Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна

23.06.2015

Практика эксплуатации различных типов шахтных прямоточных и рециркуляционных зерносушилок и приведенные ранее данные показывают, что эффективность работы их охладительных камер в плановых единицах охлажденного зерна преимущественно значительно меньше производительности зерносушилок в плановых единицах просушенного зерна, т.е. Gохл≪G.
В результате неудовлетворительного охлаждения зерна возникают значительные потери теплоты, которые при правильной организации процесса охлаждения можно использовать для дополнительного испарения влаги, причем без увеличения затрат топлива.
Результаты исследований, а также опыт работы проектировщиков и эксплуатационников показывают, что существенного снижения затрат топлива и электроэнергии на сушку за счет совершенствования ее технологии можно добиться лишь на основе комплексного подхода к решению этой проблемы. В основу последнего должны быть положены рациональное сочетание описанных технологических приемов обезвоживания, использование этих приемов с наибольшей технологической эффективностью (в соответствии с их назначением).
В частности, для совершенствования процесса охлаждения просушенного зерна в охладительных камерах зерносушилок необходимо учитывать влияние на него целого ряда описанных выше факторов, а также особенности организации этого процесса.
В отечественной и зарубежной практике зерносушения используются следующие варианты охлаждения просушенного зерна.
Вариант 1. Охлаждению подвергается зерно, выходящее непосредственно из зоны сушки. К моменту выхода из последней зерно достигает предельно допустимой температуры и сразу же, без отлежки, подвергается окончательному охлаждению атмосферным воздухом. Этот вариант применяется в шахтных прямоточных зерносушилках.
Вариант 2. Охлаждению подвергается зерно, выходящее из зоны так называемой «квазиизотермической» сушки. К моменту выхода из последней температура зерна понижается по сравнению с температурой, с которой оно вошло перед этим в зону квазиизотермической сушки. Зерно охлаждается сразу же, без отлежки. Вариант 2 находит применение в сушильно-охладительных шахтах рециркуляционных зерносушилок с квазиизотермическим режимом.
Вариант 3. Охлаждению подвергается зерно, нагретое до предельно допустимой температуры и прошедшее после этого отлежку в течение 10...20 мин. Метод находит применение в рециркуляционных зерносушилках (например, типа «Целинная»).
Вариант 4. Охлаждению подвергается недосушенное зерно, нагретое в зерносушилке до предельно допустимой температуры и прошедшее после этого отлежку в течение 6...8 ч. Метод находит применение в сушилках с выносным охладителем большой вместимости.

Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна
Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна
Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна
Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна
Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна
Рациональное использование теплоты, пошедшей на нагрев зерна

Варианты 1 и 2 могут отличаться значением температуры зерна на выходе из зоны сушки. В совокупности для обоих вариантов пределы температуры зерна на входе в зону охлаждения могут составлять порядка 40...65 °C.
Варианты 3 и 4 отличаются между собой продолжительностью отлежки и влажностью подаваемого на охлаждение зерна.
Кроме того, в пределах каждой из групп вариантов могут быть различия в скорости воздушного потока, а в варианте 4 — различие в толщине охлаждаемого слоя зерна.
Для определения эффективности того или иного варианта охлаждения и влияния на них основных перечисленных факторов обратимся к нижеприведенным зависимостям (рис. 7.8...7.12), полученным расчетным путем на основе экспериментальных зависимостей (7.10) и (7.12) охлаждения слоя зерна при одностороннем продувании воздухом.
На всех указанных рисунках по осям ординат расположены следующие показатели:
w2 — влажность зерна после охлаждения, %;
τ — время охлаждения зерна до оптимального значения температуры, определяемой из выражения (4.20), мин;
vсуш — скорость сушки 1 кг зерна, %/мин;
Vохл — скорость охлаждения 1 кг зерна, %/мин;
Q1 — удельный расход воздуха на испарение 1 кг влаги, м3/кг вл;
Q2 — удельный расход воздуха на охлаждение 1 кг зерна на 1 °С, м3/(кг*К);
qисп — удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги, кДж/кг вл;
Δ — сопротивление испарению влаги; Δ = (qисп - qрасч) / rрасч, где rрасч — расчетное значение скрытой теплоты парообразования при анализируемых условиях охлаждения зерна (в расчет принимается среднее арифметическое значение температуры — полусумма температур зерна на входе и выходе из зоны сушки) — определяется по формуле (1.7).
