СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА В ШАХТНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DISTRIBUTION OF GAS IN PIT GRAIN DRYER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике конвективной сушки (охлаждения) дисперсных материалов, например зерна, в плотном слое и может быть использовано в сельском хозяйстве и других отраслях.
Известен способ и устройство распределения газа в шахтных зерносушилках с рядным расположением подводящих и отводящих коробов пятигранной формы с загнутыми внутрь нижними боковыми стенками и устройство для его осуществления (Патент RU 2465049, бюл. №30 от 27.10.2012 г.), включающие подвод газа к зерновому слою через подводящие короба, распределение газа в зерновом слое и отвод отработавшего газа через отводящие короба. Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является низкая интенсивность сушки (охлаждения). Это объясняется:
1. Неравномерным распределением газа в зерновом слое вдоль распределительных коробов (см. Андрианов Н.М. и др. Методы перераспределения потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках / Труды 4-й Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 20II», 20-23 сентября 2011 г.: В 2-х томах. Т. 2. М.: изд-во ФГБОУ ВПО «ИГХТУ», 2011. - С.71-76.). Из-за меньших значений скорости газа в центральной части коробов сушка или охлаждение зерна протекает менее интенсивно. Кроме того, в известном устройстве применены распределительные короба увеличенной длины, что ведет к существенному возрастанию неравномерности распределения газа вдоль коробов и еще больше снижает интенсивность сушки зерна, расположенного в их центральной части.
2. В зерновом слое вдоль коробов наибольшие скорости газа достигаются в их конце у стенки отводящей камеры, а в поперечном под открытой нижней поверхностью коробов. Таким образом, наивысшие (и наиболее опасные) скорости наблюдаются при выходе газа из зернового слоя в отводящие короба в их нижней открытой части, примыкающей к стенке отводящей камеры. Здесь скорости газа приближаются к значениям, при которых зерновой слой переходит в кипящее состояние. Зерна, выброшенные вверх кипящим слоем, могут свободно выталкиваться за пределы сушильной или охладительной камеры через открытые окна отводящих коробов потоком отработавшего газа, выходящего из них. Таким образом, удельная подача газа в сушильную или охладительную камеру ограничена возможностью выноса зерна из нее. Ограничение подачи газа ведет к ограничению интенсивности сушки (охлаждения).
3. Загнутые внутрь нижние боковые стенки коробов и полукоробов обеспечивают узкое пространство для входа газа из зернового слоя в отводящие короба и полукороба. Поскольку скорость газа в указанном слое ограничена переходом зерна в кипящее состояние, а для конкретного вида зерна, эта скорость величина неизменная, сужение нижней открытой поверхности коробов ведет к пропорциональному уменьшению расходов газа через нее. Уменьшение расходов газа в отводящих коробах и полукоробах обеспечивает пропорциональное снижение расходов газа в остальной части сушильного пространства, что ведет к снижению интенсивности сушки или охлаждения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ распределения газа в шахтной зерносушилке и устройство для его осуществления (Патент RU 2269079, бюл.№03 от 27.01.2006) - прототип.
Способ распределения газа в шахтной зерносушилке с рядным расположением подводящих и отводящих коробов преимущественно пятигранной формы с загнутыми внутрь нижними частями их боковых стенок включает подвод газа к зерновому слою через подводящие короба, равномерное распределение газа в зерновом слое по длине коробов и отвод отработавшего газа через отводящие короба, причем газ, поступающий от вышерасположенных подводящих коробов к нижерасположенным отводящим коробам, отводят от зернового слоя через их перфорированные боковые стенки.
Устройство распределения газа в шахтной зерносушилке содержит сушильную или охладительную, подводящую и отводящую камеры, а также расположенные в сушильной или охладительной камере чередующимися рядами подводящие и отводящие короба, преимущественно пятигранной формы, либо полукороба с загнутыми внутрь нижними частями их боковых стенок, подводящие открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, расположенной на противоположной стороне сушильной или охладительной камеры, причем часть площади боковых стенок коробов и полукоробов перфорирована так, что нижняя граница каждой области перфорации совпадает с нижним краем боковой стенки, а верхняя - по ее длине нелинейная и отстоит от нижнего края стенки на расстоянии, обеспечивающем равенство средних значений расходов газа вдоль короба и возможность отвода отработавшего газа, поступающего от вышерасположенных подводящих коробов к нижерасположенным отводящим коробам, через их перфорированные боковые стенки.
