Энергосберегающая технология сушки семян в камерной зерносушилке напольного типа

Введение. Технология послеуборочной обработки семян – это сложная функциональная система, которая оказывает многократное влияние на конечный результат, т. е. на качество семян. Из-за неудовлетворительного качества семян существенно снижается результативность производства сельскохозяйственной продукции, перерасходуется посевной материал и снижается урожайность. Мероприятия, направленные на улучшение качества семян, следует отнести к категории первоочередных, так как их выполнение обеспечивает высокую эффективность и быструю их окупаемость.

В рамках научно-исследовательской работы в ФГБНУ ДальНИИМЭСХ г. Благовещенска был проведен анализ посевных качеств семян зерновых культур и сои в семеноводческих хозяйствах региона в период сева, которые оказались очень низкими.

При проведении аналитического обзора технологий и технических средств, применяемых в хозяйствах области для подготовки семян, были выявлены основные причины низкого качества семян:

• –    семена в процессе обработки подвергаются многократным силовым воздействиям рабочих органов, в результате чего нарушается целостность их наружных покровов и внутренних тканей;

• –    недостаточные мощности по приему, очистке и хранению поступающего с поля зернового вороха на первом этапе ведет к накоплению вороха на площадках, что приводит к снижению его качественных показателей и порче;

• –    низкая производительность машин вторичной очистки и отсутствие специальных машин, обеспечивающих получение семян высоких биологических свойств;

• –    жёсткая связь в поточных линиях не учитывает состояние поступающего на обработку зернового вороха и требования к качеству конечного продукта;

• –    зерновой ворох поступает с поля с повышенной влажностью и засоренностью – это, в свою очередь, приводит к резкому снижению производительности зерноочистительных машин и зерносушилок.

Подавляющую часть семян в регионе высушивают по прямоточной технологии с использованием шахтных и колонковых сушилок. Шахтные и барабанные сушилки имеют ряд недостатков при использовании для сушки семян:

• –    все семена во время сушки перемещаются, что ведет к их травмированию;

• –    жесткие температурные режимы сушки негативно влияют на качество семян;

• –    постоянное перемещение зерна в процессе сушки затрудняет контроль параметров сушки;

• –    максимальный влагосъём составляет 6 % за один пропуск, влажное зерно приходится прогонять несколько раз, что ведет к дополнительным затратам и травмированию семян;

• –    сложность монтажа и эксплуатации, большие капитальные затраты.

В связи с этим особое внимание заслуживают установки для сушки семян в неподвижном слое активным вентилированием, основные достоинства которых:

• –    мягкие режимы сушки, которые исключают тепловое травмирование зерна и способствуют процессу дозревания семян;

• –    исключено перемещение влажной массы, за счет чего снижаются микроповреждения зерен более чем в четыре раза [1];

• –    не требуют больших капиталовложений, просты по устройству;

• –    обеспечивают сушку различной зерновой массы с любой исходной влажностью за одну загрузку;

• –    могут быть использованы для хранения зерна после сушки.

Несмотря на большой ряд достоинств, данные сушилки имеют существенные недостатки:

• –    неравномерное распределение расхода агента сушки по объему сушильной камеры;

• –    невозможность организовать технологический процесс сушки по принципу потока. Сушилки данного типа имеют периодическую загрузку и выгрузку зерна, что существенно уменьшает производительность всего зерноочистительно-сушильного оборудования;

• –    низкий тепловой КПД.

Среди установок для сушки семян активным вентилированием подогретым воздухом преимуществом по интенсивности и технологичности обладают камерные сушилки с наклонным сетчатым полом [2].

Цель исследования : повышение эффективности сушки семян за счет разработки технологических режимов и совершенствования параметров камерной зерносушилки с наклонным полом.

Задачи исследования :

• –    обоснование рациональных режимов энергосберегающей технологии сушки зерна;

• –    обоснование возможности создания технологических режимов зерносушилки циклического действия для работы в поточной линии.

Методика и результаты исследования. Известна двухэтапная технология сушки зерна, согласно которой зерно не досушивают на 1,7–3,0 % до кондиционной влажности в зависимости от его назначения (меньший влагосъём для семян, больший – для фуражного зерна) в зерносушилках, отлеживают в течение определённого времени и охлаждают вентилированием наружным воздухом в выносных ёмкостях [3]. Медленное охлаждение зерна позволяет более 50 % тепла, аккумулированного при сушке, использовать для снижения влажности, что существенно уменьшает энергозатраты.

В данном случае предлагается технологию применить в одной сушилке без выносных емкостей. Для этого была предложена следующая схема работы сушилки (рис. 1). Объединение двух сушильных камер вентиляционно-отопительной системой обеспечивает бесперебойную работу теплогенератора 1 при цикличности технологического процесса. Применение поточной технологии позволит сократить простои, связанные с перерывами в работе, и зерносушилка при этом не успевает остыть, а значит, снижаются потери теплоты в окружающую среду через нагретые поверхности.

