СПОСОБ СУШКИ ЗЕРНА В СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ ШАХТНОГО ТИПА Российский патент 1994 года по МПК F26B3/14 

Изобретение относится к прикладной механике, а именно к способам сушки твердых материалов или предметов путем удаления из них влаги, и используется в сельском хозяйстве для сушки зерна и различных сыпучих материалов в сушилках шахтного типа.

Известны способы сушки в сушильных установках шахтного типа, которые ведут путем подачи сушильного агента от теплогенератора через подводящие короба к зерновому материалу, где осуществляют его нагрев до определенной температуры и далее вместе с испарившийся влагой отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу.

Недостатком этих способов сушки является следующее.

Так как средняя температура отработанного сушильного агента, выбрасываемого наружу, значительно превышает температуру наружного воздуха (на 30. . . 40^оС и более), то происходят большие потери тепловой энергии в окружающую среду. Поэтому КПД использования тепловой энергии в процессе сушки, получаемой от теплогенератора, низок.

Наиболее близким к предлагаемому способу сушки (прототип) является способ сушки с утилизацией тепловой энергии в шахтных сушилках, в котором повышение КПД использования тепловой энергии осуществляется за счет дополнительного использования отработанного сушильного агента. В этом способе отработанный сушильный агент из нижней части шахты смешивается с наружным воздухом, нагревают смесь в топке и подают в шахту зерносушилки.

В прототипе используется лишь часть тепловой энергии отработанного сушильного агента, только та, которая отбирается из нижней части шахты. Отработанный сушильный агент из верхней части шахты выбрасывается в атмосферу, что как следствие не позволяет получить высокой экономичности процесса.

В прототипе (из-за недостаточной изученности процесса сушки в сушилке) не указана протяженность зоны отбора отработанного сушильного агента на рециркуляцию. Однако выбор неоптимальных размеров зоны отбора ведет к снижению теплового КПД процесса сушки. Так при завышении размеров зоны в связи с увеличением влагосодержания отработанного сушильного агента скорость сушки зерна снижается и это, как следствие, приводит к снижению производительности процесса сушки. Но при занижении размеров зоны не весь отработанный сушильный агент еще обладающий высоким сушащим потенциалом (т. е. высокой температурой и низким влагосодержанием) будет отбираться на рециркуляцию. Эта, как следствие, приводит к снижению теплового КПД процесса сушки.

В прототипе отсутствует одновременное использование теплоты отработанного сушильного агента из разных зон шахты как для целей предварительного подогрева зерна, поступающего на сушку, так и для целей подогрева воздуха, подаваемого в теплогенератор, что, как следствие, снижает тепловой КПД процесса сушки.

Целью изобретения является повышение экономичности процесса сушки за счет увеличения его теплового КПД.

Цель достигается тем, что отработанный сушильный агент разделяют на два потока, из которых один, составляющий 65. . . 70% от полного потока, отводят из верхней части шахты и направляют на предварительный подогрев зерна, а другой, составляющий 35. . . 30% от полного потока, отбирают из нижней части шахты, очищают в фильтре очистки, смешивают с наружным воздухом, подогревают в теплогенераторе и снова подают в шахту.

Таким образом, в предлагаемом способе достигается использование теплоты всего отработанного сушильного агента: из верхней части шахты - для предварительного подогрева зерна, поступающего на сушку, а из нижней части шахты путем рециркуляции для сушки зерна; суммарный результат от совокупного применения известных приемов повторного использования тепловой энергии отработанного сушильного агента (из верхней части шахты на предварительный подогрев исходного материала, а из нижней - на рециркуляцию) достигается выше суммы результатов от использования каждого из известных приемов в отдельности. Это объясняется следующим. В известном способе сушки (прототип) отбираемый на рециркуляцию из нижней зоны шахты поток отработанного сушильного агента смешивается с наружным воздухом, подогревается в теплогенераторе, после чего повторно подается в шахту. В ней он разделяется на два потока. Первый попадает в нижнюю часть шахты и снова направляется на рециркуляцию. Второй поток, пройдя слой зерна, находящегося в верхней части шахты, выбрасывается в атмосферу. Таким образом, вторая часть потока рециркулирующего сушильного агента дважды в шахте вступает в теплообмен с зерном, после чего выбрасывается в атмосферу.

В предлагаемом способе сушки эта (вторая) часть потока рециркулирующего сушильного агента не выбрасывается в атмосферу, а подается в камеру предварительного подогрева зерна. Таким образом, часть рециркулирующего сушильного агента трижды в шахте вступает в теплообмен с зерном, чем достигается его лучшая отработка и, как следствие, повышается экономичность процесса сушки за счет увеличения его теплового КПД.

