Теплогенератор для зерносушарки: як обрати і не втратити продуктивність
Ви обираєте твердопаливний теплогенератор для зерносушарки — або вже встановили його, і сушарка почала сушити повільніше. На табло при цьому може бути «правильна» температура 110–120 °C. Проблема в тому, що сама по собі температура ще нічого не гарантує.
Для розрахункової продуктивності сушарці потрібні одночасно дві речі: температура сушильного агента і повна витрата повітря. Якщо топка теплогенератора мала або його тракт створює великий опір, доводиться обирати — тримати температуру ціною потоку чи потік ціною температури. В обох випадках сушарка втрачає тонни.
У цій статті ви за кілька хвилин визначите, яка теплова потужність потрібна саме вашій сушарці, який об’єм топки їй відповідає та які запитання поставити постачальнику, щоб не купити «замалий» теплогенератор.
Головне правило: запитуйте не «чи дає теплогенератор 120 °C?», а «чи дає він 120 °C за повної витрати повітря моєї зерносушарки — і чи не просяде потік повітря?». Температура без витрати повітря нічого не говорить про потужність.
Який об’єм топки потрібен вашій сушарці: швидка перевірка
Якщо потрібен орієнтир без калькулятора — ось орієнтовний робочий об’єм топки за нормального розрахункового навантаження для типових продуктивностей. Умови розрахунку: кукурудза з 28 до 14 %, цілодобова робота, близько 850 ккал на 1 кг видаленої води (типовий показник доброї утепленої шахтної сушарки з рекуперацією тепла), розрахункове навантаження топки 350 кВт/м³ — типове значення для шарових топок на біопаливі.
| Продуктивність сушарки | Пряме змішування і сучасні європейські теплообмінники (ККД близько 0,90) | Типові українські теплогенератори з теплообмінником (ККД 0,75–0,80 — наша оцінка) |
|---|---|---|
| 100 т/добу | ≈2 м³ | ≈2,5 м³ |
| 400 т/добу | ≈8,5 м³ | ≈10 м³ |
| 1000 т/добу | ≈21 м³ | ≈25 м³ |
Як читати таблицю: це орієнтир для перевірки пропозиції, а не проєктний розрахунок. Ідеться про внутрішній об’єм топки — простір, де на розрахунковому навантаженні ще триває горіння палива і летких (камера згоряння і камера допалювання), а не про габарити корпусу; простір, який слугує лише для відділення золи, теплообміну або змішування після завершення горіння, в об’єм не входить — докладніше в Частині 2. Топка менша за орієнтир означає вище навантаження і потребує підтвердження повного згоряння на номінальній потужності; але й надмірно велика топка не перевага — у топки є робочий діапазон навантаження. Калькулятор нижче покаже і робочий діапазон, і нижню межу для інтенсивної топки.
Докладніше: звідки взялися ці цифри і чому колонок дві
Логіка проста. Продуктивність сушарки визначає, скільки води треба випаровувати за годину; кожен кілограм води потребує близько 850 ккал — так виходить корисна теплова потужність. Її ділимо на ККД теплогенератора й отримуємо потужність, яку топка має виділяти з палива. А об’єм топки випливає з допустимої інтенсивності горіння: за довідковими даними для шарових топок на біопаливі один кубометр топкового простору стійко працює за навантаження близько 300–350 кВт (Головков та ін.). У таблиці прийнято 350 кВт/м³; повний розрахунок із джерелами — у Частині 3.
Колонок дві, тому що ККД — найневизначеніша величина в ланцюжку. Для систем прямого змішування він високий за самою фізикою: усі продукти згоряння йдуть у сушарку, втрати з відхідними газами немає, залишаються недопал і втрати через корпус — за балансом втрат це 0,91–0,97, і в розрахунку прийнято нижню межу 0,90 (подробиці та джерела — у Частині 3). Для сучасних європейських теплообмінникових повітронагрівачів паспортні пари «потужність на вході / на виході» дають 89–91 %, що відповідає температурі відхідних газів 120–140 °C. Для типових українських конструкцій із теплообмінником за нашим польовим досвідом фактичний ККД часто нижчий за 80 % — це температура відхідних газів 250 °C і вище; для них прийнято консервативну оцінку 0,75–0,80, і потрібний об’єм виходить більший. Заявлений виробником ККД ми не приймаємо — приймаємо оцінений за відхідними газами. Якщо оцінка за температурою і киснем у димоході дає 0,85 і вище (приблизно не вище 170 °C за O₂ ≤ 10 %), рахуйте машину за лівою колонкою — різниця з 0,90 в об’ємі топки менша за точність методу; якщо нижче 0,85 — за правою. Як пов’язані температура димових газів і ККД — таблиця в Частині 3; калькулятор використовує саме оцінене значення.
Калькулятор: перевірте свою сушарку за хвилину
Введіть дані своєї сушарки — калькулятор покаже потрібну теплову потужність, робочий діапазон об’єму топки, нижню контрольну межу та орієнтовну витрату палива. Чотири режими: за паспортною тепловою потужністю сушарки, за витратою повітря, за продуктивністю в тоннах на добу та перевірка вже встановленого теплогенератора.
Про режим «за витратою повітря». У сушарок із рекуперацією тепла потоки повітря в паспорті пов’язані схемою рециркуляції: частина повітря проходить через зерно двічі, а порядок змішування і нагріву для штатного пальника і для теплогенератора різний. Без виміряних на об’єкті витрати і температури на виході теплогенератора цей режим може дати істотну похибку — у нашому прикладі близько третини. Надійніше — режими «за паспортною потужністю» і «за продуктивністю», а розрахунок за потоками повітря для вашої сушарки ми зробимо безкоштовно: форма одразу під калькулятором.
Беріть потрібну (використовувану) потужність, не встановлену: встановлена містить запас на холодну погоду.
Для паспортної витрати перевірте, за яких температури, тиску чи щільності її вказано. Для фактично виміряної витрати тепловий розрахунок ведеться за щільністю повітря в умовах вимірювання. Нормальні та робочі кубометри — різні величини.
