РЕФЕРАТ
Отчет 69 с., 5 таблиц, 16 рисунков, 43 источника, 4 приложения.
СУШКА ЗЕРНА, ГОРЕЛКА, ГОРЕНИЕ, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ТЕМПЕРАТУРА, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, СУШИЛЬНЫЙ АГЕНТ, ВЛАЖНОСТЬ Объектом исследования являются горелочное устройство вихревого типа, предназначенное для сжигания преимущественно жидких, а также газообразных топлив с целью генерации сушильного агента для эффективной сушки зерна, химико-кинетические и физические процессы, протекающие в камере сгорание горелки.
Цель работы - разработка горелки вихревого типа для сжигания органического топлива, проведение экспериментальных и теоретических исследований для выработки в перспективе практических рекомендаций по повышению полноты сгорания топлив с максимально возможным тепловыделением, а также создание энергоэффективной установки для сушки зерна.
В процессе исследования проведен теоретический анализ возможностей снижения затрат теплоты на основе теплового баланса зерносушилки. Приводится влияние каждой статьи расхода тепла на эффективность сушки зерна, а также анализируется структура затрат и теплоты. Определены основные пути интенсификации процесса сушки.
Построены приближенные зависимости производительности сушки и расхода топлива на сушку от температуры агента сушки, состояния слоя зерна, времени отлежки и т.д.
А также в рамках исследования, изготовлен опытный образец вихревой горелки. На котором проводились полевые испытания сжигания топлива по определению основных энергетических характеристик.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели:
а) повышенная, по сравнению с существующими подобными горелками, полнота сгорания топлива; б) компактность установки в сочетании с высокой теплонапряженностью (скоростью выделения тепла и мощностью в единицу времени) в камере сгорания; в) пониженные затраты на подачу воздуха в связи с пониженным аэродинамическим сопротивлением.
Степень внедрения – экспериментальная полупромышленная установка подготовлена киспытаниям на технико-эксплуатационные показатели.
Эффективность горелки определяется способностью сжигать органическое топливо в значительных количествах в единицу времени в камере сгорания горелки без предварительного нагрева ее с высокой полнотой сгорания на выходе из сопла камеры сгорания.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ ... 3
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ... 5
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ... 6
ВВЕДЕНИЕ ... 7
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ ТЕПЛОТЫ НА СУШКУ ЗЕРНА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЗЕРНОСУШИЛКИ ...Error! Bookmark not defined. 1.1 Тепловой баланс сушки ...Error! Bookmark not defined. 2 ОСНОВНЫЕ ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА ...Error! Bookmark not defined. 2.1 Классификация методов...Error! Bookmark not defined. 2.2 Ээффективность работы зерносушилок при различной температуре агента сушки и температуре нагрева зерна...Error! Bookmark not defined. 2.3 Эффективность мероприятий по снижению затрат теплоты на испарение влагиError! Bookmark not defined. 2.4 Стабилизация по влажности подаваемого на сушку зерна ...Error! Bookmark not defined. 2.5 Эффективность нагрева и сушки зерна при различном состоянии слояError! Bookmark not defined. 3 ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИРАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕРНОСУШИЛОК ...Error! Bookmark not defined. 3.1 Обзор мировых решений ...Error! Bookmark not defined. 3.2 «Полевые» опытные испытания сжигания топлива в вихревой горелкеError! Bookmark not defined. ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 8
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУР ... 9
ПРИЛОЖЕНИЕ А ... 13
ПРИЛОЖЕНИЕ В ... 14 ПРИЛОЖЕНИЕ С ...Error! Bookmark not defined.
ПРИЛОЖЕНИЕ D...Error! Bookmark not defined.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем отчете о НИР «Внедрение горелочного устройство для сушки зерна в агропромышленном комплексе» применяют следующие термины с соответствующими определениями:
Зерновая масса – включает в себя зерно основной культуры, сорную зерновую примесь, микрофлору, присутствующую на их поверхности, и вредителей хлебных запасов.
Теплоемкость – затраты теплоты на нагрев зернового материала.
Влажность – процентный показатель содержания воды в физических телах или средах.
Альтернативные виды топлива – любые виды топлива за исключением традиционных органических топлив.
Вихревая горелка – устройство, предназначенное для сжигания органического топлива в искусственно созданном тангенциальном потоке окислителя.