Недостатком способа и устройства является низкая интенсивность сушки или охлаждения, ограниченная возможностью выноса зерна из рабочей камеры.
Это объясняется тем, что, несмотря на выравнивание расходов газа в зерновом слое по длине перфорированных коробов и обеспечение возможности отвода отработавшего газа, поступающего от вышерасположенных подводящих коробов к нижерасположенным отводящим коробов через их частично перфорированные боковые стенки, наиболее опасная ситуация по условиям выноса зерна из рабочей камеры по-прежнему складывается в зоне выхода газа из зернового слоя в отводящие короба в их нижней открытой части, непосредственно примыкающей к стенке отводящей камеры.
Дело в том, что в большей части по длине коробов и полукоробов высота области перфорации меньше высоты загнутых внутрь нижних частей их боковых стенок. Поскольку в начале и конце коробов и полукоробов верхняя граница области перфорации непосредственно примыкает к нижнему краю их боковых стенок (то есть высота области перфорации равна нулю), то потоки газа здесь от нижерасположенных подводящих коробов могут втекать в вышерасположенные отводящие короба или полукороба преимущественно только через их нижние открытые поверхности.
Загнутые внутрь нижние части боковых стенок коробов и полукоробов обеспечивают узкое пространство для входа газа из зернового слоя в отводящие короба и полукороба. Поскольку скорость газа в указанном слое ограничена переходом зерна в кипящее состояние, а для конкретного вида зерна эта скорость, величина неизменная, сужение нижней открытой поверхности коробов ведет к пропорциональному уменьшению расходов газа через нее. Уменьшение расходов газа в отводящих коробах и полукоробах обеспечивает пропорциональное снижение расходов газа в остальной части сушильного пространства, что ведет к снижению интенсивности сушки.
В других зонах отводящих коробов (например, в центральной части) область перфорации выше, поэтому большие потоки газа, поступающие от нижерасположенных подводящих коробов, могут втекать в вышерасположенные отводящие короба через их перфорированные боковые стенки. За счет этого скорости газа при выходе из зернового слоя в отводящие короба в их нижней открытой части (в указанной центральной части коробов) существенно уменьшаются.
Таким образом, скорости газа достигают наибольших значений при выходе из зернового слоя в отводящие короба в их нижней открытой части, непосредственно примыкающей к стенке отводящей камеры (там, где высота области перфорации имеет наименьшее значение). Здесь скорости газа приближаются к значениям, при которых зерновой слой переходит в кипящее состояние. Зерна, выброшенные вверх кипящим слоем, могут свободно выталкиваться за пределы рабочей камеры через открытые окна отводящих коробов потоком отработавшего газа, выходящего из них. Таким образом, удельная подача газа в рабочую камеру ограничена возможностью выноса зерна из нее, что ограничивает интенсивность сушки или охлаждения.
Наличие зон, в которых скорости течения газа в зерне значительно превышают скорости газа в остальном сушильном пространстве, обусловливает не только неравномерный нагрев, сушку или охлаждение зерна, но и возможность его перегрева. Это может привести либо к снижению качественных характеристик зерна, либо к необходимости ограничения тепловых режимов сушки, что дополнительно ведет к уменьшению ее интенсивности.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение удельной подачи газа в рабочее пространство шахтной зерносушилки, что обеспечивает интенсификацию сушки или охлаждения зерна и увеличение производительности оборудования.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе газ, поступающий от нижерасположенных подводящих коробов к вышерасположенным отводящим коробам, разделяется на два потока, один из которых отводят от зернового слоя через открытые нижние поверхности отводящих коробов, а второй - через нижние загнутые внутрь перфорированные части их боковых стенок, используя всю площадь их поверхности.
