CC BY
234
УДК 631.365.22
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЗЕРНОСУШИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
А.В. Авдеев
ОАО «Научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения» (ВИСХОМ, г. Москва)
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: зерносушилки; мобильные и стационарные сушилки; потребление энергии; сушильное отделение.
Аннотация: Дается аналитический обзор конструкций и характеристик зерносушилок, выпускаемых в России и за рубежом. Рассматриваются перспективы их развития.
Постоянное наращивание производства зерна в развитых зернопроизводя-щих странах тесно связано с созданной за многие десятилетия инфраструктурой хранилищ, которая базируется на четырех принципах:
- приспособленность предприятий к уборке урожая в течение непродолжительного времени на значительно рассредоточенной территории и к спросу (потреблению зерна), равномерному в течение года; в этом случае хранение кондиционного зерна - основа обеспечения равновесия между спросом и предложением, необходимого для нормального функционирования рынка зерновых;
- ограничение потерь убранного урожая до минимума (технически неизбежного) за счет сохранности зерна;
- обеспечение продовольственной независимости страны путем создания неприкосновенного запаса, исключающего перебои в снабжении зерном, при не урожаях и в чрезвычайных ситуациях;
- оптимизация использования транспорта на перебросках зерна с целью снижения себестоимости последнего.
Рыночный подход к производству (предложению) и реализации (сбыту) зерна с использованием изложенных принципов привел, например, во Франции к созданию (при поддержке государства) системной сети хранения зерна, состоящей из четырех объектов. Они оснащаются соответствующим образом: для хранения зерна у производителей (первый объект), базового первичного хранения продукции, собранной на месте производства зерна (второй), транзитного (элеваторы) хранения (третий) и хранения на предприятиях - переработчиках зерна (четвертый объект).
В Европе производством зерна занимаются как крупные предприятия, которые оснащаются мощными по производительности зерносушилками, так и фермеры. В то же время создаются новые небольшие предприятия, что предопределяет повышенный спрос на сушильно-складское оборудование малой мощности производительностью 1...5 т/ч. Большинство промышленных зерносушилок, эксплуатируемых в Европе, сушат зерно в вертикальном и горизонтальном слоях конвективным методом (табл. 1). Они подразделяются на периодические и непрерывного действия. Первые заполняются зерном, которое высушивается до кондиции (14 % влажности) при перемешивании или в неподвижном слое. Во вторых, зерно проходит через сушильную и охладительную зоны непрерывно.
Таблица 1
Основные конструкции зерносушилок, эксплуатируемых в Европе
Тип зерносушилки
Конструкция
Схема слоя
С вертикальным кольцевым слоем
С вертикальным ровным слоем
С горизонтальным перемещаемым слоем
Вертикальная поточная шахтная с коробами
Схема а. Мобильные сушилки (в основном итальянского производства) с вертикальным кольцевым слоем представляют собой два соосных цилиндра (внутренний и внешний) с перфорированными стенками (отверстия диаметром 1,5...2,5 мм). Сушилка снабжена размещенным по центру вертикальным шнеком для загрузки и выгрузки зерна. В процессе сушки теплота от теплогенератора направляется во внутренний цилиндр, затем пронизывает слой зерна и через наружный цилиндр отработанный агент сушки выбрасывается в атмосферный воздух. Сушилка имеет только одну температурную зону. Равномерность сушки достигается циркуляцией зерна с помощью транспортного устройства. Этот процесс требует значительных энергетических затрат. Так, для зерна кукурузы цикл работы сушилки (заполнение, сушка, охлаждение и выгрузка) при съеме влаги с 32 до 14 % составляет в зависимости от вместимости сушильной камеры 5.8 ч, что позволяет за сутки три-пять раз загружать сушильную камеру. Такие сушилки целесообразно эксплуатировать под навесом или в помещении. Привод рабочих органов
а
б
в
г
сушилок данного типа - от ВОМ трактора или электродвигателя. Рекомендуемая исходная влажность зерна не более 20 %.
