Способ комбинированного сжигания топлива в зерносушилках
TYPE OF COMBINED FUEL CONSUMPTION IN GRAIN DRIER

Способ относится к сжиганию низкореакционного топлива, преимущественно растительных отходов, может быть применен в сельском хозяйстве, в деревообрабатывающей промышленности.
Известен способ сжигания жидкого топлива в воздухоподогревателе сушилки, согласно которому жидкое топливо из форсунки поступает в камеру сгорания, продукты сгорания проходят через теплообменник, нагревают наружный воздух, который поступает в сушилку, и выводятся. Известно также устройство для его осуществления, содержащее осевой вентилятор, дутьевой вентилятор, камеру сгорания с теплообменником и форсунку (Ровный Т.А. Исследование и обоснование параметров расчета и проектирования тепловентиляционных установок (воздухоподогревателей) для сушки сельскохозяйственных продуктов: Автореф. … канд. техн. наук. - М.: 1965. - 19 с.).
Известные способ и устройство работают на жидком топливе и имеют резерв повышения экономичности процесса сушки за счет использования растительных отходов после обработки основных культур.
Известен способ сжигания низкореакционного  твердого топлива, согласно которому его подают в топочную камеру ближе к устью ввода высокореакционного  жидкого или газообразного топлива. Происходит смешение, воспламенение и устойчивое горение твердого топлива (Шницер И.Н. Технология сжигания топлива в пылеугольных котлах. - СПб.: Энергоатомиздат, 1994. - С. 95-98).
Этот способ наиболее близок по технической сущности к заявленному и принят за прототип.
Недостаток известного способа заключается в необходимости постоянного сжигания высокореакционного топлива для восполнения дефицита теплоты при сжигании влажных растительных отходов.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности сушки семян и зерна.
Поставленная задача решается тем, что в способе комбинированного сжигания, заключающемся в том, что в топочную камеру, совмещенную с теплообменником, подают низкореакционное твердое топливо и высокореакционное жидкое (газообразное) топливо, согласно изобретению высокореакционное топливо подают периодически с временем подачи:
,
и с временем паузы:
,
где G - масса теплообменной части топочной камеры, кг;
c - теплоемкость материала камеры, кДж/кг⋅°С;
2
α - коэффициент теплоотдачи, составляющий 42 Вт/м °С;
2
F - ее теплообменная поверхность, м;
1
T - температура топочных газов от сжигания высокореакционного топлива на входе в теплообменнике, °С;
1
2
t, t - максимальная и минимальная температура нагрева теплообменника, °С;
0
где t - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива, при этом в качестве низкореакционного топлива используют лузгу подсолнечника.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена установка для комбинированного сжигания топлива в зерносушилках.
Устройство включает бункер 1 твердого топлива, дозатор 2, вентилятор 3 первичного дутья, вентилятор 4 вторичного дутья, жидкостную (газовую) горелку 5, топочная камера 6, теплообменник 7, вентилятор 8 теплообменника, дымосос 9, коллектор 10, диффузор 11 сушилки, сушилку 12.
Устройство функционирует следующим образом.
Низкореакционное твердое топливо из бункера 1 через дозатор 2 вентилятором 3 нагнетают в топочную камеру 6, где оно воспламеняется и сгорает. Для поддержания оптимального избытка воздуха α=1,2…1,35 вентилятором в камеру 6 подают вторичное дутье. При сжигании низкореакционного топлива периодически форсункой 5 в камеру 6 подают жидкое (газообразное) топливо. Продукты сгорания поступают в теплообменник 7 и охлажденными выбрасываются в атмосферу. Наружный воздух засасывается вентилятором 8 в теплообменник 7, подогревается и через коллектор 10 и диффузор 11 поступает в сушилку 12.
Способ осуществляют следующим образом - в топочную камеру постоянно подают твердое и периодически жидкое (газообразное) топливо, причем периоды подачи и паузы определяют по формулам.
Время подачи высокореакционного топлива можно вычислить из баланса теплоты при сжигании этого топлива и изменения энтальпии камеры за тот же промежуток времени:
α(T-t)Fdτ=Gcdt,
2
где G, F - масса теплообменной части (кг) и теплообменная поверхность (м) топочной камеры;
2
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м °С;
с - теплоемкость материала топочной камеры, кДж/кг⋅°С;
Т, t - температура топочных газов при сжигании высокореакционного топлива на входе в теплообменник и теплообменника, °С.
Отсюда время подачи высокореакционного топлива:
,
1
2
где t, t - максимальная и минимальная температура теплообменника, °С (Тинькова С.М., Прошкин А.В., Сторожев Ю.И. Задачи по теплотехнике. Учеб. пособие: - Красноярск: ГАЦМиЗ, - 1996. - 98 с.).
1
2
При подаче продуктов сжигания низкореакционного топлива происходит охлаждение теплообменника с температуры t до t и соответственно время паузы составит:
,
0
где t - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива на входе в теплообменнике, °С.
1
Учитывая периодическое охлаждение теплообменника, величину t, можно записать в виде:
1
д
t=t+Δtк,
д
где t - допустимая температура нагрева материала теплообменника, °С;
Δt - приращение его температуры, °С;
т
к - коэффициент снижения температуры газов в теплообменнике,  (где t - средняя температура газа, поступающая в теплотехническое устройство (сушилку), °С.
Соответственно минимальная температура теплообменника:
2
д
t=t-Δtк.
