НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАЛІНІЧЕНКО РОМАН АНДРІЙОВИЧ

УДК 631.365.22

ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧІ РЕЖИМИ СУШІННЯ І АКТИВНОГО ВЕНТИЛЮВАННЯ ЗЕРНА ПРИ ЗБЕРІГАННІ В УМОВАХ ГОСПОДАРСТВ

05.09.16 - електротехнології та електрообладнання

в АПК.

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 2005

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету міністрів України

Науковий керівник– доктор технічних наук, старший науковий співробітник,

Котов Борис Іванович, Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, головний науковий співробітник лабораторії післязбиральної обробки зерна

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Драганов Борис

Харлампійович, Національний аграрний університет, професор кафедри теплоенергетики

кандидат технічних наук, Жоров Віктор Іванович, Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, завідувач лабораторії автоматизованого електроприводу та експлуатації електрообладнання

Провідна установа – Харківський державний технічний університет сільського господарства, кафедра застосування електроенергії в сільському господарстві, Міністерства аграрної політики України, м.Харків

Захист відбудеться “11” травня 2005 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.07 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету: 03041, Київ – 41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус № 4, к.41

Автореферат розісланий “ 9 ” квітня 2005р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Лут М.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найбільша частина енерговитрат на виробництво зерна концентрується на стадіях післязбиральної обробки зерна, яка включає очищення, сушіння і зберігання. Затрати енергії на доведення зерна до кондиційного за вологістю стану складають до 40-70% загальних витрат. Враховуючи низький тепловий ККД сучасних зерносушарок (до 50%), доцільним прийомом зниження витрат органічного палива є його часткова заміна електричною енергією.

Перспективним напрямом вирішення цієї проблеми, як показує світовий досвід, є реалізація (в господарствах) двостадійної технології зневоднення зерна: високотемпературне підсушування в зерносушарках та досушування до кондиції (14%) примусовим вентилюванням атмосферним або підігрітим повітрям за місцем зберігання. Термічно оброблене зерно із підсушеною поверхнею дозволяє збільшити строки його досушування і тимчасового зберігання.

Але зменшення темпу сушіння зерна, при переході на примусове вентилювання, може призвести до накопичення зернової маси (після сушарки) і відповідного зростання потужності електричного обладнання.

Одним із ефективних способів зменшення енерговитрат (і питомої потужності обладнання) на досушування зерна є застосування імпульсно- періодичної роботи обладнання – обробки зерна сушильним агентом, що реалізується за принципом “сушіння-відлежування”, при диференційованих режимах проведення процесу.

Позитивний досвід використання цього способу в рециркуляційних зерносушарках може служити основою для оцінки доцільності його застосування і при досушуванні зерна електротепловентиляційними установками, але відсутність методів і практичних рекомендацій визначення раціональних параметрів і режимів імпульсно-періодичного досушування зерна стримує широке впровадження такої технології.

Тому дослідження, спрямовані на енергетичне вдосконалення технології двостадійного сушіння зерна, підвищення ефективності використання електроенергії, обґрунтування раціональних параметрів та режимів роботи електрообладнання, є актуальними і своєчасними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Робота виконувалась в рамках науково-технічної програми “Розробити енерго- та ресурсоощадні технології і комплекси машин для вирощування, збирання, післязбиральної обробки та зберігання урожаю зернових і зернобобових культур, насінників трав, кукурудзи, сої” та за проектом 02.04 (ННЦ “ІМЕСГ”) “Розробити науково-технічні основи підвищення ефективності післязбиральної обробки і зберігання зерна та обґрунтувати енергозберігаючі процеси і низьковитратні багатофункціональні агрегати і комплекси машин для доробки зерна в господарствах” (реєстр №0102U000230).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає у зменшенні витрат енергії на доведення зерна до кондиційного за вологістю стану шляхом

застосування диференційованих імпульсно-періодичних режимів роботи електроустановок активного вентилювання і сушіння зерна атмосферним і підігрітим повітрям.

Для досягнення цієї мети сформульовані такі задачі:–

обґрунтувати перспективні напрямки підвищення енергоефективності процесів сушіння зерна і режимів роботи електротепловентиляційних установок;–

визначити і оцінити вплив значимих параметрів та режимів зневоднення зерна на енергоспоживання і обґрунтувати межі раціонального використання електроенергії, як альтернативи органічним (газ, рідке паливо) енергоносіям;–

обґрунтувати і кількісно оцінити енергетичну і технологічну ефективність імпульсно-періодичних режимів роботи електровентиляційних установок із диференціюванням за потужністю співвідношення нагрівання і транспортування повітря; –

удосконалити математичні моделі видалення вологи із зерна в нерухомому шарі і окремій зернівці та теоретично дослідити вплив режимів періодичної обробки зерна сушильним агентом на енергетичні показники процесу;–

обґрунтувати параметри електровентиляційного обладнання та режими його роботи, в тому числі з використанням електротеплоакумуляційного нагрівання і геліонагрівання повітря, та оцінити їх ефективність.

