Як висушити зерно із застосуванням біопалива
Теплове сушіння, без якого стає проблематичним довготривале зберігання зернових мас у сховищах різних типів, є однією із головних і найенергоємніших та досить дорогих технологічних операцій післязбиральної обробки зерна. Тому в процесі його зберігання, який передбачає збереження якості зернових культур, важливу роль відіграють сушіння зернопродукції і, звісно, обладнання, за допомогою якого його виконують.
Теплове сушіння, без якого стає проблематичним довготривале зберігання зернових мас у сховищах різних типів, є однією із головних і найенергоємніших та досить дорогих технологічних операцій післязбиральної обробки зерна. Тому в процесі його зберігання, який передбачає збереження якості зернових культур, важливу роль відіграють сушіння зернопродукції і, звісно, обладнання, за допомогою якого його виконують.
М. Занько, канд. техн. наук,
завлабораторії збирання
та первинної переробки урожаю,
УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого
Одним із факторів, що спричинюють невиправдані втрати зібраного зерна, є підвищена його вологість. Адже волога — це продукт природних умов та навколишнього середовища, за участю яких відбувається обмін речовин.
Якщо вміст вологи невеликий, вона перебуває у зв’язаному стані. За перезволоження зерна в його клітинах з’являється вільна волога, яка сприяє розвитку активних ферментів. Призупинення цього процесу можливе, насамперед, шляхом зниження вологості зерна до кондиційної.
Основні елементи технології і техніка для теплового сушіння зерна
На першому етапі свіжозібране зерно у разі недостатньої стиглості зерна або несприятливих погодних умов просушують до стандартної вологості. За теплового сушіння зернова волога під впливом тепла сушарки переходить у пароподібний стан, виділяється у середовище сушильної камери, а далі, за допомогою пневмовитяжного пристрою, — в атмосферу.
До сушильних установок, призначених для сушіння зернових матеріалів, висувають такі вимоги:
простота конструкції, тривала та безвідмовна експлуатація;
універсальність за кількістю та видами палива, використовуваного для сушіння зерна;
зниження вологості до потрібної за збереження якості зерноматеріалу різних культур, який піддають
просушуванню;
низький рівень затрат на паливо, газ, рідке пальне або електроенергію, які спалюють у сушарці під час сушіння;
високі техніко-економічні показники за питомими витратами палива та електроенергії;
можливість застосовувати економічні режими сушіння;
висока інтенсивність сушіння зерна;
універсальність;
стабільність виконання технологічного процесу, надійність та безпечність роботи;
відсутність шкідливого впливу на обслуговуючий персонал сушарки і навколишнє середовище;
високий коефіцієнт використання отриманого тепла для сушіння
та низькі його непродуктивні
втрати.
Вимоги та підходи до вибору типу сушарки
Головна складність сушіння зерна полягає у тому, що висушування матеріалу слід виконувати за певних значень (на межі допустимих) температури агента сушіння для відповідного нагрівання просушуваного матеріалу і водночас забезпечити максимальну продуктивність сушарки та повне збереження якості продукції. Перевищення встановлених температур нагрівання агента сушіння і зерна призводить до псування останнього: зумовлює коагуляцію білка, втрату життєвих функцій насінини та здатності її до проростання, різко погіршує розтяжність білків (ендосперму) і, отже, знижує кількість та якість клейковини. Тому насіннєве і продовольче зерно потрібно сушити за м’якших режимів, щоб не спричинити розтріскування насіння і не знищити зародок, який міститься безпосередньо під оболонкою, а також не погіршити пружно-пластичних властивостей зерна. Однак використання занадто м’яких режимів обробки знижує продуктивність сушарки. Тому для конкретної мети діючого або проектованого зернозберігального/зернопереробного виробництва під час вибору типу сушарки, її типорозмірів слід брати до уваги її повну технічно-конструктивну та економічну оцінку.
