Наріжне питання, або питання №1. Як визначити ефективність роботи зерносушильної установки, коли вихідні параметри непостійні – калорійність газу, температура і вологість довкілля, початкова вологість зерна тощо?
Можна почитати відгуки продавців про диво-найефективнішу зерносушарку (саме ту, яку вони продають). У кращому випадку розрахунки виконуються без урахування енергії зв’язку вологи із зерном, ніби нам треба було випарувати воду з каструлі. Або ще веселіше – наша зерносушарка до 30% (40%, 50% – потрібне підкреслити) ефективніше за інші, купуйте, не помилитеся. Як бути? Як порівняти сушильні установки якщо заявлені виробниками характеристики можуть бути більшими ніж фізично можливі характеристики?
Спочатку прояснимо для себе: від чого залежить продуктивність сушильної установки?
Від місткості зернових шахт. Цей параметр безпосередньо визначає площу контакту сушильного агента із зерном та максимально досяжну витрату сушильного агента. Найбільш об’єктивний критерій порівняння, який важко спотворити.
Витрата сушильного агента, м / год. Які метри? Нормальні (НУ)? Стандартні (СУ)? За яким нормативним документом? Чи можливі робочі умови (РУ)? Як виміряти? Якщо подивитися на шильдик вентилятора, ми побачимо максимальну його продуктивність. У складі сушильної установки його продуктивність буде нижчою. Іноді у рази. Легко перевірити, порахувавши кількість тепла, необхідну для нагрівання повітря вказаного в характеристиках вентилятора, і порівнявши з тепловою потужністю пальника. Як правило, потужність пальника буде нижчою. Тобто. пальник в принципі не може нагріти ту витрату, яку іноді намагаються видати за витрату сушильного агента. Найменш інформативний показник, але безпосередньо впливає на продуктивність зерносушарки.
Температурне поле на вході у зернову шахту. Безпосередньо впливає якість зерна, ККД. Оптимально, коли у верхній частині зернової шахти температура сушильного агента вища, середня та нижня частина – нижча. І обов’язково температурне поле має бути максимально рівномірним. Інакше висока нерівномірність погіршить якість зерна разом зі зниженням ефективності тепловогообміну, плюс за рахунок локальних перегрівів ймовірність спалаху зросте. Якщо виробник може надати розрахунок температурного поля – взагалі добре.
Поле швидкостей у коробах зернової шахти. Повністю аналогічно. Чим рівномірніше – тим краще. Для точної частини зернової шахти можуть бути нюанси.
Рівномірність руху зерна. Короби прямі – рівномірність руху зерна максимальна. Короба зі змінним перетином – за визначенням нерівномірність руху зерна у разі гірше.
Переваги і недоліки прямих коробів, що звужуються, гідні окремого розгляду, і ми обов’язково їх розглянемо, але пізніше. А поки обмежимося наступним висновком – якщо виходити з якості зерна, прямі короби за інших рівних (п.п. 3, 4) об’єктивно дадуть кращу рівномірність і якість сушіння.
І що зрештою? Не невже все так безнадійно? Ну не зовсім. Принаймні один об’єктивний критерій ми виявили – місткість зернової шахти. Вважається, як обсяг зернової шахти мінус порожнини повітряних коробів. Тобто, тільки обсяг, що заповнюється зерном. Хочеться вірити, що решта виробників/продавців не намагається підмінити місткість зернової шахти її геометричним розміром.
Витрати газу на сушіння
Ну а ККД? Витрата газу на тонно-відсоток? Адже є різні схеми, з рекуперацією, без, «повною рекуперацією», 2-х, 3-х і більше зон, «вакуумні сушарки» тощо. Виробники/продавці винаходять найфантастичніші назви і не менш фантастичні описи. Іноді гумористичні. Не невже не можна об’єктивно порівняти? Ну чому ж, можна. Але тільки, якщо закликати на допомогу метод зворотного балансу, запропонований ще професором АН Равіч М.Б у минулому столітті. Суть методу в максимально простій формулі:
η = 100 – q₂ – q₃ – q₄ – …
де
η – ККД тепловикористовуючої установки, %
q₂ – втрати тепла з відхідним сушильним агентом, %;
q₃ – втрати від хімічної неповноти згоряння, %;
q₄ – механічний недопал, %;
q₅ – втрати у довкілля, %;
q₆ – втрати з теплотою шлаку, %;
q₇ – втрати з теплотою зерна, %.