Об’єкт дослідження: процеси сушіння зерна активним вентилюванням атмосферним та підігрітим повітрям.

Предмет досліджень: залежності енергозатрат від режимів роботи і параметрів електротепловентиляційних установок для активного вентилювання зерна.

Методи досліджень ґрунтуються на основних положеннях теорії сушіння, тепло- і масопереносу, математичного моделювання, планування багатофакторних експериментів і статистичної обробки даних з використанням комп’ютерних технологій

Наукова новизна одержаних результатів:–

теоретично обґрунтовано структуру розподілу теплової і електричної енергії для зневоднення зерна за двостадійною схемою та визначено межі енергетичної ефективності застосування електроенергії на другому етапі, що забезпечують мінімізацію загальних енерговитрат; –

набули подальшого розвитку математичні моделі тепло- і масопереносу в шарі зерна і окремій зернівці, які дозволяють виявити і кількісно оцінити закономірності зміни і розподілу вологовмісту зерна за умов періодичного вентилювання та оцінити вплив параметрів режимів на енергоспоживання; –

вперше запропоновано методику і отримані аналітичні залежності для визначення раціональної експозиції періодів припинення обробки зерна повітрям (тривалість вимикання вентиляційних установок), що забезпечує зниження питомих витрат енергії; –

обґрунтовано структуру та параметри енергозберігаючих диференційованих режимів роботи електротепловентиляційного обладнання, що дає можливість змінювати (перерозподіляти) енергетичні затрати на нагрівання і транспортування повітря з використанням акумульованої теплоти в залежності від інтенсивності зміни вологовмісту зерна; –

набули подальшого розвитку принципи підвищення енергетичної ефективності площинних геліонагрівачів повітря для активного вентилювання зерна. Обґрунтовані раціональні параметри і режими роботи геліонагрівачів з турбулізуючими пристроями і розвиненою тепловіддаваючою поверхнею, які забезпечують підвищення теплової продуктивності на 12-13%; –

теоретично обґрунтовані і експериментально підтверджені закономірності процесів імпульсно-періодичного вентилювання зерна атмосферним і нагрітим повітрям. Вперше отримані регресійні моделі залежностей експозиції вентилювання і питомих витрат енергії від періоду роботи і частоти вмикання вентиляційних установок для широкого спектра режимних параметрів і вологості зерна.

Практичне значення отриманих результатів. Обґрунтовано технологічні регламенти процесу енергоефективного сушіння за двостадійною технологією з використанням імпульсно-періодичних і диференційованих режимів вентилювання атмосферним і підігрітим повітрям.

Визначені і перевірені раціональні параметри режимів сушіння зерна, що забезпечують зниження загальних питомих енерговитрат на 30-36% і питомих витрат електроенергії на 28-35%. Результати досліджень дозволяють уточнити норми енергоспоживання в технологічних процесах післязбиральної обробки зерна.

Розроблено рекомендації з ефективного використання електроенергії і застосування імпульсно-періодичної роботи установок для обробки зерна атмосферним і підігрітим повітрям реалізовано у агрофірмі “Лосинівська” (смт. Лосинівка, Ніжинського району, Чернігівської області) і на державному підприємстві “Ніжинський комбінат хлібопродуктів” Державного комітету України з державного матеріального резерву (м.Ніжин, Чернігівської області).

Запропоновано вдосконалену структуру системи управління і контролю режимів роботи обладнання для сушіння зерна. Розроблено і реалізовано алгоритми управління процесом роботи установок для досушування зерна.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні і експериментальні дослідження за темою дисертації виконані автором особисто, зокрема, проведено математичне моделювання процесів сушіння зерна при різних варіантах проведення процесу на основі удосконалених автором математичних моделей, розроблено методику досліджень переміщення вологи в зернівці в перервах між вентилюванням і проведені експериментальні дослідження режимів сушіння зерна, розроблено алгоритми контролю та управління режимами сушіння і сформовано технічні засоби для їх реалізації. Автор приймав безпосередню участь у проведенні виробничої перевірки і підготовці практичних рекомендацій.