Це не завжди температура сушіння: у сушарок із рекуперацією після теплогенератора підмішується повітря із зони охолодження, і за типової схеми з третиною повернення для сушіння 120 °C на виході теплогенератора потрібно 160–180 °C. Використовуйте цей режим лише з виміряними витратою і температурою; інакше — режим за паспортною потужністю або за продуктивністю, або форма безкоштовної оцінки нижче.
850 ккал/кг — типовий показник утепленої шахтної сушарки з рекуперацією; змінюється в розширених налаштуваннях.
Тип теплогенератора
Прийнято 10 %.
Рахуємо консервативно: 0,75–0,80 (типові українські конструкції, оцінка Finpro Group). Основний розрахунок ведеться за 0,78.
У сертифікаті вказано
Оцінка: нижча ≈ 0,90 × вищої для біопалива за 8–12 % вологості.
Розширені налаштування
Заповніть поле — без нього розрахунок неможливий
- Корисна теплова потужність: — млн ккал/год (— МВт)
- Потужність палива (з урахуванням ККД —): — млн ккал/год (— МВт)
- Потужність палива за ККД 0,80: — млн ккал/год (— МВт); за ККД 0,75: — млн ккал/год (— МВт)
ККД — — оцінка за зворотним балансом; точність — кілька відсотків.
- Нижня межа для інтенсивної топки — ступінчасте повітря, футерована камера допалювання, контроль O₂ (≈460 кВт/м³ ≈ 400 тис. ккал/(м³·год)): — м³ Для звичайної шарової топки цей рядок не застосовується — рахуйте за робочим діапазоном вище. Менше за цю межу — тільки з підтвердженням повного згоряння газоаналізом.
- Орієнтовна витрата палива: — кг/год (за нижчою теплотворністю — кВт·год/кг)
Розрахунок для потоку через теплогенератор за вказаних умов. Загальний потік сушарки і потік охолодження сюди не підставляти.
Перевірка встановленого теплогенератора
- Фактичне теплове напруження об’єму: — кВт/м³ (— тис. ккал/(м³·год)) — низька інтенсивність; сама по собі не є перевагою — необхідно забезпечити достатню температуру та стійкість горіння. — типова область значень для розглянутих шарових біопаливних топок. — високе навантаження топки: допустиме для конструкцій з ознаками інтенсивної топки (ступінчасте повітря, футерована камера допалювання, контроль O₂); для звичайної шарової топки — вище типових значень. — вище за типові довідкові та експериментальні значення для шарових біопаливних топок; запитайте у виробника розрахункове або експериментальне підтвердження повного згоряння на номінальній потужності (газоаналіз CO/O₂).
- Навантаження колосникової решітки: — кВт/м². Допустиме навантаження сильно залежить від конструкції решітки та палива — порівнюйте з установками аналогічної конструкції; для пелет із лушпиння тримайтеся консервативних значень.
- Уведена подача покриває — % розрахункової потужності палива. Максимальна подача палива не забезпечує заявлену потужність.
Контрольна оцінка для перевірки пропозиції, не проєктний розрахунок. Об’єм — внутрішній, камери згоряння та допалювання разом.
Що ще важливо знати перед вибором
«У нас інтенсивна технологія, тому топка менша» — найчастіше заперечення продавця, і воно має просту перевірку. Інтенсивна топка — це не слово в проспекті, а три ознаки конструкції: ступінчаста подача повітря (окремий вентилятор і сопла вторинного повітря над шаром палива або в камері допалювання), футерована камера допалювання (шамот або жаробетон усередині, а не гола сталь) і автоматика за киснем або температурою в камері допалювання (лямбда-зонд, термопара). Якщо двох із трьох ознак немає — компенсувати малий об’єм нічим, і рахувати таку топку треба за таблицею. Якщо всі три є — топка може бути меншою за табличну, але в межах довідкових даних це приблизно на чверть: інтенсивні топки з довідників і сучасних досліджень працюють до ≈460 кВт/м³ проти табличних 350. Самі ознаки допустимого навантаження не доводять — вони лише роблять його можливим; усе, що нижче за довідкову межу, підтверджується тільки розрахунком або газоаналізом на номінальній потужності. Калькулятор вище показує цю межу окремим рядком.
Два типи теплогенераторів
Твердопаливні теплогенератори для сушарок будують за двома схемами. За прямого змішування продукти згоряння після очищення змішуються із зовнішнім повітрям і надходять у сушарку. У схемі з теплообмінником димові гази і сушильне повітря розділені: повітря нагрівається через стінку і залишається чистим, а гази йдуть у димову трубу.
| Критерій | Пряме змішування | З теплообмінником |
|---|---|---|
| Як гріється повітря | Продукти згоряння змішуються із сушильним повітрям | Повітря відокремлене від димових газів, гріється через стінку |
| ККД | Високий, близько 0,90 | Від ≈0,75 у простих конструкцій до ≈0,90 у сучасних європейських |
| Витрата палива | Нижча | Вища — рівно настільки, наскільки нижчий ККД |
| Зола та іскри в сушильному повітрі | Можливі — обов’язкові очищення та іскрогасіння | За справного теплообмінника не потрапляють у сушильне повітря |
| Контакт продуктів згоряння із зерном | Є | Немає |
| Димова труба | Не обов’язкова — гази йдуть у сушарку | Обов’язкова, і з відхідними газами втрачається частина тепла |
Обидва типи серійно застосовуються в зерносушінні. Вибір залежить від палива, вимог до чистоти сушильного агента і пожежної безпеки. А об’єм топки в обох випадках рахується однаково — від потужності, яку належить спалювати.
Окремо про вентилятори. Сучасні європейські теплогенератори, які ми розглядали, мають власні вентилятори на повітряному тракті й віддають повітря з надлишковим напором — типово +40…+100 Па на виході, в окремих виробників до 1000 Па на запит (технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group). Вони не лише не навантажують вентилятори сушарки, а допомагають їм. Абсолютна більшість українських теплогенераторів, за нашими спостереженнями, власних вентиляторів на повітряному тракті не має: увесь тракт продавлюють вентилятори сушарки, і саме звідси береться просідання потоку.
