СтатьиЗерносушилкиРазноеЗерносушилка с расходом газа 0,8 м3/тоннопроцент

Самая экономичная зерносушилка

Самая экономная зерносушилка или самый низкий расход газа

Предыстория

Последнее время всё больше и больше продавцов зерносушилок, которые заявляют о том, что их зерносушилка самая экономная. Они заявляют такой расход газа как 0,8-0,9 м.куб. на тоннопроцент. (Здесь в статье и далее везде подразумеваются Нм3 (нормальные метры кубические).

Кто-то говорит об этом клиенту тет-а-тет, кто-то заявляет публично.

Говорят об этом как производители простых модульных зерносушилок без системы рекуперации тепла, так и известные украинские заводы, например, как компания Лубнымаш (см. фото).

На фото: брошура компании Лубнымаш. (На момент публикации статьи, этот расход газа также заявлен на их сайте)

Расход топлива в зерносушилке Лубнымаш

И даже компании с мировым именем иногда заявляют о такой экономичности. Хотя у немцев цифры немного повыше (0,86 м3/тоннопроцент), но и калорийность газа (Hu) указана нереальной для украинских условий (10,0 кВтгод/м3 = около 8600 ккал/м3). Кстати, всё это оказалось неправдой. калорийность газа оказалась аж 8900 ккал/м3, а фактический расход газа 1,0 м3/т%. Но об этом мы поговорим ниже.

На фото: выставочный стенд компании Stela в 2020-м году.

Стенд компании Stela на выставке в Киеве

Вообще, такие заявления нам кажутся очень странными, ведь понятия удельная теплоёмкость и скрытая теплота парообразования современные дети изучают ещё в 8-м классе и каждый может самостоятельно проверить правдивость этих утверждений. (Ссылка на учебник физики за 8-й класс.)

Однако, не у всех людей есть время этим заниматься. Поэтому мы сделали этот расчет публичным, чтобы покупатели зерносушилок сами смогли решить где правда, а где ложь. 

Расчёт

Мы посчитаем сколько тепла необходимо для испарения воды при сушке кукурузы.

Исходные данные

● Посчитаем сколько энергии нам понадобится на испарение воды из 1 тонны кукурузы при условии понижения влажности с 28% до 14%.● Количество воды, которое испаряется при понижении влажности 1 тонны кукурузы с 28% до 14% рассчитывается легко по формуле Дюваля: 1 х (28-14)/100-14) = 162,8 кг.● Калорийность газа примем за 8600 ккал/м3. Это очень оптимистичная цифра. Реальная калорийность газа в Украине намного ниже. Чем ниже калорийность газа, тем выше расход топлива.● Начальную температуру зерна будем считать оптимистичной: 15°С. (На самом деле, среднесуточная температура в сезон сушки кукурузы будет, конечно, ниже).● Конечная температура зерна на выходе из зерносушилки обычно на 10°С выше температуры окружающей среды. Поэтому мы считаем, что температура зерна на выходе составит 25°С. (ПРИМЕЧАНИЕ: На самом деле, зерно в шахте нагревается до более высоких температур, но мы считаем, что система рекуперации тепла отбирает это тепло и подаёт обратно в зерносушилку. В зерносушилках без рекуперации тепла температура зерна на выходе будет выше, а значит удельный расход газа будет больше.)

Количество необходимого тепла

Чтобы посчитать тепло, которое тратится зерносушилкой в процессе сушки зерна, нам необходимо определить, куда и на что оно тратится. 

1) Нагрев той части воды, которая будет испарена.2) Энергия, которая тратится на испарение воды.3) Тепло, которое уходит из зерносушилки вместе с охлажденным зерном влажностью 14% (ведь мы физически не можем охладить зерно до температуры окружающей среды).4) Тепло, которое выбрасывается из зерносушилки вместе с отработанным воздухом.5) Тепло, которое уходит в атмосферу через стенки зерносушилки.

Таким образом, общее количество тепла, которое необходимо для испарения воды мы можем посчитать по формулам из учебника физики за 8-й класс на стр.69 (см. ссылку выше). В учебнике расчет приведен в Джоулях, мы же будем использовать килокалории, как настоящие зерносушильщики.

Q = Qн + Qп + Qз + Qо + Qс

Где:Q - Общая требуемая теплота, ккал/тонну влажной кукурузы.Qн - Теплота, необходимая для нагрева воды до температуры испарения;Qп - Скрытая теплота парообразования.Qз - Теплота, уходящая с зерном с остаточной влажностью 14% (влажность, которая осталась в зерне в конце процесса сушки).Qо - Теплота, уходящая в атмосферу с отработанным воздухом.Qс - Теплота, уходящая в атмосферу через стенки зерносушилки.

Расчет тепла на испарение воды в зерносушилке

На скриншоте: Выдержка из учебника физики за 8-й класс.