В опублікованих у співавторстві працях (частка автора складає 60-75%), проаналізовано вплив режимів сушіння на споживання енергії [3, 5],

визначено впливання суттєвих факторів на питомі витрати енергії [5, 6], визначено ефективність застосування періодів вентилювання [4] на енергоспоживання сушильних установок [2].

Апробація результатів досліджень. Основні положення і результати дисертаційної роботи висвітлені і схвалені на:

– ІХ Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес в сільськогосподарському виробництві”, смт. Глеваха, 19-22 серпня 2001р.;

– Х Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес в сільськогосподарському виробництві”, смт. Глеваха, 19-22 серпня 2002р.;

– Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми електрифікації та автоматизації сільського господарства”, м. Київ, 19-21 грудня 2002р;

– ХІ Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес в сільськогосподарському виробництві”, смт. Глеваха, 19-22 серпня 2003р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 праць, в яких викладено основний зміст роботи.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 215 сторінках комп’ютерного тексту, в тому числі основного тексту – 182 сторінки. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків та 7 додатків. Містить 12 таблиць, 101 рисунок. Список використаних літературних джерел включає 175 найменувань, в тому числі 5 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт і предмет досліджень, подано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, наведено інформацію щодо апробації роботи її структури і обсягу, розкрито особистий внесок здобувача.

У першому розділі “Споживання енергії установками для сушіння і активного вентилювання зерна” проведено аналіз та класифікацію технологічних процесів післязбиральної обробки і збереження зерна в агропромисловому виробництві, способи сушіння та устаткування для їх реалізації, проаналізовано основні методи зниження енерговитрат на зневоднення зерна та заходи, щодо часткової заміни органічного палива електроенергією. Наведено огляд літератури з питань існуючих методів і результатів наукових досліджень.

Проблемі конвективного сушіння зерна, в тому числі і методом активного вентилювання, присвячені роботи багатьох дослідників, результати яких наведено в узагальнюючих роботах О.В.Ликова, О.Кришера, А.С.Гінзбурга, С.Д.Птіцина, В.І.Аніскіна, В.І.Жидка, М.О.Гришина, В.А.Загоруйка, В.І.Алейнікова, Г.М.Станкевича, Ю.О.Чурсінова, О.М.Кашуріна, О.І.Шаповаленка, Б.І.Котова, Ю.В.Єсакова, М.Я.Кірпи, В.Ф.Дідуха та інших.

Сучасні методи енергозбереження в сушильних і термічних процесах висвітлені в основоположних працях Л.В.Погорелого, І.І.Мартиненка, Б.Х.Драганова, М.О.Корчемного, А.Д.Гарькавого та інших.

Аналіз наукових праць з питань підвищення енергетичної ефективності конвективного сушіння дозволив виявити важливі переваги двостадійного процесу: високотемпературного (штучного) сушіння і активного вентилювання вологого зерна, що в поєднанні із відлежуванням зерна з “підсушеною” поверхнею дозволяє підвищити інтенсивність видалення вологи та зменшити питомі витрати, за рахунок примусового вимикання вентиляторів.

Позитивний досвід роботи рециркуляційних сушарок, а також використання різних методів “переривчастого” сушіння дозволяє прогнозувати перспективність напрямку імпульсно-періодичного сушіння зерна активним вентилюванням. На основі виконаного аналізу обґрунтовані основні напрямки підвищення енергетичної ефективності використання електрообладнання для активного вентилювання зерна.

У другому розділі “Теоретичні передумови розробки раціональних енергозберігаючих режимів сушіння і активного вентилювання зерна” наведено аналіз впливу раніше не врахованих факторів на енерговитрати при активному вентилюванні і сушінні зерна. Встановлено значний вплив початкової вологості і засміченості зерна на питомі витрати енергії при використанні нагрітого на 2-40С повітря.

На основі аналізу теплового і матеріального балансів нерухомого шару зерна і сушильного агенту, приймаючи, що параметри повітря змінюються тільки за координатою в напрямку руху, а рівноважна вологість зерна пропорційна вологовмісту повітря, отримана удосконалена математична модель процесу сушіння, яка представлена у вигляді диференціальних рівнянь:

; | (1) | ; | (2) | ; | (3) | . | (4) |

де , t – температура зерна і сушильного агента, 0К;

U, D – вологовміст зерна і сушильного агента відповідно в кг/кг, г/кг;

Vп – швидкість фільтрації сушильного агента відповідно, м/с;

, F – коефіцієнт теплообміну та питома поверхня теплообміну на одиницю до висоти шару, відповідно, Вт/м2К, м2/м3;

сз, сп – теплоємність зерна і сушильного агента, кДж/кгК;

е – порозність;

r– теплота пароутворення, Дж/кг;

b, m– константи;

з, п – густина зерна і сушильного агента, кг/м3;

qз, k – питома теплова потужність внутрішнього джерела самозігрівання зерна та коефіцієнт сушіння, відповідно Вт/кг, 1/год.