В предлагаемом способе сушки указывается количественное значение потока сушильного агента, отбираемого на рециркуляцию из нижней части шахты (30. . . 35% ). Предлагаемый объем потока сушильного агента на рециркуляцию позволяет повысить эффективность процесса сушки. Из анализа экспериментальных данных, полученных в шахтной зерносушилке, следует, что в нижней части шахты значительно замедляется скорость сушки зерна при одновременном интенсивном повышении его температуры. Это свидетельствует о том, что в этой хоне шахты в результате уменьшения влажности зерна значительно ухудшается тепловлагообмен между зерном и сушильным агентом. В связи с этим отработанный сушильный агент, выходящий из данной зоны шахты, имеет еще достаточно высокий сушащий потенциал и его целесообразно направлять на рециркуляцию. Так, температура отработанного сушильного агента в данной зоне в среднем всего на 25. . . 30% ниже значения температуры сушильного агента на входе подводящих коробов, а влагосодержание сушильного агента повышается лишь на 15. . . 35% .

Сравнение результатов исследований процессов сушки зерна с различной начальной влажностью зерна с различной начальной влажностью зерна, различной производительностью сушилки и при различных режимах сушки позволяет определить протяженность зоны отбора сушильного агента на рециркуляцию. Для различных начальных влажностей зерна, режимов его сушки и производительностей сушилки характерным является то, что точки перегиба в протекании зависимостей изменения температуры и влажности зерна незначительно смещаются по высоте шахты. Опыты позволили установить, что размеры зоны отбора отработанного сушильного агента, который по его параметрам рационально направлять на рециркуляцию, должны составлять 30. . . 35% от высоты шахты. При условии равномерного движения сушильного агента по высоте шахты объем потока отработанного сушильного агента, отбираемого на рециркуляцию, также составит 30. . . 35% .

При занижении размеров зоны отбора сушильного агента на рециркуляцию не весь сушильный агент, обладающий еще высоким сушащим потенциалом, попадает на рециркуляцию, в результате чего снизится тепловой КПД процесса сушки. При завышении размеров зоны отбора в рециркулирующий поток будет попадать часть отработанного сушильного агента с высоким влагосодержанием. Это, как следствие, приведет к снижению скорости сушки и уменьшению производительности процесса сушки.

Таким образом, рациональной с точки зрения получения максимальной производительности процесса сушки и получения высокого значения его теплового КПД является зона отбора отработанного сушильного агента на рециркуляцию с размерами, составляющими 30. . . 35% от ее высоты.

Для осуществления этого способа в устройство дополнительно введены перегородка, разделяющая отводящий диффузор на две: верхнюю, составляющую 65. . . 70% всей высоты, и нижнюю, составляющую 35. . . 30% всей высоты, воздухоотвод, соединяющий верхнюю часть отводящего диффузора с камерой предварительного нагрева, устанавливаемой на входе в сушилку, фильтр для очистки отработанного сушильного агента, подаваемого из нижней части отводящего диффузора в воздуховод, подающий наружный воздух в теплообменник теплогенератора, и заслонка, устанавливаемая в воздуховоде, соединяющем нижнюю часть отводящего диффузора с воздуховодом, подающий наружный воздух в теплогенератор для создания одинаковых сопротивлений на пути отработанного сушильного агента, поступающего в камеру предварительного подогрева зерна и в теплообменник теплогенератора.

Анализ новых существенных признаков по критерию "существенные отличия" дает возможность сделать следующий вывод: ни один из существующих и известных способов сушки зерна в шахтных сушилках не дает возможности использовать теплоту отработанного сушильного агента с наибольшим эффектом при наименьших затратах как на конструктивные изменения и добавления, так и на расход других видов энергии при сохранении максимальной производительности процесса сушки.

В качестве примера анализируются известные способы и устройства для использования отработанного сушильного агента в шахтных сушилках по критерию "существенные отличия", в которых имеются существенные признаки, общие с предлагаемыми.

Известен способ сушки, заключающийся в многократном последовательном прохождении сушильным агентом зерна, находящегося в различных зонах шахты. При таком способе сушки достигается высокий тепловой КПД процесса сушки. Однако за счет увеличения влагосодержания сушильного агента после прохождения им каждой очередной зоны сушки значительно снижается скорость сушки зерна. При этом понижается производительность процесса сушки.

Известны установки для сушки изделий из материалов, в которых для повышения экономичности путем увеличения степени использования тепла применяют дополнительные элементы: подсушиватель и контур промежуточного сушильного агента с последовательно включенными в него компрессорами, конденсатором, установленным на трубопроводе сухого воздуха перед сушилкой, дросселем и испарителем, установленным на линии отводящих газов после экономайзера. Однако следует отметить, что в этом устройстве применяются дополнительные устройства, значительно увеличивающие стоимость сушильных установок и требующие высококвалифицированного обслуживания и дополнительных затрат энергии, например, на привод компрессоров. При этом не учитываются биологические свойства материала при протекании процесса сушки.

