Спосіб реалізації енергозберігаючого сушіння зерна

Реферат: Спосіб сушіння зерна включає тригенераційну схему сушіння зерна сушильним агентом з виробленням тепла, генерацією електроенергії та холоду, відвід відпрацьованого сушильного агенту та подальше його використання. Для формування тригенераційної термодинамічно досконалої, енергоефективної, наукоємної, екологічно чистої з високим ККД технології сушіння зерна, в технологічний процес з використанням відновлювальних джерел енергії і виключенням використання природного газу та інших видів органічних палив введені джерела енергії вітрової та сонячної. UA 112490 U (12) UA 112490 U UA 112490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до агропромислового комплексу і може бути використана для сушіння зерна різних видів у сільськогосподарському виробництві. Відомий спосіб сушіння зерна сільськогосподарських культур реалізовано в сушарках різних типів, зокрема конвеєрного, шахтного і барабанного типів (А.П. Тарасенко. Современные машины для послеуборочной обработки зерна и семян. Издательство "Колос": М.,2008г., 232с). Недоліком такого способу є нераціональне використання енергетичного потенціалу палива (ексергії палива), так як високотемпературні продукти згорання палива не виконують корисної роботи, що з позиції технічної термодинаміки є недопустимим недоліком, а технологія сушіння зерна є енергетично затратною. Відомий тригенераційній спосіб сушіння зерна (патент на корисну модель №91111, МПК F26B3/14 (2006.01) Сторіжко В.Ю., Павлюченко A.M., Довжик М.Я., Плавинський В.І. - є найближчим аналогом. Недоліком такого способу сушіння зерна різних видів є використання фінансово затратної газотурбінної установки (ГТУ) для генерації тепла сушильних газів і електроенергії, яка має невисокий коефіцієнт корисної дії (ККД) в межах 30-35 % і потребує згорання природного газу, який є дефіцитним енергетичним паливом високої вартості. Використання природного газу в ГТУ, висока вартість ГТУ різко зменшує економічну ефективність технології сушіння зерна, значно підвищує термін її окупності. Розробка науково-технічних засобів і технологій, які інтенсифікують процеси сушіння зерна з урахуванням енерго- і ресурсозбереження, є актуальною і важливою науково-технічною проблемою. Особливо актуальним є використання в АПК термодинамічно ефективних технологій сушіння зерна. Вирішення цих завдань дозволить знизити енергоємність сільськогосподарської продукції та підвищити її конкурентну спроможність на світовому ринку. В основу корисної моделі поставлена задача створити енергозберігаючий екологічно чистий спосіб сушіння зерна, значно більш термодинамічно ефективніший ніж прототип, з використанням енергії вітру для отримання електроенергії і далі тепла, а також для отримання тільки тепла за рахунок сонячної енергії. Фундаментальною відмінністю запропонованої корисної моделі від прототипу є використання відновлювальних джерел енергії вітру і сонячного випромінювання, виключаючих повністю використання природного газу, а також інших енергетичних палив. Поставлена задача вирішується тим, що в заявленому способі сушіння зерна, що включає продування зерна сушильним агентом, відвід сушильного агента і подальше його використання, як сушильний агент використовується прямий нагрів атмосферного повітря, яке нагрівається в електронагрівнику до температури 100-180 °C з використанням електроенергії, яка генерується або у вітроенергетичній установці (ВЕУ), або у фотоелектричних перетворювачах сонячної енергії (ФЕП), а також використовується нагрів атмосферного повітря в сонячних колекторах (СК) без генерування електричної енергії. Електроенергія, яка отримана з ВЕУ і ФЕП, є енергією найвищої якості і може бути ефективно перетворена в теплоту. Використання нагрітого повітря для сушіння зерна за рахунок електроенергії ВЕУ, ФЕП або СК дозволяє створити