Основна технологічна система сучасної сушарки, що забезпечує її теплом, — високоефективний газовий пальник, який працює на природному газі або пропані. Потужність газового пальника можна легко регулювати у діапазоні від 10 до 100%.
Сушарки, які в якості енергоносія використовують природний газ або пропан-бутан, — компактні, прості та ефективні.
Паливо як
енергоносій сушарки
На вимогу замовника та відповідно до конструкційного виконання для роботи зерносушарки можна застосовувати рідке пальне, зріджений газ або метан та електроенергію. Сушіння зерна, виконуване сучасними сушарками, що працюють на традиційних джерелах постачання тепла — природному газі або дизельному паливі, ясна річ, не обумовлює зменшення затрат на цю технологічну операцію. Водночас сучасні технології і застосування альтернативних (нетрадиційних) джерел енергії дає змогу виконувати цю операцію, використовуючи різні види біопалива. З огляду на економічну ситуацію в країні саме такий варіант технології сушіння зерна стає все перспективнішим.
Енергоносії
для сушіння зерна
Зазвичай теплове сушіння грунтується на використанні енергоносіїв, зокрема дизельного палива (ДП), природного газу та електроенергії (табл. 1). Природно, для застосування цих паливно-енергетичних джерел сушарки мають бути відповідної конструкції (типу), їх установлюють переважно у сушильних господарствах великих зернових елеваторів, зернопереробних та зерновиробничих господарствах. Їхня кількість, за самими скромними підрахунками, сягає 2000 шт. Здавалося б, така кількість сушарок за фактичних обсягів валового виробництва зерна в Україні в останні п’ять років — на рівні 60 млн т, — мала б вражати (у розумінні, що їх малувато). Але насправді це не так, і для цього твердження є такі переконливі аргументи:
більшість застосовуваних сушарок мають велику продуктивність, що дає змогу висушувати великі об’єми зерна за короткий термін. Так, наприклад, за добу безперервної роботи (а саме в такому режимі працюють сушарки у господарствах у період сушіння зерна) обсяги виробітку досягають 3000 т зерна і більше;
сушінню піддається, в основному, зерно кукурудзи, соняшнику і сої, терміни та період збирання яких зумовлюють підвищену їхню вологість. Зерно цих культур становить близько половини зібраного валового об’єму;
сушарки, що використовують нині в Україні (табл. 1) — нові, сучасні, оскільки поставлені в останні 5–10 років.
Заради об’єктивності слід відмітити, що вказаний період характеризується стрімким злетом оновлення кількісного та якісного складу сушильного господарства в Україні. У цьому сегменті бізнесу впевнено працюють понад 50 фірм (табл. 1, 2). Причому вони не просто обмежуються постачанням сушарок, а працюють із підприємствами-замовниками за принципом, що називається «під ключ»: від закладання будівельного майданчика для сушарки до повного монтажу, навчання обслуговуючого персоналу та сервісного обслуговування. І це дає свій позитивний результат: більшість фірм-постачальників: ТОВ «Деметра», ТОВ «АМАКО Україна», ТОВ «Інтек Груп», ТОВ «Елеваторний альянс» (ЗАТ «Порцелак-інвест»), ТзОВ «Ріля Україна», ТОВ «Аграрна індустріальна компанія», ТДВ «Бриг», ТОВ «Октава», ТОВ «Арай Україна», ТОВ «Зернові комплекси та системи», ТОВ «Фарм-Агро», ТОВ «АВС трейд», ТОВ «Завод елеваторного обладнання “Сокіл”», «Зернова столиця» мають значний «кошик замовлень».
