Определение минимального удельного расхода природного газа для сушки кукурузы.

Фізика обдурити можна,
фізику – неможливо!

В последнее время на рынке зерновых технологий значительная часть продавцов, в погоне за покупателем, декларируют невероятно высокие технические характеристики предлагаемого ими оборудования. Так, например, если ранее отличным показателем удельного расхода топлива – природного газа при сушке кукурузы считалось 1,3-­1,4 нм3/т%, то сейчас часто можно встретить цифры 0,9 нм3/т% и даже 0,6 нм3/т%. Естественно, технологии не стоят на месте. Совершенствуются конструкции зерносушилок, теплогенераторы, автоматика, появляются новые приборы для измерения технологических параметров. Все это позволяет повышать энергетическую эффективность сушки зерна. Но давайте определимся, где же предел? Какой минимальный удельный расход топлива можно получить при сушке зерна в зерносушилке с одной зоной сушки?

Для расчета принимаем следующие исходные параметры, характерные для августа-­сентября месяцев в условиях центральных районов Украины:

  • температура окружающего воздуха – Твхвозд = 15°С, его относительная влажность = 80%, атмосферное давление – 760 мм рт. ст. или 101 кПа, которое принято считать нормальным;
  • температура исходного зерна Твхзерн = 15°С;
  • калорийность природного газа Qниз.раб = 8300 ккал/нм3[1], что является хорошим показателем для Украины;
  • начальная влажность зерна Wнач = 28%, т.е. каждая тонна зерна содержит 720 кг абсолютно сухого вещества и 280 кг воды; в сумме это 1000 кг;
  • конечная влажность зерна Wкон=14% (720 кг сухого в-­ва и 117,2 кг воды; в сумме это 837,2 кг);
Удалению подлежит 280-­117,2 = 162,8 кг воды.

Расчет будем проводить для современной качественной шахтной однозонной многопоточной зерносушилки с рекуперацией тепла (см.рис.). В ней исходный воздух проходит через охладитель и забирает тепло у высушенного зерна, снижая его температуру до 25°С. При этом воздух нагревается и следует в теплогенератор (к горелке), где подогревается до максимально допустимой для сушки зерна температуры за счет сжигания природного газа, и распределяется наилучшим образом по высоте сушилки. Пройдя сушилку, отработанный воздух покидает её с температурой 35°С.

Более низкая температура отходящего воздуха приведет к конденсации содержащейся в нем воды, что может вызвать намокание зерна в сушилке. Дело в том, что при относительной влажности = 80% и Твхвозд = 15°С, воздух уже содержит в себе d=36,5 г/м3 воды.Максимальное количество влаги, которое может содержаться в отработанном воздухе, покидающем сушилку с Твыхвозд = 35°С, относительной влажности = 100%, составляет d=36,5 г/м3. При таком режиме работы выбрасываемый из сушилки воздух представляет собой густой пар, образующийся за счет охлаждения в окружающем пространстве ниже «точки росы».

Рассчитать влагосодержание воздуха можно по формуле[2]:

­ - где ф– относительная влажность воздуха, %; В – барометрическое давление, Па; pн – парциальное давление насыщенного водяного пара при данной температуре [3],
­- или определить графическим методом по I­d диаграмме [4].

Таким образом, 1 м3 воздуха при наших условиях сможет унести 36,5 ­ - 8,5 = 28 г воды. Поскольку нам необходимо удалить из зерна 162,8 кг воды, потребуется не менее 162,8/0,028 = 5815 м3 воздуха или G возд = 7095 кг, поскольку его удельная плотность при указанных условиях составит р = 1,22 кг/м3.

Тепло при сушке зерна расходуется или теряется на:

1. Нагрев зерна, рассчитывается по формуле (в кКал)[5]:

где Gвыхзерн – масса зерна на выходе сушилки, кг; Сзерн –теплоемкость кукурузы при конечной влажности, рассчитывается по формуле [6]:

Твыхзерн , Твхзерн – температуры зерна на выходе и входе, соответственно, °С.

2. Нагрев и испарение влаги рассчитывается по формуле (в кКал) [5]:

где количество удаляемой влаги рассчитывается по формуле [2]:

Твыхвозд – температура, с которой испарившаяся влага покидает сушилку.

3. Потери с отработанным воздухом (теплоносителем), рассчитываются по формуле (кКал)[6]:

Их для нашего случая, можно с достаточной степенью точности записать как:

где С1 возд – теплоемкость воздуха до сушилки[3].

4. Поскольку наша сушилка «очень качественно» заизолирована, потери через стенки сушилки, воздуховодов, теплогенератора и др. примем в 1% от общих затрат тепла на сушку.

Суммарный расход теплоты в сушилке состоит из суммы затрат тепла, рассчитанных по п. 1, 2, 3, 4 и составляет:

6. Количество природного газа, необходимое для получения этого количества тепла, рассчитывается по формуле:

Удельный расход газа на 1 т исходного зерна при снижении его влажности на 1%, при принятых в расчете условиях составит:

То есть чуть менее 1,2 нм3/т%.

Более низкие удельные расходы природного газа можно получить при менее влажном исходном воздухе, более теплом воздухе и зерне, меньшем атмосферном давлении (например, в горной местности) или если использовать газ с большей калорийностью. Следует отметить, что за последние 5 лет удельная калорийность природного газа, поставляемого потребителям в Украине несколько выросла, а разница в значении этой величины по областям Украины достигает 2,3% [1].

Снижение удельного расхода топлива возможно также при использовании экзотических сушильных агрегатов или технологий сушки, в которых можно либо повысить начальную температуру сушильного агента до 200-­300°С, например, за счет предварительного подогрева зерна в падающем слое или с использованием технологий «флэш­-сушки», «псевдосжиженного слоя», либо за счет использования теплоты водяных паров отходящего воздуха (конденсационные сушилки). Однако такие агрегаты не получили распространения при сушке зерна в сельском хозяйстве и используются в других отраслях. Незначительно можно снизить удельный расход газа также за счет промежуточного подогрева зерна, путем установки дополнительных подогревателей. Этот способ иногда называют «двухзонной сушкой», поскольку используется еще один теплогенератор, образующий как бы вторую зону сушки.

Такие двухзонные зерносушилки мы, возможно, обсудим в одной из следующих статей.

Костогрыз Кирилл Петрович, к.т.н., зав. отделом
термических гетерогенных процессов
Института газа НАН Украины kkirr@ukr.net

Список ссылок:
1. Якість газу. Сайт АТ«Укртрансгаз»: http://utg.ua/utg/business­info/yakst­gazu.html
2. Станкевич Г.М., Стахова Т.В., Анатазевич В.І. Сушіння зерна: Підручник. – К.: Либідь,1997.–532 с.
3. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учебное пособие.– СПб.: СПбГААХПТ, 1998. – 146 с.
4. Грежой А.П., Самочетов В.Ф. Зерносушение и зерносушилки. Изд.4­е.– М.: Колос, 1967. – 255 с.
В.А.Шарсунов, Л.В.Рукшан. Сушка и хранение зерна: Справочное пособие. – Ми 5. нск, Мисанта, 2010. – 587 с.
6. Сажин Б.С. Основы техники сушки. – М., Химия, 1984. – 315 с.

Рекламодавці останнього номеру