екологічно чисту технологію сушіння зерна в порівнянні з прототипом і діючими технологіями, в яких здійснюється згорання природного газу і інших палив, продукти згорання яких містять шкідливі речовини. На теперішній час ВЕУ, ФЕП та СК досягли високого промислового рівня в різних країнах. В заявленому патенті на корисну модель технології сушіння зерна з використанням ВЕУ, ФЕП та СК вони можуть функціонувати або автономно, або в різних комбінаціях, залежно від наявності достатньої швидкості вітру і достатнього потоку сонячної енергії. ВЕУ починають працювати за стандартними нормами при швидкостях вітру більше 5 м/с, а коефіцієнт використання енергії повітря обмежено коефіцієнтом Бетца, який дорівнює 0,59. ВЕУ є перспективним напрямком генерування електроенергії і її використання в різних країнах світу досягло високого рівня (ФРН, Китай, Великобританія, Нідерланди та інші країни). Для надійного функціонування ВЕУ швидкість вітру має бути не менше 5 м/с. При менших швидкостях вітру в заявленій технологічній схемі сушіння зерна працюють фотоелектричні панелі (ФЕП) або сонячні колектори (СК). В технологічних схемах ФЕП та СК можуть працювати як автономно, так і паралельно. Сучасні промислові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП) мають ККД 1620 %, значну вартість, але їх надійність в експлуатації достатньо висока, робота автоматизована. ФЕП мають великі перспективи. Сонячні колектори значно простіші за принципом роботи та конструкцією, мають значно меншу вартість, ніж ФЕП, і в теперішній час широко використовуються. 1 UA 112490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На фіг. 1 подана схема тригенераційної технології сушіння зерна з генеруванням електроенергії, тепла і холоду. Схема включає: вітроенергетичну установку (ВЕУ) 1, яка включає вітродвигун 2, муфту З, електрогенератор 4; електронагрівники атмосферного повітря 5,8; фотоелектричні панелі (ФЕП) 6; конвертор для перетворення постійного струму у змінний 7; зерносушильний комплекс (ЗСК) 9; бромистолітієву холодильну машину 10; водоаміачну холодильну машину 11. Функціонування тригенераційної технології сушіння зерна по схемі (фіг. 1) відбувається наступним чином. У ВЕУ генерується електроенергія в електрогенераторі 4, що використовується в електронагрівачі 5 для нагріву атмосферного повітря до температури 100180 °C, необхідної для сушіння зерна різних типів; нагріте повітря (сушильний агент) спрямовується у зерносушильний комплекс (ЗСК) 9; після зерносушильного комплексу 9 відпрацьоване повітря при температурі в межах 90 °C спрямовується по першому варіанту до бромистолітієвої холодильної машини 10 для вироблення холоду шляхом охолодження повітря до температури 710 °C для охолодження і зберігання зерна. По другому варіанту при температурі повітря більше 100 °C, воно спрямовується до водоаміачної холодильної машини для охолодження повітря до температури нижче 0 °C. При паралельній з ВЕУ або автономній роботі ФЕП 6, постійний струм надходить в конвертор 7, де перетворюється у змінний, який використовується в електронагрівнику 8 для нагріву холодного атмосферного повітря до температури 100-180 °C для сушіння зерна різних видів; після електронагрівника 8 нагріте повітря спрямовується до зерносушильного комплексу (ЗСК) 9, відпрацьоване повітря при температурі 90 °C із ЗСК направляється в бромистолітієву холодильну машину 10 по першому варіанту або у водоаміачну холодильну машину 11 по другому варіанту, які описані раніше. На фіг. 2 подана схема тригенераційної технології сушіння зерна з генеруванням електроенергії, тепла та холоду. Схема на фіг. 2 включає: вітроенергетичну установку (ВЕУ) 1, яка включає вітродвигун 2, муфту З, електрогенератор 4; електронагрівник холодного повітря 5; сонячні колектори для нагріву атмосферного повітря для сушіння зерна(СК) 6; зерносушильний комплекс (ЗСК) 