Нині в Україні, в основному, використовують сушарки, у яких енергоносіями для виконання процесу сушіння є природний газ, дизельне паливо та електроенергія. Причому близько 95% сушарок працюють на природному газі, який в Україні добувають в обмеженій кількості, тому його імпортують. Протягом останнього року ціни на газ суттєво зросли. До того ж з’явились ще й інші вагомі «перешкоди» для того, щоб використовувати його для сушіння. Зважаючи на це, Україна веде пошук інших, альтернативних, джерел енергії для роботи сушарок. Одним із таких енергоматеріалів у сільгоспвиробництві є солома зернових колосових культур. Її застосування, залежно від наявності у господарстві, дає змогу в певний період року значною мірою зменшити або й повністю відмовитись від споживання дороговартісних джерел — дизельного палива і природного газу та одночасно скоротити витрати на сушіння.
Перспектива використання соломи обумовлена її відносно низькою ціною, значною щорічною наявністю, обсяг якої значно перевищує господарські потреби (до 15 млн т — це 30% площі під зерновими культурами!), а також потребою зменшення витрат на сушіння зерна задля зниження собівартості його виробництва. Сушіння зерна із застосуванням нетрадиційних, але доволі економічних видів біопалива, наприклад соломи, дає можливість зменшити залежність від постачальників інших енергоносіїв (природного газу і дизельного палива). До того ж — із користю використати технологічний матеріал, отриманий під час збирання врожаю зернових та інших культур, незернова частина яких має здатність горіти і давати тепло. Альтернативний енергоносій (біопаливо) може бути у вигляді пелет, рулонів (тюків) із соломи зернових колосових культур і міскантуса, лушпиння соняшнику, торфу, тирси, дерев’яних трісок, дров та інших агровідходів, які мають здатність горіти та виділяти тепло.
Розуміючи перспективність напряму та зміну акцентів у використанні енергоносіїв, низка вітчизняних підприємств-виробників (табл. 2) розробила сушарки (сушильні комплекси), адаптовані до використання біопалива і які економічно ефективно сушать зерно українських аграріїв.
Провідне місце у цьому сегменті технологічного обладнання відіграє ТДВ «Бриг», яке протягом останніх десятиліть створило грунтовні технічні розробки й ефективні рішення в цьому напрямі. Його зерносушильні комплекси КС-8 (16) виконують сушіння попередньо очищеного продовольчого, насіннєвого або фуражного зерна насіння зернових, зернобобових і олійних культур із допомогою атмосферного повітря, яке нагрівається у теплогенераторі типу ТГС за спалювання пресованої у тюки соломи (табл. 3).
Визначальними технологічними складовими комплексу КС-16 є два теплогенератори ТГС-500, призначені для отримання теплової енергії у вигляді нагрітого атмосферного повітря шляхом спалювання соломи, спресованої у тюки прямокутної або круглої форми. До складу теплогенераторів входять два короби для подавання сушильного агента у зерносушарку і два — для відведення димових газів у димову трубу, а також два клапани. Тип завантаження тюків у теплогенератор залежить від їхньої маси і відбувається вручну, навантажувачем або з допомогою штирового пристосування переднього навішення трактора. Можливе використання в якості палива лушпиння соняшнику або тирси, завантаження яких у теплогенератори ТГС-500 виконується з однієї сторони корпуса через спеціальний люк. Видалення попелу — вручну. Теплогенераторами серії ТГС можуть обладнувати як нові сушарки різних типів для сушіння зерна і круп, так і реконструйовані сушарки вітчизняних та зарубіжних виробників.
«Плюси» застосування зерносушильного комплексу серії КС за роботи на соломі — це відсутність прямого контакту продуктів згорання із зерном. Нагрівання атмосферного повітря продуктами згорання відбувається у трубчастому теплообміннику теплогенератора, що забезпечує екологічно чисте сушіння зерна, оскільки немає пагубного впливу на висушуваний матеріал канцерогенних речовин — продуктів згорання палива.
