zerno.#07.block.inddПри сушке кукурузы на семена предварительный прогрев и продувка сушильных камер, дифференцированные температурные режимы и рециркуляция агента сушки могут сэкономить 25% энергоносителей и ускорить процесс сушки на 10% при полном сохранении качества посевного материала. Сушка зерновых продуктов с повышенной влажностью сопровождается расходом значительного количества тепловой энергии. Особенно большие энергозатраты возникают при сушке зерна кукурузы повышенной влажности. (Опубликовано в № 7.2011г.)
Для сушки кукурузы нужно в 1,5-2 раза больше тепла по сравнению с другими зерновыми культурами. Вследствие повышенного энергопотребления доля стоимости операции сушки в стоимости технологии послеуборочной обработки кукурузы составляет 60-70% в зависимости от начальной влажности зерна, направления его использования и конструкции зерносушилки. Больше всего тепловой энергии требуется для сушки семенной кукурузы. При выполнении этой операции придерживаются мягких температурных режимов, снижают уровень нагревания зерна, уменьшают интенсивность влагоиспарения и тщательно следят за состоянием зерновки во избежание появления внутренней трещиноватости. Соблюдение технологических требований должно обеспечить получение качественного семенного материала, однако все эти операции сопровождаются увеличением затрат энергии. Основным способом сушки семян кукурузы считается подсушивание зерна в початках в камерных сушилках периодического действия при следующих типовых условиях: температурный режим агента сушки -35-50 °С в зависимости от влажности зерна, последовательная продувка камер, ритмичный график работы сушилки и реверсирования (когда проходит половина времени сушки в каждой камере). Нормированным является также потребление тепла в виде расходов условного топлива, которые не должны превышать 3,36 кг на один тонно-процент влаги. В пересчете на плановую тонну максимальный расход условного топлива составляет 22-23 кг, то есть на испарение 1 кг влаги расходуется 8,56 МДж тепла. Исходя из этого КПД камерных сушилок составляет 30-35% от теоретически возможного, а шахтных зерносушилок – 55-60%. Благодаря новым приемам сушки семенной кукурузы (в том числе разработанных экспериментальным путем) можно существенно снизить затраты тепловой энергии, уменьшить время сушки при полном сохранении качества семян. Такими приемами являются: предварительный прогрев початков, параллельная продувка камер, дифференцированный тепловой режим, максимально допустимая температура, реверсирование и рециркуляция агента сушки (в том числе отработанного).

В стоимости технологии послеуборочной обработки кукурузы доля стоимости сушки составляет 60-70 %

Предварительный прогрев

Предварительный прогрев кукурузы основан на использовании повышенной температуры агента сушки на первом этапе сушки, поскольку зародыш семени, погруженный в стержень початка, нагревается медленно. Опытами установлено, что за счет прогрева початков при температуре 50 °С на 7 часов сокращается время их сушки, на 10,9% увеличивается скорость влагоотдачи зерна, на 22,5% повышается производительность сушилки по сравнению с контролем -типовой технологией сушки в обычном режиме (табл. 1). Заметим, что при прогревании початков температура в насыпи не превышала 39 °С, а температура зерна – 35 °С, поэтому качество семян сохранялось: показатели лабораторной и полевой всхожести, а также урожайности были аналогичны показателям, полученным при обычном режиме сушки по типовой технологии. Наиболее эффективным является прогревание початков в сушилках с небольшим количеством камер (2-4 камеры, иногда до 6). В этом случае прогрев початков совпадает с началом их сушки, что позволяет применять оптимальные тепловые режимы в зависимости от влажности зерна. Другим вариантом является прогревание початков, которые находятся в бункерах временного хранения. Здесь работает единая система «бункер – сушилка», которая функционирует постоянно по мере завершения сушки в камерах и их загрузки нагретыми вилками из бункера. Прогревание початков в бункере осуществляется посредством отработанного теплоносителя, который в опытах имел температуру 30-40 °С, относительную влажность 28-70%. Масса початков в бункере – 150 т. В течение 30-часового нагрева и подсушки початков в бункере влажность зерна снизилась на 6%, а стержней – на 4%.

zerno.#07.block.indd

Недостатки предварительного прогрева

Предварительный прогрев початков в системе «бункер-сушилка» имеет положительное влияние на технико-экономические показатели работы сушилки: сокращение продолжительности сушки кукурузы на 11 часов, повышение производительности сушильных камер на 11,2%, сохранение высокого качества семян. Однако были выявлены и некоторые недостатки при осуществлении этих работ, а именно потребовалось провести капитальное переоборудование бункера, его герметизацию и соединить бункер с сушилкой. Кроме того, усложнился процесс выгрузки початков из бункера, а зерно в разных слоях насыпи подсушивалось неравномерно.