Горелка – устройство, предназначенное для сжигания органического топлива.
Закрутка потока – процесс придания аксиальной составляющей скорости газа (потока) по касательной цилиндрической поверхности канала, и перпендикулярной к ее оси.
Канал камеры сгорания – протяженный участок камеры сгорания, на котором происходит сгорание топливной смеси.
Органическое топливо – топливо, источником которого являются недра Земли.
Подразделяется на твердое (уголь), жидкое (продукты переработки нефти) и газообразное (природный газ.)
Скорость тепловыделения (теплонапряженность) – количество тепла, выделяющееся в единицу времени.
Техническая работа – величина размерности энергии (или удельной энергии), характеризующая работу, производимая техническим устройством над газом или газом (рабочим телом).
Форсунка – механический распылитель жидкости или парожидкостной смеси
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
q4 – механическая неполнота сгорания;
r – теплота парообарзования;
I – энтальпия;
v– скорость потока m– масса
t – время
A– площадь поперечного сечения
– плотность T – температура p– давление N– мощность
q –удельный расход теплва
cp – теплоемкость при постоянном давлении Qнр– теплота сгорания топлива
Кв – коэффициент эффективноговлагосъема Кн – коэффициент неравномерности нагрева зерна
– влажность зерна
G – производительность зерносушилки ta.c – температура агента сушки
п.д. – предельная температура нагрева зерна δп – коэффициент перегрева
bнорм - нормативный расход условного топлива В – расход топлива
V – объём газов υ – скорость газов ρ – плотность
АПК – Агропромышленный комплекс КПД – коэффициент полезного действия
ВВЕДЕНИЕ
Сушка является основной технологической операцией по приведению зерна и семян в устойчивое при их хранении состояние. Только после того, как из зерновой массы удалена вся избыточная влага (то есть свободная вода) и зерно доведено до сухого состояния (влажность должна быть ниже критической), можно рассчитывать на его надежную сохранность в течение длительного периода времени.
Под режимом сушки зерна и семян понимают совокупность основных параметров технологического процесса, сочетание которых обуславливает интенсивность тепло- и влагообмена, обеспечивает снижение влажности сырого зерна и сохранение его качества.
Главная сложность сушки зерна заключается в том, чтобы работать при использовании предельно допустимых температур нагрева агента сушки и нагрева зерна, обеспечить максимальную производительность сушилки при полном сохранении качества продукции. Превышение установленных температур нагрева агента сушки и зерна ведет к порче продукции, применение слишком мягкого режима обработки снижает производительность сушилок.
Теория и практика сушки свидетельствуют [1, 2, 3], что любая модернизация сушилки, способствующая повышению ее производительности, в том числе и интенсификация процесса сушки, в той или иной мере способствует снижению затрат топлива на сушку.
В основе интенсификации процесса сушки должны лежать мероприятия, учитывающие закономерности явлений внутреннего влагопереноса и внешнего тепло- ивлагообмена [4, 5].
Комплексного воздействия на интенсификацию внешнего влагообмена и внутреннего влагопереноса можно добиться на основе оптимального сочетания технологических приемов, используемых для обезвоживания зерна в эксплуатируемых и проектируемых зерносушилках.
В области внутреннего влагопереноса интенсифицировать процесс можно путем повышения температуры зерна и исключения тормозящего действия термовлагопроводности (на основе использования прогрессивных технологий сушки).
В области внешнего влагообмена интенсифицировать процесс можно путем повышения температуры и скорости агента сушки, а также увеличением активной поверхности зерен, участвующей в процессе тепло - и влагообмена с агентом сушки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе исследования проведен теоретический анализ возможностей снижения затрат теплоты на основе теплового баланса зерносушилки. Приводится влияние каждой статьи расхода тепла на эффективность сушки зерна, а также анализируется структура затрат и теплоты. Определены основные пути интенсификации процесса сушки.
Построены приближенные зависимости производительности сушки и расхода топлива на сушку от температуры агента сушки, состояния слоя зерна, времени отлежки и т.д.
Предложенное для генерации сушильного агента устройство за счёт наличия вихревой камеры сгорания по Европейскому патенту [42] способно эффективно прогревать топливо-воздушную смесь перед сжиганием, что способствует её устойчивой работе в условиях холодных температур в зимний период.
