WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Чирухина Нина Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНОЙ СУШКИ ЗЕРНА ДЛЯ КРЕСТЬЯНСКО-ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Бастрон Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», профессор Худоногов Игорь Анатольевич кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификации горно-металлургического производства» ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», доцент Язев Владислав Никандрович Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится 29 мая 2012 г. в 11на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 220.037.при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.

Тел/факс: 8 (391) 227-36-09, e-mail: dissovet@kgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бастрон А.В.



Актуальность. Производство зерновых – базовая и определяющая отрасль сельского хозяйства и, в значительной степени – экономики и продовольственной безопасности страны. Высокий уровень производства зерновых создает необходимую сырьевую базу и предпосылки развития других производств, аккумулирует достижения других отраслей. В структуре производства зерна в России посевы овса занимают 3-е место после пшеницы и ячменя. Продукты переработки этой культуры имеют высокую питательную ценность, применяются для диетического и детского питания, лечения ряда болезней, поэтому увеличение производства и улучшение качества имеет большое значение. Сушка является наиболее сложной и энергоёмкой операцией. Общая доля энергозатрат в себестоимости сушки составляет 75–80 %.

Принятие ФЗ № 261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…» определило необходимость разработки и реализации энергосберегающих технологий для сельскохозяйственных производителей. Важная особенность современных условий – образование большого числа малых крестьянско-фермерских хозяйств со сравнительно небольшим объемом производства зерна. В сфере материально-технического обеспечения одной из главных проблем является низкий уровень техникой оснащенности, так как существующие поточные линии не могут быть использованы для небольших партий. В настоящее время, когда производитель стал владельцем урожая, должна быть обеспечена возможность сушки, хранения и реализации за более длительный период, что позволит существенно снизить себестоимость послеуборочной обработки. Сушка атмосферным или нагретым воздухом является наиболее доступным и экологически безопасным. Для реализации этих нужд целесообразно применение мобильных сушильных установок, например, напольной электрокалориферной сушилки вороха (ЭСВ).

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Красноярского государственного аграрного университета и включена в межведомственный координационный план СО РАСХН на период 2006–2010 гг. по заданию 09.02. «Разработать новые наукоемкие электротехнологии и оборудование для эффективного энергетического обеспечения технологий производства сельскохозяйственной продукции и социально-бытовой сферы села».

Цель работы. Снижение энергозатрат в процессах электрокалориферной сушки овса в ворохе.

Задачи исследования.

1. Провести анализ методов и технических средств сушки зерна.

2. Обосновать основные технологические параметры процесса сушки овса и определить область экспериментальных исследований с целью выявления минимальных энергетических затрат.

3. Разработать методику и выполнить исследования на экспериментальной установке, моделирующей технологический процесс сушки для определения энергосберегающих режимов.

4. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработать конструкцию напольной ЭСВ. Разработать алгоритм управления ЭСВ.

5. Выполнить технико-экономическое сравнение вариантов нерегулируемой ЭСВ и системы автоматического управления, выполненной на основе применения энергосберегающих режимов сушки.

Объект исследования. Технология электрокалориферной сушки овса в ворохе.

Предмет исследования. Взаимодействия и закономерности влияния режимных параметров электрокалориферной сушки овса в ворохе.

Методы исследования: имитационное моделирование по определению расхода энергии на сушку; активное планирование эксперимента для выявления уравнений регрессии влажности овса; статистические методы обработки и оценки результатов экспериментов (дисперсионный и регрессионный анализы);

поиск экстремума целевой функции численным методом.

Научная новизна исследований.

1. Разработана методика и экспериментальная установка (патент на полезную модель № 58007) для проведения физического моделирования процесса сушки овса активным вентилированием.

2. Обоснован метод математического моделирования энергосберегающих режимов сушки зерна овса в ворохе.

3. Определены экспериментальные зависимости, взаимодействия параметров и режимов работы электрокалориферной сушки овса в ворохе, эффективно влияющие на процесс сушки и качественные показатели зерна.

4. Разработан алгоритм управления процессом сушки овса активным вентилированием на ЭСВ.