Вісім запитань постачальнику до купівлі
Для попередньої перевірки будь-якої пропозиції достатньо восьми цифр. Усі вони у виробника є — питання лише в готовності їх назвати.
- Який внутрішній об’єм камери згоряння та камери допалювання, м³? Саме внутрішній робочий об’єм, а не габарити корпусу. Ми перевірили технічну документацію низки європейських виробників теплогенераторів — у більшості комерційних матеріалів цей параметр не вказано, його потрібно запитувати окремо. Рахується лише простір, де на номіналі триває горіння: футеровані об’єми з подачею вторинного повітря до точки підмішування і до теплообмінника. Пилові циклони та змішувальні камери не рахуються, навіть якщо виробник називає їх камерою допалювання. Попросіть назвати температуру в камері допалювання на номінальній потужності і показати, де подається вторинне повітря.
- Заявлена потужність — це потужність палива на вході чи корисна потужність на виході? Різниця між ними — ККД, зазвичай 10–25 %. У каталогах трапляється та сама вхідна потужність, записана в ккал/год і в кВт, яку легко прийняти за пару «вхід/вихід».
- За яких умов указано витрату повітря? Нормальні кубометри й робочі кубометри за 150 °C відрізняються в півтора раза. Витрата без зазначення температури — число без сенсу.
- Яку втрату тиску створює повітряний тракт теплогенератора за розрахункової витрати повітря, Па? Теплообмінник, повітряна сорочка і повітроводи до сушарки — усе, що доведеться продавлювати вентиляторам сушарки. Це число має бути в паспорті разом із витратою, за якої його виміряно.
- Чи має теплогенератор власні вентилятори на повітряному тракті — і який наявний напір залишається на виході? Це не те саме, що опір: «100 Па» в паспорті може виявитися якраз залишковим напором власних вентиляторів, а не втратою тиску.
- Яка активна площа колосникової решітки, м²? Перевантажена решітка підвищує ризик спікання золи та виносу палаючих часток, особливо на пелетах із лушпиння соняшника.
- Яка максимальна подача палива, кг/год, і за якої вологості палива вказано номінальну потужність? Потужність на сухій і на вологій трісці — різні потужності, а межа подачі палива швидко показує, чи реалізовні заявлені мегавати взагалі.
- Яка температура повітря на виході теплогенератора потрібна за схеми рекуперації вашої сушарки — і яку максимальну температуру він забезпечує за номінальної витрати? Теплогенератор гріє свіже повітря, і тільки потім до нього підмішується повітря із зони охолодження, тому на виході може бути потрібно істотно вище за 120 °C: за типової схеми з третиною повернення — 160–180 °C. Багато теплообмінникових повітронагрівачів обмежені 145–155 °C.
Простий тест: якщо постачальник не може відповісти на більшість цих запитань — це теж відповідь.
Якщо теплогенератор уже встановлено
Ті самі перевірки працюють і після монтажу. П’ять ознак того, що теплогенератор обмежує вашу сушарку:
- Температуру вдається тримати лише за зниженої витрати повітря — прикритої заслінки, шибера чи зменшених обертів вентиляторів.
- Фактичний потік повітря через сушарку помітно нижчий за паспортний — або за той, що був до встановлення теплогенератора.
- Продуктивність по зерну впала, хоча температура на табло «в нормі».
- На повній подачі палива з’являються темний дим, іскри в тракті, спечена зола, запах недопалу.
- На повному потоці повітря агент не добирає температуру.
Причини бувають різні — від налаштування повітря до якості палива, і недостатній об’єм топки лише одна з них. Як відрізнити одне від одного за вимірюваннями, розібрано в Частині 4.
З практики Finpro Group: на одному з об’єктів ми заміряли фактичну витрату повітря через зерносушарку у двох станах. З відключеним теплогенератором потік був приблизно вдвічі більший, ніж із підключеним: опір його тракту зрізав витрату повітря вдвічі. Температура на табло при цьому залишалася робочою — менший об’єм повітря простіше нагріти.
Чому 120 °C на табло нічого не доводять
Теплогенератор і сушарка — одна аеродинамічна система. Повітря прокачують вентилятори сушарки, і кожен елемент на шляху — топка, теплообмінник, циклони, змішувальна камера, повітроводи — забирає в них частину напору. Що вищий опір тракту, то менше повітря проходить через сушарку за тих самих вентиляторів.
Далі вмикається зворотний зв’язок. Топка виділяє обмежену кількість тепла. Якщо потік повітря великий, температура агента не добирається до потрібної. Оператор прикриває заслінку або шибер — потік падає, і того самого тепла вже вистачає на 120 °C. На табло все «в нормі», а сушарка отримує, скажімо, 75 тисяч кубометрів замість 112. Теплова потужність, передана зерну, впала на третину — непомітно для дисплея.
Запам’ятати: якщо для отримання робочої температури доводиться зменшувати кількість повітря, сушарка отримує не свою розрахункову теплову потужність. Два теплогенератори з однаковими 120 °C на виході — за 112 000 і за 75 000 м³/год — це машини, що різняться за потужністю в півтора раза.
Куди діваються тонни
Сушіння — це винесення вологи повітрям. Менше повітря за тієї самої температури — менше вологи виноситься за годину, довший цикл, нижча добова продуктивність. Точна залежність складніша за пропорцію, але напрямок завжди один: просілий потік = втрачені тонни. Побутова аналогія: пічка автомобіля легко дає гаряче повітря на першій швидкості вентилятора, а втримати ту саму температуру на повній швидкості значно важче.
Свій вентилятор чи чужий
Є два способи організувати тракт. Перший — теплогенератор пасивний: його продувають вентилятори сушарки, і весь опір топки, теплообмінника та очищення лягає на них. Другий — теплогенератор має власні вентилятори на повітряному тракті й на виході віддає повітря з надлишковим напором. Сучасні європейські повітронагрівачі для сушарок, які ми розглядали, зроблені саме так: у паспортах фігурує наявний напір на виході близько 100 Па, з можливістю виконання до 1000 Па і більше під довгі повітроводи (технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group). Для сушарки це означає, що теплогенератор не «з’їдає» її вентилятори, а додає до них. Більшість українських теплогенераторів, за нашими спостереженнями, зроблені за першою схемою — і це одна з головних причин, чому після їх підключення потік через сушарку просідає.