Для этого в устройстве верхняя нелинейная граница каждой  области перфорации боковых стенок коробов либо полукоробов поднята вверх относительно их нижнего края на расстояние, равное высоте их загнутой вверх части.
В предлагаемом способе реализовано перераспределение потоков отработавшего газа, втекающих в вышерасположенные отводящие короба и полукороба от нижерасположенных подводящих коробов. Газ разделяется на два потока, один из которых отводят от зернового слоя через открытые нижние поверхности отводящих коробов, а второй - через нижние загнутые внутрь перфорированные части их боковых стенок, используя всю площадь их поверхности.
Это позволяет за счет отвода максимального количества газа через перфорированные части боковых стенок существенно уменьшить скорости газа в зоне наиболее опасной по условиям выноса зерна - в зерновом слое, расположенном под открытой поверхностью отводящих коробов и полукоробов у стенки отводящей камеры.
В предлагаемом устройстве для обеспечения максимально возможной площади перфорированной поверхности, через которую газ, поступающий от нижерасположенных подводящих коробов, может втекать в вышерасположенные отводящие короба и полукороба, верхняя нелинейная граница области перфорации поднята вверх относительно нижнего края боковых стенок коробов и полукоробов на расстояние, равное высоте их нижней загнутой внутрь части.
Этим обеспечены не только одинаковые условия проникновения газа, поступающего от нижерасположенных подводящих коробов в вышерасположенные отводящие короба и полукороба по всей длине их перфорированных стенок, но и возможность организации максимально возможных потоков газа, направляемых в отводящие короба и полукороба через их перфорированные стенки.
Причем для всех подводящих и отводящих коробов и полукоробов область перфорации выполнена одинаково. Этим достигается одинаковое и симметричное изменение длинны линий тока газа между коробами и полукоробами в сушильном или охладительном пространстве, что обеспечивает сохранение равномерного распределения газа в зерновом слое вдоль коробов, а также простоту и технологичность изготовления предлагаемого устройства.
За счет существенного уменьшения скорости газа в зерновом слое, расположенном под отводящими коробами у стенки отводящей камеры, значительно уменьшается вероятность его перехода в кипящее состояние, а следовательно, вероятность выноса зерна из рабочей камеры сушилки. Этим обеспечивается возможность дополнительного увеличения удельной подачи газа в слой зерна, интенсификация процесса, а следовательно, увеличение производительности оборудования.
Возможность дополнительного безопасного увеличения скорости газа под отводящими коробами обусловливает пропорциональное увеличение удельной подачи газа по всему объему сушилки, что позволяет интенсифицировать сушку или охлаждение во всей рабочей камере.
Устранение зон, в которых скорости течения газа в зерне значительно превышали скорости газа в остальном рабочем пространстве, обусловливает выравнивание нагрева, сушки или охлаждения зерна, что исключает возможность его перегрева, улучшает качество (равномерность) сушки или охлаждения и обеспечивает дополнительные возможности интенсификации процесса.
Возможность интенсификации охлаждения зерна в предлагаемом способе и устройстве реализуется в шахтных сушилках, у которых камеры сушки и охлаждения имеют одинаковое конструктивное исполнение.
Таким образом, в предлагаемом способе и устройстве за счет перераспределения потоков газа и существенного уменьшения его скорости в наиболее опасных по условиям выноса зерна зонах обеспечивается возможность дополнительного увеличения удельной подачи газа по всему объему рабочей камеры сушилки, что ведет к интенсификации процесса и увеличению производительности оборудования.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления показаны на фиг.1 и 2. На фиг.1 показана часть шахтной зерносушилки, поперечный разрез В-В фиг.2; на фиг.2 - продольный разрез А-А фиг.1.
Устройство, реализующее способ, содержит сушильную или охладительную камеру 1, подводящую камеру 2 и отводящую камеру 3. Подводящие 4 и отводящие 5 короба и полукороба 6 размещены в сушильной или охладительной камере 1 чередующимися рядами,  причем подводящие короба 4 открытой торцевой поверхностью 7 соединены с подводящей камерой 2, а отводящие короба 5 открытой торцевой поверхностью 8 соединены с отводящей камерой 3, расположенной на противоположной стороне сушильной или охладительной камеры 1.