Практическая значимость работы заключается в разработанной технологии и конструкции электрокалориферной сушилки вороха и режимах ее эксплуатации, алгоритме и схеме автоматического управления, реализующей эти режимы для использования в крестьянско-фермерских хозяйствах.

Реализация результатов работы.

Технические устройства и энергосберегающие режимы были использованы при сушке овса в учхозе «Миндерлинское» Сухобузимского района и в хозяйстве индивидуального предпринимателя Чернова В.П. (Красноярский край, п. Шушенское).

Результаты экспериментов и методика исследований используются в учебном процессе кафедры системоэнергетики ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» при ведении дисциплины «Теплоэнергетические установки», а также при выполнении дипломного проектировании и при разработке магистерских диссертаций.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены: на Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность: достижения и перспективы» (Красноярск, 2004); на Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука на рубеже веков» (Красноярск, 2004); в Международной школе-конференции по приоритетным направлениям развития науки и техники «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2005); VIII Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (Красноярск, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 печатных работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК; получен 1 патент РФ на изобретение.

На защиту выносятся:

1. Теоретическое моделирование процесса сушки зерна в ворохе.

2. Методика для проведения физического моделирования процесса сушки овса активным вентилированием на экспериментальной установке (патент на полезную модель № 58007).





3. Результаты экспериментальных исследований по обоснованию энергосберегающих режимов технологии электрокалориферной сушки овса в ворохе.

4. Техническое устройство электрокалориферной сушилки вороха (патент РФ № 2304874).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 109 наименований, содержит 25 рисунков, 16 таблиц. Общий объем работы 117 страниц.

Личный вклад.

Разработка методики экспериментальных исследований; создание установки для физического моделирования сушки овса (патент на полезную модель № 58007); планирование эксперимента, проведение теоретических и экспериментальных исследований, обработка и обобщение результатов;

участие в создании конструктивных изменений и испытании производственной установки (патент РФ № 2304874).

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, определена научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современные методы и средства сушки зерна и пути снижения энергозатрат» выполнен обзор по вопросу технологии сушки зерна, представлена классификация существующих способов и технических средств, рассмотрена зерновая масса как объект сушки.

Вопросам сушки посвящены работы отечественных и зарубежных авторов: А.В. Лыкова, В.И. Атаназевича, А.С. Гинсбурга, В.И. Жидко, С.Д. Птицына, Ю.А. Окуня, В.А. Резчикова, В.И. Анискина, А.В. Авдеева, Л.В.Колесова, Н.И. Малина, Н.В. Цугленка, С.К. Манасяна, С.Н. Шахматова, Э.А. Каминер, В.Ф. Самочетова, Г.А. Супруновича, А.Г. Чижикова, В.О. Уколова, Е.М. Вобликова и др. Большое влияние на развитие зерносушения оказали труды ученых в области биохимии зерна, технологии его хранения и переработки:

А.Н. Баха, А.И. Опарина, В.Л. Кретовича, Н.П. Козьминой, Л.А. Трисвянского, Л.Я. Ауэрмана, Я.Н. Куприца и др.

Исходя из условий функционирования крестьянско-фермерских хозяйств и анализа существующих методов и средств возникла необходимость в разработке мобильной установки для сушки небольших партий зернообразных продуктов активным вентилированием как экологически безопасного метода. Преимуществами предлагаемой конструкции является его простота и обеспечение равномерности сушки, возможность использования в складах, не имеющих стационарных установок, под навесами и на открытых площадках, а также высушивать различные сельскохозяйственные культуры с любой начальной влажностью. Режимы сушки и энергетические затраты определяются в зависимости от назначения зерна и его кондиционной влажности 12…16 % (на семена, хранение, переработку – для крупяной промышленности, на кормовые цели и комбикорма, на солод).

Во второй главе «Обоснование технологических параметров процесса сушки овса и определение области экспериментальных исследований с целью выявления минимальных энергетических затрат» проведен анализ кинетики процесса сушки зерна и обоснованы технологические параметры, определяющие направления возможной интенсификации технологического процесса электрокалориферной сушки овса в ворохе.

Кинетика переноса тепла и влаги в зерне определяется разностью потенциалов градиента температуры и влаги. Энергетические затраты в основном зависят от продолжительности процесса сушки.