Розв'язок системи рівнянь (1–4) за початкових і граничних умов:

, , , , дозволив визначити залежності зміни параметрів зерна за координатою та в часі від початкової вологості і температури зерна і режимів роботи технологічного обладнання, які можна представити рівняннями:

, | (5) | , | (6) | , | (7) |

де ; ; ;

;

;

Rb– критерій Ребіндера.

Коефіцієнт сушіння зерна, що визначається з аналітичного рішення системи рівнянь тепло- і масопровідності (О.В.Ликова) для зернівки є функцією коефіцієнту масопровідності зернівки:

. | (8)

На основі узагальнення результатів теоретичних досліджень гігроскопічних властивостей зерна різних авторів отримана кількісна залежність m(U,), графічна інтерпретація якої дана на рис.1.

Співвідношення (5–6) дають можливість розрахувати криві сушіння і нагрівання зерна в шарі при безперервній взаємодії сушильного агента (повітря) із зерном і визначити витрати енергії на видалення вологи та оцінити рівномірність сушіння.

Результати досліджень впливу режиму сушіння на якісні і енергетичні показники наведена на рис.2 , рис.3.

Для зменшення витрат енергії на досушування зерна (активним вентилюванням) в роботі запропоновано застосовувати метод імпульсно-періодичного вентилювання. Показано, що періодичне вимикання вентиляційної установки дозволяє значно зменшити питомі витрати енергії. Для ефективного використання цього методу необхідно визначити момент часу, коли інтенсивність сушіння падає до мінімальної величини, тобто, коли до геометричної поверхні зернівки починає поступати менше вологи, ніж з неї може випаруватись у повітря.

Для визначення впливу величини поверхневого вологовмісту зернівки на інтенсивність її зневоднення, коефіцієнт сушіння представлено функцією величини дифузійної зони , що показує наскільки переміститься зона випаровування за час вентилювання і яку можна представити виразом:

; | (9) |

де s=s4R2 , s – коефіцієнт пропорційності в залежності .

При застосуванні імпульсно-періодичного вентилювання, після стадії відлежування зерна, вологовміст поверхневої зони буде зростати за рахунок вирівнювання вологовмісту поверхневої зони і центральної частини зернівки (градієнтне переміщення вологи). Внаслідок цього, наступна стадія (за відлежуванням) сушіння (при вмиканні вентиляторів), як випливає із формули (9) інтенсифікується (рис.4).

Визначення експозиції відлежування (вимикання вентиляторів) зернової маси, тобто часу необхідного для вирівнювання вологовмісту за довжиною дифузійної зони проведено рішенням диференціального рівняння масопровідності кулі за методом О.В.Ликова, за умов розподілу вологовмісту (рис.5):

= | (10)

При граничних умовах першого роду (Віm; UпUр) розв’язавши рівняння відносно Uп, отримано залежність зміни за часом вологовмісту поверхневої зони зернівки з товщиною, що дорівнює на стадії відлежування: |

(11) |

Кінетика зволоження поверхневої зони зернівки показана на рис.6.

З використанням отриманих співвідношень аналітично досліджено залежність часу відлежування від товщини дифузійної поверхневої зони за умови сталості коефіцієнту вологопровідності при заданій температурі на початку і в кінці стадії відлежування. На рис.7, як ілюстрація, наведена залежність експозиції відлежування від часу вентилювання і питомих витрат повітря.

Результати досліджень кінетики сушіння імпульсно-періодичним способом подано на рис.8. у порівнянні з неперервним (традиційним) сушінням і графічними залежностями енергоспоживання від часу вентилювання. Економія енергії при переривчастому вентилюванні складає від 10 до 25% в залежності від періоду вентилювання і визначальних параметрів проведення процесу рис.9.

Таким чином, теоретично доведено (рис.8) можливість зниження витрат енергії шляхом використання раціональних режимів імпульсно-періодичного вентилювання.

У третьому розділі “Експериментальні дослідження ефективності енергозберігаючих режимів роботи установок для сушіння і активного вентилювання зерна” викладена програма і методика досліджень, визначені показники ефективності, дано опис будови експериментальної установки для досліджень режимів сушіння зерна атмосферним і підігрітим повітрям, приладів, методик вимірювань і обробки експериментальних даних.

