Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство периодической сушки зерна на растительных отходах

Изобретение относится к сушке зерна, преимущественно для зерносушилок с топками на растительных отходах и может быть использовано в сельском хозяйстве и в системе заготовок зерна.

Известен способ периодической сушки зерна, согласно которому его загружают, вентилируют агентом сушки, охлаждают и разгружают.

Известно устройство для его осуществления, содержащее сушильную камеру, вентилятор, топку (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 78-81). Эти способ и устройство нашли широкое распространение в сельском хозяйстве, особенно при сушке семян, но устройство малопроизводительно, а способ энергозатратен.

Известен способ циклической сушки зерна, заключающийся в том, что разжигают топку, циклически сушат до кондиционной влажности, отключают подачу топлива, циклически охлаждают и разгружают (Витоженц Э.Н., Окунь Г.С., Чижиков А.Г., Добычин Н.А. Рекомендации по использованию материально-технической базы для сушки семян зерновых и других культур в семеноводческих хозяйствах. - М.: Колос, 1983. - С. 16-17).

Этот способ по своей технической сущности наиболее близок к заявленному и принят за прототип.

Недостаток известного способа - необходимость повторного розжига и прогрева топки перед сушкой новой партии зерна.

Известно устройство для сушки зерна, содержащее сушилку, вентилятор, средство загрузки, разгрузки, топку на растительных отходах для рулонов соломы. Розжиг проводится через дверки топки, скорость и температура горения регулируются изменением тяги дымососа и регулировкой подачи воздуха. Стенки топки, внутри которой расположены камеры горения, выложены из огнеупорного кирпича (обмуровка), между камерами горения размещена перегородка.

Это устройство наиболее близко по сущности к заявленному и принято за прототип.

Недостатки устройства - длительный и малоэффективный розжиг, невозможность работы с малыми партиями зерна, отличающимися по влажности, назначению и культуре (Шаршунов В.А., Рукшан Л.В. Сушка и хранение зерна. - Минск: Мисанта, 2010. - С. 150-154).

Технической задачей изобретения является снижение затрат теплоты и времени при высушивании сравнительно небольших партий зерна с минимальными затратами теплоты.

Задача решается тем, что в способе периодической сушки, заключающемся в том, что зерно загружают, сушат до кондиционной влажности, отключают подачу топлива, разгружают, согласно изобретению вновь загружают, а пауза между загрузками не превышает расчетной величины:

, ч,

где τ - пауза, ч;

G, F - масса обмуровки топки (кг) и ее площадь (м²);

с - теплоемкость обмуровки, кДж/кг⋅°С;

T₁, T₂ - температура топки на моменты прекращения подачи топлива и воспламенения растительных отходов, °C.

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²⋅°C;

T₀ - температура наружного воздуха, °C;

кроме того, зерно охлаждают стационарно.

Задача решается также тем, что в устройстве, содержащем сушилку, вентилятор, средства загрузки и разгрузки зерна, топку, согласно изобретению масса обмуровки составляет не менее половины зерновой вместимости сушилки.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена технологическая схема устройства.

Способ осуществляют следующим образом - зерно загружают, сушат до кондиционной влажности, разгружают и вновь загружают, а высушенное зерно охлаждают стационарно (в плотном слое).

Устройство включает - бункер топлива 1, дозатор 2, вторичное дутье 3, жидкостную (газовую) горелку 4, обмуровку 5, теплоизоляцию 6, коллектор 7, сушильную камеру 8, шасси 9, циркуляционный шнек 10, воздушную камеру 11, загрузочное средство 12, разгрузочное средство 13, козырек 14, отводную трубу 15, топку 16, первичное дутье 17. На схеме приведено влажное 18 и высушенное зерно 19.

Работа устройства осуществляется в следующем порядке.

Загрузочным средством 12 влажное зерно 13 загружают в сушильную камеру 8, разжигают топку 16 горелкой 4, затем включают дозатор 2, в течение нескольких минут ее прогревают, дымовые газы при этом отводят в отводную трубу 15. Запускают шнек 10 и осуществляют циркуляцию зерна. После того как зерно достигает кондиционной влажности, подачу топлива прекращают, а высушенное зерно разгружают при помощи средства 13 и охлаждают стационарно в плотном слое (на схеме охладитель не указан). После разгрузки сушилка готова для загрузки новой партии зерна, причем топка прогрета и розжиг не требуется, если длительность паузы не затягивается. Длительность паузы зависит от массы обмуровки из огнеупорного кирпича, чем больше масса, тем более длительной допускается пауза.