В результате анализа приведенных на рис. 7.8 зависимостей выявлено, что чем выше исходная влажность охлаждаемого зерна, тем больше скорость охлаждения зерна vохл и испарения из него влаги vсуш.
С увеличением исходной влажности зерна сокращаются: время охлаждения т; удельные расходы воздуха на охлаждение Q2 и на сушку Q1; удельные затраты теплоты на испарение влаги qисп и внутреннее сопротивление зерна испарению влаги Δ.
Анализ приведенных на рис. 7.9 зависимостей говорит о том, что чем больше продолжительность отлежки, тем выше скорость сушки и охлаждения зерна. Причем скорость наиболее резко возрастает в первые 15 мин отлежки.
С увеличением продолжительности отлежки сокращаются: время охлаждения зерна до конечной оптимальной температуры; удельный расход воздуха на сушку и охлаждение зерна; удельные затраты теплоты на испарение влаги, а также внутреннее сопротивление зерна испарению влаги.
Приведенные на рис. 7.10 результаты свидетельствуют о том, что чем выше скорость воздушного потока, тем выше скорость сушки и охлаждения зерна. Правда, с повышением скорости воздушного потока резко снижается количество испаряемой из зерна влаги (о чем свидетельствуют конечные значения влажности охлажденного зерна).
С увеличением скорости воздушного потока резко сокращается время охлаждения зерна до конечной оптимальной температуры. Что же касается удельного расхода воздуха на сушку и охлаждение, а также удельных затрат теплоты на испарение влаги и внутреннего сопротивления зерна испарению влаги, то они резко возрастают.
Рассмотрев результаты, приведенные на рис. 7.11, пришли к заключению, что с увеличением толщины слоя возрастают скорость сушки и охлаждения зерна, а также величина влагосъема.
С увеличением толщины слоя сокращаются: время охлаждения единицы массы (1 кг) зерна до конечной оптимальной температуры; удельный расход воздуха на сушку и охлаждение; удельные затраты теплоты на испарение влаги; внутреннее сопротивление зерна испарению влаги.
Анализ приведенных на рис. 7.12 результатов позволяет сделать вывод, что чем выше температура зерна перед охлаждением, тем больше величина влагосъема (о чем свидетельствуют значения влажности охлажденного зерна) и тем выше скорость сушки и охлаждения зерна.
С увеличением начальной температуры зерна сокращаются: удельный расход воздуха на сушку и охлаждение зерна; удельные затраты теплоты на испарение влаги; внутреннее сопротивление зерна испарению влаги.
Приведенные в табл. 7.5 результаты расчетов по эффективности охлаждения просушенного зерна на выносных установках для активного вентилирования подтверждают, что увеличение скорости воздушного потока существенно сокращает продолжительность процесса охлаждения слоя зерна, но величина влагосъема при этом снижается.
Увеличение толщины охлаждаемого слоя от 400 до 1500 мм способствует сокращению удельных затрат времени на охлаждение и росту влагосъема. Следствием последнего является возможность увеличения влажности подаваемого на охлаждение нагретого зерна при условии снижения его влажности до конечного значения, равного 14 %.
Расчетная влажность, с которой зерно подается на установку активного вентилирования, находится в пределах 15,52...16,34 %, а необходимая площадь установки для сушилки производительностью 100 пл.т/ч — в пределах 172,2...595,4 м2.
Если исходить из условия, что в сушилке производительностью G = 100 пл.т/ч количество испаряемой влаги Wc = G (69,8 кг/пл.т) = 6980 кг/ч, то экономия топлива (%), рассчитанная из соотношения (ΔWохл*100)/Wc, составляет 23,8...36,4 %, что весьма существенно. Правда, при этом появляются недостатки, связанные с периодичностью процесса.
Проведенный анализ позволяет сделать заключение о высокой эффективности использования теплоты нагретого зерна для испарения из него влаги в выносных охладителях (например, в бункерах, силосах, складах).