Параллельная схема продувки камер

Следует отметить, что технико-экономические показатели работы сушилки зависят также от схемы продувки сушильных камер. В качестве типовой рекомендуется последовательная схема, когда агент сушки подается в первую группу камер, где сушка заканчивается, затем он выходит со второй группы камер, которые находятся в начале сушки. При такой схеме агент сушки максимально увлажняется и отрабатывается, поэтому теоретически считается, что его тепловой потенциал используется наиболее эффективно. Однако на практике получается несколько иной результат – снижается сушильная способность воздуха и скорость отдачи влаги зерном во второй группе камер, возрастает аэродинамическое сопротивление в воздушной сети, увеличивается общая продолжительность сушки. Кроме того, при последовательной схеме очень трудно придерживаться основного условия – ритмичной работы камер, а также оптимального соотношения между различными группами камер. Поэтому для улучшения условий продувки в опытах применяли параллельную схему подачи агента сушки, он поступал во все камеры одновременно. При такой схеме увеличилась производительность камеры на 14,8% и улучшились посевные качества семян по сравнению с последовательной схемой (табл. 2). Типовые температурные режимы сушки кукурузы, которые применяют на практике, были разработаны теоретически исходя из характеристики динамики термостойкости семян. Максимально допустимые температуры при этом были установлены с учетом продолжительности нагрева зерна и влажности, которая закономерно снижается. Опыты показали, что такой теоретический подход не соответствует особенностям практики сушки зерна семенной кукурузы в производственных условиях. Во-первых, согласно расчетам разница по температуре между агентом сушки и зерном составляет 4 °С, однако на практике получаются несколько иные результаты. Во-вторых, основные параметры сушки – влажность, температура нагрева зерна и скорость фильтрации агента сушки характеризуются неодинаковыми показателями в разных слоях насыпи початков. В-третьих, скорость отдачи влаги зерном также отличается и зависит от физико-механических и теплофизических свойств початка и зерновки. Кроме того, необходимо учитывать неадекватную термостойкость семян в зависимости от его сортовых особенностей, а также уборочной влажности и спелости.

Дифференцированный режим сушки

В случае применения дифференцированного режима сушки, предусматривающего ступенчатое или постепенное повышение температурных режимов, не было выявлено недостатков. При постепенном повышении температуры соответственно возрастала скорость подсушивания семян. Такие условия наиболее благоприятны для получения семян высокого качества. Но при постепенном повышении температуры нужно постоянно контролировать параметры сушки с помощью дистанционной термовлагометрии.

С помощью дифференцированных тепловых режимов производительность сушилки увеличивается на 20-30 % и более

При ступенчатом режиме с каждым повышением температуры ее показатели должны совпадать с уровнем влажности зерна в пограничных слоях насыпи – верхнем или нижнем в зависимости от направления продувки сушильных камер. Результативность этого режима также довольно высокая и приближается к показателям режима с постепенным повышением температур. Резерв увеличения температуры агента сушки при постепенном повышении температуры и ступенчатом режиме составляет 6-12 °С, нагрев зерна – 4-8 °С. Исследования показали, что с помощью дифференцированных режимов можно увеличить среднюю температуру сушки на 2-3 °С, повысить производительность сушильных камер на 0,5-0,6 т-% в час в расчете на 1 °С. В целом за счет дифференцированных тепловых режимов производительность сушилки увеличивается на 20-30% и более по сравнению с рекомендованными инструкцией типовыми постоянными режимами.

