Библиотека > Статьи
Бразильская технология сушки

Бразильская технология сушки продуктами сгорания дров для украинского зерна

Предпосылки

 st-1   
   Зерносушилка KeplerWeber

С каждым годом в Украине наблюдается увеличение производства зерна, что требует совершенствования и развития средств и технологий его послеуборочной обработки. Так, например, в 2011 году валовой сбор зерновых в Украине составил рекордные 56,7 млн. тонн, при этом около 40% урожая составила кукуруза. Технологические особенности возделывания кукурузы требуют проведения уборки урожая при влажности около 25%. В то же время, безопасное длительное хранение зерна этой культуры возможно лишь при влажности 14-14,5%. Таким образом, обязательной операцией в системе мероприятий послеуборочной доработки является сушка. Что касается затрат на эту операцию, то их доля в общей стоимости технологии послеуборочной обработки, по мнению экспертов, составляет около 60-70%. В свою очередь, в структуре затрат на проведение самой сушки около 75-80% приходится на топливо, в качестве которого чаще всего используется природный газ либо жидкое топливо.

Кроме того, по некоторым оценкам, около 50% мелких и средних агроформирований Украины нуждаются в обновлении или внедрении зерносушильной техники в систему средств для послеуборочной обработки зерна. Но основным сдерживающим фактором такого развития являются пугающие начальные капитальные и последующие эксплуатационные затраты на содержание парка зерносушилок, включающие и затраты на приобретение постоянно дорожающего топлива.

Таким образом, для обеспечения надлежащей послеуборочной обработки зерна (и не только кукурузы), а также надежного хранения увеличивающихся урожаев, необходимо повсеместное внедрение сушильной техники. При этом основной задачей является нахождение наиболее экономичных способов проведения этой энергозатратной операции.

Бразильский опыт

Один из вариантов решения этой задачи уже много лет используют аграрии Бразилии, являющейся одним из мировых лидеров в производстве зерна. В частности, в стране, которая производит ежегодно около 150 млн. тонн зерна, широко распространены зерносушилки, в которых в качестве топлива используются дрова, отходы деревообрабатывающей отрасли, а также горючие отходы переработки зерна и масличных семян. Одним из лидеров в производстве таких зерносушилок, а также комплексов для хранения зерна является компания KeplerWeber, на долю которой, по оценкам экспертов, приходится около 60% данного сегмента рынка.

Использование технологий сушки зерна с использованием древесного топлива позволяет бразильцам решить несколько проблем:

- утилизация малоценных отходов зерноперерабатывающей и деревообрабатывающей отраслей;

- снижение потребления невозобновляемых источников энергии (природного газа и нефти);

- экономия средств на осуществления процесса сушки зерна, которая, по словам бразильских аграриев, может обеспечиваться восьмикратным снижением затрат на топливо, в сравнении с сушкой при использовании природного газа или нефтепродуктов.

Учитывая указанные преимущества, данная технология может быть актуальна и для украинских аграриев.

Технология и конструкция

st-2    
Схема зерносушилки

В Бразилии, как и в Украине, наибольшее распространение нашли шахтные зерносушилки, которые и взяты да основу для применения указанной технологии.  Конструктивно и технологически зерносушилки на дровах схожи с классическими шахтными сушилками, работающими на газовом или жидком топливе, и состоят из двух основных модулей – топочного агрегата (топка или теплогенератор) и непосредственно сушильной шахты.

Топочный агрегат является генератором тепловой энергии, необходимой для интенсивного испарения влаги из зерна, и обеспечивает сгорание топлива, обработку продуктов сгорания и приготовление агента сушки для ввода в сушильную шахту. От эффективности работы топочного агрегата в наибольшей степени зависит экономичность работы зерносушилки в целом. Топочные агрегаты бразильской компании в результате многолетней эволюции имеют высокую степень технологического совершенства, могут обеспечивать до 11 МВт тепловой мощности и обеспечивать приготовление агента сушки для сушилок про- изводительностью 200 т/ч при снижении влажности зерна на 5%.

Один из наиболее простых топочных агрегатов, работающих на дровах, состоит из трех основных зон:

- двухсекционной камеры сгорания;

- камеры дожигания вторичных газов;

- вихревой камеры отсекания искр и дыма.