Схема б. Это сушилки с вертикальным слоем постоянной толщины (в основном американского производства). Сушильная камера представляет собой колонку, образованную горизонтально соосно установленными внутренним коробом и наружным корпусом, изготовленными из перфорированного листа. В первый от теплогенератора нагнетается агент сушки, а через второй он удаляется в атмосферу, проходя через два вертикальных слоя, образованных пространством между коробом и корпусом. Загрузка и выгрузка зерна осуществляются двумя горизонтальными транспортерами. Сушилка имеет зоны сушки (в некоторых моделях две и более) и охлаждения, она может работать в циклическом и непрерывном режимах. Максимальная влажность исходного зерна пшеницы - 25 %. Производительность на зерне кукурузы при съеме влаги с 32 до 14 % составляет 2.8,5 т/ч. Такие сушилки рекомендуется эксплуатировать в помещении.
Схема в. Сушилки с горизонтальным перемешиваемым слоем (в основном хорватского, итальянского и немецкого производств) применяются, как правило, для высококачественной сушки семян зерна, тыквы и других сельскохозяйственных материалов высокой влажности и могут работать как в циклическом, так и в непрерывном режимах. Ширина горизонтального слоя 2.3 м, длина 4.16 м, высота 0,1.0,4 м (в зависимости от высушиваемого материала). Основание сушильной камеры - перфорированное металлическое полотно, на котором располагается высушиваемый материал. Через это полотно снизу в слой материала в зоне сушки нагнетается агент, а в зоне охлаждения - атмосферный воздух. Перемешивание зерна - лопастное по всей высоте слоя в соответствии с задаваемой программой. Некоторые модели сушилок снабжены двумя лопастными системами. При периодическом режиме сушки обеспечивается только перемешивание слоя, а при непрерывном - одновременно перемешивание и транспортирование зерна по длине сушильной и охладительной зон. На сушилках данного типа можно сушить зерно, мелкий лук, жмых и другие сельскохозяйственные материалы. Производительность по зерну кукурузы при съеме влаги с 32 до 14 % - от 0,7 до 5 т/ч. Рекомендуется устанавливать сушилки под навесом.
Схема г. Вертикальные шахтные поточные зерносушилки с коробами (в основном французского, финского, хорватского и немецкого производств) сконструированы по блочно-модульному принципу. Зерно в сушилках проходит сверху вниз между установленными в шахте коробами (подводящими и отводящими агент сушки) через сушильную и охладительную зоны. Равномерная сушка зерна за один проход обеспечивается даже при высокой его влажности. Конструкции таких зерносушилок имеют различные технологические возможности по рациональному использованию тепловой энергии. По высоте шахты имеется несколько температурных зон сушки, охладительные секции можно перевести в зону сушки, осуществляется рециркуляция отработанных атмосферного воздуха и агента сушки. Режим работы периодический или непрерывный. В целях пожаробезопасности зерно необходимо предварительно очистить. Производительность при сушке зерна кукурузы с 32 до 14 % влажности составляет 0,5.4,5 т/ч.
В последние годы у зернопроизводителей Европы в эксплуатации появились зерносушилки других конструкций, например силосные, в которых зерно сушится прогревом слоя высотой до нескольких метров. Слой находится в статическом состоянии или перемешивается с помощью вертикальных мешалок. Возможности этих сушилок весьма ограничены, а эффективное использование достигается при сушке зерна с исходной влажностью не более 17 %.