Програмою досліджень передбачено виявлення основних закономірностей (і критеріїв їх оцінки) сушіння зерна в безперервному і імпульсно-періодичному режимах в широкому діапазоні зміни факторів (2000Lt5000 м3/годт; 75ta110 0С; 2426 %; 2022 %) – для високотемпературного сушіння; (60Lп500 м3/годт; 15tп25 0С; 2022 %; 1718 %; 3045 0С; 2Твід6 год ) – для активного вентилювання.

Для визначення впливу величин температури і витрат сушильного агента на ефективність сушіння і загальні енерговитрати були проведені дослідження сушіння і вентилювання зерна в шарі при безперервному і імпульсно-періодичному режимах роботи обладнання.

За результатами експериментальних досліджень перевірена адекватність теоретичних моделей (рис.10). Розходження між експериментальними і теоретичними даними не перевищує 6.8%.

На основі даних експериментальних досліджень отримані регресійні моделі (12–15) залежностей коефіцієнту сушіння і питомих витрат енергії від початкової і кінцевої вологості зерна, питомих витрат сушильного агента його температури і періоду вентилювання.

Для неперервного вентилювання коефіцієнт сушіння визначається із регресійного рівняння: |

(12) |

для імпульсно-періодичного сушіння активним вентилюванням: |

(13)

Питомі витрати енергії визначаються із слідуючих регресійних рівнянь,

для неперервного процесу: |

(14) |

для імпульсно-періодичного процесу:

; | (15) |

де ;

Nв , Nн – потужність вентилятора та нагрівача, кВт.

Рівняння (12–15) адекватно описують шукані залежності за умов зміни факторів в таких межах: (60Lп500 м3/годт; 15tп25 0С; 2022 %; 1718 %; 3045 0С; 2Твід6 год ) – для активного вентилювання.

На рис.11. наведені поверхні відгуків питомих витрат енергії на сушіння зерна від режимних параметрів процесу (температури, питомих витрат повітря та періоду вентилювання), а на рис.12 – залежності питомих витрат енергії на видалення вологи при традиційному (1), активним вентилюванням (2) та двостадійному сушінні (3).

Найбільш суттєва економія енергії при застосуванні двостадійного сушіння виявлена за таких умов проведення процесу і параметрах зерна: термічне сушіння від U=0.25 до U=0.20-0.22 кг/кг; досушування в шарі товщиною 0.8м при питомих витратах повітря L=200м3/годт і часі вмикання вентилятора Тв=2год. За цих умов економія енергії складає до 36% у порівнянні із високотемпературним сушінням, а електроенергії до 25% (до 7кВтгод/т) у порівнянні з безперервним активним вентилюванням.

Отримані результати доводять енергетичну і технологічну доцільність використання двостадійної технології із імпульсно-періодичним режимом досушування зерна.

У четвертому розділі “Обгрунтування енергозберігаючих режимів активного вентилювання зерна і параметрів електротепловентиляційного обладнання” визначена раціональна структура режимів роботи електротепловентиляційного обладнання в установках досушування зерна активним вентилюванням атмосферним і нагрітим повітрям. Показано, що для радикального зниження енерговитрат на зневоднення зерна (в тому числі і при імпульсно-періодичному режимі обробки зерна) доцільно застосовувати диференційовані режими роботи електротепловентиляційних установок.

Реалізація диференційованих режимів полягає у змінені продуктивності вентилятора пропорційно кількості залишеної в зерні вологи після зниження вологості зерна до значення 20-22%, а “вивільнену” потужність приводу вентиляторів використовують для нагрівання повітря. При цьому раціональне співвідношення потужностей нагрівача до вентилятора змінюється в межах 0.4-2.85.

Застосування і поступове збільшення потужності електронагріву (і відповідно температури повітря) при одночасному зменшенні продуктивності вентилятора забезпечує зниження енерговитрат на 17-25% (4.6-7 кВт год/т) у порівнянні з вентилюванням без підігріву.

На основі проведеного аналізу режимів роботи обладнання при змінних за часом температури і вологості атмосферного повітря показано, що найефективніше використання нагрівання повітря у денні-пікові часи підвищення температури атмосферного повітря (період 800 до 2000год.) застосовуючи теплоакумуляційне нагрівання повітря (при нагріванні теплоакумулюючої ємності в нічні години). При використанні водяного тепло- акумулятора його питома теплоємність становить 10 МДж на 1т зерна.