Топочный агрегат в целом представляет собой
стационарную кирпичную конструкцию, внутренняя кладка которой выполнена из шамотного (огнеупорного)
кирпича, а внешняя - из рядового. С наружной стороны для повышения прочности стены обрамлены стальным каркасом.

Камера сгорания топочного агрегата разделена на две 

st-3
Схема топочного агрегата на дровах №1       

секции. В первой секции расположена колосниковая решетка, на которую загружаются дрова и происходит их горение. Во второй секции при поддержании интенсивного пламени происходит накопление продуктов сгорания. Стойкое горение дров обеспечивается за счет непрерывного потока воздуха, который всасывается из атмосферы через отверстия в нижней части камеры сгорания, подается непосредственно под колосниковую решетку и движется в средине топочного агрегата посредством тяги, создаваемой дымоходом и вентиляторами сушилки.

Из камеры сгорания топочные газы через окна в нижней части разделяющей кирпичной стены попадают в камеру дожигания вторичных газов. Здесь происходит дополнительное окисление продуктов сгорания с выделением тепловой энергии, а также отсекание пламени, которое постоянно присутствует в камере сгорания. В перекрытии камеры дожигания устроен дымоход, который обеспечивает необходимую тягу для циркуляции воздуха в топке в момент пуска топочного агрегата. Также дымоход служит своего рода предохранительным клапаном, обеспечивающим сброс топочных газов в атмосферу в случае остановки вентиляторов, подающих или отсасывающих сушильный агент из сушильной шахты.

st-4

1 – люк для загрузки дров; 2 – отверстие подачи атмосферного воздуха;
3 – колосниковая решетка; 4 – дымоход; 5 – канал отвода агента сушки

„„Схема топочного агрегата на дровах №2

Из камеры дожигания продукты сгорания подаются в третью зону топочного агрегата – вихревую камеру, которая является наиболее важной его частью. Отличительной особенностью вихревой камеры является канал отвода агента сушки, нижняя часть которого опущена в саму камеру таким образом, что при входе в камеру, продукты сгорания начинают вращаться вокруг этого канала. В результате вращения обеспечивается отделение искр и дыма, а в средину канала поступает очищенный агент сушки. Кроме того, в вихревой камере обеспечивается смешивание горячих продуктов сгорания и атмосферного воздуха. При регулировании с помощью заслонок количества воздуха, засасываемого из атмосферы, обеспечивается регулировка температуры агента сушки, необходимый его расход, а также снижение концентрации продуктов сгорания, которые могут приносить в зерно специфический посторонний запах.

Подготовленный таким образом сушильный агент по каналу направляется в сушильные шахты, где происходит его контакт с зерном. Результатом такого контакта является перенос тепла от агента сушки к зерну, вследствие чего происходит интенсивное испарение влаги, содержащейся в нем, и последующий ее перенос в отработанный агент сушки. Движение агента сушки в сушильной шахте обеспечивается вентиляторами.

Более совершенным типом топочного агрегата является топка с автоматической непрерывной подачей твердого топлива, в качестве которого используются топливные гранулы из сена, лузги подсолнечника и гречки, а также древесные опилки. Непрерывность подачи топлива обеспечивается наличием накопительных бункеров, из которых топливные гранулы или опилки шнеками подаются на сжигание на наклонную колосниковую решетку в камере сгорания. Наклон решетки обеспечивает постепенное и непрерывное ссыпание золы, образовавшейся в результате сгорания топлива, в канал для удаления золы. Горение обеспечивается при постоянном нагнетании атмосферного воздуха под колосниковую решетку с помощью вентилятора. Продукты сгорания топливных гранул, пройдя через пламегаситель и смешавшись с атмосферным воздухом, подаваемым в верхней части камеры сгорания, направляются в камеру дожигания и далее в вихревую камеру. Далее продукты сгорания направляются в смесительную камеру, где дополнительно смешиваются с атмосферным воздухом и образуют агент сушки, который подается в сушильную шахту.

st-5

Такая конструкция топочного агрегата обеспечивает более 
равномерное горение и генерацию тепловой энергии, а также более гибкую регулировку объема и температуры агента сушки. 