Пробіжимося з усіх втрат, а деякі розберемо докладно.
q₇ – втрати з теплотою зерна. При сушінні вологої кукурудзи ці втрати становитимуть величину близько 4% при t-ре зерна на 10° вище температури навколишнього середовища. Зі збільшенням продуктивності шахтної зерносушарки при нижчій початковій вологості ці втрати зростатимуть. При ефективнішому охолодженні, допустимо температура зерна вище температури довкілля не так на 10°, але в 5° – відповідно втрати будуть не ~4% а ~2%.
q₆ – втрати з теплотою шлаку. Звичайно є тільки в твердопаливних теплогенераторах. Для теплогенератора, що розвиває потужність 3…4 МВт, нормальним значенням втрат буде величина близько 3%. Зі зростанням конструктивної потужності втрати (у%) падають і навпаки. Зрозуміло, все справедливо для справних теплогенераторів не мають значних конструктивних дефектів і експлуатується на розрахункових режимах.
q₄ – механічний недопал. Втрати з незгорілим паливом. Основні – дрібна паливна фракція, що провалилася через колосникові грати, або обгорілий і зменшений паливний сегмент, що провалився через колосники. Інший вид втрат – обгортаючий згоряючі частки шлак, що перешкоджає доступу кисню. Аналогічно q₆ даний вид втрат присутній тільки у твердопаливних теплогенераторах. Для якісних теплогенераторів із крокуючими колосниковими гратами та багатозональною подачею дутьового повітря втрати q₆ та q₄ будуть мінімальними.
q₃ – втрати від хімічної неповноти згоряння. Для сучасних газових пальників, що особливо працюють з великим надлишком повітря як на зерносушарках, ці втрати мінімальні. У твердопаливних теплогенераторів ці втрати зазвичай вищі. Іноді дуже.
q₅ – втрати у навколишнє середовище. Залежать як від ефективності утеплення, і від площі гарячої частини зерносушарки. Обчислюється за такою формулою:
де
1/α₁ – тепловий опір між сушильним агентом та внутрішньою стінкою зерносушарки, м²·°С/ Вт;
l/α₂ – тепловий опір між стінкою зерносушарки та довкіллям, м²·°С/ Вт;
l/λ – тепловий опір утеплювача, м · ° С / Вт.
Визначення коефіцієнту корисної дії
Для шахтних зерносушарок Лубнимаш втрати через утеплену частину зерносушарки становитимуть лише 0,04%! При використанні як утеплювач повітряного прошарку з термічним опором за ГОСТ Р 56734 рівним 0,15 м ² · ° С / Вт втрати склали б 3%! Втрати тепла через стінки зернової шахти, що не входять до базового утеплення, 0,5%. Все для температури оточуючого середовища 0 ° С та температури сушильного агента 130 ° С. І, нарешті, найцікавіше, втрати з сушильним агентом, що відходить, або q₂. Методик оцінки цього виду втрат достатньо, але без газоаналізатора ми скористаємося найзрозумілішою:
Q = (G·0,28+W·1,163)·(tу-tос), Вт
де
0,28 – теплоємність повітря, Вт · год / кг · ° С;
1,163 – теплоємність води, Вт · год / кг · ° С;
G – витрата сушильного агента, кг/год;
W – кількість вологи, що видаляється, кг/год;
tу, tос – температури сушильного агента, що йде, і навколишнього середовища відповідно.
Вважаємо, отримуємо, при температурі сушильного агента 40 °С його втрати в навколишнє середовище (0 °С) складуть 29,8%.
ККД газової зерносушарки = 100 – 3 – 0,04 – 0,5 – 29,8 = 66,7%
Разом: найважливіший параметр визначальний термічний ККД зерносушарки – втрати з газами, що відходять. Далі йдуть наявність/відсутність повноцінного утеплення, утеплення повітряним прошарком – мінус кілька % ККД і наявність/відсутність повного утеплення, повне утеплення додатково знизить витрати на 0,5% і зменшить випадання конденсату з сушильного агента, що відходить. Для зерносушарки СШ-50 продуктивністю 50 т/год пшениця або 35 т/год кукурудза за ціною газу 16,2 грн/м³ це дасть на виході трохи менше 1000 грн на добу. А любителі повітряних прошарків втрачатимуть 5…7 тис. грн на добу. Розрахунок втрат через повітряний прошарок можна уточнити, взявши до уваги відбивну здатність стінок і променисту складову, що значно збільшилася, властива високим температурам при яких працює зерносушарка, але кардинально це нічого не змінить.
Зовсім просто: якщо параметри порівнюваних сушарок плюс мінус близькі, одна викидає сушильний агент при 40 °С, а інша при 45 °С, то перша буде ефективніше на ~3%. І навіть якщо в другій застосовуються найхитромудріші схеми циркуляції сушильного агента, велика кількість вентиляторів щось кудись качає, але на виході немає зниження температури викиду, то це крім головного болю нічого не дає. Адже буває так, що вентилятори справно працюють, шильдики на них красиві, авторитетні виробники, тільки все це на користь бідних.
