Экономия энергии на индукционная сушка зерна с индукционным методом нагрева
Ежегодно Казахстан производит около 17-19 млн тонн зерна в чистом весе, экспортирует около 5 млн тонн зерна, а средний объем внутреннего потребления достигает 9-11 млн тонн. Дальнейшее развитие зерновой отрасли и стимулирование экспорта зерна требует развития инфраструктуры хранения, транспортировки и сушки зерна, включая строительство новых и реконструкцию старых элеваторов, строительство портовых терминалов и приобретение сухогрузных судов и зерновозов (Baum, 1983). Необходима модернизация отрасли, и эта задача требует интенсивных усилий со стороны государства и национальных производителей зерна.
Участники V Казахстанского зернового форума KAZGRAIN-2012 в Астане обсудили текущее состояние зернового рынка, тенденции и ценовые ожидания, а также сложные вопросы логистики и инфраструктуры. Было отмечено, что еще 10 лет назад Казахстан не мог рассматриваться как экспортер зерна, а в настоящее время вопросы экспорта признаны приоритетными. А производство и сушка зерна занимают одно из ведущих мест как в агропромышленном комплексе, так и в экономике в целом.
Анализ опыта многих производственных предприятий по послеуборочной обработке зерна показывает, что первоочередной задачей в обеспечении сохранности и качества свежесобранных семян является их сушка. Важность сушки зерна возрастает во влажной зоне: опоздание с сушкой или проведение этой операции с нарушением технологических режимов неизбежно приводят к потерям урожая. Согласно исследованиям при влажности вороха 25-28% в течение трех дней всхожесть снижается на 20%. А потери сухого вещества составляют 0,7-11ТП3Т в сутки при влажности зернового вороха 371ТП3Т (Гинзбург, 1973).
Важными факторами эффективного использования сушилок в сельском хозяйстве являются обеспечение более высокого качества зерна, увеличение пропускной способности агрегатов, а также снижение затрат на электроэнергию. Основой повышения эффективности существующих сушилок в сельском хозяйстве является обеспечение достаточного и стабильного удаления влаги из одного кубического метра в камерах зерносушилок. Одной из причин, препятствующих этому, является то, что холодильные агрегаты, встроенные в сушильную шахту, не создают оптимальных условий для полного охлаждения зерна и тем самым снижают эффективный объем сушильной шахты и удаление влаги из кубического метра камеры.
С 2010 года производство пшеницы демонстрирует устойчивую тенденцию роста: посевные площади увеличились на 17%, урожайность - на 25%, а общий сбор - на 52%. На 1 января 2012 года в Казахстане насчитывалось 258 силосов с объемом хранения 14 771,3 тыс. тонн и элеваторов с объемом хранения 14 127,8 тыс. тонн. Повышение урожайности и валового сбора требует совершенствования технологии сушки во избежание потерь урожая и сохранения качества зерна.
Наиболее перспективным методом сушки зерна и удаления влаги является индукционный метод нагрева которая остается малоизученной и редко применяется на практике из-за существенного несовершенства технологий изготовления преобразователей частоты. Хотя индукционное нагревательное оборудование В настоящее время производство развивается, и использование его в практике сушки зерна становится более предпочтительным по сравнению с традиционными способами нагрева (Жидко, 1982).
В настоящее время индукционный нагрев используется для поверхностной закалки стальных изделий, сквозного нагрева для пластической деформации (ковка, штамповка, прессование и т.д.), плавки металла, термообработки (отжиг, отпуск, нормализация, закалка), сварки, спайки, пайки металлов. Непрямой индукционный нагрев используется для нагрева технологического оборудования (трубопроводов, резервуаров и т.д.), нагрева жидкостей, сушки покрытий и материалов (например, древесины). Важнейшим параметром установок индукционного нагрева является частота. Для каждого процесса (закалка поверхности, сквозной нагрев) существует оптимальный диапазон частот, обеспечивающий наилучшие технологические и экономические показатели. Для индукционного нагрева используются частоты от 50 Гц до 5 МГц.