Что касается сушильных шахт, то и здесь бразильская компания предлагает некоторые усовершенствования. Это касается конструкции каналов, по которым подается и отводится агент сушки и по которым сверху скользит поток зерна. Предлагаемые каналы изготовлены не козырьковыми, как в классических сушильных шахтах, а желобковыми, что обеспечивает практически прямолинейное движение зерна в шахте.

st-6
Передняя стена топочного агрегата Фрагмент шахты с  
желобковыми каналами  

st-7

В отличие от шахт с каналами козырькового типа, где зерно движется зигзагообразно и его засоренность допускается не более 1%, в шахтах с желобковыми каналами достаточно безопасно можно сушить зерновую массу с засоренностью 4%. В то же время, вследствие большей скорости движения зерна в шахте с желобковыми каналами требуется увеличение подачи агента сушки, что требует роста энергозатрат на его нагрев около 20%. Согласно информации производителей, данные затраты компенсируются более дешевым изготовлением шахты и более высокой эффективностью процесса сушки.

st-9В остальном сушильные шахты зерносушилок с дровяными топочными агрегатами сходны с классическими шахтами. Они также имеют зону сушки, занимающую 2/3 высоты шахты, и зону охлаждения (1/3 высоты шахты). В зоне охлаждения осуществляется продувание потока зерна атмосферным воздухом с целью недопущения конденсации водяных паров на поверхности горячего зерна при разгрузке зерносушилки. Подогретый воздух из зоны охлаждения для максимального использования тепла может повторно подаваться в зону сушки, где смешивается с сушильным агентом, подаваемым из топочного агрегата.

Таким образом, рассмотренные зерносушилки представляют собой аналог привычных для украинских аграриев шахтных зерносушилок с модернизированным топочным агрегатом, позволяющим снизить затраты на топливо.

st-8Экономика

Ориентировочную оценку экономической выгоды использования топочных агрегатов, работающих на дровах или топливных гранулах, можно осуществить, сопоставив удельные затраты финансовых средств на единицу генерируемой тепловой энергии. Принимая минимальные значения высшей теплоты сгорания дизельного топлива (44800 кДж/кг) и природного газа (35000 кДж/м3), применяемых в качестве топлива для зерносушилок в Украине и сравнивая эти значения с теплотворной способностью древесины (14400 кДж/кг) и лузги подсолнечника (15440 кДж/кг), можно увидеть, что количество теплоты, получаемое от сжигания древесного топлива, практически в 3 раза меньше, чем от сжигания жидкого и газового. Поэтому экономия от использования древесного топлива может быть обеспечена за счет его более низкой стоимости.

Сравнение затрат на испарение 1 кг влаги при использовании разных видов топлива

Топливо 
 Дизельное топливо, 
кДж/кг
 Природный газ, 
кДж/
куб. м
 Древесина, 
кДж/кг
 Лузга подсолнечника, 
кДж/кг
 Цена, грн/кг (грн/куб. м) 
11
4,7
0,5
0,3
 Теплотворная способность, кДж/кг 
44800
35000
14400
15440
 Количество для испарения 1 кг влаги, кг 
0,11
 0,14
0,35
0,32
 Затраты на испарение 1 кг влаги, грн. 
1,2
0,7
0,2
0,1

Приняв, что для испарения 1 кг влаги из зерна в шахтных зерносушилках в среднем необходимо затратить около 5000 кДж тепловой энергии, без учета потерь, определим ориентировочные затраты при использовании разных видов топлива. При сравнении видно, что в случае использования для сушки дизельного топлива его удельный расход составляет 0,1 кг на испарение 1 кг влаги, но при этом удельная стоимость испарения 1 кг влаги составляет около 1,2 грн. При использовании дров в качестве топлива для сушилки их расход увеличивается до 0,35 кг на 1 кг испаренной влаги, но при этом стоимость процесса снижается в 6 раз и составляет 0,2 грн. Также неплохие результаты можно получить при использовании лузги подсолнечника, которая имеет большую теплотворную способность, чем дрова, и низшую рыночную стоимость, что приводит практически к 12-кратному снижению затрат на испарение 1 кг влаги в шахтной сушилке в сравнении с дизельным топливом.

Таким образом, экономическая выгода и простота реализации рассмотренной технологии очевидна, и распространение ее на территории Украины является актуальным и перспективным.