Для плотного зернового слоя использован метод расчета продолжительности сушки по ступеням (период постоянной и падающей скорости), основанный на использовании математического описания процесса в элементарном слое (рисунок 1).

Рисунок 1 – Графические зависимости кинетики сушки зерна Средняя влажность зерна, его температура и скорость сушки представлены как функция времени. Графические зависимости кинетики сушки дают представление о течении процесса. В стадии прогрева зерна теплота, подводимая агентом сушки, расходуется на его нагрев. Повышается его температура (участок А''В''), возрастает скорость сушки (участок А'В'). Первый период сушки характеризуется постоянством скорости сушки (участок В'С'), влажность зерна изменяется по прямой (участок ВС), температура непрерывно увеличивается (участок В''М). Скорость сушки зависит от параметров агента сушки (температуры, влажности и скорости его движения) и определяется условиями внешней диффузии влаги в окружающую среду. После достижения некоторого Wкзначения влажности (первая критическая влажность ) наступает замедление процесса испарения (II период сушки). Уменьшение скорости сушки объясняется удалением более прочно связанной влаги. Интенсивность процесса мало зависит от параметров окружающей среды и определяется законами внутреннего переноса влаги.

Подбором соответствующих режимов в период постоянной скорости сушки можно обеспечить экономию электрической энергии. В период убывающей скорости – путем отключения установки и изменения градиента температуры в зерновке в направлении поверхности. Этим обеспечивается совпадение градиентов температуры и влажности и соответственно интенсификация процесса сушки. Повторное включение после отлежки позволит вновь вести процесс с постоянной скоростью.

Интенсифицировать процесс сушки зерна можно за счет изменения технологических параметров (скорости и температуры агента сушки и его способности поглощать влагу, начальной температуры зерна), а также за счет изменения высоты зерновой насыпи и конструкции сушильной установки (аэродинамического сопротивления, напора и производительности вентилятора) (рис. 2).

Направления интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием Факторы, влияющие на Факторы, влияющие на явление внешний тепло- и влагообмен внутреннего влагопереноса начальная начальная высота скорость температура и влажность конструкция температура влажность зернового агента сушки агента сушки зерна зерна слоя Конечная влажность и температура зерна, экспозиция сушки, затраты энергии Рисунок 2 – Направления интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием Базовой моделью сушки является модель А.В. Лыкова, основанная на линейной термодинамике явлений переноса в коллоидных и капиллярнопористых средах. Сделав допущение, что во всех других зерновых частях, образующих слой высушиваемого материала, перемещение потоков тепла и влаги происходит одинаково, уравнение влагопереноса будет иметь вид du d u = am , (1) d dx du am где – коэффициенты переноса влаги внутри материала; – скорость влаd d u гопереноса; – градиент влажности.

dxПродолжительность сушки в период постоянной скорости сушки [W1 -Wк1], 1 = (2) N Wкгде W1 – начальная влажность зерна, %; – первая критическая влажность, %;

100qm N = – скорость сушки в период постоянной скорости сушки; qm – интенRсивность испарения, кг/(м2·ч); 0 – плотность абсолютно сухого материала, кг сух. вещ./м3; R – определяющий геометрический размер.

В период убывающей скорости сушки дифференциальное уравнение влагопереноса:

c am dW - [W -Wр]= K [W -Wр], (3) d R2 4 +1 Bim R mu Wр где – равновесная влажность зерна, %; Bim = – массообменный криam терий Био; К – коэффициент сушки, зависящий от режима сушки (является функцией температуры и относительной влажности воздуха); mu – коэффициент внешнего влагообмена, отнесенный к разности влагосодержаний, м/ч.

Продолжительность сушки в период убывающей скорости -Wр Wкп 2 = ln, (4) K W2 -Wр где Wkп, W2 – критическая приведенная и конечная влажность, %.

Общая продолжительность сушки -Wр Wкп [W1 -Wк1]+ = +1 = ln (5) .

N K W2 -Wр Применение указанной выше модели А.В. Лыкова для решения задач оптимизации сушки зерна трудно применять в практических инженерных расчетах из-за невозможности аналитического решения и неопределенности коэффициентов тепло- и массообмена, которые изменяются в зависимости от технологических параметров процесса. Поэтому возникает необходимость в эксперименте для получения математической модели электрокалориферной сушки зерна в ворохе.