Не 120, а 170: температура на виході теплогенератора
У сушарок із рекуперацією тепла повітря із зони охолодження, нагріте зерном, повертається в сушіння. Зі штатним газовим пальником воно змішується зі свіжим повітрям ще до пальника, і пальник догріває вже суміш до 120 °C. З твердопаливним теплогенератором порядок інший: теплогенератор гріє свіже повітря, і тільки потім до нього підмішується повітря із зони охолодження. Тепла потрібно стільки ж, але на виході теплогенератора може бути потрібна температура істотно вища за 120 °C: за типової схеми, де приблизно третина сушильного повітря повертається із зони охолодження, — близько 160–180 °C; точне значення залежить від частки і температури зворотного повітря і рахується за схемою конкретної сушарки. Під час заміни пальника цю умову легко втратити: багато теплообмінникових повітронагрівачів обмежені 145–155 °C на виході (технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group) — і на сушарці з великою часткою повернення вони не дадуть розрахункової температури сушіння за справної топки, правильного об’єму і нормальної аеродинаміки. Це третій, після об’єму топки та опору тракту, спосіб втратити продуктивність. Перевіряється він одним запитанням про максимальну температуру на виході, а схему потоків конкретної сушарки краще перевірити за паспортом — це ми робимо безкоштовно, форма в Частині 1.
Чому топку не можна зменшувати нескінченно — і збільшувати теж
Потужність теплогенератора не береться з повітря: щоб віддати 5 млн ккал за годину, за цю годину потрібно повністю спалити відповідну кількість палива. Паливу й газам, що з нього виділилися, потрібні місце, температура і час — три умови повного згоряння. Що менша топка за тієї самої потужності, то менше часу гази проводять у гарячій зоні й то більше незгорілого йде далі. Зворотне теж правильне: надто простора топка за малої потужності охолоджується, горіння стає нестійким, зростають втрати. У топки є робочий діапазон навантаження, і в теплотехніці для нього є показник — теплове напруження топкового об’єму: скільки потужності припадає на кубометр топкового простору. Його розрахунок — у Частині 3.
Об’єм топки — це час. Інтенсивна топка компенсує його нестачу двома іншими умовами, і тому в її конструкції обов’язково мають бути: вторинне повітря з власним дуттям, яке перемішує горючі гази з киснем (перемішування); футерована камера допалювання, яка тримає 1000–1200 °C замість остигаючих сталевих стінок (температура); і автоматика, яка утримує цей режим за киснем або температурою. Так влаштовані інтенсивні топки з довідників — затиснутий шар із вихровим допалюванням (СН 350-66, Головков та ін.). Якщо цих ознак немає, компенсувати об’єм нічим, і мала топка означає просто недопал.
Що вважати об’ємом топки
В об’єм топки входить простір, де на розрахунковому навантаженні триває істотне горіння палива і летких продуктів. Простір, який використовується лише для відділення золи, теплообміну або змішування після завершення горіння, не включається. Рахуємо: камеру згоряння над шаром палива і камеру допалювання — увесь простір, де температура достатня для горіння газів. Не рахуємо: циклони, змішувальну камеру, повітряну сорочку, теплообмінник, повітроводи, простір, де горіння вже закінчилося. Інакше великий корпус легко видається за велику топку. Ми перевірили технічну документацію низки європейських виробників — у більшості комерційних матеріалів внутрішній об’єм топки не вказано взагалі, тому його запитують окремо і, якщо є можливість, перевіряють обміром холодної топки через лючки.
Особливий випадок — циклони. У деяких системах прямого змішування продукти згоряння після топки проходять через циклони, і в описах їх іноді називають «другим ступенем горіння» або камерою допалювання. Ознаки справжньої камери допалювання — футеровка, подача вторинного повітря і температура не нижче 850–900 °C на номіналі до будь-якого підмішування холодного повітря. Циклон влаштований інакше: це пиловідокремлювач без футеровки і без вторинного повітря, температура газів у ньому падає. У розрахунковий об’єм топки він не входить незалежно від назви; зарахувати можна лише футерований вихровий допалювач із подачею вторинного повітря, якщо виробник показує його температуру на номіналі.
Якщо гази розбавляються холодним повітрям
Частина теплогенераторів працює так: гарячі продукти згоряння після циклонів змішуються із зовнішнім повітрям, і заслінкою підмішування виставляється потрібна температура суміші. Через саму топку проходить невелика частина загального потоку — і звідси народжується помилка «отже, топка може бути маленькою». Ні: щоб кінцеві 100–150 тисяч кубометрів отримали потрібне тепло, паливо все одно має виділити ту саму енергію, а топка — спалити його повністю. Змішування змінює частку гарячого потоку, але не потужність, яку треба виділити в топці, і не її розрахунковий об’єм.
Як це розраховується
Розрахунок іде в три кроки: скільки тепла потрібно сушарці → скільки потужності має виділити топка з урахуванням ККД → який об’єм топки відповідає цій потужності. Нижче кожен крок із джерелами.