Высокая температура горения в исследуемом устройстве (свыше 1500 °С) позволяет рассматривать данную вихревую горелку как высокоэффективный генератор тепловой энергии для различных нужд техники и промышленности в том числе для сушки зерна.
Повышенная концентрация топливовоздушной смеси в зоне предварительного горения позволяет сжигать топливо в условиях высоких тепловых напряжений, превышающих типовые значения в сотни раз.
Высокие скорости потока создают инжекционный эффект для пассивного подмешивания воздуха для последующей сушки зерна, что положительно сказывается на затратах электроэнергии от вентиляторов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУР
1 Куцакова В.Е., Богатырев А.Н. Интенсификация тепло-имассообмена при сушке пищевых продуктов. – М.: Агропромизадлт, 1987. – 236 с.
2 Резчиков В. Научные основы интенсификации процессов сушки и создания новых типов зерносушильных установок//Мукомольно-элеваторная промышленность, 1970, №2.
– с.34-36
3 Юкиш А. Пути совершенствования и повышения эффективности зерносушильной техники//Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность, 1987, №9. – с.11- 14..
4 Малин Н.И. Сушка зерна.//Производство зернового сырья н элеваторах. – М.: Колос, 1996. с. 379-489.
5 Малин Н.И. Справочник по сушке зерна. – М.: Агропромиздат, 1986. – 159 с.
6 Малин Н.И. Повышение эффективности работы охладительных камер зерносушилок // Экспресс-информация. Серия «Элеваторная промышленность». – М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1977, вып. 14. – 44 с.
7 Влага в зерне / Гинзбург А.С., Дубровский В.П., Казаков Е.Д., Окунь Г.С., Резчиков В.А. – М.: Колос, 1969. – 224 с.
8. Мельник Б.Е., Малин Н.И. Справочник по сушке и активному вентилированию зерна. – М.: Колос, 1980. – 175 с.
9 Скороваров М.А., Эммануэль Т.П. Расчет и реконструкция зерносушилок. – М.:
Заготиздат, 1961. – 108 с.
10 Любарский Л.Н. Интенсификация процесса сушки зерна на основе повышения его термоустойчивости//Сушка сельскохозяйственных продуктов: Материалы Всес.
Совещания по интенсификации процессов и улучшению качества материалов при сушке.
Секция сельского хозяйства. - М.: Профиздат, 1958. - с.32-37.
11 Птицын С.Д. К вопросу об интенсификации процесса сушки зерна//Сушка сельскохозяйственных продуктов: Материалы Всес. Совещания по интенсификации процессов и улучшению качества материалов при сушке. Секция сельского хозяйства. - М.: Профиздат, 1958. - с. 79-86.
12 Резчиков В. Научные основы интенсификации процессов сушки и создания новых типов зерносушильных установок//Мукомольно-элеваторная промышленность, 1971, №8- с. 14-15.
13 Уколов В.С. Интенсификация процесса сушки семян зерновых, бобовых и масличных культур в камерных установках//Материалы Всесоюзного научно-
технического совещания по новой технике и прогрессивной технологии в процессах сушки. Секция III. Технология сушки (Москва, декабрь 1969 г.). - М.: ВСНТО, 1970.-с. 85- 89.
14 Малин Н.И. Снижение энергозатрат на сушку зерна/Обзорная информация. Серия:
Элеваторная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов, 1991.-46 с.
15 Малин Н.И. Энергосберегающая технология сушки зерна. Учебное пособие для студентов специальности 270100 - «Технология хранения и переработки зерна». - М.:
МГЗИПП, 1999. - 119 с.
16 Малин Н.И. Классификация мероприятий по снижению затрат топлива на сушку//Современные технологии и некоторые социально-экономические проблемы в АПК - на пороге третьего тысячелетия. Тезисы докладов. Международная академия энергоинформационных наук. - М.: 2000.- с. 39-41.
17 Инструкция по сушке продовольственного, кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок №9-3-82. – М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1982. - 60 с.
18 Малин Н.И. Теория и практика энергосберегающей сушки зерна. Дис. на соискание ученой степени д.т.н. МГТА, М., 2001 г.
19 Жидко В.И., Резчиков В.А., Уколов В.С. Зерносушение и зерносушилки. - М.:
Колос, 1982.-239 с.