Третья глава «Методика определения энергосберегающих режимов сушки овса на экспериментальной установке».

Описание процесса сушки математической моделью было получено синтетическим методом исследования, который базируется на методах обобщенного анализа (теории подобия и анализе размерностей), а также на математических методах планирования эксперимента.

Для проведения исследований влияния технологических параметров на продолжительность сушки овса в неподвижном плотном слое активным вентилированием и выбора энергосберегающих режимов разработана, экспериментальная установка (патент на полезную модель № 58007) (рис. 3). Основная часть установки – сушильная камера, представляет собой элементарный объем зерновой насыпи высотой 1 метр и сечением одна четвертая м2 (250 х 250 мм).

Эта камера является моделью будущей опытной производственной установки.

На одной из стенок камеры выполнено четыре окна 2 для забора проб по высоте столба. На панели 3 собрана стойка с измерительными приборами, элементами коммутации и сигнализации. Силовой блок представлен автотрансформатором 4, вентилятором 5 и блоком нагревательных элементов 6. Для измерения параметров сушильного агента использовался прибор «CENTER 311» с термопарой, а влажность зерна определялась с помощью влагомера «Фауна-М».

Рисунок 3 – Экспериментальная установка Мощность электрокалорифера регулировалась включением и отключением нагревательных элементов, скорость воздуха – изменением величины подаваемого напряжения на двигатель постоянного тока.

Во всех опытах начальная влажность зерна поддерживалась на уровне 21 ± 2 %. Увлажнение зерна проводилось по методике В.И. Жидко и В.И. Атаназевича. Масса экспериментального овса, участвовавшего в опыте, составляла кг. Из множества факторов, влияющих на процесс сушки, для исследования были выбраны факторы и их диапазон изменения, представленные в таблице 1. Выходными параметрами были выбраны температура и влажность овса.

Таблица 1 – Величины и диапазон изменения управляемых факторов Кодирован- Нижний Основной Верхний Интервал ваное значение уровень уровень уровень рьирования Управляемый фактор управляемых i –1 0 факторов Влажность воздуха Wв, % x1 60 70 80 Скорость воздуха v, м/с x2 2,4 3 3,6 0,Мощность электрокалоx3 0,4 0,8 1,2 0,рифера P, кВт Экспозиция сушки , ч x4 16 32 48 Для постановки опытов был применен метод планирования многофакторного эксперимента (активное планирование). Выбран четырехфакторный план Бокса В4, обладающий хорошими свойствами с точки зрения D-оптимальности, композиционный, симметричный, трехуровневый и включающий минимальное количество опытов (N=24). За контроль взят опыт с максимальными значениями технологических параметров (постоянно включенная нерегулируемая установка).

Статистическая обработка полученных результатов, оценка погрешности проведения опытов и точность полученных данных выполнены с использованием методов математической статистики.

В результате проведенных дисперсионного и регрессионного анализов было получены уравнения регрессии, описывающие процесс сушки зерна овса на электрокалориферной сушилке вороха:

Wзрег = 14,4651 - 0,2 -1,375P -1,2903 - 0,81Wв2 - 0,6Wв , (6) tзрег = 24,535 + 0,63 + 4,34P + 0,77Wв - 0,91Wв - 0,803P (7) Сравнивая экспериментальные данные Wз, tз и данные, полученные с помощью уравнений регрессии Wзрег, tзрег (рис. 4) можно сделать вывод, что полученное уравнение (6) хорошо коррелирует и адекватно описывают процесс сушки.

Wз номер опыта Wз Wзрег Рисунок 4 – Сравнительная оценка экспериментальных данных Wз и данных, полученных с помощью уравнений регрессии Wзрег Адекватность модели проверена F-критерием Фишера при уровне значимости 0,05:

1,691 9,8для модели Wзрег для модели tзрег = 0,092 < 2,02, = 0,324 < 2,02.

18,433 30,2Полученные уравнения позволяют рассчитывать конечную влажность и температуру зерна в заданной области факторного пространства. Температура зерна во всех режимах сушки не превышала допустимую температуру нагрева для овса (45–55 0С в зависимости от влажности зерна).