При этом очень важное значение имеет максимально допустимая температура агента сушки, которая в камерных кукурузосушилках связана сложной зависимостью с нагревом зерна. Зависимость определяется рядом параметров, таких как удельный расход и скорость фильтрации агента сушки в насыпи початков, объем его рециркуляции и частота реверсирования. Исследования, проведенные совместно с ОНАПТ (В. И. Алейников), показали, что температуру агента сушки можно существенно повысить за счет увеличения частоты реверсирования в момент максимального нагрева початков со стороны поступления агента в насыпь. На основе определенных параметров теплового режима – температуры агента сушки 50-55 °С при частоте реверсирования 30 мин установлено его влияние на технико-экономические показатели работы сушилки и качество семян (табл. 3). Применение интенсивных тепловых технологий увеличивает среднюю скорость сушки семян кукурузы на 20-27%, а производительность сушильной камеры -на 15-21%, а также обеспечивает высокие посевные и урожайные свойства семян по сравнению с типовым режимом. Однако отметим, что режим интенсификации можно применять только для семян гибридов кукурузы с уборочной влажностью зерна до 30-32%.

zerno.#07.block.indd

Рециркуляция отработанного агента

Существенным резервом снижения энергопотребления является также рециркуляция отработанного агента, который при выходе из сушилки может иметь высокий потенциал влагоиспарения.

Для перевода сушилки в режим рециркуляции применяли систему каналов, через которые агент сушки подавался и возвращался в обратном направлении. Наиболее эффективной оказалась двухканальная система с перекидным клапаном, позволяющая подавать отработанный агент в обратном направлении, а также менять направление продувки. Режим рециркуляции исследовали при разных способах работы сушилки: цикличном – с остановкой на загрузки и выгрузки и бесцикличном -в режиме постоянного действия.

При цикличной работе сушилки в течение первых 20-30 часов сушки отработанный агент активно насыщается влагой, при этом его относительная влажность составляет 75-100%, а температура – 15-30 °С (при подаче 40-45 °С). По истечении указанного времени относительная влажность отработанного теплоносителя составляла 60% и ниже, а температура повышалась до 30-35 °С, поэтому теплоноситель можно использовать в режиме рециркуляции. При бесцикличной работе каждое включение свежезагруженной камеры изменяло показатели отработанного агента сушки – его температура снижалась на 5-8 °С, а относительная влажность повышалась на 12-18% в зависимости от состояния початков в камерах. Такой временной период длился 5-8 часов, после чего отработанный теплоноситель имел следующие значения: относительная влажность – 50-58%, температура – 31-33 °С. Режим рециркуляции был опробован в процессе работы переоборудованной многокамерной сушилки СКПМ-18, в топливном отделении которой использовалось газообразное топливо. Влажность зерна гибридов кукурузы, а также их родительских форм составляла 30-35%, контролем служил режим сушки со свободным выходом отработанного теплоносителя. Объем отработанного агента сушки, который направляли на рециркуляцию, был в пределах 30-70% в зависимости от влажности зерна и времени сушки.

В режиме рециркуляции расход топлива снижается на 26 %

Сушка в режиме рециркуляции существенно улучшала технико-экономические показатели работы сушилки (табл. 4). Например, расход топлива снижался на 26%, электроэнергии – на 5% по сравнению с контрольным вариантом. Отработанный агент сушки практически не влиял на качество семян – их всхожесть и урожайность оставались на высоком уровне.

Снижение затрат энергии, в частности топлива, при сушке с рециркуляцией обеспечивалось за счет подачи в топливно-вентиляционное отделение сушилки подогретого воздуха. Отработанный агент сушки служил в качестве подогретого воздуха и с помощью системы каналов направлялся в сушилку. Замеры показали, что в режиме рециркуляции температура газовоздушной смеси увеличивалась на 5-12 °С в зависимости от температуры окружающего воздуха и стадии сушки. За счет этого уменьшалась подача топлива в форсунку топки. До сих пор во многих случаях для сушки семенной кукурузы по инструкции применяют энергозатратные тепловые технологии, а камерные кукурузосушилки относятся к сушильным агрегатам с низким коэффициентом полезного действия. Поэтому в целях энергосбережения и повышения производительности рекомендуется провести ряд технико-технологических мероприятий – предварительный прогрев и параллельная продувка сушильных камер, дифференцированные температурные режимы, в том числе на уровне максимально допустимых, рециркуляция агента сушки. В частности, рециркуляция агента сушки с периодическим изменением направления продувки сушильных камер заслуживает особого внимания, ведь благодаря этому экономятся энергоматериалы на 20-26%.

Николай Кирпа,

доктор сельскохозяйственных наук Институт зернового хозяйства УААН