7; бромистолітієву холодильну машину 8; водоаміачну холодильну машину 9. Тригенераційна технологія сушіння зерна по схемі фіг. 2 функціонує наступним чином. У вітродвигуні 2 ВЕУ 1 його механічна енергія перетворюється в електричну енергію в електрогенераторі 4, яка спрямовується в електронагрівник 5 для нагріву атмосферного повітря до температури 100-180 °C сушіння зерна різних видів; із електронагрівника 5 нагріте повітря (сушильний агент) спрямовується до зерносушильного комплексу 7. Далі по першому варіанту відпрацьоване повітря при температурі в межах 90 °C спрямовується в бромистолітієву холодильну машину 8, де повітря охолоджується до температури 710 °C, необхідної для охолодження зерна після сушіння і його зберігання в закритому приміщенні. По другому варіанту повітря при температурі більше 100 °C із зерносушильного комплексу спрямовується до водоаміачної холодильної машини 9, де повітря охолоджується до мінусової температури для охолодження просушеного зерна та його подальшого зберігання. В сонячних колекторах (СК) атмосферне повітря для сушіння зерна нагрівається до температури 100180 °C за рахунок поглинання сонячної енергії, нагріте повітря (сушильний агент) при температурі 100180 °C для різних видів зерна спрямовується в зерносушильний комплекс 7, а відпрацьоване повітря із сушильного комплексу 7 при температурі в межах 90 °C спрямовується або до бромистолітієвої холодильної машини 8, або до водоаміачної холодильної машини 9, в залежності від температури відпрацьованого повітря. Комбінований характер тригенераційної технології сушіння зерна різних видів з генерацією електроенергії, тепла і холоду, схеми яких подані на фіг. 1, 2, заснованих на відновлювальних джерелах енергії вітру та сонця, робить ці технології надійними, термодинамічно ефективними, енергозберігаючими високого рівня, взаємодоповнюючими, екологічно чистими, актуальними і перспективними, і не потребують дефіцитного природного газу та інших видів палив. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Спосіб сушіння зерна, який включає тригенераційну схему сушіння зерна сушильним агентом з виробленням тепла, генерацією електроенергії та холоду, відвід відпрацьованого сушильного агенту та подальше його використання, який відрізняється тим, що для формування тригенераційної термодинамічно досконалої, енергоефективної, наукоємної, екологічно чистої з високим ККД технології сушіння зерна в технологічний процес з використанням відновлювальних джерел енергії і виключенням використання природного газу та інших видів органічних палив вводять паралельно з′єднані вітроенергетичну установку (ВЕУ) і фотоелектричний перетворювач сонячної енергії (ФЕП) для генерації електроенергії і 2 UA 112490 U 5 10 використання її для нагріву атмосферного повітря в електронагрівниках як сушильного агенту для сушіння зерна в сушарці, або використовують паралельно з′єднані вітроенергетичну установку (ВЕУ), електроенергія якої використовується в електронагрівнику атмосферного повітря, і сонячні колектори (СК) для нагріву атмосферного повітря як сушильного агенту для сушіння зерна в сушарці; після сушарки відпрацьоване повітря направляють або в бромистолітієву холодильну машину, або в водоаміачну з метою отримання холоду для охолодження просушеного зерна або його зберігання в різних умовах; кожен із комплексів вітроенергетичної установки (ВЕУ) і фотоелектричного перетворювача (ФЕП), вітроенергетичної установки (ВЕУ) і сонячних колекторів (СК) працюють разом одночасно, або їх елементи працюють окремо, за наявності необхідних швидкості вітру і потоку сонячної енергії, можуть бути повністю автоматизовані, мають високу надійність, низькі експлуатаційні витрати, термодинамічно ефективні, екологічно чисті, мають значно більший ККД, ніж в сучасних технологіях. 3 UA 112490 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4