Крок 1. Скільки тепла потрібно сушарці
Вхід за повітрям. Тепло на нагрів потоку: Q = ṁ · cp · ΔT, де ṁ — масова витрата повітря, cp ≈ 1,01 кДж/(кг·К), ΔT — нагрів від зовнішньої температури до температури агента. Масова витрата виходить з об’ємної через щільність повітря, а щільність залежить від температури: 1,395 кг/м³ за −20 °C, 1,293 за 0 °C, 1,204 за +20 °C, 0,887 за +125 °C. Звідси звична галузева формула Q [ккал/год] = L · ΔT · 0,29 правильна для повітря, заданого за +20 °C; для нормальних умов коефіцієнт 0,31, для −20 °C — близько 0,335. Тому перше запитання до будь-якої паспортної витрати — за яких температури й тиску її вказано: нормальні та робочі кубометри за 150 °C відрізняються в півтора раза (Нормативний метод теплового розрахунку котлів). Як вимірюють витрату повітря на реальній сушарці — в окремій статті.
| Температура повітря | Щільність, кг/м³ | Об’ємна теплоємність, ккал/(м³·°C) |
|---|---|---|
| −20 °C | 1,395 | 0,335 |
| 0 °C (нормальні умови) | 1,293 | 0,31 |
| +20 °C | 1,204 | 0,29 |
| +125 °C | 0,887 | 0,21 |
Вхід за продуктивністю. Якщо відомі тонни на добу і вологості, рахуємо випаровувану воду: з 1 т вологої кукурудзи з 28 до 14 % видаляється (28 − 14) / (100 − 14) ≈ 163 кг води. Множимо на питому витрату тепла — для утепленої шахтної сушарки з рекуперацією беремо типовий європейський показник близько 850 ккал на 1 кг видаленої води (у нашому розрахунку це орієнтир, не фізична константа). Для 100 т/добу виходить 678 кг/год води і близько 0,58 млн ккал/год (0,67 МВт) корисного тепла.
Перевірка на паспорті сушарки. Так мають сходитися цифри в сумлінного виробника. У паспорті європейської шахтної сушарки на 384 т/добу кукурудзи 28 → 14 % вказано: випаровування 2 604 кг/год, питома витрата 850 ккал/кг води, потрібна потужність 2,2 млн ккал/год, встановлена 2,4 млн, розрахункові умови — зовнішнє повітря +15 °C, сушіння 120 °C (паспорт європейської шахтної зерносушарки, архів Finpro Group). Перевіряємо: 2 604 · 850 = 2,21 млн ккал/год — паспорт сходиться з точністю до округлення, а встановлена потужність дає близько 9 % запасу на холодну погоду. А от три потоки повітря з того самого паспорта — загальний 136 500, із зони охолодження 34 100 і через пальник 68 300 м³/год — у лоб не складаються і у формулу нагріву без знання схеми рециркуляції не підставляються: у сушарки з рекуперацією частина повітря проходить через зерно двічі, а порядок змішування і нагріву для штатного пальника і для теплогенератора різний (див. Частину 2). Тому для таких сушарок надійний вхід у розрахунок — потрібна потужність або продуктивність, а розрахунок за потоками повітря — задача для інженера з паспортом у руках.
Так само рахують виробники теплогенераторів. У робочому розрахунковому аркуші європейського виробника повітронагрівачів для сушарок (технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group) задача розв’язується тією самою формулою: для 4000 кВт корисної потужності і нагріву з −20 до +90 °C виходить масова витрата 129,7 т/год повітря, тобто 101,7 тис. нормальних м³/год — і окремо робочі кубометри за температури виходу, яких помітно більше. Розділення нормальних і робочих кубометрів у цьому аркуші ведеться явно — саме те застереження, якого бракує більшості паспортів.
Крок 2. Від корисної потужності до потужності палива
Qпалива = Qкорисна / η, де η — ККД теплогенератора від хімічної енергії палива до тепла в сушильному агенті. Важливо, про який саме ККД ідеться: не повнота згоряння, не ККД котла і не ККД сушарки, а частка теплоти палива, що дійшла до повітря, яке йде в сушарку.
У прямого змішування всі продукти згоряння йдуть у сушарку, тому головної втрати — з відхідними газами — у нього немає за визначенням. Залишаються три складові балансу втрат Нормативного методу: хімічний недопал q₃ (для шарових топок на деревному паливі норми дають 1–2 %, СН 350-66), механічний недопал q₄ (для шарового спалювання біомаси 1–4 %; у Головкова q₃ і q₄ разом становлять 3–4 % за 350 кВт/м³) і втрати через корпус q₅ (1–3 % для футерованих топок). Разом 0,91–0,97 — у розрахунку прийнято нижню межу 0,90. ФАО підтверджує якісно: прямий нагрів енергетично ефективніший за непрямий, а в непрямих нагрівачах втрати на теплообміннику можуть сягати 25 % (FAO, Grain storage techniques).
Як оцінити ККД теплообмінникового теплогенератора на об’єкті. У теплообмінникових схем головна втрата — відхідні гази, і її можна виміряти, а не приймати на слово. Втрата q₂ визначається температурою відхідних газів і надлишком повітря: що гарячіший дим і що більше в ньому кисню, то більше тепла вилітає в трубу. Це стандартний зворотний баланс Нормативного методу — той самий, яким приймають котли. Обидва вимірювання робить будь-який газоаналізатор: температура і O₂ в димоході за теплообмінником. Без аналізатора достатньо термометра в димоході і типового значення O₂ близько 10 % — це вже груба оцінка з точністю в кілька відсотків. Точніше — паспортна пара «вхід/вихід» із зазначеними витратою і теплотворністю палива або приймальні випробування. Заявлений виробником ККД без такого вимірювання ми не приймаємо.
ККД теплообмінникового теплогенератора за температурою відхідних газів (зовнішнє повітря +15 °C, недопал і втрати через корпус прийнято 4 %)
| Температура відхідних газів після теплообмінника | O₂ ≈ 8 % | O₂ ≈ 10 % | O₂ ≈ 12 % |
|---|---|---|---|
| 150 °C | ≈0,88 | ≈0,87 | ≈0,85 |
| 200 °C | ≈0,85 | ≈0,83 | ≈0,81 |
| 250 °C | ≈0,82 | ≈0,80 | ≈0,76 |
| 300 °C | ≈0,79 | ≈0,76 | ≈0,72 |
Таблиця відтворює драбину з наступної таблиці: 89–91 % європейських повітронагрівачів — це 120–140 °C у димоході за низького надлишку повітря, а ККД нижчий за 0,80 — це 250 °C і вище. Поріг для розрахунку за лівою колонкою таблиці Частини 1 — оцінка 0,85 і вище. Для прямого змішування метод незастосовний: у нього немає димоходу.