На основании полученного уравнения были построены поверхности отклика. Область кондиционной влажности овса определяет технологические параметры и энергетические затраты.

влажность зерна, % Например, на рисунке 5 показана поверхность отклика влажности овса при фиксированных значениях агента сушки (скорость v = 3,0 м/с и влажность Wв = 70 %). Кондиционной влажности 13,5…14,5 % зерно овса достигает при граничных режимах ( = 20,8 ч.; P = 1,2 кВт) и ( = 48 ч.; P = 0,56 кВт).

Рисунок 5 – Зависимость влажности зерна от мощности и экспозиции сушки Для определения энергозатрат этих режимов использовалась другая электронная таблица 2, построенная по уравнению регрессии (6) с шагом 0,2 путем перебора двух факторов мощности и экспозиции в точках матрицы соответствующих кондиционной влажности (условие: если Wз=14%, то значение равно P, иначе 0).

Таблица 2 – Затраты тепловой энергии на процесс сушки овса (при v = 3,0 м/с, Wв = 70%, Wзк = 14 %) Х3 –0,7 –0,6 –0,4 –0,2 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 X4 0,52 0,56 0,63 0,71 0,79 0,83 0,86 0,94 1,02 1,09 1,–0,8 19,2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 –0,7 20,8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24,–0,6 22,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 26,–0,5 24 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28,–0,4 25,6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28,02 30,–0,3 27,2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 29,77 32,–0,2 28,8 0 0 0 0 0 0 29,31 31,52 34,Wзк = 14 % –0,1 30,4 0 0 0 0 0 0 30,94 33,27 36,0 32 0 0 0 0 0 0 0 30,11 32,56 35,02 38,0,1 33,6 0 0 0 0 0 0 0 31,61 34,19 36,77 0,2 35,2 0 0 0 0 0 0 30,41 33,12 35,82 38,52 0,3 36,8 0 0 0 0 0 30,38 31,79 34,62 37,45 0 0,4 38,4 0 0 0 0 30,23 31,70 33,18 36,13 39,08 0 0,5 40 0 0 0 0 31,49 33,02 34,56 37,63 0 0 0,6 41,6 0 0 0 29,55 32,748 34,35 35,94 39,14 0 0 0,7 43,2 0 0 0 30,69 34,01 35,67 37,32 40,64 Wзк = 13 % 0,8 44,8 0 0 28,39 31,83 35,27 36,99 38,71 0 0,9 46,4 0 0 29,399 32,96 36,53 38,31 40,09 0 0 0 1 48 0 26,75 30,413 34,09 37,79 39,63 0 0 0 0 Из полученной области тепловых затрат путем выбора минимальных значений определялись режимы, удовлетворяющие двум условиям: минимальные энергозатраты и достижение кондиционной влажности зерна овса. Так, для рассмотренных в примере режимах затраты тепловой энергии составили 24,96 кВт·ч ( = 20,8 ч; P = 1,2 кВт) и 26,75 кВт·ч ( = 48 ч; P = 0,56 кВт).

Аналогично анализировались остальные технологические параметры сушки и были определены энергосберегающие режимы для овса (табл. 3).

Таблица 3 – Энергосберегающие режимы сушки овса с кондиционной влажностью 14 % Wв, % v, м/с P, кВт , ч Э, кВт·ч Э, кВт·ч Э, кВт·ч ТЭН ВЕН ОБЩ..

2,4 1,2 16,0 18,4 3,8 22,3,6 1,0 16,0 16,6 4,78 21,2,4 0,5 48,0 22,1 11,4 33,3,6 0,4 46,4 17,8 13,7 31,В практическом отношении модель (6) дает возможность с определенной точностью прогнозировать значение выходных параметров в пределах изученной области факторного пространства. Решение этого уравнения относительно продолжительности сушки дает возможность прогнозировать энергозатраты на сушку зерна овса при непрерывном и нерегулируемом режиме. Поддержание режимов представляет определенные сложности из-за нестабильных климатических условий и различной влажности исходного материала. Реализация энергосберегающих режимов электрокалориферной сушилки вороха предлагается с помощью автоматической системы управления.