Реалізовані у виробництві технічні рішення, які дають змогу сушити зерно із використанням біопалива, також має ЗАТ «Порцелакінвест». Для цього у складі сушарок серії SD — SD-5 (8; 9; 12; 15; 16; 19) застосовано так звані гібридні теплогенератори. В їхній конструкції використано та поєднано системи, які працюють на біопаливі, газі та дизельному паливі. Топка-котел може бути виконана у вигляді однієї глибокої камери або двох камер, спроектованих під розмір котла. До її комплекту входять: обмінник «вода — повітря», гідроустановка (циркуляційний насос із вирівнювальним баком) та трубна установка для видалення топкових газів. Повітря нагрівається від води в обміннику і від труби із гарячими газами, яка проходить через канал теплого повітря у шахті сушарки. Причому використання газу бажане у стартовий період роботи сушарки — для початкового розігрівання її перед виходом на проектний режим сушіння. Витрати біоенергоносія, залежно від його вологості та калорійності — трісок, пелет або гранул, може становити 2–2,5 кг на 1 т/%. Сушарки серії SD мають високу універсальність, що дає змогу використовувати їх для сушіння зернових, олійних, бобових культур, продовольчого і фуражного зерна, насіннєвого матеріалу і пивоварного ячменю, круп’яних та дрібнонасінних культур. Фірма-постачальник декларує такі характеристики своїх сушарок: рівномірне сушіння зерна, мінімальні витрати електроенергії та високий рівень теплоізоляції, — що дає змогу зменшити витрати енергоносія до 20%.
Зерносушарки Kepler Weber ТОВ «АВС трейд» також мають теплогенератор як обов’язковий техніко-технологічний елемент для спалювання дров (або лушпиння соняшнику) і отримання тепла. Сушіння зерна у зерносушарці із теплогенератором, який працює на дровах, відбувається в 70% об’єму шахти зерносушарки, охолодження — в 30% її об’єму, що забезпечує в подальшому тривале зберігання зерна. Зовнішнє повітря, що пройшло через секцію охолодження, відбирає у гарячого сухого зерна тепло і доповнює основний об’єм повітря, що здійснює сушіння. Це дає змогу економити паливо й електроенергію. Також можливе сушіння у сушильній колоні зерносушарки без охолодження — для збільшення продуктивності на 7–10%, із подальшим охолодженням у зерновому силосі. Усі зерносушарки, що працюють на дровах, можуть бути обладнані одночасно і газовим (дизельним) пальником, і теплогенератором (на дровах). Починаючи із моделі ADS-40R, такі зерносушарки вже у базовому виконанні комплектують цикловентиляторами для утилізації пилу та інших сміттєвих домішок із використаного у процесі сушіння повітря. Вони економічно вигідні для сушіння зерна. Згідно із результатами практичних досліджень ТОВ «АВС трейд», собівартість сушіння зерна дровами становить 2 грн/т/%.
Значною мірою оригінальне технічне рішення використання біопалива для сушіння зерна пропонує фірма Mega s.а. Її сушарка Mega працює на дровах, соломі, дерев’яній стружці, зернових відходах, лушпинні насіння тощо, які спалюють у генераторі тепла (печі). Піч має систему регулювання швидкості подавання палива, чим досягається якісне його згорання та висока продуктивність сушіння. Подавання біопалива централізоване і механізоване — зі спеціалізованого накопичувального бункера. Продуктивність сушарки Mega (за зниження вологості зерна кукурудзи до 15%) становить: від 20 до 5% — 18 т/год, від 25 до 5% — 9, від 30 до 15% — 6, від 35 до 5% — 4,5 т/год.