| Клас обладнання | ККД | Джерело |
|---|---|---|
| Соломʼяні батч-установки (цілі рулони, керамічний акумулятор) | 70–75 % старі серії, ≈80 % нові | Graso NPA (архів Finpro Group) |
| Топка зі східчастою решіткою + котел на вологому паливі | 84,7–85,0 % (пари Feuerleistung/Kesselleistung) | Bioflamm TR-B (архів Finpro Group) |
| Малі повітронагрівачі ручного завантаження, дрова | 86,7–87,9 % | Mabre GDM (архів Finpro Group) |
| Автоматичні повітронагрівачі, тріска та пелети, до 1,5 МВт | 89–91 % (паспортні пари вхід/вихід) | Mabre GDS/GDSH (архів Finpro Group) |
| Мегаватні повітронагрівачі для зерносушарок 1–8 МВт, тріска W35 | 89,1 % (розрахунок від заявлених витрати палива і теплотворності 3,100 кВт·год/кг) | ICS HLE (архів Finpro Group) |
Для типових українських конструкцій із теплообмінником таких задокументованих пар у нашому розпорядженні немає; за нашим польовим досвідом фактичний ККД часто нижчий за 80 %, тому в перевірочних розрахунках ми приймаємо 0,75–0,80 — це оцінка Finpro Group, а не паспортна характеристика. Для прямого змішування прийнято робочу точку 0,90. У калькуляторі ККД теплообмінникової машини оцінюється за виміряними температурою та O₂ відхідних газів; заявлені виробником значення не використовуються. Заявлений деякими виробниками ККД котлів «понад 92 %» стосується водогрійних котлів і не переноситься автоматично на повітронагрівач із теплообмінником (технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group).
Крок 3. Теплове напруження об’єму і розрахунок топки
Основний розрахунковий показник топки — теплове напруження топкового об’єму qv: теплова енергія, що виділяється в топці за одиницю часу, віднесена до об’єму топкового простору (Головков та ін.). Той самий показник і його побратим для решітки — теплове напруження дзеркала горіння qR — визначені в Нормативному методі теплового розрахунку котлів, на який посилаються і будівельні норми щодо котелень (СНиП II-35-76). Об’єм топки виходить діленням: V = Qпалива / qv.
| Тип топки та паливо | qv | Джерело |
|---|---|---|
| Шахтні топки з похилою решіткою, деревні відходи W≈50 % | 200–250 тис. ккал/(м³·год) = 233–291 кВт/м³ | СН 350-66, табл. 7 |
| Звичайні шарові топки: дрова, великошматкові відходи / тріска, тирса | 350 / 300 кВт/м³ | Головков та ін., табл. 21 |
| Інтенсивні топки швидкісного горіння ЦКТІ (Померанцева), тріска й тирса W40–50 % | 250–400 тис. ккал/(м³·год) = 291–465 кВт/м³ | СН 350-66, табл. 7; Головков та ін.: 350–460 кВт/м³ |
| Пелета, хитна решітка (малі котли) | 250–400 кВт/м³ | огляд у Renewable Energy, 2020 |
| Серійні ручні повітронагрівачі на дровах, 40–300 кВт — орієнтовно, за розмірами камери згоряння з брошури без підтвердження, що розміри внутрішні | ≈160–240 кВт/м³ | Mabre GDM (архів Finpro Group) |
Одиниці: 1 МВт = 860 тис. ккал/год; 400 тис. ккал/(м³·год) = 465 кВт/м³, а 400 кВт/м³ = 344 тис. ккал/(м³·год) — ці два «400» плутають постійно.
З таблиці випливають три робочі орієнтири. Звичайні шарові топки — 300–350 кВт/м³, тобто близько 3 м³ топки на 1 МВт потужності палива. Верхня область інтенсивних конструкцій — 460 кВт/м³ (≈400 тис. ккал/(м³·год)), близько 2,2 м³/МВт: це висока контрольна точка, а не фізична межа. Вище неї конструкція працює з більшим напруженням, ніж типові значення довідкових та експериментальних джерел, і виробник має підтвердити номінальний режим і повноту згоряння розрахунком або випробуваннями. Ціна форсування відома: за даними Головкова, за підвищення qv зі 175 до 350 кВт/м³ для деревної тирси розрахункові втрати від неповного згоряння зростають з 1–2 до 3–4 %. Нижня сторона теж існує: за надто малого напруження падає температура топкового простору і горіння втрачає стійкість (Renewable Energy, 2020).
Приклад. Сушарка тягне 110 000 м³/год повітря (нормальні умови), гріємо з −20 до +125 °C: 39,5 кг/с · 1,01 · 145 ≈ 5,8 МВт корисних (≈5 млн ккал/год). За ККД 0,90 потужність палива 6,4 МВт, за 0,78 — 7,4 МВт. Робочий об’єм за 300–350 кВт/м³: 18–21 м³ і 21–25 м³ відповідно; нижня контрольна межа за 460 кВт/м³: 14 і 16 м³. Саме ці три числа видає калькулятор.
Докладніше: чому батч-установки на дровах і соломі просторіші
У топок періодичного завантаження камера зобов’язана вміщувати разове закладання палива цілком — це правило закладено ще в норми проєктування опалювальних печей і в класичну книгу Л. А. Семьонова «Пічне опалення». Тому в ручних дров’яних повітронагрівачів напруження об’єму виявляється 160–240 кВт/м³, а в солом’яних установок під цілі рулони — ще нижче: камера під три-чотири рулони ø1,8×1,2 м — це 10–12 м³ самого лише палива (архів Finpro Group). Солома взагалі особливий матеріал: низька насипна щільність, зола з калієм і хлором, батч-режим — переносити її показники на пелетні автоматичні топки не можна, і в статті вони наведені лише як ілюстрація.