Четвертая глава «Технические средства, реализующие энергосберегающие режимы ЭСВ» посвящена разработке технологии и технических средств на основе полученных результатов экспериментальных исследований влияния технологических параметров на процесс сушки овса.

Для реализации энергосберегающих режимов предлагается устройство ЭСВ (патент на изобретение № 2304874) для сушки зерна и семян различных сельскохозяйственных культур. Разработанные элементы конструкции воздуховода позволяют повысить равномерность распределения агента сушки сквозь слой зернообразных продуктов по всему периметру воздуховода, а следовательно осуществлять более равномерную сушку семян и зерна различных сельскохозяйственных культур (рис. 7).

1 2 3 Рисунок 7 – Устройство ЭСВ для сушки зерна и семян различных сельскохозяйственных культур: 1 – вентилятор; 2 – калорифер;

3 – соединительная муфта; 4 – воздуховод; 5 – перфорированная крышка Устройство работает следующим образом: воздуховод 4 монтируют на ровной площадке и собирают определенной длины в зависимости от объема высушиваемого материала. На завершающую секцию воздуховода с торцевой стороны крепят перфорированную крышку 5. С помощью гибкой соединительной муфты 5 присоединяют калорифер 2 и вентилятор 3. Затем формируют ворох одинаковой высоты по всему периметру воздуховода для равномерного распределения давления сушильного агента в зерне.

Производственные испытания сушилки вороха проводились в ГСХУ «Учебно-опытном хозяйстве Миндерлинское» Красноярского края в 2004 г. и в хозяйстве индивидуального предпринимателя Чернова В.П. Было высушено 50 т овса начальной влажностью 23 % до конечной 14 %, при этом затраты тепловой энергии составили 240,8 кВт·ч/т или 866,8 МДж/т. В модельном эксперименте затраты энергии на разных режимах составили 563…1069 кВт·ч / т. Полученные результаты согласуются с результатами экспериментальных исследований. Алгоритм управления электрокалориферной сушилкой в ворохе, обеспечивающей энергосберегающие режимы, представлены на рисунке 8. Структурная блок-схема, реализующая этот алгоритм, приведена на рисунке 9.

Автоматическая схема управления технологическим процессом управляет длительностью периодов работы и отключения по условию: если Wзi+1< Wзi, то включается режим отлежки; если Wзi+1 Wзi, то включается режим сушки.

На стадии «включено» осуществляется интенсивная передача тепловой энергии зерновому материалу, обеспечивается максимально возможная скорость удаления влаги. На последующей стадии «отключено» с прекращением подачи сушильного агента сушка продолжается за счет тепла, аккумулированного зерном овса. При этом интенсифицируется внутренний перенос влаги. В результате происходит выравнивание влажности по толщине зернового слоя.

Циклы повторяются до тех пор, пока зерно овса не достигнет требуемой конечной влажности.

Рисунок 8 – Алгоритм управления Рисунок 9 – Функциональная схема управления:

ПЛК – программируемый логический контроллер; ВП – визуальная панель;

ЧП – частотный преобразователь; К – твердотельное реле; W t – датчик температуры и влажности зерна; М – вентилятор; Р – ТЭНы; ПИП-Т1, ПИП-В1 – первичные измерительные преобразователи температуры и влажности воздуха; ПИП-Т, ПИП-В – первичные измерительные преобразователи температуры и влажности зерна Для реализации энергосберегающих режимов работы установки предлагается система автоматического управления на базе контроллера Овен 150, управляющая техническими средствами. Функциональная схема управления, реализующая полученную модель на основании вычисления скорости агента, представлена на рисунке 7.

Пятая глава «Определение экономической эффективности энергосберегающих режимов сушки зерна». Приведены результаты техникоэкономического сравнения вариантов нерегулируемой ЭСВ и системы автоматического управления (САУ), выполненной на основе применения энергосберегающих режимов сушки.

САУ обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 30 %, соответственно экономию текущих затрат за счет энергетической составляющей на 2,5 руб/т.

Сокращение срока сушки и повышения класса зерна овса обеспечивают более высокую цену реализации, расширение рынка и удовлетворение его потребностей в экологически чистом зерне, позволяют получить дополнительный доход 488 тыс. руб. при рассматриваемом объеме обрабатываемого зерна.