При нагріванні повітря від теплоакумулюючої ємності в денні часи, експозиція вентилювання скорочується і питомі витрати енергії зменшується з 44 кВт год/т (при цілодобовому нагріванні на 30С) до 35 кВт год/т (тобто 20.4%).

При реалізації диференційованих режимів для сушіння невеликих партій зерна (100-120 т) доцільно використовувати дроселювання осьових вентиляторів, що дозволяє при зменшенні витрат повітря в три рази на заключному етапі вентилювання підігріти його на 2-3.50С. Потужність нагрівача при цьому зменшиться на 50%, а питомі витрати енергії знизяться на 14-15%.

Розроблені, досліджені і випробувані нові конструкції геліонагрівачів повітря без світлопрозорого покриття. Показано, що при застосуванні еластичних турбулізуючих вставок діаметром 5-8 мм на внутрішній поверхні каналу з кроком 6-8 см підвищується теплова продуктивність на 12-13%.

Економія енергії на досушування зерна при використанні геліонагрівання повітря складає від 25 до 42% в порівнянні із застосуванням електронагріву.

На рис. 13 в таблиці 1 та на рис.14 показано змінення вологості зерна при застосуванні диференційованих режимів вентилювання зерна. При комплексній реалізації розроблених режимів питомі витрати енергії можуть бути знижені на 50-55%.

Таблиця 1

Регламент роботи електровентиляційного

обладнання при реалізації диференційованих режимів

Витра-ти повітря Lп,

м3/годт | Підігрів повітря

t, 0С. | Період вентилю-вання, год | Загальна експозиція

вентилю-вання, год | Потужні-сть вентилято-ра, кВт/т | Потуж-ність нагріва-чів, кВт/т | Загальні витрати електро-енергії, кВтгод/т | Витрати енергії на вентилю-вання, кВтгод/т | Витра-ти енергії на нагрів повітря,

кВтгод/т | Відношен-ня потужнос-тей нагріву до вентилювання | 400 | 0 | 18 |

62 | 0,35 | 22,8 | 12,8 | 10 |

0,4

1,7

2,85 | 300 | 2 | 12 | 0,25 | 0,2 | 200 | 4 | 12 | 0,175 | 0,3 | 100 | 6 | 20 | 0,07 | 0,2 | Неперервне вентилювання без підігріву повітря | 400 | 82 | 82 | 0,35 | 0 | 28,7    |

У п’ятому розділі “Виробнича перевірка і оцінка техніко-економічної ефективності результатів досліджень” представлено опис виробничого устаткування для досушування зерна, місце і умови проведення експериментальної перевірки, отримані результати і їх загальна оцінка.

Практична реалізація розроблених режимів роботи обладнання при активному вентилюванні зерна, за даними виробничої апробації, забезпечила зменшення витрат електричної енергії на 28-35% у порівнянні із традиційним способом досушування.

Економічний ефект (розрахунковий і підтверджений даними виробничої перевірки) від річного використання комплекту ОБВ-160 з електротепловентиляційним обладнанням за розробленою технологією становить 13.157 тис. грн.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що енергетичну недосконалість високотемпературних зерносушарок можна подолати використанням двостадійного сушіння із застосуванням на другій стадії електротепловентиляційних установок, які працюють у імпульсно-періодичному режимі. Практична реалізація вдосконаленої технології дозволить знизити загальні енерговитрати на 30% при збільшенні витрат електроенергії до 40% від загальної потреби.

2. На основі досліджень математичної моделі процесів зневоднення зернового вороху в нерухомому шарі виявлено і кількісно оцінено суттєвість впливу на енергоспоживання таких факторів, як засміченість, початкова вологість фракцій домішок. Встановлено, що при зниженні засміченості з 7% до 2% енерговитрати знижуються на 5-6%.

3. Обгрунтовано технологічні регламенти, спрямовані на збільшення співвідношення питомих витрат електроенергії до енергії рідкого палива шляхом видалення більшої кількості вологи активним вентилюванням. Встановлено, що збільшення кінцевої вологості зерна після сушарки до значення 20-22% дозволяє зменшити витрати палива до 45%, при цьому витрати електроенергії збільшуються на 50-60%, а загальні питомі витрати енергії можливо зменшити на 33-41% по відношенню до традиційного теплового сушіння.

4. Теоретично обґрунтована і експериментально підтверджена енергетична доцільність застосування імпульсно-періодичного методу роботи електротепловентиляційних установок активного вентилювання зерна. Вперше, на основі вдосконаленої математичної моделі внутрішнього вологопереносу виявлено і кількісно оцінено закономірності зміни вологості в зернівці за умов перерваної дії сушильного агента і кількісно оцінено енергетичну ефективність імпульсно-періодичного вентилювання.