Крок 4. Площа решітки — другий, конструктивно залежний критерій
Формула та сама: F = Qпалива / qR. Але допустиме навантаження решітки залежить від конструкції сильніше, ніж qv: для шахтної топки на деревних відходах норми дають 500 тис. ккал/(м²·год) ≈ 580 кВт/м² (СН 350-66); Головков наводить 700 кВт/м² для тирси, 800 для тріски і 1300–1400 для дров та великошматкових відходів; для малих пелетних котлів із хитною решіткою — лише 167–267 кВт/м² (Renewable Energy, 2020); для пелет із лушпиння в лабораторному реакторі питома потужність шару сягала 1,6 МВт/м² (Materials, 2021). Розкид майже на порядок, тому калькулятор показує навантаження решітки як оцінку для порівняння з установками аналогічної конструкції, без «мінімально допустимої площі».
Для пелет із лушпиння соняшника тримайтеся консервативних значень. Їхня зола багата на калій — K₂O близько 33–35 % (Materials, 2021); опубліковані температури початку спікання і деформації сильно розходяться залежно від партії та методу випробувань — від ≈810 °C за оглядовими даними (Frontiers in Energy Research, 2025) до високих значень у лабораторних випробуваннях гранул. Практичний висновок один: ризик агломерації золи на решітці за локальних перегрівів реальний, а перевантажена решітка його посилює.
Крок 5. Витрата палива як швидка перевірка
B = Qпалива / Qн. Теплотворність: пелети з лушпиння соняшника — близько 17,7 МДж/кг (4,9 кВт·год/кг) за вологості 10–11 % і зольності 3–4 % (за сертифікатом постачальника; характеристики нормує ДСТУ 7124:2009); деревна пелета A1 — близько 4,8 кВт·год/кг; тріска W35 — 3,1 кВт·год/кг (розрахункова база одного з європейських виробників, архів Finpro Group); дрова W20 — близько 4,0 кВт·год/кг (FAO / AIEL, Wood Fuels Handbook). Огляд видів твердого палива для сушіння — в окремих статтях: альтернативне паливо і вартість видів палива. Для прикладу вище потрібно 1 300–1 500 кг/год пелет із лушпиння — і якщо межа подачі шнека 700 кг/год, заявлені мегавати недосяжні незалежно від розмірів топки. На 100 т/добу кукурудзи 28 → 14 % витрата пелет із лушпиння становить приблизно 150–175 кг/год.
У сертифікатах палива беріть рядок «нижча (робоча) теплота згоряння» — Qi, NCV, «нижча». «Вища» (Qs, GCV, «вища») містить тепло конденсації водяної пари, якого в топці немає, і завищує результат на 8–12 %; якщо вона до того ж дана на суху масу — на чверть. Калькулятор приймає значення в ккал/кг, МДж/кг або кВт·год/кг і вміє перерахувати вищу в нижчу з оцінковим коефіцієнтом.
Для інженерів: перевірка на об’єкті та застереження
Нижче — те, що не потрібне для вибору, але потрібне для приймання і суперечок із виробником.
Час перебування газів і температура допалювання
Об’єм топки можна перевірити і через час перебування газів: τ = V / Vгазів, де витрата газів береться за температури топки. Для пелет із лушпиння за надлишку повітря близько 1,6 утворюється 7–8 нм³ димових газів на кілограм; за 1200 °C їхній об’єм у 5,4 раза більший за нормальний. Для прикладу з Частини 3 (6,4 МВт палива, ~1 300 кг/год) це близько 14,6 м³/с — за 18 м³ топки час перебування ≈1,2 с, за 14 м³ ≈1 с. Поширений у практиці спалювання біомаси орієнтир повного допалювання — близько 1,5–2 с за температури не нижче 850 °C (The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing); для двостадійних топок із добрим перемішуванням вторинного повітря за 1100–1200 °C достатньо й меншого. Це довідковий критерій, а не норматив: у калькулятор він не закладений.
Приймальні випробування: що вимірювати одночасно
Приймання «дали 120 °C — прийнято» нічого не доводить. Вимірювати треба одночасно: температуру агента, фактичну витрату повітря через сушарку (метод «площа–швидкість» трубкою Піто за ISO 3966), статичний тиск до і після теплогенератора та склад газів після камери допалювання до розбавлення — O₂ і CO, бажано температуру там само. Витрату повітря порівняти з паспортом сушарки і, якщо можливо, з режимом без теплогенератора: характеристики вентиляторів визначаються за ISO 5801, а реальні елементи тракту зміщують робочу точку. Орієнтир за CO для автоматичного біопаливного обладнання — до 500 мг/м³ за 10 % O₂ (клас 5 за EN 303-5 для котлів); добра топка з 1100–1200 °C у камері допалювання тримає десятки, максимум перші сотні ppm. Ознака нестачі об’єму або часу — CO, що різко зростає з навантаженням за достатнього кисню; догоряння за межами топки — іскри і розжарені частки в тракті, зростання температури на вході в теплообмінник; недопал у золі — втрати при прожарюванні помітно вищі за типові одиниці відсотків.
Двостадійні та вихрові топки: коли високе напруження об’єму допустиме
Ступінчаста подача повітря, вихрове допалювання і футерована камера дозволяють стійко працювати за напружень вище класичних шарових значень — самі довідники застерігають, що для вихрових і циклонних пристроїв розрахункові величини інші й мають спиратися на дослідження конкретного палива (Головков та ін.). Тому стаття ніде не говорить «вище 460 не можна». Вона говорить: виробник, який заявляє 600 кВт/м³, зобов’язаний пред’явити режимну карту, температуру в камері допалювання і газоаналіз на номінальній потужності з повним згорянням — розрахункове або експериментальне підтвердження. Без цього високе форсування залишається гіпотезою.
Застереження та межі методики
Усі цифри статті — контрольна оцінка для перевірки пропозиції, не проєктний розрахунок. Значення qv взяті з літератури щодо шарового спалювання деревного палива і пелет та підтверджені сучасними даними для малих установок; для промислових установок 3–8 МВт внутрішні об’єми топок виробники не публікують, тому прямої зворотної перевірки на таких машинах у нас немає. ККД прямого змішування — робоча точка, ККД теплообмінникових — за даними виробників і польовою оцінкою Finpro. Паспортна витрата повітря завжди потребує уточнення умов. Заявлена потужність завжди потребує уточнення «вхід чи вихід». Для соломи та інших нетипових палив методика застосовується з окремими застереженнями.