Теплота, необходимая для нагрева воды до температуры испарения (Qн)

Вычисляется по формуле:

Qн = C x m x (t2 - t1)

Где:C - удельная теплоёмкость воды. По определению понятия калории - это 1 калория, т.е. энергия, необходимая для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Значит, для нагрева 1 килограмма воды на 1°С, нам понадобится 1 килокалория тепла.m - масса нагреваемой воды, которая будет испарена. Как мы вычислили выше, из одной тонны кукурузы нам нужно испарить 162.8 кг воды.t1 - 15°C, как задано в исходных данных.t2 - 45°C - средняя температура испарения воды с поверхности зерна.

По формуле получаем, что для нагрева 162.8 кг воды до 45°С нам понадобится:1 ккал/кг/1°С х 162.8 кг х (45°С - 15°С) = 4'884 ккал тепла на тонну влажного зерна кукурузы.

Скрытая теплота парообразования (Qп)

Вычисляется по формуле:

Qп = L x m

Где:L - Скрытая теплота парообразования воды. Определяется по таблицам свойств вещества. Для воды составляет 539.3 ккал/кг.m - масса испаряемой влаги. (162.8 кг воды).

По формуле получаем, что для преобразования 162.8 кг воды в пар, нам понадобится:Qп = 539.3 ккал/кг х 162.8 кг = 87 793 ккал тепла.

Таблица свойств воды и пара

Теплота, уходящая с зерном влажностью 14% (Qз)

Зерно в зерносушилку заходит условно равное температуре окружающей среды. В процессе сушки оно нагревается, а потом попадает в камеру охлаждения, где из него удаляется остаточная влага.

Вычисляется по формуле:

Qз = C x m x (t2 - t1)

Где:C - удельная теплоёмкость зерна кукурузы влажностью 14%. Определяется по графику, установленному опытным путём, который покзан на фото. Этот график в кДж. Для расчета в килокалориях, ниже под графиком есть формула C = 0,296+0,071 x Wc. Для перевода в килокалории используем коэффициент 4,184. Таким образом, для нашего случая удельная теплоёмкость остаточной кукурузы с 14% влажностью составит (0,296 + 0,071 x 14) / 4,184 = 0,308 ккал/кг.m - масса нагреваемого зерна. Как мы вычислили выше, в одной тонне кукурузы находится 168,2 кг воды, которая будет испарена. Это значт, что на выходе из зерносушилки у нас останется (1000-162.8) = 837.2 кг кукурузы с влажностью 14%.t1 - Температура окружающей среды (15°C, как задано в исходных данных).t2 - 25°C - температура, до которой будет охлаждаться кукуруза после нагрева.

По формуле получаем, что для нагрева 837.2 кг кукурузы влажностью 14% с 15°С до 25°С нам понадобится:0,308 ккал/кг/1°С х 837.2 кг х (25°С - 15°С) = 2'581 ккал тепла на тонну влажного зерна.

Удельная теплоёмкость кукурузы
Illustration

Теплота, уходящая в атмосферу с отработанным воздухом (Qо)

Чтобы посчитать эту теплоту, возьмем для примера одну из самых эффективных зерносушилок, Scolari SR600. Эта зерносушилка производит 24.6 тонны влажной кукурузы в час при понижении влаги с 28% до 14% и выбрасывает в атмосферу 98'000 м3/час отработанного воздуха.

Вычисляется по формуле:

Qо = (0.29 x V x (t2 - t1))/P

Где:0,29 - коэффициент для получения результата в ккал.V - Объём отработанного воздуха, который выбрасывается в атмосферу.t1 - 15°C, как задано в исходных данных.t2 - Температура отработанного воздуха, который выбрасывается в атмосферу. Обычно такой воздух имеет температуру 40-45°С и выше, в зависимости от типа зерносушилки. В самых лучших зерносушилках он может опускаться до 30°С и ниже. Для расчета возьмем очень хороший показатель 29°С. (Хотя, в отчёте по сушилке Stela, температура отработанного воздуха указывается как 40 и 42°С - см. стр.6 отчёта.)P - Производительность зерносушилки, тонн в час.

Тогда, по формуле получаем, (0,29 х 98'000 м3/час х (29°C-15°C) / 24.6 = 16'174 ккал тепла на тонну влажного зерна.

Теплота, уходящая в атмосферу через стенки зерносушилки (Qс)

В принципе, в современных утеплённых зерносушилках, таких как мы рассматривали выше, этой теплотой можно было бы пренебречь.

Определяются эти потери по формуле:

Qс = (S x (t2 - t1) / R) / P

Утепление зерносушилок

Где:S - площадь стенок поверхности, которая соприкасается с атмосферой.t1 - температура окружающей среды (15°C, как задано в исходных данных).t2 - Температура внутри стенок зерносушилки.P - Производительность зерносушилки, тонн в час.