20 Попов Н.Я., Барышев Е.Н., Черников М.И. Работа зерносушилок при различных способах загрузки и выпуска зерна//Научно-технический реферативный сборник
«Хранение и переработка зерна». Серия: Элеваторная промышленность. -М.:
ЦНИИТЭИМинзагаСССР, 1971, вып. 1.-с. 6-14.
21 Резчиков В.А., Каткова О.Н., Ревякина Е.А. Зависимость качества зерна от равномерности нагрева при сушке//Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность. -1968, № 1.-с. 13-15.
22 Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения:
Экономия топлива и электроэнергии. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 128 с.
23 Справочник работника элеваторной промышленности/Г.М. Бардышев, Г.О.
Воронцов, Э.С. Хувес, Е.Б. Черкасский, А.Е. Юкиш. - М.: Колос, 1975. - 336 с.
24 Голик М.Г., Делидович В.Н., Мельник Б.Е. Научные основы обработки зерна в потоке. - М.: Колос, 1972. - 263 с.
25 Трисвятский Л.А. Хранение зерна. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986.-351 с.
27 Малин Н.И. Сравнительная эффективность сушки смеси зерна различной влажности//Современные технологии и некоторые социально-экономические проблемы в АПК. Тезисы докладов. Международная академия энергоинформационных наук.-М.:
1998.-с. 14-15., 18
28 Малин Н.И. Особенности сушки зерна при различном состоянии слоя (с позиций неравномерности его нагрева и обезвоживания)//Современные технологии и некоторые социально-экономические проблемы в АПК - на пороге третьего тысячелетия. Тезисы докладов. Международная академия энергоинформационных наук. - М.: 2000.- с. 41-42.
29 Малин Н.И. Эффективность нагрева и обезвоживания зерна при различном состоянии слоя//Современные технологии и некоторые социально-экономические проблемы в АПК. Тезисы докладов. Международная академия энергоинформационных наук. - М.: 1998. - с. 15-16.
30 Комышник Л.Д., Журавлев А.П. Рециркуляционные зерносушилки типа
«Целинная». - Алма-Ата: Кайнар, 1981. - 128 с.
31 Комышник Л.Д., Журавлев А.П., Ревера Н.Г. Эксплуатация рециркуляционных зерносушилок. - М.: Агропромиздат, 1986. - 232 с.
32 Любошиц И.Л., Слободкин Л.С., Пикус И.Ф. Сушка дисперсных термочувствительных материалов. - Минск, Наука и техника, 1969. - 214 с.
33 Малин Н.И. Опыт реконструкции зерносушилки типа «Целинная- 50»/Экспресс- информация. Серия: Элеваторная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1983, вып. 21. - 21с.
34 Малин Н.И., Шленская Т.В. Прогрессивные способы сушки зерна//Экспресс- информация. Серия «Элеваторная промышленность». - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1980, вып. 12.-20 с.
35 Совершенствование рециркуляционного способа сушки зерна/Гинзбург А.С., Резчиков В.А., Никулин Е.И., Каткова О.Н.//Обзорная информация. Серия: Элеваторная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1973. - 68 с.
36 Любарский Л.Н., Скороваров М.А., Малин Н.И. О повышении эффективности охладителей зерносушилок. Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность.
- М.: 1974, №5. с. 14-15.
37 Скороваров М.А. Эксплуатация зерносушилок. - М.: Колос, 1965. - 231 с.,
38 Особенности первичной обработки и хранения зерна в США/А.Н.
Литвинов//Экспресс-информация. Серия: Элеваторная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1983, вып. 14. - 41 с.
39 Система обработки и хранения зерна фирмы «Конгскилде»//Экспресс- информация. Серия: Новое в технической базе по хранению зерна за рубежом. - М.:
ЦНИИТЭИ Минхлебопродукта СССР, 1986, вып.7. - с. 11-14.
40 Журавлев А.П., Комышник Л.Д., Лагода В.В. Повышение эксплуатационной надежности рециркуляционных зерносушилок типа «Целинная»//Экспресс- информация.
Серия: Элеваторная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1985, вып. 11.-44 с.
41 Малин Н.И., Шленская Т.В. Усовершенствование узла смешения зерна в тепло- массообменнике второго контура рециркуляции зерносушилки//Опыт внедрения рацпредложений, имеющих отраслевое значение. Обзорная информация. Серия
«Элеваторная промышленность». - М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1981. с. 19-21.