Преимущества индукционного нагрева заключаются в следующем:
- Передача электрической энергии непосредственно в нагревательный орган позволяет осуществлять прямой нагрев материалов, при этом скорость нагрева составляет
- Передача электрической энергии непосредственно в нагревательное тело не требует контактных устройств. Это удобно для автоматизированных линий
- Если нагревательный материал является диэлектриком, например, зерно, то мощность равномерно распределяется по всему объему нагревательного материала. Следовательно, этот индукционный метод обеспечивает быстрый нагрев
- Индукционный нагрев в большинстве случаев позволяет повысить производительность и улучшить условия труда. Индукционный прибор можно рассматривать как разновидность трансформатора, когда первичная обмотка (индуктор) подключается к источнику переменного тока, а нагревательный материал служит вторичной обмоткой.
Снижение стоимости всей установки требует разработки и внедрения простых по конструкции индукционных нагревателей.
Основное отличие индукционного нагрева от традиционных методов сушки заключается в объемном нагреве. Тепло проникает в продукт (материал) не с поверхности, а сразу во всем объеме, такой процесс позволяет эффективно сушить зерно при низких энергозатратах. В процессе индукционного нагрева в высушенном материале происходит равномерное распределение влаги. Индукция не предполагает передачи тепла от нагревателя к материалу. В то время как при использовании других методов сушки требуется нагреть воздух, а затем передать тепло от горячего воздуха к материалу. На каждом этапе - нагрев воздуха, его транспортировка и передача тепла продуктам - неизбежны потери тепла.
В настоящее время на предприятиях Казахстана практически не используются индукционные нагреватели, так как они очень дороги. Старые модели ламповых индукционные нагревательные машины устарели и не производятся.
Сушка зерна с помощью индукционного нагрева. Сушка в падающем слое
Мы предлагаем метод индукционного нагрева для сушки зерна (рис. 1), при котором зерновой материал проходит, движимый силой тяжести, через сушильную шахту. В верхней части сушилки зерно загружается ковшовыми транспортерами или другими транспортными устройствами, затем зерно попадает в сушильную башню. В камере сушильной башни индуктор, подключенный к преобразователю частоты, создает электромагнитное поле (поток) высокой частоты.
Сушка в падающем слое. Падающий слой представляет собой сильно разряженный гравитационный движущийся поток зерна, частично компенсируемый восходящим потоком газа (аэродинамическое торможение). Истинная концентрация зерна увеличивается по мере движения. Сушка во взвешенном состоянии. Взвешенное состояние зерна достигается в поднимающемся потоке газа при увеличении скорости подачи энергии. При этом вся поверхность зерна вовлекается в тепло- и влагообмен с газом. Время пребывания зерна в пневмотрубке не превышает нескольких секунд, температура сушильного агента составляет 350-400 °C. Однако снижение влажности составляет доли процента. Поэтому аппараты со взвешенными слоями зерна используются не как отдельная сушилка, а как элемент многокамерной комбинированной сушилки.
Заключение
Сегодня сельскохозяйственные предприятия и элеваторы оснащены в основном прямоточными шахтными сушилками. Эти сушилки предполагают значительную неравномерность нагрева и сушки зерна, что в свою очередь вызывает значительные затраты на тепловую сушку. Основной причиной этого является несовершенство подачи сушильного агента и атмосферного воздуха в обезвоживаемые слои зерна.
Важным условием качественной работы зерносушилок является эффективное охлаждение высушенного зерна. По плану охлаждающие устройства зерносушилок проектируются таким образом, чтобы температура зерна на выходе не превышала температуру атмосферного воздуха более чем на 10°С. Однако на практике эта величина достигает более 12°C при температуре воздуха выше 15°C. Также современные зерносушилки обеспечивают значительную неравномерность охлаждения отдельных слоев зерна. В рассматриваемом контексте применение сушки с индукционным нагревом может быть более подходящим способом с точки зрения производительности, качества и экономической эффективности.
Ссылки
Баум, А., 1983. Сушка зерна [Текст], Москва: Колос
Гинзбург, А., 1973. Основы теории и технологии сушки пищевых продуктов, Москва: Пищевая промышленность
Жидко, В., 1982. Сушка зерна и зерносушилки [Текст], Москва: Колос