Подробнее также можно почитать в нашей статье "Расход воздуха зерносушилкой".

Здесь нужно оговориться, что в любой зерносушилке есть разные тепловые зоны с разной внутренней температурой: короба горячего воздуха, зерновая колонна (секции), зона подачи воздуха рекуперации тепла, холодные зоны и т.п. Делать полный расчет в рамках этой статьи мы не будем, так как цифры всё равно очень незначительные, но их будет очень много.

Мы посчитали, что для вышеупомянутой зерносушилки Scolari, Qc составит около 1'310 ккал на тонну влажного зерна.

Чтобы было понятно как это мало, переведём это в расход газа: 1'310 ккал/т / 8600 ккал/м3 / 14 = 0.01 м3/тоннопроцент.

Примечание: Имейте ввиду, что не все зерносушилки утеплены минеральной ватой. Некоторые сушилки утеплены воздушными прослойками. Иные вообще не имеют утепления. В таких сушилках потери тепла будут существенно больше. Подробнее - в нашей статье "Утепление зерносушилок".

Но, так как мы рассматриваем гипотетическую идеальную сушилку, полученный результат нас вполне устраивает.

ИТОГО

Теперь мы можем вычислить, что для нагрева воды, зерна и испарения избыточной влаги, содержащейся в кукурузе, нам потребуется:Qн + Qп + Qз + Qо + Qс = 4'884 + 87'793 + 2'581 + 16'174 + 1'310 =

112'742 ккал тепла

С учётом калорийности газа, которая указана в исходных данных (8600 ккал/м3), для получения такого количества тепла, нам нужно сжечь не менее:112'742 ккал / 8600 ккал/м3 = 13,11 м3 природного газа на каждые 162.8 кг испаренной влаги или

13,11 м3 газа на 1 тонну зерна.

Так как влажность мы понижаем на 14% (с 28% до 14%), то получается, что минимально возможный расход газа для идеальных условий без учета потерь тепла составит:13,11 м3/тонну зерна / 14 пунктов (процентов) снятия влаги =

0,94 м3/тоннопроцент

Что это значит?

Простыми словами, для грамотного зерносушильщика это означает, что теоретически зерносушилка при заданных условиях не может тратить меньше газа, чем 0,94 м3/тоннопроцент, так как этого тепла будет недостаточно даже на тепловые потери, нагрев зерна, воды и превращения воды в пар. Однако, мы помним, что практика всегда хуже теории. Это значит, что реальный расход топлива в тех-же условиях будет выше, чем теоретический

ВЫВОД:Зерносушилка с расходом топлива менее 0,94 м3/тоннопроцент влажной кукурузы приравнивается к изобретению вечного двигателя.

Т.е. все рассказы о расходе топлива 0.8 м3/тоннопроцент являются либо ложью, либо некомпетентностью.

Контраргументы

1

При сушке с меньшей начальной влажностью нужно меньше газа

Расчет проводился для кукурузы с начальной влажностью 28%. Кто-то может подумать, что при меньшей начальной влажности удельный расход природного газа будет меньше. Но это не так. Ведь мы меряем не снятие влаги, а количество тепла, необходимое на испарение воды. Вы можете самостоятельно пересчитать расход газа для кукурузы с начальной влажностью 24% или любой другой и убедиться, что цифры не уменьшатся, а даже увеличатся (ведь кукурузу и воду всё равно нужно нагревать!).

Те же процессы будут происходить не только с кукурузой, но и с другими типами зерна.

2

Другие культуры требуют меньше газа

Подсолнечник - более легкая культура, из неё нужно испарять меньше влаги и сушится она на низких температурах. Поэтому многим кажется, что при сушке семян подсолнечника расход топлива должен быть ниже. Однако, это не так. Ведь у нас всё равно есть потери тепла, нам на испарение воды из семян всё равно необходима тепловая энергия и при этом всём, производительность сушилки при сушке подсолнечника с влажности 12% до 7% будет ниже, чем при сушке кукурузы с влажности 28% до 14%.

Если мы проведем расчёт по подсолнечнику аналогичный тому, который мы сделали для кукурузы, то мы прийдем к цифрам несколько меньшим. Но совсем немного: 0.92 т/м3.

3

Для сушки газ вообще не нужен

Мы слышали этот аргумент. И действительно, мы вполне можем снять 0.5-2% влаги из зерна просто обдувая его холодным воздухом. Значит ли это, что наши расчёты неверны?