Компанія Stela Laxhuber GMBH займається виробництвом сушильних установок із нагріванням на біомасі із 2004 р. Ця компанія пропонує два варіанти зниження залежності від таких традиційних для України видів палива, таких як природний газ та дизпаливо:
використання надлишкового тепла від певних процесів (наприклад, гарячої води від когенераційних установок, пару від парових котлів, димових газів, біогазу). У цьому разі досягається найбільший економічний ефект. Перетворення гарячої води, пару, або димових газів на гаряче повітря відбувається за допомогою теплообмінників, які встановлюють у секціях припливу холодного повітря. Можливе також переобладнання наявних сушильних установок;
біопаливо, яке спалюється безпосередньо для одержання тепла. Певним недоліком використання для нагрівання тільки гарячої води є те, що для сушіння кукурудзи температура гарячого повітря має становити 120…130°С, а наявні контури гарячої води можуть забезпечити тільки 100°C. Також є деякі втрати тепла у трубопроводах, тому температура гарячого повітря буде макс. 93°С. Для сушіння пшениці, ріпаку, сої або соняшнику цього достатньо, але замало для кукурудзи. Тому компанія Stela рекомендує встановлювати додаткові газові пальники (це може бути як природний або скраплений газ, так і біогаз). Такі пальники можна використовувати як для безпосереднього нагрівання повітря у сушарці (наприклад, у стандартних моделях), так і з допомогою прямих або непрямих повітряних нагрівачів (система може використовувати дизпаливо — це можливо, наприклад, у разі використання пальників Weishaupt або комбінованих пальників — газ + дизпаливо).
У напрямі безпосереднього спалювання біопалива компанія Stela співпрацює із багатьма вітчизняними та іноземними виробниками теплогенераторів.
Одним із прикладів роботи такої сушильної установки є сушарка моделі MDB-XN-1-18-S, яка встановлена у 2013 р. у Черкаській області. Вона працює без газу чи дизпалива — тільки на відходах деревини (щепа) та качанах кукурудзи. Продуктивність сушарки — 60 т/год (сушіння пшениці за зниження вологи від 19 до 15%) або 22,5 т/год (зниження вологості кукурудзи від 30 до 15%). Кукурудзяні качани збирають під час обмолочування культури за допомогою спеціальної насадки до комбайнів, застосування якої також дає змогу знизити витрату пального комбайнами. Така сушарка обладнана системою автоматичного подавання палива, двома теплогенераторами компанії Bioflamm потужністю 3250 кВт кожен (у непрямому режимі роботи) та двома непрямими повітронагрівачами, які мають додаткові теплообмінники у місцях надходження холодного повітря.
За використання біопалива компанія Stela рекомендує застосовувати непрямі повітронагрівачі — це унеможливить ризик виникнення пожежі та перешкоджатиме набуванню запаху диму висушуваним продуктом (це особливо важливо у разі виконання експортних контрактів).
Зерносушарка КЗС-10 розроблена ПАТ «Дозавтомати» (Кіровоград). Зерносушарка призначена для безперервного сушіння зерна зернових олійних та зернобобових культур насіннєвого, продовольчого та фуражного призначення. Її теплогенератор працює на соломі, торфі, тирсі, трісках, лушпинні соняшнику. Максимальна продуктивність сушарки — 7–10 т/год. Максимальна продуктивність теплогенератора — 500 кВт/год. Продуктивність нагрівання повітря —
15 000 м3/год. Економічність технологічного процесу достатньо висока.
За даними фірми-розробника, використання біопалива дає змогу знизити собівартість сушіння зерна на 60%, порівняно із сушаркою, що працює із застосуванням дизельного палива.
Підприємство ТЕЦМ «Альянс» (Харків) пропонує для сушіння зерна універсальний комплекс власного виробництва. Як енергоносій використовують нетрадиційні та відновлювані види палива. Продуктивність сушіння насіннєвого зерна — 5 т, а продовольчого — 16 т/год. За зниження вологи у процесі сушіння на 8–12% продуктивність становить 10 т/год за витрати альтернативного палива до
200 кг/год. За даними підприємства, отриманими на основі власного досвіду із сушіння зерна різних культур, собівартість 1 т сушіння зерна на 1 т/% становить (станом на 2012 р.), грн: ріпаку — 32, пшениці — 18, соняшнику — 25, кукурудзи — 18.