Подводящие 4 и отводящие 5 короба имеют преимущественно пятигранную форму, боковые стенки 9 которых выполнены из двух частей - верхней части 10 и нижней части 11, загнутой внутрь короба или полукороба 6.
Часть площади боковых стенок 9 коробов 4, 5 и полукоробов 6 перфорированы путем выполнения в них отверстий, щелей, жалюзи и т.п. Область перфорации 12 боковых стенок 9 коробов и полукоробов ограничена  нелинейной верхней границей 13, их нижним краем 14 и боковыми краями их нижней части 11, имеющими высоту h.
Таким образом, область перфорации 12 занимает всю площадь поверхности нижней части 11 боковой стенки 9 короба либо полукороба и нижнюю часть площади его верхней части 10, непосредственно примыкающую к нижней части 11 боковой стенки 9.
Выполнение верхней границы 13 области перфорации 12 нелинейной обеспечивает равенство средних значений расходов газа в зерновом слое вдоль коробов либо полукоробов (см. патент RU 2269079, бюл. № 03 от 27.01.2006). Характер ее изменения определяется существующей закономерностью распределения газа в сушилках с коробами без перфорации. Так, например в статье (см. Андрианов Н.М. и др. Методы перераспределения потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках / Труды 4-й Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011», 20-23 сентября 2011 г. В 2-х томах. Т.2. М., изд-во ФГБОУ ВПО «ИГХТУ», 2011. - С.71-76) установлено, что скорость газа в зерновом слое в центральной части коробов значительно меньше, чем в их начале и конце. Отсюда вытекает необходимость сохранения неизменных скоростей газа в начале и конце коробов и увеличения скорости в их центральной части. В прототипе данная задача решается изменением толщины продуваемого зернового слоя вдоль коробов, поэтому верхняя граница 13 области перфорации 12 боковых стенок 9 коробов по их длине переменная. В начале и конце коробов там, где скорости газа не должны изменить своих значений, толщину продуваемого зернового слоя сохраняют неизменной, поэтому высота области перфорации здесь достигает минимальных значений. В центральной части коробов там, где необходимо увеличить скорости газа, толщину продуваемого зернового слоя делают меньшей, поэтому высота области перфорации здесь достигает наибольших значений.
Кроме того, выполнение перфорации 12 обеспечивает возможность отвода отработавшего газа, поступающего от вышерасположенных подводящих коробов к нижерасположенным отводящим коробам, через их перфорированные боковые стенки 9.
Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Газ из подводящей камеры 2 поступает в подводящие короба 4 через их открытые торцевые поверхности 7. Далее через открытые поверхности коробов 4 и их перфорированные боковые поверхности 12 газ входит в слой обрабатываемого зерна, нагревает или охлаждает его и поглощает испаренную влагу. Отработавший газ поступает в отводящие короба 5 либо полукороба 6 через их открытые поверхности и перфорированные боковые поверхности 12, а затем через открытые торцевые поверхности 8 коробов 5 либо полукоробов 6 выходит в отводящую камеру 3.
За счет выполнения перфорации 12 боковых стенок 9 коробов 4, 5 и полукоробов 6 в устройстве реализовано перераспределение потоков отработавшего газа, втекающих в отводящие короба 5 и полукороба 6.         Потоки газа, поступающие в зерновой слой от вышерасположенных подводящих коробов 4, втекают в нижерасположенные отводящие короба 5 и полукороба 6 через перфорированные области 12 их боковых стенок 9. Это позволяет существенно уменьшить скорости газа на выходе из зернового слоя в отводящие короба и полукороба в их нижней открытой части.
Газ, поступающий в зерновой слой от нижерасположенных подводящих коробов 4, втекает в вышерасположенные отводящие короба 5 и полукороба 6 двумя потоками, первый из которых втекает через их нижние открытые поверхности, а второй через область перфорации 12 их боковых загнутых внутрь стенок 11.
