Влияние конструктивных особенностей зерносушилок на процессы сушки и охлаждения зерна

23.06.2015

Как свидетельствует практика проектирования, сушильные и охладительные камеры большинства (за редким исключением) зерносушилок имеют одинаковые конструктивные особенности, хотя в них протекают совершенно различные процессы. В связи с этим имело смысл проанализировать конструктивные особенности зерносушилок с позиций комплексного воздействия их на все процессы, характерные для сушки зерна и, в частности, на такие негативные явления, как пересушивание и перегрев, либо, наоборот, недосушивание и недогрев зерна, а также недостаточное охлаждение просушенного зерна.
Свидетельством отмеченных недостатков могут служить нижеприведенные данные о неравномерности нагрева и охлаждения зерна, а также воздуха в некоторых обследованных зерносушилках.
Особенностью этих зерносушилок является отличие конструкций напорно-распределительных камер, из которых агент сушки либо воздух поступает в подводящие короба (рис. 6.1).

В частности, в зерносушилках ДСП-32, СЗС и «Целинная-50» с параллельной схемой подвода воздуха в охладительные камеры агент сушки и воздух поступают в короба из распределительных камер прямоугольной формы (см. рис. 6.1, а). В таких камерах невозможно добиться равномерного распределения воздуха по всему сечению шахты, особенно по ее высоте, но в зерносушилках типа «Целинная-50» с последовательным продуванием шахт воздухом (см. рис. 6.1, б) в промежуточной распределительной камере происходит дополнительное выравнивание воздушного потока и воздух более равномерно распределяется по сечению шахты промежуточного охлаждения.
Наиболее рациональна клинообразная конструкция распределительной камеры американской зерносушилки ДД-125 (см. рис. 6.1, в). В такой камере скорость агента сушки и воздуха постоянна по всей ее длине, в результате чего они равномерно распределяются по всему сечению шахты.
Оригинальная конструкция двухзонной напорно-распределительной камеры разработана ЦНИИПЗП для зерносушилки РД-2х25 (см. рис. 6.1, г).
Воздух, проходя через первую зону камеры, постепенно расширяющуюся по высоте, равномерно распределяется по ее ширине, при этом скорость воздушного потока по всему сечению выравнивается. Отражаясь от наклонной перегородки, воздух входит во вторую зону распределительной камеры и равномерно распределяется по сечению шахты окончательного охлаждения, а затем и по сечению шахты промежуточного охлаждения.
Большое значение для равномерного распределения агента сушки и воздуха по сечению шахты имеет также их скорость на входе в напорно-распределительную камеру. Так, при значительной скорости воздуха на входе в напорно-распределительную камеру прямоугольной формы в зерносушилке типа ДСП на практике происходит вынос зерна из подводящих коробов.
Это объясняется тем, что вследствие большой скорости у входного отверстия создается зона разрежения (по существу, имеет место эффект пульверизатора) и зерно, находящееся у отверстий подводящих коробов, выносится из них.
Большое значение имеет различие в плотности укладки зерновой массы по сечению шахты.
Влияние различной плотности укладки зерновой смеси на равномерность распределения воздуха по сечению шахты проявляется в том, что воздух, стремясь пройти по пути наименьшего сопротивления, проходит в тех участках, где зерно имеет меньшую плотность укладки. Наибольшая скорость воздуха на выходе из коробов наблюдается в местах скопления различных легковесных примесей и там, где имеет место повышенная скорость движения зерна.
На плотность укладки зерна в шахте сушилки влияют засоренность и самосортирование зерна, а также неудовлетворительная работа выпускных механизмов, приводящая к неравномерному выпуску зерна по сечению шахт.
Самосортирования зерна можно избежать, применяя специальные устройства, исключающие это явление при загрузке зерна в надсушильный бункер, а также используя надсушильный бункер пирамидообразной конструкции со сливным самотеком.
Для исключения неплотности укладки в результате наличия в зерне крупных соломистых примесей (вороха) его перед сушкой в шахтных зерносушилках необходимо очистить на сепараторах или в ворохоочистителе, что выполняется крайне редко.
Используемые в основных типах отечественных зерносушилок выпускные механизмы непрерывного и периодического действия типа ВТИ и ВИСХОМ не обеспечивают равномерного выпуска зерна по горизонтальному сечению шахт сушилок вследствие выпуска за одно открывание затвора выпускного механизма незначительного количества зерна. Это приводит к засорению и забиванию выпускных отверстий и тем самым способствует образованию застойных зон в шахте.
Равномерного выпуска зерна при использовании этих конструкций можно добиться лишь при условии одновременного выпуска 300...400 кг зерна.
Этот же недостаток имеет винтовой выпускной механизм зерносушилки ДД-125.
Разработанная бывшим Казахским филиалом ВНИИЗ конструкция бесприводного выпускного механизма непрерывного действия при правильной регулировке позволяет обеспечить более равномерный выпуск зерна по горизонтальному сечению шахт, что подтверждено исследованиями, проведенными Сибирским филиалом ВНИИЗ.
Однако необходимо отметить, что указанные бесприводные механизмы более целесообразно использовать лишь для камер промежуточного охлаждения, а для камер окончательного охлаждения лучше применять комбинированный способ выпуска зерна, непрерывный и периодический. Эффективность комбинированного способа выпуска зерна подтверждена работами Сибирского филиала ВНИИЗ и ОТИПП.