После загрузки сушильной камеры 6 и вывода процесса на оптимальные режимы происходит просушивание зерновой насыпи агентом сушки, которое продолжается до достижения зерном заданной конечной влажности в нижнем слое. При этом остаточная неравномерность сушки в верхних слоях может достигать 3–4 %. То есть зерно возможно сушить в среднем до влажности 15,5 %. Дальнейший съём влаги до кондиционной происходит за счёт эффективного испарения благодаря теплу, ранее аккумулированному в процессе его нагрева и сушки высокотемпературным теплоносителем, что составляет порядка 10–11 % экономии топлива.

После завершения процесса сушки зерно сбрасывается самотеком в нижнюю камеру отлёжки 7 , при этом происходит перемешивание зерновой массы нижнего и верхнего слоев. В нижней камере осуществляется выравнивание влажности отдельных зерновок в массе за счет их контактирования друг с другом и перемещение внутренней влаги зерновки к ее поверхности. Этому способствует использование теплоты нагретого зерна, накопленной в процессе сушки.

Рис. 1. Схема работы зерносушилки: 1 – теплогенератор; 2 – воздуховод;

3 – нагнетающий патрубок; 4 – всасывающий патрубок; 5 – перфарированное дно;

6 – камера сушки; 7 – камера отлежки; 8 – выгрузной транспортёр

В период отлежки в сушильную камеру 6 загружается очередная партия сырого зерна. Прошедшее отлежку зерно за счет создаваемого вентилятором разряжения в камере продувается атмосферным воздухом, который поступает через перфорированную поверхность днища камеры 5. Происходит досушивание зерна и его охлаждение до температуры окружающей среды. Атмосферный воздух, который частично насыщается влагой при досушивании и нагревается при охлаждении зерна, поступает в воздушный канал сушильной камеры и через нагнетающий патрубок 3 поступает в камеру сушки. При продувании свежей партии зерна, которое характеризуется, как правило, значительной неоднородностью по влажности, происходит выравнивание влажности всей партии зерна и частичное удаление влаги, находящейся в свободном состоянии на его поверхности. Стабилизация по влажности зерна, подаваемого на сушку, обеспечивает сокращение длительности сушки и устойчивую работу сушилок и тем самым повышает их технико-экономические показатели. Разработан график ритмичной работы зерносушилки (рис. 2).

Рис. 2. График ритмичной работы сушилки:t 1 – сушка зерна; t 2 – разгрузка сушильной камеры и загрузка камеры отлёжки; t 3 – период отлёжки и загрузки сушильной камеры; t 4 – охлаждение сухого и предварительный прогрев (сушка) влажного зерна

Продолжительность одного оборота камеры, tо, равна tо = t3Ck+ tcm+ tсуш + tpck = t3KC3+ tотл+ tохл+ tpkC3,

где   t- зск — загрузка сушильной камеры сырым зерном, ч;

• t cm - период стабилизации, ч;

• t суш - сушка агентом, ч;

• t pcK - разгрузка сушильной камеры, ч;

• t 3KC3 - загрузка камеры сухого зерна, ч;

• t оmл - время отлежки, ч;

• t охл - охлаждение сухого и предварительная сушка влажного зерна, ч;

• t pKC3 - разгрузка камеры сухого зерна, ч.

Для ритмичной работы камеры подключаются поочередно со сдвигом в фазах сушки через равные интервалы времени инт , ч:

t „ инт

t _о m ^,

где m – число блоков в сушильном модуле, в данном случае – 4 блока.

Такое распределение сдвига фаз по времени позволяет постоянно пропускать агент сушки через одну из камер, т. е. обеспечивающий подогрев агента сушки теплогенератор работает постоянно. Таким образом, в течение одного оборота любого блока сушильного модуля повторяются однотипные циклы.

Выводы. Оптимальное сочетание технологических приемов, заложенных в разработанной технологической схеме сушки семенного зерна повышенной влажности, позволяет использовать их преимущественные стороны, которые заключаются в следующем:

• 1.    Проведение сушки зерна за один пропуск до требуемых кондиций снижает энергетические затраты, необходимые на перемещение зерна через сушилку.

• 2.    Температурный режим сушки семян в камерных сушилках значительно мягче по сравнению с шахтными, соответственно, меньшая интенсивность испарения влаги при сушке семян в насыпи способствует перемещению влаги внутри зерна преимущественно в виде жидкости. Это способствует переносу водорастворимых веществ в сторону зародыша, ускоряет послеуборочное дозревание семян, повышает потенциальную энергию их жизненных функций.

• 3.    Эффективно применение комбинированной двухэтапной сушки, когда зерно не досушивается в сушильной камере на 1,5–2 % до заданного значения, а до кондиционной влажности его досушивают после 4–6-часовой отлежки при продувании через него наружного воздуха.

• 4.    Простота конструкции зерносушилок позволяет организовать их производство в регионе, возможность формировать зерносушильные модули из сушильных блоков разной производительности, в зависимости от объёмов производства семян.