Растительные отходы, такие как сечка соломы, лузга подсолнечника, дробленые стержни кукурузы, как правило, имеют повышенную влажность и сравнительно низкую теплотворную способность, препятствующую самостоятельному воспламенению и устойчивому горению. Топку прогревают использованием высокореакционного топлива (жидкого или газообразного) до температуры, но при которой происходит интенсивное выделение летучих, воспламенение и устойчивое горение. Так, например, для сланцев эта температура ~ 250°С (Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 298 с.).

После отключения подачи топлива длительность паузы не должна превышать длительности охлаждения до температуры устойчивого воспламенения растительных отходов, что позволит исключить как минимум затраты высокореакционного (жидкого, газообразного) топлива. Чем больше масса обмуровки, тем больше аккумулированной теплоты и больше величина паузы.

Циклическое охлаждение зерна в сушильной камере нецелесообразно, так как топка охлаждается длительное время, кроме того, розжиг топки (с температурой более 40°С) на жидком топливе опасен. Очевидно, что длительность паузы между загрузками топлива определится длительностью охлаждения топки до температуры, при которой возможно воспламенение и устойчивое горение растительных отходов.

В общем случае длительность паузы можно записать в виде:

где τ - длительность паузы между загрузками топлива, определяющаяся длительностью охлаждения топки, ч;

G, F - масса обмуровки топки (кг) и ее поверхность (м²);

с - теплоемкость обмуровки, кДж/кг⋅°С;

Т₁, Т₂ - температура топки на моменты прекращения подачи топлива и воспламенения (устойчивое горение) растительных отходов, °С;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²⋅°С;

Т₀ - температура наружного воздуха, °С.

Запишем тепловой баланс топки при охлаждении:

Это количество теплоты будет потрачено на сушку зерна:

где к - коэффициент усушки зерна, к=1,1-1,2;

G_з - масса зерна, кг;

W_н, W_к - начальная и конечная влажность зерна, %;

q - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

η - доля теплоты, пошедшей на испарение влаги.

Окончательно получим:

Для стандартного влагосъема при сушке зерна с начальной влажностью W_н=20 до конечной W_к=14% при теплоемкости обмуровки из шамота с=1 кДж/кг⋅°C, его плотности ρ=2000 кг/м³; величине к=1,1; η=0,6; q=4,2 МДж. При сжигании растительных отходов с низкой теплотворной способностью , для которых T₁≈650°C, величину G можно записать G≈0,5G_з (Дашков В.Н., Тимошек А.С., Чеботарев В.П. К обоснованию основных параметров теплогенератора на местных видах топлива для зерносушилок // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике: Труды 3-й Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - С. 269-275).

Пример 1. Рассчитаем массу обмуровки из шамота для мобильной сушилки вместимостью по зерну 10 т/ч. Примем средний диаметр топочного блока 1 м; длину - L=5 м; толщину обмуровки топочного блока - в=0,15 м. При сжигании растительных отходов примем T₁=650°С; теплоемкость шамота с≈1 кДж/кг⋅°C; его плотность ρ=2000 кг/м³. Начальная влажность зерна W_н=20%, конечная - W_к=14%; удельные затраты тепла на испарение влаги q=4,2 МДж, коэффициент усушки зерна с 20 до 14%; к=1,1.

Температуру внутренней поверхности топки, при которой воспламеняются частицы растительных отходов, примем , а внешней в связи с малой температуропроводностью шамота примем равной начальной , и температуру T₂ определим как среднее значение:

После расчета по формуле (4) получим:

G≈0,5G_з=5 т.

Пример 2. Рассчитаем длительность паузы τ между загрузками при охлаждении топочного блока наружным воздухом с T₀=20°C, α=20 Вт/м²⋅°C: При в=0,15 м; ρ=2000 кг/м³; α=20 Вт/м²⋅°C; с=1 кДж/кг⋅°C; T₁=650°С;

, ч

Окончательно получим τ=1,6 ч.

На розжиг и разогрев на растительных отходах перед сушкой зерна требуется около 1 часа с использованием высокореакционного топлива, кроме того, охлаждение топки с циркулирующим в сушилке зерном займет от трех до четырех часов. Таким образом, для сушки одной партии зерна экономится до трех часов.