Пример 1. При осциллирующей сушке зерна, когда периодически в слой зерна в колонковой или шахтной зерносушилках подают подогретый и неподогретый (слабо подогретый) агент сушки, достигается энергосбережение до 20% по удельным затратам тепла при непревышении допустимой температуры нагрева зерна. Повышение температуры агента сушки при осциллирующей сушке по сравнению с сушкой при постоянной температуре может достигать Δt=15-20°C без ущерба качеству зерна. Применительно к заявленному способу температура топочных газов на входе в теплообменник может составить:
1
д
t=t+Δtк;
2
д
t=t-Δtк,
ос
п
oc
п
где Δt=t-t=15-20°C - приращение температуры, °С (где t, t - температура агента сушки при осциллирующем и постоянном температурном режиме, °С);
к - коэффициент снижения температуры газа в теплообменнике, .
д
д
При этом необходимо принять во внимание, что допустимая температура нагрева элементов теплообменника ограничена величиной t, например, из хромоникелевых сплавов t=650°С (Справочник теплоэнергетика, под редакцией О.Н. Багирова и З.Л. Берлина, - М.: Металлургия, 1982. - 328 с.).
При охлаждении зерна, когда в слой подаются топочные газы с низкой температурой, соответственно на величину Δtк должен быть охлажден теплообменник, в этом случае будут исключены деформации и разрушение его узлов.
Пример 2. К низкореакционному топливу относят отходы деревообрабатывающей и лесозаготовительной промышленности, местные и иные виды топлив, а также растительные отходы послеуборочной переработки сельскохозяйственных культур, теплота сгорания которых в сухом состоянии не превышает 13-15 МДж/кг.
На Борисоглебском маслозаводе топочный блок на растительных отходах ТБР-2,0 в агрегате с сушилкой СЗТ-30 использовали на сушке семян подсолнечника. Непрерывно сжигали лузгу подсолнечника с теплотворной способностью  и периодически жидкое топливо с .
Теоретическая температура при сжигании топлива определяется:
,
где  - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;
п
с - теплоемкость топочных газов, кДж/кг⋅°С;
о
V - теоретическое количество воздуха на сжигание 1 кг топлива, кг/кг;
дисс
_
Q теплота диссоциации (определяется таблично), кДж/кг.
теор
В качестве жидкого топлива для сушилок в основном используются технический керосин и печное бытовое, теоретическая температура горения которых t≈2000°С.
теор
Теоретическая температура горения твердого топлива при ; t=824°С.
1
0
Д
1
T
T
0
oc
п
1
2
В действительности температура будет на 25% ниже, т.е.: T=1500°C; t=620°С; приняли t=650°С. С целью безопасной эксплуатации теплообменника из хромникелевых сплавов температуру топочных газов при сжигании жидкого топлива снизили до T=1200 С°, а для эффективного охлаждения температуру топочных газов при сжигании твердого топлива снижают путем подачи избытка воздуха. Фактическая температура топочных газов на входе в теплообменник определяется с учетом избытка воздуха α, при α=2,6 получим t=240°C, при Δt=t-t=105-90=15°С;  получим t=795°С; t=506°С.
Коэффициент теплоотдачи определим из
,
0
где V - скорость газов при температуре воздуха, приведенная к 0°С и 760 мм рт. ст., м/с
,
t
1
где V - скорость при температуре t, °С; d - диаметр канала, м.
кон
При обычных условиях в печах, давлении 1 атм и скорости дымовых газов или воздуха до 10 м/с коэффициент α достигает ~40 кал/м ч (Мамыкин П.С., Стрелов В.К. Топки, печи, сушила // Гос. научно-техн. издат. литерат. по черной и цветной металлургии. - Свердловск. - 1950. - с. 116-117).
t
0
кон
2
При V=6 м/с; V=1,1 м/с; d=0,8 м; α~42 Вт/м °С.
ср
2
Топочный блок ТБР - 2,5 имеет габариты: длина - 5 м, средний диаметр Д=0,9 м, соответственно теплообменная поверхность F=13 м, а теплообменная масса, которая подвержена периодическим изменениям температуры может быть определена как
G=Fρв*, кг,
2
0
под
пауза
0
0
где F=13 м; ρ - удельная масса, ρ=1700 кг/м; в* - глубина прогрева обмуровки ; τ=(τ+τ)/2, ч; Т - определяющая температура Т=Δtк (Мамыкин П.С., Стрелов В.К. Топки, печи, сушила// Гос. Науч-но-техн. издат. литерат. по черной и цветной металлургии. - Свердловск. - 1950. - c. 140).
3
с
При цилиндрической форме топочного блока можно записать , (где в* - глубина прогрева блока при переменной работе). Также примем с=1 кДж/кг⋅°С, ρ - плотность шамота, ρ=1700 кг/м. Предварительно примем для прогрева в*=0,05 м, Т=108°С. При охлаждении величина в* снижается пропорционально температурному напору Δt. Получим после вычислений  и .
Окончательно получим:
,
2
1
1
2
0
где G, F - масса теплообменной части (кг) и теплообменной поверхности (м) топочной камеры; с - теплоемкость материала топочной камеры, кДж/кг⋅°С; T- температура топочных газов при сжигании высокореакционного топлива и на входе в теплообменник, °С; t t - максимальная и минимальная температура теплообменника, °С; t - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива при входе в топочный блок (лузга).
За счет замещения жидкого топлива лузгой, которая не имеет стоимости, расход топлива для сушилки производительностью 25 т/ч будет снижен на:
;
T
T
где G - расход топлива, G=200 кг/ч.
;
т
т
где G - расход жидкого топлива, G=200 кг/ч.
Проверка.
; . Значение  близко к принятому.