5. Визначено, аналітично, що найбільшу економію питомих витрат електроенергії до 30% (7-8.5 кВтгод/т) забезпечує режим імпульсно-періодичного вентилювання (вмикання вентилятора), який може бути реалізований при таких параметрах: питомі витрати атмосферного повітря (t = 15-25оС; = 60-65%) 200-400 м3/годт, період вентилювання 2-4 години, експозиція відлежування 0.4-0.75 год. (за умов зниження вологості зерна нижче 18-17.5%, експозиція відлежування може бути збільшена до 1..2 год). При цьому загальна експозиція сушіння зменшується на 25-30% і не перевищує строк безпечного зберігання зерна.

6. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено ефективність застосування диференційованих режимів роботи електротепловентиляційного обладнання шляхом поступового зниження витрат повітря пропорційно кількості залишкової вологи в зерні з одночасним підвищенням температури повітря (за рахунок “вивільненої” потужності приводу вентилятора). При цьому співвідношення потужності приводу вентилятора і нагрівача змінюється в межах 0.4-2.85, що забезпечує зниження питомих витрат електроенергії до 17-25% (4.6-7 кВт год/т).

7. Встановлено, що нагрівання повітря більш ефективно здійснювати в час доби природного підвищення температури атмосферного повітря. При цьому, витрати електроенергії зменшуються на 10 кВтгод/т (21%) по відношенню до цілодобового нагрівання і на 9.8 кВт год/т (22%) по відношенню до нічного нагрівання повітря. Застосування нагрівання теплоакумулюючої ємності ( з питомою теплоємністю 10МДж/т зерна) в нічний час і наступне рекуперативне нагрівання повітря дозволяє зменшити встановлену потужність електротепловентиляційного нагріву на 15.6-23%.

8. Обґрунтовано принципи підвищення теплоенергетичної ефективності геліонагрівачів повітря. Показано, що застосування турбулізуючих еластичних вставок діаметром 0.5-0.8 см, розташованих на внутрішній частині теплосприймальної поверхні з кроком 6-8 см підвищує ККД на 16-17%, а ступінь нагрівання на – 1.8-2.10С у порівнянні з гладкоповерхневим каналом (типу “чорний ящик”). Економія електроенергії при застосуванні геліонагрівача складає 25-42% порівняно з використанням електронагріву.

9. На основі даних експериментальних досліджень отримано адекватні з імовірністю 0.95 регресійні моделі, які відображають залежності технологічних (експозиція кондиціювання) та енергетичних (питомі витрати енергії) показників процесу від вологості зерна, температури і питомих витрат повітря та періоду вмикання вентиляторів. Визначено, що найбільшу економію загальних енерговитрат на видалення вологи (до 30-36%) забезпечує двоетапна технологія з досушуванням зерна (20-22% вологості) електронагрівально-вентиляційними установками атмосферним і підігрітим повітрям. При цьому, застосування імпульсно-періодичного режиму роботи установок зменшує питомі витрати електроенергії до 25% відносно безперервного вентилювання, а при диференційованому зміненні питомих витрат і температури загальна економія електроенергії складає до 28-35%.

Результати роботи впроваджені в господарствах різної форми власності. За даними виробничої перевірки економічна ефективність використання розробок складає 13.157 тис. грн. в рік на один комплект обладнання ОБВ-160.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Калініченко Р.А. Визначення енерговитрат при вентилюванні зернової маси в залежності від засміченості // Механізація та електрифікація сільського господарства. Глеваха.-2002. - Вип. 86. – С.153-156.

2. Котов Б.І., Калініченко Р.А. Застосування імпульсно-періодичних режимів вентилювання при реалізації енергоощадної двостадійної технології сушіння зерна// Науково-виробничий журнал “Електрифікація та автоматизація сільського господарства”. К. - 2003 р. № 2. – С. 69 – (особисто дисертанту належать постановка задачі та реалізація її в часткових випадках).

3. Котов Б.І., Калініченко Р.А. Визначення впливу технологічних режимів двостадійного сушіння на енергетичні показники процесу// Зб.наук.пр. ”Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”. Кіровоград.- 2003. -Вип. 33.- С.60-66(особисто дисертанту належать матеріали експериментальних досліджень).

4. Калініченко Р.А., Котов Б.І. Аналіз впливу режимів двостадійного сушіння на енергетичні показники процесу// Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Мелітополь.-2003. -Вип. 14. -С.112-118(особисто дисертанту належать матеріали теоретичних досліджень).