Производственные испытания показали, что внедрение рекомендаций по охлаждению просушенного зерна на выносных охладителях (например, на установках активного вентилирования) позволило при повышении производительности зерносушилки изменить режим сушки, т.е. зерно влажностью 16...16,5 % выходит из сушилки и после отлежки в течение 6...8 ч направляется на окончательное охлаждение, где при скорости охлаждающего воздуха 0,1 м/с в слое толщиной 200 мм доводится до влажности 14 %, причем при полном сохранении исходного качества зерна. Экономия топлива при общем объеме сушки зерна 80 тыс. пл.т в зависимости от температуры поступающего на охлаждение зерна (50...60 °С) составила 33...38 %.
За рубежом в практике зерносушения одним из способов, дающим наибольшую экономию топливно-энергетических ресурсов, является сушка по методу драйаэрации (сушить и вентилировать), суть которого заключается в медленном раздельном охлаждении зерна после сушки в камерах, оснащенных системой вентиляции.
При обычной сушке зерно обезвоживается до влажности 14,5...15 %, а накопленная в зерне теплота удаляется путем интенсивного охлаждения атмосферным воздухом в охладительной камере зерносушилки.
При драйаэрации процесс сушки зерна происходит в четыре этапа.
1. Ускоренное обезвоживание зерна в сушилке до влажности 18...19 % при температуре агента сушки 110...120 °C и температуре нагрева 50...60 °С. Охладительная зона сушилки упразднена и используется в роли дополнительной зоны сушки.
2. Отлежка зерна температурой 50...60 °C в камерах драйаэрации в течение 8...12 ч, включая время загрузки. Цель отлежки — внутренняя влага зерна должна перейти в более сухую периферическую зону.
3. Медленное охлаждение зерна атмосферным воздухом в течение 12...15 ч. Удельный расход воздуха 40...60 м3 на 1 м3 объема. Здесь достигается не только охлаждение зерна перед размещением его на хранение, но и использование остаточной теплоты в качестве энергии испарения, что позволяет удалить до 3...4 кг влаги в виде пара на 100 кг зерна или снизить влажность на 1,5...3,0 %.
4. Разгрузка камер драйаэрации и подача зерна в хранилище.
Весь цикл драйаэрации рассчитан на 32 ч. Четырехкамерный блок с двумя вентиляторами обеспечивает нормальную работу сушилки. Последовательные загрузка и разгрузка обеспечивают полный оборот цикла за 72 ч, при этом вместимость одной камеры рассчитана на 8 ч работы сушилки.
Метод драйаэрации позволяет увеличить производительность сушилки на 40%.
Если при обычном способе сушки на 1 кг выпариваемой влаги затрачивается 5028...5238 кДж, то при драйаэрации расход теплоты снижается до 3352...3771 кДж, т.е. на 28,0...33,3%. При сушке кукурузы этим методом достигается большой технологический эффект по снижению ее трещиноватости, количеству битых зерен, а также сохранению питательной ценности и возможности широкого использования кукурузы.
Например, во Франции по методу драйаэрации в настоящее время работает около 1/4 всех сушильных агрегатов, причем этот метод непрерывно совершенствуется.
Как показала практика, процесс периодической драйаэрации имеет два недостатка:
- зерно, которое поступает в бункер (или силос) для отлежки в последнюю очередь, имеет наименьший период отлежки;
- вместимость хранилища для хранения зерна во время периода отлежки изменяется в соответствии с производительностью сушилки.
Процесс непрерывной драйаэрации, разработанный французской фирмой LAW, исключает эти проблемы.
Неохлажденное зерно из сушилки подается конвейером в верхнюю часть изолированной установки драйаэрации и проходит в невентилируемую зону отлежки, где средняя продолжительность пребывания составляет 8 ч. Из зоны отлежки зерно передается в вентилируемую зону охлаждения. Две зоны разделены на невентилируемую и вентилируемую секции. Воздуховоды направляют отработавший воздух в вытяжную трубу, т.е. минуя зону отлежки.
Зерно проходит через зону вентилирования в течение 8 ч, после чего разгрузочный механизм удаляет охлажденное зерно из силоса. В результате вместимость установки драйаэрации должна быть в 16 раз больше максимальной часовой производительности сушилки (а не в 32 раза, что имеет место при описанной выше периодической драйаэрации).