Джерела
- [S1] СН 350-66. Указания по проектированию котельных установок. — Госстрой СССР, 1966 (втратив чинність з 01.01.1978, замінений СНиП II-35-76; використовується як класичне довідкове джерело розрахункових характеристик топок — табл. 4, 5, 7).
- [S2] СНиП II-35-76. Котельные установки. — Госстрой СССР, 1976 (п. 5.3 — розрахункові характеристики топкових пристроїв приймаються за Нормативним методом ЦКТІ/ВТІ; п. 6.1 — ККД та аеродинамічний опір котлів за даними заводів-виробників).
- [S3] Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод). — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. — 256 с. (визначення теплового напруження топкового об’єму і дзеркала горіння; нормальні та робочі кубометри газів).
- [S4] Головков С. И., Коперин И. Ф., Найденов В. И. Энергетическое использование древесных отходов. — М.: Лесная промышленность, 1987 (розділ «Расчёт топочных устройств слоевого типа», табл. 21; залежність втрат від неповного згоряння від qv; застереження щодо вихрових і циклонних топок).
- [S5] Design and key heating power parameters of a newly-developed household biomass briquette heating boiler // Renewable Energy, 2020 (Elsevier); значення для пелети на хитній решітці подані з посиланням на Tan et al., 2013.
- [S6] Wnorowska J., Ciukaj K., Kalisz S. Comparative Analysis of Pelletized and Unpelletized Sunflower Husks Combustion Process in a Batch-Type Reactor // Materials, 2021, 14(10), 2636.
- [S7] A review: problems related to ash deposition and deposit formation in low-power biomass-burning heating devices // Frontiers in Energy Research, 2025.
- [S8] FAO. Grain storage techniques. Evolution and trends in developing countries (FAO Agricultural Services Bulletin 109), 1994 — розділ про сушіння: прямий і непрямий нагрів, втрати на теплообміннику до 25 %.
- [S9] FAO / AIEL. Wood Fuels Handbook, 2015 — теплотворність деревного палива залежно від вологості (PDF є в архіві Finpro, EN та UK).
- [S10] Van Loo S., Koppejan J. (eds.). The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing. — Earthscan, 2008 — ступінчасте спалювання, час перебування, допалювання.
- [S11] EN 303-5:2012. Heating boilers for solid fuels, manually and automatically stoked, nominal heat output of up to 500 kW — класи за викидами CO (для котлів; використовується як орієнтир).
- [S12] ISO 3966:2025. Measurement of fluid flow in closed conduits — Velocity area method using Pitot static tubes; ISO 5801:2017. Fans — Performance testing using standardized airways.
- [S13] ДБН В.2.5-77:2014. Котельні. — Мінрегіон України (наказ № 252 від 15.09.2014; замінив СНиП II-35-76 на території України).
- [S14] ДСТУ 7124:2009. Лушпиння соняшникове пресоване гранульоване. Технічні умови. — Держспоживстандарт України, 2009.
- [S15] Семёнов Л. А. Печное отопление. — 3-е изд. — М.: Стройиздат, 1968 (правило місткості паливника під разове закладання; див. також ГОСТ 2127-47 «Печи отопительные теплоёмкие. Нормы проектирования»).
- [S16] Дмитроц В. А., Левин А. Б., Семёнов Ю. П. Теплотехнический справочник инженера лесного и деревообрабатывающего предприятия. — 2-е изд. — М.: МГУЛ, 2002. — 333 с. (загальна довідкова література щодо топок на деревному паливі).
- [S17] Технічні матеріали виробників з архіву Finpro Group (без посилань): Mabre S.r.l. — брошура Biomass air heaters і прайс-лист 2023 (серії GDM, GDS, GDSH: пари вхід/вихід, розміри камер згоряння GDM, наявний напір 100 Па і до 1200 Па на запит); ICS — модельний ряд HotAir HLE 1000–8000 і розрахунковий аркуш Air flow calculation (2024); Binder Energietechnik — брошура Hot Air / Hot Gas (референси зерносушіння 1,2–3 МВт); Bioflamm / WVT — аркуш Traversalrostfeuerung TR-B (Feuerleistung / Kesselleistung); Graso — специфікації повітронагрівачів на соломі NPA; Vyncke — референс-лист Bayer Pochuiky II (2024, качани та лушпиння соняшника, CO < 150 мг/Нм³).
- [S18] Паспорт європейської шахтної зерносушарки з рекуперацією тепла (знеособлено; архів Finpro Group).
Як ми підбираємо теплогенератор до сушарки
Finpro Group постачає зерносушильне обладнання вже 26 років, і всі сушарки з нашої програми переводяться на тверде паливо. Підбір теплогенератора ми ведемо від паспорта сушарки: витрата повітря, температури, потрібна потужність — і від аеродинаміки тракту, щоб після підключення сушарка отримувала свої кубометри, а не половину. Теплогенератори з нашої програми — теплогенератори ICS.
Запитання та відповіді
Який об’єм топки потрібен теплогенератору для сушарки на 1000 т/добу?
Чому теплогенератор показує 120 °C, а сушарка сушить повільно?
Чи зменшує змішування димових газів із холодним повітрям потрібний об’єм топки?
Скільки пелет із лушпиння соняшника витрачає зерносушарка?
Що входить в об’єм топки, а що ні?
Як прийняти теплогенератор під час пуску?
Яку витрату повітря брати з паспорта сушарки з рекуперацією?
Як зрозуміти, чи інтенсивна топка в теплогенератора?
Залишилися запитання? Зв’яжіться з нами!
Підбір теплогенератора або перевірка наявного: надішліть паспорт сушарки і дані теплогенератора — порахуємо потужність, об’єм топки та аеродинаміку; для діючих установок виїжджаємо з приладами.
За телефоном
WhatsApp: +380 (67) 111-6666
Телефони:
У Казахстані: +7 (747) 095-1626
У Молдові: +373 (22) 011-214
У Румунії: +40 (31) 229-8484
У Туреччині: +90 (536) 452-1184
По e-mail
Наша адреса: [email protected]