских хозяйств Республики Чувашии, Ульяновской и Самарской областей (рис. 2) подтвердила её высокую эффективность.

Было выявлено, что при сушке зерна пшеницы съём влаги за один проход составил примерно 5%, а температура зерна на выходе из сушильной установки не превышала 40°С, при этом затраты теплоты на 1 кг испарённой влаги составили 3,25 МДж, средняя температура греющей поверхности — 60°С. Заданный температурный режим не приводил к снижению продовольственных и семенных показателей зерна. Полученные данные свидетельствуют о достаточной эффективности процесса сушки в предложенной установке.

Часть данных, полученных при проведении производственных исследований установки, приведена в таблице.

Показатели работы установки контактного типа при сушке зерна пшеницы

Рис. 2 - Фрагмент технологической линии по послеуборочной обработке зерна:

1 - установка контактного типа; 2 - приборы контроля температурного режима; 3 - комплект приборов для контроля энергетических показателей; 4 - спиральновинтовой транспортёр; 5 - сортировальная машина

Показатель Значение показателя Откло- нение, %

тео- рия экспе- римент

Пропускная способность, т/ч 0,25 0,239 -4,4

Потребляемая мощность, max, кВт 2,1 2,15 4,5

Средняя температура греющей поверхности, °С 60 60 -

Экспозиция, с 74 76 2,7

Использование предлагаемого средства механизации в условиях фермерских хозяйств позволит снизить удельные затраты энергии на процесс сушки зерна в 1,3 раза по сравнению с существующими отечественными аналогами (СЗПБ-2,5 и ПУФС-0,4) при обеспечении высокого качества готового продукта. Экономический эффект превышает 100 руб. на тонну продукта.

Таким образом, для сушки зерна в условиях фермерских хозяйств наиболее приемлемым вариантом является использование минизерносушилки с контактным способом подвода теплоты к обрабатываемому материалу непрерывного действия, технологическая схема и конструкция которой обеспечивают высокий процент съёма влаги с сохранением качественных показателей высушиваемого зерна.

Литература

1. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы. М.: МСХ РФ, 2012. 204 с.

2. Малин Н.И. Энергосберегающая сушка зерна. М.: КолосС, 2004. 240 с.

3. Патент RU № 2323580. Устройство для сушки зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко. Опубл. 10.05.2008. Бюл. № 13.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.