Выполнение перфорации по всей площади нижней части 11 боковых стенок 9 коробов и полукоробов позволяет отвести от зернового слоя максимально возможное количество газа через перфорированные стенки 11 и тем самым максимально уменьшить расходы газа через нижние открытые поверхности отводящих коробов и полукоробов.
Уменьшение расходов газа через открытые нижние поверхности отводящих коробов и полукоробов позволяет существенно уменьшить скорости газа в зоне наиболее опасной по условиям выноса зерна - в зерновом слое, расположенном под открытыми поверхностями отводящих коробов 5 и полукоробов 6 у стенки отводящей камеры 3.
За счет этого значительно уменьшается вероятность перехода зернового слоя в кипящее состояние, а следовательно, вероятность выноса зерна из рабочей камеры, чем обеспечивается возможность дополнительного увеличения удельной подачи газа в слой зерна, интенсификация процесса, а следовательно, увеличение производительности оборудования.
Возможность дополнительного безопасного увеличения скорости газа под отводящими коробами 5 и полукоробами 6 обусловливает пропорциональное увеличение удельной подачи газа по всему объему рабочего пространства, что позволяет интенсифицировать сушку или охлаждение во всей рабочей камере. За счет повышения интенсивности сушки может быть снижена удельная энергоемкость процесса.
Устранение зон, в которых скорости течения газа в зерне значительно превышали скорости газа в остальном рабочем пространстве, обусловливает выравнивание нагрева и сушки или охлаждения зерна, что исключает возможность его перегрева, улучшает качество (равномерность) сушки или охлаждения и обеспечивает дополнительные возможности интенсификации процесса.
Уменьшение скоростей газа в слоях зерна, расположенных под подводящими и отводящими коробами и полукоробами, дополнительно ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления зернового слоя сушилки в целом и обусловливает снижение затрат энергии на преодоление его сопротивления.
Нелинейная верхняя граница 13 области перфорации 12 по длине коробов 4, 5 и полукоробов 6 позволяет достичь выравнивания средних значений расходов газа в зерновом слое вдоль коробов либо полукоробов (см. патент РФ №2269079, бюл. №03 от 27.01.2006). Причем для всех подводящих 4 и отводящих коробов 5 и полукоробов 6 область перфорации 12 выполнена одинаково. Этим достигается одинаковое и симметричное изменение длинны линий тока газа между коробами и полукоробами в рабочем пространстве сушилки, что обеспечивает не только сохранение равномерного распределения газа в зерновом слое вдоль коробов, но и простоту, и технологичность изготовления устройства.
Возможность интенсификации охлаждения зерна в предлагаемом способе и устройстве реализуется в шахтных сушилках, у которых камеры сушки и охлаждения имеют одинаковое конструктивное исполнение.
Предлагаемый способ может быть использован не только в шахтных сушилках с коробами пятигранной формы с загнутыми внутрь нижними частями их боковых стенок, но и в сушилках других конструкций, у которых поперечное сечение боковых стенок короба имеет, например, форму лемнискаты (см. Фишман И.Л. и др. К обоснованию параметров коробов шахтной зерносушилки / Научные труды ВИСХОМ. Вып.88. - М, 1977, с.98). У таких сушилок боковые стенки коробов также загнуты внутрь, что ведет к появлению аналогичных недостатков. За счет выполнения перфорации по всей площади нижней части боковых стенок коробов можно отводить максимально возможное количество отработавшего газа, поступающего от нижерасположенных подводящих коробов, не через их нижние открытые поверхности, а через их перфорированные боковые стенки. Это также позволит снизить вероятность выноса зерна из камеры сушки и создать условия для увеличения удельной подачи газа в сушильное пространство.
Таким образом, в предлагаемом способе и устройстве за счет перераспределения потоков газа и существенного уменьшения его скорости в наиболее опасных по условиям выноса зерна зонах обеспечивается возможность дополнительного увеличения удельной подачи газа по всему объему камеры сушки или охлаждения зерна, что ведет к интенсификации процесса и увеличению производительности оборудования.