Теплогенератор на будь-які випадки життя
Сушіння зерна після його збирання залишається незмінною технологічною операцією під час роботи із зерном для забезпечення успішного подальшого його зберігання.
Ринок пропонує широку гаму машин і технологічного обладнання для цієї операції. Найзатребуванішими з-поміж них є машини для отримання тепла — теплогенератори, які дають змогу отримати тепло від спалювання нетрадиційних джерел — біопалива. Сюди можна віднести побічну продукцію лісової галузі, яку отримують під час промислового розроблення лісосмуг, за санітарних рубок, під час користування за призначенням, побічну продукцію деревопереробки. Вигідно це всім, адже лісівники мають чисту від гілля лісову площу після розробки лісосіки. А скільки відходів сільгоспвиробництва залишаються поза увагою — лушпиння соняшнику, солома тощо?
Упродовж останніх двох років на міжнародних виставках «Інтер-Агро» (м. Київ) та «Агро» (Експоцентр України, м. Київ) увага потенційних споживачів цієї важливої продукції була прикута до теплогенераторів типу ТГБ, які розробило та виробляє Вінницьке приватне виробничо-комерційне мале підприємство «ЛОТІРОН» (ВПВКМП «ЛОТІРОН»). Такі теплогенератори працюють на біопаливі.
Теплогенератори ТГБ-0,75 і ТГБ-1,5 мають широкий спектр призначення:
- повітряне опалення і обігрів промислових та побутових приміщень;
- сушіння зерна або насіння у зернових та овочевих сушарках;
- сушіння лікарських трав;
- сушіння дров, розрізних та інших пиломатеріалів за застосування в складі сушильних камер.
Технологічний принцип роботи теплогенератора базується на спалюванні біопалива органічного походження, отриманого в сільськогосподарському виробництві та лісовому господарстві; нагріванні отриманим теплом у керованому температурному режимі з установленою продуктивністю повітря до необхідної температури і подавання його в зернові сушарки для сушіння продовольчого або фуражного зерна, насіння овочевих бобових і олійних культур, зерна кукурудзи та інших сільськогосподарських культур.
Особливості конструкції
До базової комплектації теплогенератора для сушіння зерна в зернових й овочевих сушарках і роботи в режимі повітряного обігріву приміщень входять: топка з вертикально вбудованим теплообмінником, з’єднувальний газохід, бункер-живильник завантаження палива (стружка деревини, пелети чи інша біомаса), вентилятор основний (димосос), вентилятор подавання теплового агента, труба димова, шафа управління із системою автоматичного регулювання температури.
Топка розміщена в нижній частині теплогенератора. Завантаження палива в неї, у випадку застосування дрібнофракційних дров, може здійснюватися безпосередньо через дверцята, розміщені на корпусі в нижній частині. Система завантаження дрібнофракційного палива (стружки або дрібнофракційних дров, пелет із лушпиння та соломи й інших матеріалів) — примусова, здійснюється з бункера-живильника (табл. 1) за допомогою шнека. Тобто, дрібні фракції завантажуються централізовано й механізовано, в автоматичному режимі. Причому завантаження такого палива всередині теплогенератора топки триває в режимі падіння з висоти близько 1 м. Зважаючи на такий режим подавання паливо має більше сприятливих умов для загорання ще в процесі руху до днища топки, розміщення на колосниковому днищі в топці після падіння та найголовнішого — процесу горіння. Під час сушіння зерна в сушарці, тобто за тривалого сушіння, теплогенератор має працювати протягом 24 год/добу, без переривання процесу спалювання палива. Крім того, за спалювання дров твердолистяних порід дерев — дуба, граба, ясеня, температура може сягати 170°С.
Тобто, матеріал топки має витримувати довготермінові високі температури. Зважаючи на це, внутрішній периметр топки викладений футерувальним матеріалом — термостійкою цеглою. Звісно, кількість утворюваного палива в топці залежить від багатьох факторів: кількості завантаженого палива, інтенсивності його подавання в топку та наявності свіжого повітря, потрібного для якісного процесу горіння та виділення при цьому тепла. Привід шнека здійснюється від електродвигуна. Для отримання потрібного режиму подавання палива в топку, тобто необхідної частоти обертання завантажувального шнека, у системі його приводу використали частотний перетворювач сили струму, за допомогою резисторів. Зміна подавання кількості палива (і температури енергоносія) регулюється заслінками й резистором. Тобто він у такому електричному колі дає змогу змінювати частоту струму, а водночас — і частоту обертання шнека. З цією метою в системі приводу використано також низькооборотний редуктор.
Система подавання атмосферного повітря в камеру згорання топки — примусова, за допомогою вентилятора, який має електродвигун приводу. Вона призначена для подавання повітря в топку, що сприяє оптимізації процесу горіння в топці. Розташована внизу основи теплогенератора й містить центробіжний вентилятор з електроприводом і повітропровід, через який здійснюється подавання повітря в топку до середовища горіння знизу, з піддону, через колосникове днище.