5. Калініченко Р.А. Визначення раціональних режимів охолодження зерна при двостадійному сушінні// Зб.наук.пр. ”Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”, Кіровоград.- 2004.- Вип. 34. С. 76-80.

6. Котов Б.І., Грищенко В.О., Калініченко Р.А., Лісецький В.О. Ідентифікація закономірностей тепло- і масоперенесення в процесах термічної обробки і зберіганні рослинної сировини// Зб.наук.пр. “Сільськогосподарські машини”. Луцьк. – 2003. -Вип.11.-С.59-68 (особисто дисертанту належить часткова ідентифікація процесу зберігання рослинної сировини).

Калініченко Р. А. Енергозберігаючі режими сушіння і активного вентилювання зерна при зберіганні в умовах господарств. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16 – електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі. Національний аграрний університет, Київ, 2005.

Дисертація присвячена обґрунтуванню і реалізації енергоефективних режимів роботи електротепловентиляційного обладнання для активного вентилювання і сушіння зерна, які дозволяють мінімізувати, як витрати енергії на зневоднення зерна, так і зменшити питомі витрати електричної енергії.

У роботі викладено результати теоретичного і експериментального дослідження впливу імпульсно-періодичних режимів роботи електротепловентиляційного обладнання на питомі витрати електроенергії. Обґрунтована енергетична доцільність використання диференційованих режимів роботи вентиляційних і електронагрівальних установок в умовах перерозподілу їх потужностей відповідно до інтенсивності зміни вологості зерна в процесі кондиціювання. Досліджені режими використання теплових акумуляторів і геліонагрівачів повітря для установок досушування зерна.

Проведено виробничу перевірку і оцінено економічну ефективність розроблених технологічних регламентів роботи установок досушування зерна.

Ключові слова: енергозбереження, питомі енерговитрати, сушіння, активне вентилювання, електротепловентиляційна установка, енергоефективність, математичне моделювання, теплоакумулятор, геліонагрівач.

Калиниченко Р. А. Энергосберегающие режимы сушки и активного вентилирования зерна при хранении в условиях хозяйств.–Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16 – электротехнологии и электрооборудование в агропромышленном комплексе. Национальный аграрный университет, Киев, 2005.

В работе обоснована актуальность избранной темы, сформулированы цель и задачи исследований. Диссертация содержит постановку и решение задач повышения энергетической эффективности процессов активного вентилирования и сушки зерна путем использования двостадийной технологии. Обоснованы энергосберегающие режимы импульсно-периодической работы вентиляционных установок на второй стадии проведения процесса, а также использование дифференцированных расходов воздуха и степени его подогрева в зависимости от скорости влагоотдачи зерна.

В работе приведены результаты исследования влияния режимов проведения процессов на их энергетические показатели.

Сформулированы математические модели, которые позволили выявить основные закономерности импульсно-периодической сушки зерна активным вентилированием, определить их влияние на потребление электроэнергии и обосновать технологические регламенты, реализация которых позволяет снизить общий расход энергии на сушку зерна на 33-36% и удельный расход электроэнергии на вентилирование до 35%.

Проведена производственная проверка и оценена экономическая эффективность результатов исследований. Экономическая эффективность составляет 13,157 тис. грн. в год на один комплект оборудования ОБВ-160.

Ключевые слова. Энергосбережение, удельные энергозатраты, сушка, активное вентилирование, электротепловентиляционная установка, энергоэфективность, математическое моделирование, теплоаккумуляторы, гелионагреватели.

Kalinichenco R. A. Energy-saving modes drying and active ventilation of grain at saving in the conditions of economies. – Manuscript.

The dissertation for the candidates engineering on speciality 05.09.16 – electric technologies and equipment in the agroindustrial complex. National Agricultural University, Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to substantiation and realization of energy-saving work conditions of electrothermoventilation equipment for active grain ventilation and drying which both minimize energy used for grain dehydration and reduce specific power consumption.

The thesis deals with the theoretical and experimental research result of the impulse-periodic mode of behaviour of electrothermoventilation equipment influence on the specific electric power consumption.

Well-founded power expediency of use of differentiated modes of behaviour of ventilation and electric heating equipments in the conditions of their power redistribution according to change intensity of grain humidity in the process of air-conditioning. There have been investigated the regimes of use of thermal batteries and helium air heaters for grain drying equipment.

Production tests were made and economic efficiency of developed technological modes of grain drying equipment processing was appreciated.

Key words: energy saving, specific electric power consumtion, drying, active ventilation, electrothermoventilation equipment, power efficiency, mathematical modeling, thermoaccumulator, helium heater.