Сравнительный анализ перечисленных зерносушилок проведен в сопоставлении с сушилкой конструкции фирмы Бейпд (Хорватия). Выявлено, что сушилки малой производительности (до 2 т/ч) существенно уступают более производительным по исполнению и количеству элементов конструкции и комплектующим,
а также по качеству используемого материала. Однако при нормальных условиях эксплуатации фирмы-изготовители гарантируют срок их службы около 20 лет. Малые зерносушилки не имеют стандартных систем безопасности, очистки отходящего теплоносителя и воздуха, систем экономии теплоты, отсутствуют защитные устройства от возгорания зерна и вторичная защита для отключения теплогенератора. Технологически они мало отличаются от больших, особенно с вертикальным движением слоя зерна. Однако на них расходуется на 40 % меньше электроэнергии. Например, сушилка производительностью 2 т/ч в среднем потребляет около 8 кВт-ч/т зерна (для сравнения, при 20 т/ч - 12,5 кВт-ч/т). Уменьшение расхода электроэнергии в основном связано с отсутствием очистки отработанных теплоносителя и воздуха через циклоны. Данные о потреблении энергии приведены в табл. 2. Вынос из сушилок малой производительности пыли от зерна и мелких частиц (шелухи, половы и т.д.) наносит некоторый вред здоровью людей, находящихся в зоне их эксплуатации (в радиусе 15.20 м).
Таким образом, можно отметить следующие преимущества сушилок малой производительности:
- независимость хозяина сушилки, что позволяет организовать стабильное производство зерна и гарантировать сохранность его качества на длительное время;
Таблица 2
Потребление энергии зерносушилками малой производительности
Схема Тип зерносушилки Равномерность сушки Опасность перегрева Механические повреждения Потре( энер Электрическое, кВт-ч/т влажного зерна ление гии Тепловое, кДж/кг испаренной влаги
а С вертикальным кольцевым слоем Статистически хорошая, но с большой неравномерностью влажности отдельных зерен Высокая Значительное растрескивание и бой зерна вертикальным движущимся транспортером 10.14 5500. 6000
б С вертикальным ровным слоем Недостаточная; при высокой влажности зерна необходим дополнительный проход Высокая Не отмечены 5.7 5000. 5500
в С горизонтальным перемешиваемым слоем Хорошая Средняя Небольшие 9.11 5000. 5500
г Вертикальная проточная с коробами Хорошая Незначительная Не отмечены 4.5 3600. 5500
- увеличение занятости местного населения;
- обеспечение оптимального сочетания производства товарного и посевного материала;
- высокое качество зерна, гарантируемое сушилками схемы «г», при незначительных объемах партий;
- быстрый выход на оптимальный режим работы;
- сокращение затрат времени на монтаж, ремонт и техническое обслуживание сушилок;
- обеспечение оптимальной загрузки транспорта при отправке зерна на элеваторы.
В середине XX века в СССР была разработана первая «Система машин» для сельского хозяйства, в которой были определены номенклатура, типы и объемы производства разрозненной сельскохозяйственной техники для обработки урожая. В дальнейшем количество изделий в «Системе машин» увеличивалось, но осуществить регламентацию технологий, техники и оборудования для послеуборочной обработки и хранения зерна у производителя так и не удалось. Например, расчетный показатель съема влажности с зерна за один проход составлял 6 %. На практике это вызывало его многоразовые пропуски через зерносушилки, что существенно снижало их паспортную производительность, затягивало сроки уборки и приводило к значительным потерям урожая.
Специалисты ВИСХОМа с 1930 г. принимают непосредственное участие в разработке теории, создании и внедрении зерносушилок. За этот период создано и поставлено на производство около 25 моделей производительностью от 1 до 40 т/ч. Первую зерносушилку ЗСП-1,25 шахтного типа с коробами, спроектированную в ВИСХОМе, начали изготавливать в 1932 г. Производительность ее составляла 1,2 т/ч при съеме влаги за один проход 4.6 %. Топка, обслуживающая зерносушилку, работала на дровах, угле и соломе. Начало массового выпуска зерносушилок приходится на середину 50-х годов. Созданию современных конструкций предшествовали четыре этапа:
- разработка и освоение в производстве шахтных с коробами зерносушилок производительностью до 4 т/ч; поиск конструкции рабочих органов и компоновочных решений;
- разработка и освоение в производстве помимо шахтных, барабанных зерносушилок производительностью 4. 16 т/ч, создание семейства двух типов зерносушилок (4.8 и 16 т/ч) высокой унификации;
- модернизация - увеличение производительности зерно сушилок за счет оптимизации технолого-конструктивных решений, разработка новых сушилок ССТ-1,0 (для семян клевера) и СЗШ-40 (для зерна);
- поиск и постановка на производство зерносушилок, отвечающих региональным условиям, назначению высушиваемого зерна, экономическим возможностям зернопроизводителей и зарубежному техническому уровню.