Теплообмінник — «серце і душа» теплогенератора, розміщений у вертикальному циліндрі. Матеріал зовнішнього корпусу-циліндра — термостійка нержавіюча гарячекатана сталь перехідного класу (450). У ньому розміщені вертикальні труби, які, власне, й призначені для теплообміну. Для отримання проектної продуктивності щодо одержуваного тепла теплогенератори різняться за технічними параметрами (табл. 2). У верхній частині кожуха теплообмінника розміщений температурний датчик повітря, що нагрівається в теплогенераторі.
Система подавання нагрітого повітря до місця використання призначена для подавання теплового агента від теплообмінника до агента сушіння (повітря у приміщенні чи зерносушарці). Має головний центробіжний вентилятор із приводом від електродвигуна та газогін — труб великого діаметра, якими тепловий агент подається до об’єкта сушіння. Залежно від відстані до об’єкта сушіння в системі газогону, для забезпечення необхідного напору нагрітого повітря можна використовувати один або декілька вентиляторів із приводом від електродвигунів.
Електрообладнання теплогенераторів залежно від відстані до об’єкта сушіння містить один або декілька електродвигунів для подавання біопалива з бункера-живильника в топку, для піддування свіжого атмосферного повітря в топку спалювання біопалива, для подавання теплового агента в систему споживання. Також сюди входять шафа керування, з’єднувальні провідники, датчики.
Робота теплогенератора
Розпалювання здійснюють шляхом підпалу біопалива в топці безпосередньо в ручному режимі. Потім включають вентилятор піддування повітря і подавання біопалива з бункера-живильника. Подавання палива в топку, тобто продуктивність шнека живильника, регулюють шляхом зміни частоти обертання привідного двигуна, що можливе за рахунок зміни сили струму, величина якого змінюється за допомогою резисторів. Подання необхідної кількості повітря в топку регулюють за допомогою заслінок. Після виходу топки на стабільний режим горіння виставляють температуру на виході з агрегата. Потім теплогенератор переводять в автоматичний режим.
Зупинка теплогенератора. Змінюють режим подавання палива з автоматичного на ручний і відключають подавання палива. І тільки після охолодження теплогенератора вимикають вентилятори.
За призначенням можлива робота кожного теплогенератора, згідно з такими технологічними схемами:
- Робота в складі зернових сушарок або зернових сушильних комплексів.
- Робота в складі сушильних камер (для продукції деревини).
- Робота в складі сушильних камер за сушіння лікарських трав.
- Робота з обігріву (опалення) промислових і побутових приміщень.
Експлуатаційні випробування
Експлуатаційні випробування та всебічну оцінку ефективності використання теплогенераторів провели в ТОВ «Володарка-Комбікорм» (Київська область, смт Володарка), що його придбало та ефективно використовує. Теплогенератор ТГБ-0,75 працював у режимі опалення технічного приміщення в холодних температурних умовах року — лютий 2016 р. Встановили його безпосередньо в приміщенні. Як паливо використовували дрібнофракційні, подрібнені за допомогою спеціальної подрібнювальної машини тріски твердих порід дерев — дуба, ясеня, граба, береста, отримані за подрібнення непродуктивних відходів деревини під час промислової розробки лісосіки у Володарському лісництві Білоцерківського ЛГЗ, розташованого поряд із господарством.
Теплогенератор ТГБ-1,5 використовували під час сушіння насіння ріпаку. Всім відомо, що таке специфічно дрібне насіння тяжко адаптується до конструкції та режиму сушіння у традиційних зернових сушарках. Тому для його сушіння із використанням ТГБ-1,5 обрали підлогову технологію сушіння в окремому приміщенні з решітчастою підлогою, яка не пропускає через технологічні щілини насіння, але досить добре пропускає спрямований потужний потік теплоагента — гаряче повітря. Зважаючи на певну віддаленість і розмежування топкового блоку на базі двох теплогенераторів ТГБ-1,5 та приміщення складу, де проводили сушіння зерна, побудували газогін, що має трубу великого діаметра та вентилятори із привідними електродвигунами. Для зменшення теплових утрат використали передбачену комплектацію теплогенераторів, спеціальну термоізоляцію як теплогенераторів, так і газогону базальтовою ватою, покриту фольгою. Як паливо для сушіння насіння ріпаку застосували зібрану за зернозбиральним комбайном після обмолоту суху та водночас дуже подрібнену масу стебел ріпаку.