Срок окупаемости инвестиций на САУ не превышает одного года; чистый дисконтированный доход (ЧДД) за 5 лет системы автоматического управления составляет 7474,5 тыс. руб. Приведенные критерии показывают экономическую эффективность внедрения энергосберегающей технологии электрокалориферной сушки овса в ворохе.

Выводы:

1. Анализ существующих технологий и технических средств сушки зерна показал, что для крестьянско-фермерских хозяйств одним из путей снижения себестоимости овса является использование энергосберегающей и экологически безопасной технологии, основанной на применении электрокалориферной сушилки вороха (ЭСВ).

2. На основе теоретической модели академика А.В. Лыкова обоснованы параметры экспериментальных исследований (влажности воздуха Wв, %; скорости агента сушки v, м/с; мощности электрических подогревателей P, кВт;

экспозиции сушки , ч). Энергосбережение для плотного зернового слоя на ЭСВ может быть достигнуто за счет интенсификации процесса в период постоянной скорости и периодических отключений установки в период падающей скорости.

3. Разработаны методика эксперимента и установка (патент на полезную модель № 58007), моделирующая технологический процесс сушки вороха. Получены уравнения регрессии, позволившие определить энергосберегающие режимы:

Эобщ = 584 кВт·ч/т для Wв = 60% при v = 2,4…3,6 м/с, P = 1,2 кВт, = 16,0 ч;

Эобщ = 829 кВт·ч/т для Wв = 80% при v = 2,4…3,6 м/с, P = 0,4 кВт, = 46,4 ч.

4. Разработана конструкция электрокалориферной сушилки вороха для крестьянско-фермерских хозяйств: универсальная, мобильная, обеспечивающая получение экологически чистой продукции. На основе предложенных энергосберегающих режимов разработан алгоритм управления ЭСВ и автоматическая система управления, позволяющие снизить удельное потребления электроэнергии 1,7 кВт·ч / т.

5. Технико-экономическое сравнение вариантов нерегулируемой ЭСВ и системы автоматического управления показало экономию текущих затрат на 2,5 руб/т за счет снижения энергетических затрат на процесс сушки овса.

6. Предложенные технические средства обеспечат хозяйству чистый дисконтированный доход 7474,5 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК 1. Пат. на изобретение № 2304874 Российская Федерация. Устройство для сушки зернообразных продуктов активным вентилированием / Н.В. Цугленок, Т.Н. Бастрон, Н.М. Чирухина. – Опубл. 27.08.2007. Бюл. № 24.

В других изданиях 2. Чирухина, Н.М. Рациональные режимы сушки зерна активным вентилированием / Т.Н. Бастрон, Н.М. Чирухина // Красноярск.

Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: мат-лы VIII Всерос. науч.-практ. конф. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2007. – С. 265–268.

3. А. с. № 58007, МПК А 01 F 25/08. Устройство для сушки зернообразных продуктов активным вентилированием / Т.Н. Бастрон, Н.М. Чирухина. – Опубл. 10.11.06. Бюл. № 31.

4. Определение энергоэффективных режимов сушки зерна / Т.Н. Бастрон, У.Ф. Джан, Н.М. Чирухина // Воронеж: Высокие технологии энергосбережения: тр. междунар. школы-конференции. – Воронеж: Кварта, 2005. – С. 164–167.

5. Чирухина, Н.М. Разработка теоретических основ расчета энергоэффективных режимов процесса сушки зерна / Т.Н. Бастрон, Н.М. Чирухина // Энергетика и энергосбережение: прил. к «Вестнику КрасГАУ»:

сб. ст. / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2005. – Вып. 3. – С. 87–90.

6. Чирухина, Н.М. Методика определения энергоэффективных режимов сушки зерна активным вентилированием / Т.Н. Бастрон, Н.М. Чирухина // Красноярск. Энергоэффективность: достижения и перспективы: мат-лы V науч.-практ. конф. / Красноярск: Изд-во КГТУ, 2004. – С. 71–74.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.

Подписано в печать 26.04.2012. Формат 60х84/16. Бумага тип. № Печать – ризограф. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 17Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 1






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.