Отнюдь! Представьте, что вы выходите из теплой морской воды на теплый солнечный пляж. Но погода сегодня очень ветреная и ваше мокрое тело обдувает сильный ветер. Конечно, ваше тело сразу начнет охлаждаться и вы почувствуете, что начинаете замерзать. Точно так же и с зерном. Когда вы обдуваете его потоком воздуха температурой окружающей среды, оно испаряет какое-то количество влаги, но взамен зерно охлаждается, так как процесс испарения (как видно из формул выше) - это очень энергозатратный процесс. Таким образом, нам опять понадобится газ на то, чтобы нагреть зерно обратно до температуры испарения влаги.

Есть вопросы, комментарии, возражения или дополнения к статье? Сообщите нам!

Зерносушилка

Спасибо!

Мы рассмотрим Ваш комментарий!

Can't send form.

Please try again later.

Расход газа в зерносушилке Stela

Но вернёмся к расходу газа, который указала компания Stela на стенде на выставке был зафиксирован однажды уважаемой компанией DLG, которая проводит тестирования различных промышленных систем. 

Ознакомиться с этим отчётом №6511, из которого компания Stela сделала вывод о расходе газа 0,86 м3/ч, можно по этой ссылке. Он относится к зерносушилке с технологией Stela Bi-Turbo (т.н. двузонная зерносушилка).

Интересно, что реальный расход газа, который зафиксировала компания DLG в этом отчёте составил 1,0 м3/тоннопроцент

Кстати, это очень неплохой показатель! Однако, цифры 0,86 м3/т% в этом отчёте нет вообще! Более того испытания проводились не на природном газе, а на СУГ (пропан-бутановой смеси), у которого совсем другие показатели тепловой калорийности!

Illustration

На снимке: Выдержка из отчёта DLG Fokus Test No. 6263F.

А откуда же взялась цифра 0,86 м3/тоннопроцент? Она была получена исключительно путём математических вычислений, в процессе которых она была снижена с 1,0 до 0,86 м3/тоннопроцент. 

Завесу тайны немного приспускает аннотация к отчёту, в которой указано, что калорийность газа рассчитана исходя из 10,35 кВтч/м3 (в пересчёте это составляет 8900 ккал/м3). А на фотографии со стенда компании выше, указана калорийность газа 10,00 кВтч/м3 (8600 ккал/м3).

Ну и где вы видели в Европе газ калорийностью 8900 ккал/м3?!

В общем, какими способами в процессе этих перерасчётов удалось от снизить расход газа аж на 16% мы можем лишь догадываться, так как процедура расчёта в отчёте не приведена. Понятно лишь, что вычислена она была исходя из количества требуемой тепловой энергии, которая была пересчитана на "стандартные условия".

Однако, у той же компании DLG есть и другие отчёты по зерносушилкам Stela Bi-Turbo. Например, отчёт номер 6263F, с которым можно ознакомиться по этой ссылке. И этот отчёт показывает нам совсем другие числа.

Если мы поделим количество газа, потраченного на сушку одной тонны на количество удалённой влаги, то мы получим две цифры:1) 21,6 / 20,7 = 1,04 м3/тоннопроцент;2) 23,7 / 18,2 = 1,30 м3/тоннопроцент.

Надеемся, что теперь вы понимаете, как из 1,04 сделать 0,89? ;)

DLG отчет по зерносушилке Stela

На снимке: Выдержка из отчёта DLG Fokus Test No. 6263F.

О немецких зерносушилках Stela

Тем не менее, нельзя не признать, что немецкая зерносушилка Stela, хоть и является нашим прямым конкурентом, - это хорошая сушилка! Она имеет увеличенный объём шахты, мощные горелки и вентиляторы. Вы можете убедиться в этом на примере сравнения зерносушилок Stela и итальянской Bonfanti. (См. сравнение по этой ссылке). 

В данной статье мы лишь рассматривали вопрос возможности расхода газа 0,86 м3/тоннопроцент.

Самые экономичные зерносушилки

Если уже говорить о самых экономичных газовых зерносушилках, то таковыми по праву признаны двузонные зерносушилки (зерносушилки с двумя горелками, которые обслуживают две независимые сушильные зоны). Связано это с тем, что такие сушилки оснащены не только системой рекуперации тепла (восстановление тепла из охлаждаемого зерна), но и системой рециркуляции горячего воздуха (повторное использование горячего воздуха из нижней зоны охлаждения в верхней зоне). Таким образом, в этих сушилках температуры отработанного воздуха могут достигать значений меньше 40°С (порой меньше 30°С).Подробнее об этих зерносушилках можно прочитать здесь: Двузонные зерносушилки.
А двузонные зерносушилки, которые мы поставляем в Украину можно найти в списке ниже:

  • NEW!

    Шахтная двузонная зерносушилка Esma
  • СКИДКА23%

    Шахтная двузонная зерносушилка Scolari

  • Шахтная двузонная зерносушилка Stolz

  • Шахтная двузонная зерносушилка Stolz