Energieeinsparungen im Induktionstrocknung von Getreide mit Induktionserwärmungsverfahren
Jährlich produziert Kasachstan etwa 17-19 Millionen Tonnen Getreide in sauberem Gewicht, exportiert etwa 5 Millionen Tonnen Getreide, und der durchschnittliche Inlandsverbrauch liegt bei 9-11 Millionen Tonnen. Die weitere Entwicklung der Getreideindustrie und die Förderung des Getreideexports erfordern die Entwicklung der Infrastruktur für die Lagerung, den Transport und die Trocknung von Getreide, einschließlich des Baus neuer und des Umbaus alter Getreidesilos, des Baus von Hafenterminals und des Erwerbs von Trockenfrachtschiffen und Getreidetransportern (Baum, 1983). Es besteht die Notwendigkeit, die Industrie zu modernisieren, und die Aufgabe erfordert intensive Bemühungen der staatlichen und nationalen Getreideproduzenten.
Die Teilnehmer des Astana Kazakh Grain Forum V KAZGRAIN-2012 diskutierten über den aktuellen Zustand des Getreidemarktes, Trends und Preiserwartungen sowie über schwierige Fragen der Logistik und Infrastruktur. Es wurde festgestellt, dass Kasachstan vor 10 Jahren nicht als Getreideexporteur angesehen werden konnte, während heute die Exportfragen als vorrangig anerkannt werden. Und die Produktion und Trocknung von Getreide nimmt einen der führenden Plätze sowohl im agroindustriellen Komplex als auch in der Wirtschaft insgesamt ein.
Die Analyse der Erfahrungen vieler Produktionsbetriebe in der Getreideverarbeitung nach der Ernte zeigt, dass die wichtigste Aufgabe zur Gewährleistung der Sicherheit und Qualität des frisch geernteten Saatguts die Trocknung ist. Die Bedeutung der Getreidetrocknung nimmt in der feuchten Zone zu: Verzögerungen bei der Trocknung oder die Durchführung dieses Vorgangs unter Verletzung der technologischen Regeln führen unweigerlich zu Ernteverlusten. Nach den Forschungen in 25-28% Feuchtigkeit des Haufens für drei Tage sinkt die Keimung um 20%. Und der Verlust an Trockenmasse beträgt 0,7-1% pro Tag, wenn die Feuchtigkeit des Kornhaufens 37% beträgt (Ginzburg, 1973).
Die wichtigsten Faktoren für den effizienten Einsatz von Trocknern in der Landwirtschaft sind die Erzielung einer höheren Getreidequalität, die Erhöhung der Bandbreite der Geräte sowie die Senkung der Energiekosten. Grundlage für die Verbesserung der Effektivität bestehender Trockner in der Landwirtschaft ist die Sicherstellung einer ausreichenden und stabilen Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Kubikmeter in den Kameras der Getreidetrockner. Einer der Gründe, die dies verhindern, ist, dass die im Trocknungsschacht eingebauten Kühlaggregate keine optimalen Bedingungen für eine vollständige Abkühlung des Getreides schaffen und dadurch das effektive Volumen des Trocknungsschachtes und den Feuchtigkeitsentzug aus einem Kubikmeter der Kamera verringern.
Seit 2010 weist die Weizenproduktion einen stabilen Wachstumstrend auf: die Anbaufläche ist um 17%, der Ertrag um 25% und der Gesamtertrag um 52% gestiegen. Am 1. Januar 2012 gab es in Kasachstan 258 Silos mit einer Lagerkapazität von 14 771,3 Tausend Tonnen und Elevatoren mit einer Lagerkapazität von 14 127,8 Tausend Tonnen. Die Steigerung des Ertrags und der Bruttoernte erfordert eine Verbesserung der Trocknungstechnologie, um Ernteverluste zu vermeiden und die Kornqualität zu erhalten.
Die aussichtsreichste Methode zur Getreidetrocknung und zum Feuchtigkeitsentzug ist das Induktionserwärmungsverfahren die aufgrund erheblicher Unzulänglichkeiten bei der Herstellung von Frequenzumrichtern noch wenig erforscht ist und in der Praxis kaum Anwendung findet. Obwohl die Induktionserwärmungsanlage Produktion entwickelt sich derzeit, und die Getreidetrocknung wird im Vergleich zu den traditionellen Heizmethoden immer mehr bevorzugt (Zhidko, 1982).
Gegenwärtig wird die Induktionserwärmung zur Oberflächenhärtung von Stahlerzeugnissen, zur Durchwärmung bei der plastischen Verformung (Schmieden, Stanzen, Pressen usw.), zum Schmelzen von Metallen, zur Wärmebehandlung (Glühen, Anlassen, Normalisieren, Abschrecken), zum Schweißen, Löten und zur Metallbearbeitung eingesetzt. Die indirekte Induktionserwärmung wird zur Erwärmung von technologischen Anlagen (Rohrleitungen, Tanks usw.), zur Erwärmung von Flüssigkeiten, zur Trocknung von Mänteln und Materialien (z. B. Holz) eingesetzt. Der wichtigste Parameter von Induktionserwärmungsanlagen ist die Frequenz. Für jeden Prozess (Oberflächenhärtung, Durchwärmung) gibt es einen optimalen Frequenzbereich, der die beste technologische und wirtschaftliche Leistung bietet. Für die Induktionserwärmung werden Frequenzen von 50 Hz bis 5 MHz verwendet.