42 Европейский патент ЕР 2864700, 2016. Автор: Баубек А.А., Баубек Н.А.
43 Патент РК № 32995 Устройство для сжигания углеводородного топлива // Баубек А.А., Баубек Н.А. опубл. 06.08.2018, бюл. №29.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Особенности сушки зерна при различном состоянии слоя
Параметры процесса и условия применения
Состояние слоя
плотный псевдоожижен
ный
(кипящий) взвешенный падающий неподвиж
ный
малоподвижн
ый подвижный
Применяется
в сушилках камерных и бункерно
го типов
шахтныхпря моточн. и рециркуляци
он. (зона досушки и
охл.)
рециркуляци онных (зона рециркуляци
и)
рециркуляцио нных, с квазиизотерми
ческим режимом
рециркуляци онных, пневогазовы
х
рециркуляци онных, типа
«Целинная», РД, У2-УЗБ Назначение обезвожи
вание зерна
кратковремен ный нагрев
зерна Активная
поверхность зерен (доля единицы от полной геометрическо й)
0,4 0,4-0,5 0,6-0,7 1 1 1
Количество испаряемой влаги (доля единицы от общ.Испаряем ого
количества)
0,95 0,85-0,96 0,48-0,63 0,09-0,55 0,28-0,54 0,22-0,58
Нагрев зерна
(от→до) θ0→θп.д. θ0→θп.д. θсм→θп.д. θ0→θп.д. θсм→θп.д. θсм→θп.д.
Перегрев
зерна δп=f(B; ta.c.; θ0; θтек; τпер.) - - -
Толщина слоя,
м 0,6-3,5 0,1-0,25 0,1-0,25 0,1-0,25 - -
Скорость агента сушки
0,1-0,2
м/с 0,3-0,4 м/с 0,3-0,4 м/с 1,2-1,5 м/с (2,0-2,5)∙Vвит (0,5-0,6)∙Vвит
Температура агента сушки,
°С
θп.д. 110-160 110-150 60-140 170-280 250-370
Продолжит.пр оцесса:
час мин с
4-72 - -
1-2 - -
- 10-15
-
- 1,5-2
-
- - 1-2
- - 2-3
ПРИЛОЖЕНИЕ В Публикации
По результатам исследований за отчетный период имеются следующие публикации:
1. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. Экологическая безопасность сушки зерна // Материалы XVIII международной научно-практической конференции:
Академическая наука –проблемы и достижения, North Charleston, USA, 28-29 января 2019 г. Том 2 – С.44-50
2. Баубек А.А., Арпабеков М.И., Айтхожина А.С., Бижанов Д.А. Экологические аспекты сжигания топлива в инновационной вихревой горелке // Материалы VII международной научно – практической конференции: «Актуальные проблемы транспорта и энергетики: пути их инновационного решения», ЕНУ им. Л.Гумилева. – Астана, 19 марта 2019. – С. 39 – 43.
3. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р., Романенко С.В. Образования вредных выбросов при сжигании органического топлива // Материалы VII международной научно – практической конференции: «Актуальные проблемы транспорта и энергетики:
пути их инновационного решения», ЕНУ им. Л.Гумилева. – Астана, 19 марта 2019. – С.
377 – 382.
4. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. «Полевые» Опытные испытания сжигания топлива в вихревой горелке // Материалы ХХ международной научно – практической конференции: Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований, North Charleston, USA, 27-28 августа 2019 г. – С.53-57
5. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. Критерии эффективности процессов сушки зерна // Материалы ХХ международной научно – практической конференции: Наука в современном информационном обществе, North Charleston, USA, 10-11 сентября 2019 г. – С.53-58
6. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. Сушка зерна при различных слоях. Международный научно-практический журнал VІI GLOBAL SCIENCE AND INNOVATIONS: CENTRAL ASIA 2019, Нур-Султан, 28 сентября 2019,
7. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. Испытания вихревого горелочного устройства. Вестник ПГУ. Энергетическая серия №4(2019). Павлодар.
(Принято на публикацию. Выход в декабре. Справка ниже)
8. Баубек А.А., Жумагулов М.Г., Картджанов Н.Р. Testing of the vortex burner device. Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия
9. Baubek А.А., ZhumagulovM.G., KartjanovN.R. Power efficient vortex burner device.
International Turkic World congress on Science and Engineering, 17-18 june 2019 (Сертификат)