Таким образом, в предлагаемом способе повышение экономичности процесса сушки осуществляется за счет повышения эффективности утилизации теплоты части рециркулирующего сушильного агента при одновременном обеспечении максимальной производительности процесса сушки.

Предлагаемый способ ведут следующим образом: отработанный сушильный агент, выходящий из шахты, разделяют на два потока, один из которых, поступающий из верхней части отводящего диффузора и составляющий 65. . . 70% от полного потока сушильного агента, используют для предварительного подогрева зерна, поступающего в шахту, а другой поток отработанного сушильного агента, поступающего из нижней части диффузора и составляющий 35. . . 30% от полного потока сушильного агента, пропускают через фильтр очистки, смешивают с наружным воздухом, подогревают в теплообменнике теплогенератора и далее осуществляют его подачу в шахту.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

Устройство содержит шахту 1, в которой происходит сушка зерна, подводящий диффузор 2 для равномерного распределения сушильного агента по всей высоте шахты, теплогенератор 3, в топку которого подается топливо G_т и наружный воздух G_в для сжигания топлива, отводящий диффузор 4, разделенный перегородкой 5 на две части, из верхней части по воздуховоду 6 отработанный сушильный агент подается в камеру предварительного подогрева 7, из нижней части отработанный сушильный агент по воздуховоду 8 подается через регулирующий орган (заслонку) 9 в воздуховод 10, в который одновременно засасывается наружный воздух, отработанный сушильный агент, смешавшись с наружным воздухом, через фильтр 11 вентилятором 12 подается в теплообменник теплогенератора 3, где он подогревается и далее подается в подводящий диффузор сушилки.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Влажное зерно через камеру предварительного подогрева 7, в которой оно подогревается отработанным сушильным агентом, поступающим из верхней части отводящего диффузора 4, поступает в шахту 1, где подогретое зерно продувается отработанным сушильным агентом, поступающим из подводящего диффузора 2 от теплогенератора 3. Зерно, перемещаясь по шахте 1 сверху вниз, продувается сушильным агентом и выходит наружу. Отработанный сушильный агент из нижней части шахты поступает в нижнюю часть отводящего диффузора 4 и далее по воздуховодам 8 и 10 через фильтр очистки 11 вентилятором 12 подается в теплообменник теплогенератора 3. Из верхней части шахты отработанный сушильный агент поступает в верхнюю часть отводящего диффузора 4 и далее по воздуховоду 6 в камеру предварительного подогрева 7, где происходит предварительный подогрев зерна, поступающего в шахту 1.

Технико-экономическую эффективность предлагаемого способа сушки можно обосновать следующим образом:
Повышается эффективность использования тепловой энергии на 10. . . 15% в сравнении с использованием тепловой энергии отработанного сушильного агента только нижней части шахты, за счет одновременного использования тепловой энергии отработанного сушильного агента и из верхней части шахты для предварительного подогрева зерна, поступающего на сушку в шахту.

Повышается производительность процесса сушки на 25. . . 30% в сравнении с производительностью, которую он имеет в производительных условиях за счет того, что та часть шахты, которая использовалась для нагрева зерна в ней, с применением предварительного подогрева используется для сушки зерна. (56) Гержой А. П. , Самочетов В. Ф. Зерносушение и зерносушилки. М. : Колос, 1967.

Механизация и электрификация сельского хозяйства, N 2, 1980, с. 60-62.

Использование: сельское хозяйство и другие отрасли промышленности, в частности сушка зерна и подобных материалов в установках шахтного типа. Сущность изобретения: способ включает предварительный подогрев зерна, продувание гравитационно движущегося слоя зерна сушильным агентом, отвод отработанного сушильного агента и повторное его использование, при этом отработанный сушильный агент разделяют на два потока, из которых один, составляющий 65 - 70% от полного потока, отводят из верхней части шахты и направляют на предварительный подогрев зерна, а другой отводят из нижней части шахты, очищают, смешивают с наружным воздухом, подогревают и снова подают в шахту. 1 ил.

СПОСОБ СУШКИ ЗЕРНА В СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ ШАХТНОГО ТИПА, включающий предварительный подогрев зерна, продувание гравитационно движущегося слоя зерна сушильным агентом, отвод отработанного сушильного агента и повторное его использование, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет увеличения теплового КПД, отработанный сушильный агент разделяют на два потока, из которых один, составляющий 65 - 70% полного потока, отводят из верхней части шахты и направляют на предварительный подогрев зерна, а другой отводят из нижней части шахты, очищают, смешивают с наружным воздухом, подогревают и снова подают в шахту.