Из приведенных в табл. 6.2 данных видно, что наибольшая неравномерность распределения воздуха по сечению шахт характерна для зерносушилок ДСП-32 и СЗС-8 (используемой в качестве охладителя).
Для шахтных прямоточных зерносушилок (типов ДСП и ДД) характерна существенная неравномерность нагрева зерна; коэффициенты вариации по температуре для этих сушилок находятся в пределах 16,3...30,0 %. В наибольшей степени это проявилось в зерносушилке ДСП-32, где температура нагрева зерна колебалась в пределах 44...96 °C при средней величине 66 °С.
Значительная неравномерность охлаждения зерна зафиксирована в сушилках типа ДСП-32, СЗС-8 и «Целинная-50» в СОБ MK (тоже на базе сушилки типа ДСП); коэффициенты вариации по температуре зерна находятся в пределах 33,0...70,5 %.
Наибольшая неравномерность распределения воздуха по сечению шахт характерна для зерносушилок ДСП-32 и СЗС-8; коэффициенты вариации по скорости составили соответственно 24,2 и 38,2 %.
Повышенные значения коэффициента вариации температуры отработанного воздуха для этих сушилок (соответственно 41,2 и 60,0 %) указывают одновременно и на значительную неравномерность истечения зерна по сечению шахты. Это же подтверждается и коэффициентом вариации температуры зерна, значение которого для сушилки ДСП-32 составило 70,5 %.
Наименьшая неравномерность распределения воздуха была отмечена в зерносушилке «Целинная-50», в которой была использована последовательно-параллельная схема продувания шахт воздухом (причем во вторую зону охлаждения воздух нагнетался снизу — классический вариант, характерный для сушилок типа ДСП), ДД-125 и РД-2х25-70.
При этом следует отметить, что наименьшая невыравненность температуры отработанного воздуха и температуры зерна отмечена в зерносушилке ДД-125, что объясняется значительным удельным расходом воздуха на единицу массы охлаждаемого зерна (7240 м3/т или 2260 м3/пл.т; для сравнения в лучшей из сравниваемых по этому показателю отечественных зерносушилок РД-2х25-70 эти показатели составляют соответственно 2650 м3/т или 1635 м3/пл.т).