Die Vorteile der Induktionserwärmung sind unter anderem folgende:
- Die Übertragung von elektrischer Energie direkt in den Heizkörper ermöglicht die direkte Erwärmung von Materialien, wodurch die Erwärmungsrate
- Die Übertragung der elektrischen Energie direkt in den Heizkörper erfordert keine Kontaktvorrichtungen. Dies ist nützlich für automatisierte Linien
- Handelt es sich bei dem Heizmaterial um ein Dielektrikum, z. B. Getreide, dann wird die Energie gleichmäßig über das gesamte Volumen des Heizmaterials verteilt. Folglich bietet diese Induktionsmethode eine schnelle Erwärmung von
- Die Induktionserwärmung kann in den meisten Fällen die Produktivität erhöhen und die Arbeitsbedingungen verbessern. Das Induktionsgerät kann als eine Art Transformator betrachtet werden, bei dem die Primärwicklung (Induktor) an die Wechselstromquelle angeschlossen ist und das Heizmaterial als Sekundärwicklung dient.
Die Senkung der Kosten für die gesamte Anlage erfordert die Entwicklung und Einführung von Induktionsheizungen mit einfacher Bauweise.
Der Hauptunterschied zwischen der Induktionserwärmung und traditionellen Trocknungsmethoden liegt in der volumetrischen Erwärmung. Die Wärme dringt nicht von der Oberfläche aus in das Produkt (Material) ein, sondern wird im gesamten Volumen auf einmal gebildet; dieses Verfahren ermöglicht eine effektive Trocknung von Getreide bei geringem Energieverbrauch. Während des Erwärmungsprozesses durch Induktion kommt es zu einer gleichmäßigen Verteilung der Feuchtigkeit im getrockneten Material. Die Induktion setzt keine Wärmeübertragung vom Heizer auf das Material voraus. Bei anderen Trocknungsmethoden muss die Luft erwärmt werden, um dann die Wärme von der heißen Luft auf das Material zu übertragen. In jeder Phase - der Erwärmung der Luft, ihrem Transport und der Wärmeübertragung auf das Produkt - sind Wärmeverluste unvermeidlich.
Heutzutage verwenden Unternehmen in Kasachstan praktisch keine Induktionsheizungen, da sie sehr teuer sind. Alte Lampenmodelle von Induktionserwärmungsmaschinen sind veraltet und werden nicht hergestellt.
Getreidetrocknung durch Induktionserwärmung. Trocknung in der Fallschicht
Wir schlagen das Induktionserwärmungsverfahren zur Getreidetrocknung vor (Abbildung 1), bei dem das Getreidematerial durch Schwerkraft durch den Trocknungsschacht transportiert wird. Am oberen Ende des Trockners wird das Getreide über Becherwerke oder andere Transportvorrichtungen verladen und gelangt dann in den Trockenturm. In der Kamera des Trockenturms erzeugt der an einen Frequenzumrichter angeschlossene Induktor ein elektromagnetisches Feld (Fluss) mit hoher Frequenz.
Trocknung in fallender Schicht. Die herabfallende Schicht stellt einen stark entladenen, gravitativ bewegten Getreidestrom dar, der teilweise durch eine aufwärts gerichtete Gasströmung (aerodynamisches Bremsen) ausgeglichen wird. Die tatsächliche Konzentration der Körner nimmt im Laufe der Bewegung zu. Trocknung in der Schwebeschicht. Der Schwebezustand des Korns wird durch den aufsteigenden Gasstrom erreicht, wenn die Geschwindigkeit der Energiezufuhr erhöht wird. Dabei wird die gesamte Oberfläche des Korns in den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch mit dem Gas einbezogen. Die Verweildauer des Korns im Rohr beträgt nur wenige Sekunden; die Temperatur des Trockenmittels beträgt 350-400 °C. Die Verringerung der Feuchtigkeit beträgt jedoch nur einen Bruchteil des Prozentsatzes. Deshalb wird der Apparat mit gewichteten Getreideschichten nicht als separater Trockner, sondern als Element eines kombinierten Mehrkammertrockners verwendet.
Schlussfolgerung
Landwirtschaftliche Betriebe und Elevatoren sind heute meist mit Direktstrom-Schachttrocknern ausgestattet. Diese Trockner weisen erhebliche Ungleichmäßigkeiten bei der Erwärmung und Trocknung des Getreides auf, was wiederum erhebliche thermische Trocknungskosten verursacht. Der Hauptgrund dafür ist die unzureichende Zufuhr von Trocknungsmittel und atmosphärischer Luft zu den Trocknungsschichten des Getreides.
Eine wichtige Voraussetzung für die Qualitätsarbeit von Getreidetrocknern ist eine effiziente Kühlung des getrockneten Getreides. Planmäßig sind die Kühlvorrichtungen von Getreidetrocknern so ausgelegt, dass die Temperatur des Getreides am Ausgang nicht mehr als 10°C über der atmosphärischen Lufttemperatur liegen sollte. In der Praxis erreicht dieser Wert jedoch mehr als 12°C, wenn die Lufttemperatur höher als 15°C ist. Auch bei modernen Getreidetrocknern kommt es zu erheblichen Ungleichmäßigkeiten bei der Abkühlung der einzelnen Getreideschichten. Im besprochenen Zusammenhang kann die Anwendung der Induktionserwärmung die geeignetere Methode im Hinblick auf Produktivität, Qualität und Kosteneffizienz sein.
Referenzen
Baum, A., 1983. Getreidetrocknung [auf Russisch], Moskau: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Grundlagen der Theorie und Technologie der Lebensmitteltrocknung [auf Russisch], Moskau: Lebensmittelindustrie
Zhidko, V., 1982. Getreidetrocknung und Getreidetrockner [auf Russisch], Moskau: Kolos