В процессе реализации этих этапов сельское хозяйство получило стационарные и передвижные зерносушилки с встроенными и выносными охладителями, открытого исполнения и с установкой в здании. Построен их типоразмерный ряд (табл. 3), рассчитанный как на индивидуальное, так и на промышленно-индустри-альное производство зерна соответственно периодического и непрерывного действия.
За последние годы в ВИСХОМе созданы и поставлены на производство (рис. 1) зерносушилка СБВС-5 бункерного типа, бункера БВ-40А активного вентилирования, бункерное ОБВ-160А и сушильное ОСВС-5 отделения (изготовитель ОАО «Брянсксельмаш»), семейство зерносушилок открытого исполнения шахтного типа с коробами (изготовитель ОАО «Агропромтехника»), а также зер-ноочистительно-сушильный комплекс (заказчик НПФ «Российские семена»).
Таблица 3
Типоразмерный ряд зерносушилок
Класс зерносушилок Малая производительность, пл. т/ч Класс зерносушилок Средняя производительность, пл. т/ч Класс зерносушилок Высокая производительность, пл. т/ч
0,5 0,25/0,5 5,0 2,5/5,0 20 10/20
1,0 0,5/1,0 (7,5) 3,75/7,5 (25) -/25
(1,5) 0,75/1,5 10,0 5,0/10,0 (30) -/30
(2,0) 1,0/2,0 (12,5) 6,25/12,5 40 -/40
2,5 1,25/2,5 (15,0) 7,5/15,0 50 -/50
Примечание. В числителе — семена, в знаменателе — зерно; в скобках приведен класс зерносушилок малого спроса.
Семейство шахтных с коробами зерносушилок открытого исполнения разработано по блочно-модульному принципу проектирования (кратность модуля шахты по высоте 1 м). Набором таких модулей предприятие-изготовитель (ЗАО «Агро-промтехника») практически «закрывает» весь типоразмерный ряд зерносушилок. Кроме этого, данные сушилки (рис. 2) в зависимости от назначения и объема партии зерна, а также условий эксплуатации, могут работать по четырем технологическим схемам.
Эксплуатация поточной линии, на базе отмеченной сушильной техники, подтвердила ее расчетные и конструктивные возможности. Установлено, что на сушку и охлаждение в сушилке С-20 и бункерах БВ-40А на 1 т семян расходуется в среднем на 41 % жидкого топлива и 63 % электроэнергии меньше, чем при подработке семян на разрозненных машинах и оборудовании. Данный комплекс
Рис. 1 Сушильное отделение ОБВС-5:
1 - зерноочистительный агрегат ЗАВ-20; 2 - отделение бункеров активного вентилирования ОБВ-160А; 3 - сушилка высоковлажных семян СБВС-5
a) ^EL б) jn^ в) гт г) тх
а) б) в) г)
Рис. 2 Технологические схемы работы зерносушилок типа «С»:
1 - холодный воздух; --теплоноситель;-
М '1 ~ отработанный воздух; — отработанный теплоноситель
при ступенчатой температуре агента сушки: а - с рециркуляцией отработанного воздуха; б - без рециркуляции отработанного воздуха; в - при переводе зоны охлаждения в зону сушки, при одинаковой температуре агента сушки по зонам: г - при переводе зоны охлаждения в зону сушки. Зоны: 1 и 2 - сушки; 3 - охлаждения. Позиции: 1 - 7 - заслонки; 8 - топочный блок
Таблица 4
Перспективная номенклатура промышленной зерносушильной техники для рынка в России на 2001 - 2010 годы
Класс Производительность, т/ч (при съеме влаги с 20 до 14 %) Сезонная выработка, тыс. т Рекомендуемые назначение и применение Марка выпускаемых машин* (на 1 июня 2000 г.) Срок службы, лет Исходная влажность зерна**, %
I до 1 0,5.0,8 Обработка: малых партий семян; селекционных семян; зерна (небольшой объем) в хозяйствах - - -
II 2,0...2,5 до 1,5 Поточная обработка зерна и семян у производителя. Обработка зерна (небольшой объем) в хозяйствах С-2,5 СК-2,0 10 8 35 20
III 5,0...7,5 до 3,5 Поточная обработка зерна и семян у производителя С-5, С-7,5 СБВС-5 10 35
IV 10.15 до 3,5 Поточная обработка зерна и семян у производителя С-10, С-15 СБВС-5 10 35 20
V 25.30 до 15 Поточная обработка зерна у производителя и переработчика С-20, С-30 СБ-20 10 35
VI 40.50 25 и более Поточная обработка зерна у переработчика С-40, С-60 10 20
* - в числителе указаны машины, выпускаемые ОАО «Агропомтехника» (г. Киров), в знаменателе - ОАО «Брянсксельмаш»; ** - предельная для работы сушилки в потоке или поточном режиме.
может служить базовым прототипом для создания отечественных семенных линий или заводов для промышленного производства посевного материала.
Следует отметить, что в развитии конструкций промышленных сушилок наметились некоторые устойчивые тенденции. Для сушки зерна наибольшее распространение в мире получили шахтные с коробами сушилки открытого исполнения. Другие типы сушилок используются за рубежом, как правило, для сушки конкретных сельскохозяйственных материалов. Производительность циклических сушилок зависит от зернового объема. Использование блочно-модульного принципа проектирования позволяет фирмам-изготовителям поставлять на рынок широкую номенклатуру сушилок непрерывного и циклического действия как крупнотоннажных, так и средней и малой производительности. Особое внимание уделяется снижению топливопотребления и использованию альтернативных видов топлива (сжиженный газ, отходы растительного происхождения и т.д.). Зерносушилки оснащаются транспортными средствами, производительность которых превышает их собственную в 3-10 раз. Многие фирмы оборудуют свои сушилки более совершенными (по сравнению с отечественными) вентиляторами (их КПД, например, выше на 6.8 %). У нас вентиляторы обслуживают в основном приточную и вытяжную вентиляцию в зданиях и сооружениях. Увеличивается применение средств автоматизации управления процессом сушки, работой электродвигателей, транспортного оборудования и топок, а также контроля пожаробезопасно-сти и загрязнения окружающей среды.
Внедрение передового зарубежного опыта позволяет осуществить пятый этап техникоконструктивных разработок зерносушилок отечественного производства, заключающийся в повышении их технического уровня и приспособленности к конкретному виду зерна с учетом промышленного производства элитных семян. В этом случае перспективная номенклатура зерносушильной техники для рынка России может быть представлена в виде шести классов (табл. 4).
The State and Perspectives of Grain Drying A.V. Avdeev
Joint Stock Company "Scientific Research Institute of Agricultural Engineering" (VISKhOM, Moscow)
Key words and phrases: grain driers; transportable and stationary driers; energy consumption; drying chamber.
Abstract: Analytical review of design and features of grain driers produced in Russia and abroad is given. Perspectives of their development are considered.
Zustand und Perspektive der Entwicklung der Getreidedarretechnik
Zusammenfassung: Es ist die analytische Übersicht der Konstruktionen und der Charakteristiken von den im Rußland und im Außland erzeugenden Getreidedarren angegeben. Es werden die Perspektiven ihrer Entwicklung betrachtet.
Etat et perspectives du développement de la technique des séchoirs à céréales
Résumé: Est donnée la revue analytique des constructions et des caractéristiques des séchoirs à céréales fabriqués en Russie et à l'étranger. Sont examinées les perspectives de leur développement.