Для выявления лучшей конструкции воздухораспределительной камеры были произведены замеры скорости воздуха на выходе из коробов по всему сечению охладительных шахт зерносушилок РД-2х25-70 и ДД-125. Установлено (табл. 6.3), что воздух равномернее распределяется по сечению шахты сушилки РД-2х25-70 (коэффициент вариации 26 %).
По приведенным в табл. 6.3 данным видно, что в зерносушилке РД-2х25-70 наблюдается более равномерное распределение воздуха по коробам, однако это не является свидетельством того, что конструкция воздухораспределительной камеры зерносушилки ДД-125, имеющая форму клина, сужающегося по направлению движения воздушного потока, хуже. Скорее всего полученный результат - следствие того, что в сушилке РД-2х25-70 скорость воздушного потока в камере и в коробах ниже примерно в 2,4 раза, чем в сушилке ДД-125, что, естественно, обусловливает более равномерное распределение воздуха.
Следует отметить также, что в зерносушилке ДД-125 были обнаружены застойные зоны, образовавшиеся из-за большого количества крупных соломистых примесей, тогда как в зерносушилке РД-2х25-70 непрерывный выпуск охлаждаемого зерна происходил равномернее.
Неравномерность распределения воздуха по коробам во всех обследованных зерносушилках (см. табл. 6.2) сказывается также и на неравномерности охлаждения зерна по горизонтальному сечению шахт.
В ходе исследований были также установлены факты выноса полноценного зерна из отводящих коробов при сравнительно небольшой скорости воздуха в них.
Причиной этого следует считать неудачную форму и размеры коробов, используемых в сушильных и охладительных камерах зерносушилок типов ДСП, СЗС и «Целинная-50».
Недостаток коробов действующих типов сушилок можно устранить заглублением нижней кромки отводящих коробов на 20...25 мм ниже кромки отводящего отверстия либо установкой косячков.
Опыт эксплуатации зерносушилки «Целинная-50» доказал целесообразность такого мероприятия. Это же подтверждает опыт эксплуатации зерносушилки ДД-125, в которой нижние кромки отводящих коробов заглублены на 25 мм.
В зерносушилке РД-2х25-70 используют короба переменного сечения оригинальной формы, однако применяемые в них вставки для предупреждения выноса зерна уменьшают живое сечение для выхода воздуха из слоя зерна под коробом и способствуют тем самым увеличению скорости воздуха и выносу зерна.
В этой же зерносушилке отмечено также влияние степени уплотнения на вынос зерна из камеры промежуточного охлаждения.
Наблюдения показали, что равномерность охлаждения зерна по горизонтальному сечению охладительных камер может зависеть от равномерности распределения воздуха по сечению шахт охладительной камеры, по длине короба, от различной плотности укладки зерновой смеси по сечению шахты, а также от работы выпускного механизма.
Равномерность распределения воздуха по длине короба зависит от конструкции самого короба, а также от плотности укладки зерновой смеси по сечению шахты и по длине короба.
Короба наиболее распространенных шахтных зерносушилок имеют по всей длине постоянное поперечное сечение, при котором невозможно добиться равномерного распределения воздуха, поэтому более подходящими следует считать короба переменного сечения.
С целью выявления дополнительных причин неравномерного распределения воздуха по длине коробов на зерносушилке «Целинная-50» (г. Черепаново) проводили исследования с бесприводным выпускным устройством непрерывного действия конструкции бывшего Казахского филиала ВНИИЗ, обеспечивающим наиболее равномерный выпуск зерна по сечению шахт.

Для измерения температуры охлажденного зерна отбор выемок производили в выпускных устройствах в четырех сечениях по ширине шахты, в каждом сечении — в трех точках по длине короба: у дальней стены (со стороны поступления воздуха), в середине и у ближней стены (со стороны выхода воздуха из шахты). Всего в 12 точках под каждой из охладительных камер. Отбор выемок и измерение температуры производили пятикратно в течение 1,5 ч.
Исследования показали (табл. 6.4), что по горизонтальному сечению шахт, как по длине, так и по ширине, наблюдается значительная невыравненность температуры зерна. Так, температура зерна в шахте промежуточного охлаждения находилась в пределах 37...55 °С, а в шахте окончательного охлаждения - от 10 до 19 °C, что показывает наличие значительной неравномерности распределения воздуха по длине коробов.
Различие в значениях коэффициентов вариации для шахт промежуточного и окончательного охлаждения (соответственно 11,8 к 19,1 %) подтвердило, что быстрый выпуск зерна, характерный для шахты промежуточного охлаждения, уменьшает невыравненность плотности укладки зерна по сечению шахты и по длине коробов и тем самым способствует равномерному распределению воздуха по длине коробов.
Дополнительные исследования с целью выявления характерного для обследованных зерносушилок позонного эффекта съема влаги показали (табл. 6.5) следующее.
В шахтных прямоточных зерносушилках (ДСП-32 и ДД-125) основное количество влаги испаряется в зонах сушки и лишь незначительная часть (10,3...18,4 % от общего количества испаряемой влаги) удаляется в охладительных камерах.
В рециркуляционных зерносушилках типов «Целинная-50» и РД-2х25 наибольшее количество влаги (51,4...57,1 %) испаряется в шахтах промежуточного охлаждения; в шахтах окончательного охлаждения этих сушилок испаряется 13,0...19,6 %, а в камерах нагрева — 27,8...31,4 % от общего количества испаряемой влаги.
Таким образом, если в шахтных прямоточных зерносушилках зоне охлаждения отводится роль «понизителя» температуры зерна, то в рециркуляционных зерносушилках типа «Целинная-50» и РД-2х25 роль юн охлаждения значительно выше.