Умови та режими функціонування теплогенераторів ТГБ-0,75 і ТГБ-1,5 за обігріву приміщення та сушіння ріпаку наведені в таблиці 3. Найголовніше, що позитивно характеризує якість та принцип роботи таких теплогенераторів: повітря, яке подається у приміщення, та висушене насіння не мають запаху диму. Це створює й гарантує ідеальні умови для активного сушіння за низької температури сушильного повітря лікарської сировини — трав та квітів.
Результати випробувань свідчать, що теплогенератори типу ТГБ забезпечують опалення приміщення і роботу в низькотемпературному тепловому режимі. Вони забезпечують подавання теплого повітря на рівні 25…27°С, що відповідає санітарним нормам і вимогам. Під час сушіння насіння ріпаку, яке є чутливим до перевищення максимального температурного порогу, теплогенератор ТГБ-1,5 за спалювання дрібнофракційної соломи ріпаку забезпечив встановлену температуру нагрівання повітря на рівні 63…69°С, що відповідає вимогам сушіння насіння олійних культур. Обігрів приміщення площею 900 м2 (ТГБ-0,75) із теплопродуктивністю 750 кВт/год і сушіння зерна ріпаку (ТГБ-1,5) із теплопродуктивністю 1500 кВт/год проводили в постійному режимі (24 год/добу) за автоматичної і палива. Теплогенератори забезпечують стабільність процесу подавання та спалювання біопалива з необхідною інтенсивністю теплоутворення та забезпеченням необхідного встановленого температурного режиму для процесу обігріву й сушіння. Управління теплогенераторами не є складним і здійснюється одним оператором.
Енергетична оцінка економічності теплогенераторів ТГБ-0,75 і ТГБ-1,5 за спалювання в них біопалива свідчить, що вони, згідно з режимом роботи та застосовуваним біопаливом, забезпечують теплопродуктивність на рівні 750 та 1500 кВт/год (табл. 4). Середні витрати біопалива при цьому відповідно становлять 163 та 340 кг/год змінної роботи.
Економічне оцінювання теплогенераторів
Економічне оцінювання теплогенераторів ТГБ проведено за результатами їхньої експлуатаційно-технологічної оцінки. За ціни на біопаливо (варто сказати — найдешевшого з-поміж наявних і доступних: щепи — 0,4 грн/кг і соломи ріпаку — 0,2 грн/кг та питомих витратах електроенергії (за такого енергозабезпечення теплогенераторів ТГБ-0,75 і ТГБ-1,5) становлять 16,87 кВт/Гкал і 39,07 кВт/Гкал відповідно. Прямі експлуатаційні витрати також незначні: теплогенератор ТГБ-0,75 — 80,31 Грн/Гкал, ТГБ-1,5 — 121,37 грн/Гкал. Затрати коштів на застосовуване біопаливо за досліджуваного й оцінюваного режимів теплоутворення становлять: ТГБ-0,75 — 101,20 грн/Гкал, ТГБ-1,5 — 52,80 грн/Гкал. Затрати праці під час експлуатації теплогенератора ТГБ-0,75 в режимі опалення приміщення з використанням трісок становлять 1,54 люд.-год/Гкал, прямі експлуатаційні витрати — 80,31 грн/Гкал (за умови річного завантаження 2 160 год).
Під час експлуатації теплогенератора ТГБ-1,5 у режимі сушіння насіння ріпаку й затрати праці на отримання 1 Гкал тепла становлять 0,77 люд.-год/Гкал, прямі експлуатаційні витрати — 121,37 грн/Гкал, за умови річного завантаження 2160 год (теплогенератор працював цілодобово протягом 90 діб на ріпаковій соломі — одному з найдешевших і найдоступніших джерел теплової енергії). З урахуванням затрат на паливний матеріал експлуатаційні витрати становили: ТГБ-0,75 — 181,51 грн/Гкал, ТГБ-1,5 — 174,17 грн/Гкал.
Оцінка конструкції теплогенераторів за результатами їхніх випробувань:
- Вони мають просту, оригінальну й водночас теплоефективну (з високим КПД) конструкцію теплообмінника.
- Конструкція, технічні параметри та режим роботи топки дають змогу спалювати в ній як дрібно- (пелети, подрібнена солома), так і крупнофракційне паливо — дрова.
- Технічна система на базі бункера-живильника й застосований режим зміни та встановлення об’єму і біопалива в топку дають змогу в автоматичному режимі встановлювати й надійно підтримувати встановлений необхідний (!!!) температурний режим сушіння. Це дає змогу використовувати його в широкому діапазоні температур: від 20°С (за сушіння лікарських трав) до 120°С — під час сушіння зерна кукурудзи з вологістю до 35%.
- Оригінальна конструкція теплообмінника дає змогу максимально, з КПД близьким до 90%, використовувати тепло біопалива для нагрівання теплового агента (повітря).
М. Занько, завідувач лабораторії наукових досліджень і випробувань машин
для збирання та первинної переробки урожаю, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник,
УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого