Oszczędność energii w indukcyjne suszenie ziarna z nagrzewaniem indukcyjnym
Rocznie Kazachstan produkuje około 17-19 milionów ton zboża w czystej wadze, eksportuje około 5 milionów ton zboża, a średnia wielkość konsumpcji krajowej sięga 9-11 milionów ton. Dalszy rozwój przemysłu zbożowego i promocja eksportu zboża wymaga rozwoju infrastruktury magazynowania, transportu i suszenia zboża, w tym budowy nowych i rekonstrukcji starych silosów zbożowych, budowy terminali portowych oraz zakupu statków do przewozu ładunków suchych i zboża (Baum, 1983). Istnieje potrzeba modernizacji przemysłu, a zadanie to wymaga intensywnych wysiłków państwa i krajowych producentów zbóż.
Uczestnicy V Kazachskiego Forum Zbożowego KAZGRAIN-2012 w Astanie dyskutowali o aktualnym stanie rynku zbożowego, trendach i oczekiwaniach cenowych, a także o wyzwaniach w logistyce i infrastrukturze. Zauważono, że 10 lat temu Kazachstan nie mógł być uważany za eksportera zboża, podczas gdy obecnie kwestie eksportu są uznawane za priorytetowe. A produkcja i suszenie zboża zajmuje jedno z czołowych miejsc zarówno w kompleksie rolno-przemysłowym, jak i w całej gospodarce.
Analiza doświadczeń wielu przedsiębiorstw produkcyjnych w zakresie przetwarzania ziarna po zbiorach dowodzi, że podstawowym zadaniem w zapewnieniu bezpieczeństwa i jakości świeżo zebranych nasion jest ich suszenie. Znaczenie suszenia ziarna wzrasta w strefie wilgotnej: opóźnienie suszenia lub przeprowadzenie tej operacji z naruszeniem reżimów technologicznych nieuchronnie powoduje straty w plonach. Według badań przy wilgotności sterty 25-28% przez trzy dni kiełkowanie spada o 20%. A straty suchej masy wynoszą 0,7-1% dziennie, gdy wilgotność pryzmy ziarna wynosi 37% (Ginzburg, 1973).
Ważnymi czynnikami w efektywnym wykorzystaniu suszarni w rolnictwie jest zapewnienie wyższej jakości ziarna, zwiększenie przepustowości jednostek, a także obniżenie kosztów energii. Podstawą poprawy efektywności istniejących suszarni w rolnictwie jest zapewnienie wystarczającego i stabilnego usuwania wilgoci z jednego metra sześciennego w kamerach suszarni zbożowych. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest to, że agregaty chłodnicze wbudowane w wał suszarniczy nie stwarzają optymalnych warunków do pełnego chłodzenia ziarna, a tym samym zmniejszają efektywną objętość wału suszarniczego i usuwanie wilgoci z metra sześciennego aparatu.
Od 2010 roku produkcja pszenicy wykazuje stabilny trend wzrostowy: powierzchnia upraw wzrosła o 17%, wydajność wzrosła o 25%, a całkowita wydajność - o 52%. W dniu 1 stycznia 2012 r. Kazachstan posiadał 258 silosów o pojemności 14 771,3 tys. ton i elewatorów o pojemności 14 127,8 tys. ton. Zwiększenie plonów i zbiorów brutto wymaga poprawy technologii suszenia w celu uniknięcia strat i utrzymania jakości ziarna.
Najbardziej perspektywiczną metodą suszenia ziarna i usuwania wilgoci jest metoda nagrzewania indukcyjnego który pozostaje mało zbadany i rzadko stosowany w praktyce ze względu na znaczne niedoskonałości technologii produkcji przetwornic częstotliwości. Chociaż indukcyjne urządzenia grzewcze obecnie się rozwija, a jego stosowanie w praktyce suszenia ziarna staje się bardziej korzystne w porównaniu z tradycyjnymi metodami ogrzewania (Zhidko, 1982).
Obecnie nagrzewanie indukcyjne wykorzystywane jest do hartowania powierzchniowego wyrobów stalowych, poprzez nagrzewanie do odkształceń plastycznych (kucie, tłoczenie, prasowanie itp.), topienie metali, obróbkę cieplną (wyżarzanie, odpuszczanie, normalizowanie, hartowanie), spawanie, zgrzewanie, lutowanie, metali. Nagrzewanie indukcyjne pośrednie wykorzystywane jest do ogrzewania urządzeń technologicznych (rurociągów, zbiorników itp.), podgrzewania cieczy, suszenia powłok i materiałów (np. drewna). Najważniejszym parametrem instalacji nagrzewania indukcyjnego jest częstotliwość. Dla każdego procesu (utwardzanie powierzchni, nagrzewanie przelotowe) istnieje optymalny zakres częstotliwości, zapewniający najlepsze parametry technologiczne i ekonomiczne. Do nagrzewania indukcyjnego stosuje się częstotliwości od 50 Hz do 5 MHz.
Zalety ogrzewania indukcyjnego są następujące:
- Przesyłanie energii elektrycznej bezpośrednio do korpusu grzewczego pozwala na bezpośrednie nagrzewanie materiałów, dzięki czemu szybkość nagrzewania wynosi
- Przesyłanie energii elektrycznej bezpośrednio do korpusu grzewczego nie wymaga urządzeń kontaktowych. Jest to przydatne w przypadku zautomatyzowanych linii
- Gdy materiałem grzewczym jest dielektryk, np. ziarno, wówczas moc jest równomiernie rozprowadzana w całej objętości materiału grzewczego. W konsekwencji, ta metoda indukcyjna zapewnia szybkie nagrzewanie
- Ogrzewanie indukcyjne w większości przypadków może zwiększyć wydajność i poprawić warunki pracy. Urządzenie indukcyjne można uznać za rodzaj transformatora, w którym uzwojenie pierwotne (cewka indukcyjna) jest podłączone do źródła zasilania prądem przemiennym, a materiał grzewczy służy jako uzwojenie wtórne.
Obniżenie kosztów całej instalacji wymaga opracowania i wdrożenia prostych w konstrukcji nagrzewnic indukcyjnych.
Główna różnica między ogrzewaniem indukcyjnym a tradycyjnymi metodami suszenia polega na ogrzewaniu objętościowym. Ciepło przenika do produktu (materiału), a nie z powierzchni; powstaje w całej objętości jednocześnie, proces ten pozwala na efektywne suszenie ziarna przy niskim zużyciu energii. Równomierny rozkład wilgoci występuje w suszonym materiale podczas procesu ogrzewania indukcyjnego. Indukcja nie zakłada transferu ciepła z nagrzewnicy do materiału. Podczas gdy stosowanie innych metod suszenia wymaga podgrzania powietrza, a następnie przeniesienia ciepła z gorącego powietrza na materiał. Na każdym etapie - ogrzewania powietrza, jego transportu i przekazywania ciepła do produktów - straty ciepła są nieuniknione.
Obecnie przedsiębiorstwa w Kazachstanie praktycznie nie używają nagrzewnic indukcyjnych, ponieważ są one bardzo drogie. Stare modele lamp indukcyjne maszyny grzewcze są przestarzałe i nie są produkowane.
Suszenie ziarna za pomocą nagrzewania indukcyjnego. Suszenie w warstwie opadającej
Proponujemy indukcyjną metodę suszenia ziarna (rysunek 1), w której materiał ziarna przechodzi przez wał suszący napędzany siłą grawitacji. W górnej części suszarni ziarno jest ładowane za pomocą przenośników kubełkowych lub innych urządzeń transportowych; następnie ziarno trafia do wieży suszarniczej. W kamerze wieży suszarniczej cewka indukcyjna, podłączona do przetwornicy częstotliwości, wytwarza pole elektromagnetyczne (strumień) o wysokiej częstotliwości.
Suszenie w opadającej warstwie. Opadająca warstwa reprezentuje silnie wyładowany grawitacyjnie poruszający się strumień ziarna, częściowo równoważony przez wznoszący się przepływ gazu (hamowanie aerodynamiczne). Rzeczywiste stężenie ziarna wzrasta w trakcie ruchu. Suszenie w warstwie zawieszonej. Stan zawieszenia ziarna osiąga się w strumieniu gazu wznoszącego przy zwiększaniu prędkości zasilania. W tym procesie cała powierzchnia ziarna jest zaangażowana w wymianę ciepła i wilgoci z gazem. Czas przebywania ziarna w rurze pneumatycznej nie przekracza kilku sekund; temperatura czynnika suszącego wynosi 350-400 °C. Jednak redukcja wilgoci wynosi ułamek procenta. Dlatego urządzenia z ważonymi warstwami ziarna są używane nie jako oddzielna suszarka, ale jako element wielokomorowej suszarki kombinowanej.
Wnioski
Obecnie firmy rolnicze i elewatory są wyposażone głównie w suszarnie szybowe o przepływie bezpośrednim. Suszarnie te charakteryzują się znaczną nierównomiernością ogrzewania i suszenia ziarna, co z kolei powoduje znaczne koszty suszenia termicznego. Głównym powodem jest niedoskonałość w dostarczaniu środka suszącego i powietrza atmosferycznego do odwadniających warstw ziarna.
Ważnym warunkiem wysokiej jakości pracy suszarni zbożowych jest skuteczne chłodzenie suszonego ziarna. Zgodnie z planem urządzenia chłodzące suszarni zbożowych są zaprojektowane tak, aby temperatura ziarna na wyjściu nie przekraczała temperatury powietrza atmosferycznego o więcej niż 10°C. Jednak w praktyce wartość ta osiąga ponad 12°C, gdy temperatura powietrza jest wyższa niż 15°C. Również nowoczesne suszarnie do ziarna zapewniają znaczną nierównomierność chłodzenia poszczególnych warstw ziarna. W omawianym kontekście zastosowanie suszenia indukcyjnego może być bardziej odpowiednim sposobem pod względem wydajności, jakości i efektywności kosztowej.
Referencje
Baum, A., 1983. Suszenie ziarna [w języku rosyjskim], Moskwa: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Podstawy teorii i technologii suszenia środków spożywczych [w języku rosyjskim], Moskwa: Przemysł spożywczy
Zhidko, V., 1982. Suszenie ziarna i suszarnie ziarna [w języku rosyjskim], Moskwa: Kolos