При прийнятті рішення про переведення зерносушарки з природного газу на альтернативне паливо завжди виникають питання:
а) чи не втратить при цьому зерносушарка в продуктивності?
б) якої якості має бути органічне паливо щоб повноцінно замінити природний газ?
Почнемо з процесу сушки.
Процес сушки зерна передбачає видалення із зерна вологи і відведення її у вигляді водяної пари за межі сушарки. Для інтенсифікації випаровування вологи, зерно підігрівається до визначеної технологією процесу температури.
Здатність повітря розчиняти в собі водяну пару прямо залежить від температури. Відносна вологість повітря (%) визначає долю розчиненої в повітрі вологи від її максимально можливої кількості при даній температурі. При охолодженні вологого повітря його відносна вологість зростає. Температура при якій відносна вологість досягає 100% називається точкою роси. Охолодження вологого повітря нижче точки роси призводить до випадіння із нього вологи у вигляді конденсату.
В сушарці зерно нагрівається і віддає вологу, а агент сушки охолоджується, зволожується і залишає сушарку з температурою близькою до точки роси і відносною вологістю близькою до 100%.
Тож простого розрахунку витрати палива через співвідношення теплотворних спроможностей органічного палива і природного газу не вистачить, бо треба ще врахувати кількість вологи у відпрацьованому агенті сушки.
В сушарці на природному газі з прямим нагрівом (агент сушки – суміш повітря з продуктами згоряння) в складі відпрацьованого агенту, крім вологи випареної із зерна, присутня волога із повітря і волога, що утворюється при згорянні палива. При переводі сушарки на органічне паливо (теплогенератор без теплообмінника), до зазначеного переліку додається ще й волога із палива. Для збереження продуктивності при переході на органічне паливо, кількість вологи випареної із зерна має залишитись без змін, а загальна кількість вологи на виході із сушарки не має перевищувати показники для природного газу.
Враховуючи, що вологовміст повітря при температурі +15°С і відносній вологості 70% (стандартні умови при розрахунках зерносушарок) складає лише 0,00756 кг⁄кг сухого повітря, а різниця між витратами повітря через сушарку при використанні природного газу і органічного палива незначна, різниця між кількостями вологи з повітря (на користь природного газу, до речі) буде в рази менше решти складових і до розрахунку її можна не брати.
Тож, з огляду на вищезазначене, m(вод.г)=m(вод.п.1)+m(вод.п.2), де
m(вод.г) – волога, що утворюється при згорянні природного газу;
m(вод.п.1) – волога із органічного палива;
m(вод.п.2) – волога, що утворюється при згорянні органічного палива.
1. Природний газ.
Теплотворна спроможність 8300 ккал/м3 (середня по Україні за даними НАК НАФТОГАЗ), щільність 0,72 кг/м3, основна складова метан (СН4).
Молярна маса вуглецю (С)=12 кг, водню (Н)=1 кг, кисню (О)=16 кг.
Реакція горіння:
При спалюванні природного газу в складі продуктів згоряння утворюється
m(вод.г)=0,72*Qг*36/16=1,62*Qг,кг⁄год води, де Qг,м3⁄год – витрата природного газу.
2. Органічне паливо.
Хімічний склад сухої маси палив рослинного походження приблизно відповідає складу деревини: вуглець (С) 50%, кисень (О) 43%, водень (Н) 6%, домішки 1%. Теплотворна спроможність сухої маси мало залежить від виду палива і складає приблизно 4400 ккал/кг.
Теплотворна спроможність вологого палива, нехтуючи зольністю, визначається як (4400-50*W) ккал⁄кг, де W – вологість палива, %.
Витрату палива визначаємо як добуток витрати природного газу до співвідношення теплотворних спроможностей природного газу і органічного палива: mп=Qг*8300/(4400-50*W),кг⁄год.
Волога із палива m(вод.п.1)=mп*W/100=Qг*8300/(4400-50*W)*W/100,кг⁄год.
Відповідно, суха маса палива m(с.м)=mп-m(вод.п.1)=mп*(1-W/100)=Qг*8300/(4400-50*W)(1-W/100),кг⁄год.
При спалюванні органічного палива в складі продуктів згоряння утворюється
3. Гранична вологість органічного палива.
4. Зольність і сторонні домішки в складі палива.
Формула приблизного визначення теплотворної спроможності органічного палива з урахуванням зольності 44(100-А-1,13*W),ккал⁄кг, де А і W, відповідно, зольність і вологість палива, %. Тобто збільшення зольності зменшує теплотворну спроможність і знижує граничну межу вологості палива.
Зольність до 5% можна до уваги не брати (зольність стовбурової деревини 0,5…1,0%, лушпиння соняшника – 1,0…3,0%), але при використанні палива з більшою зольністю, або з великим вмістом сторонніх домішок (пил, пісок, тощо) гранична межа вологості має бути знижена.
Висновки.
5.1. Враховуючи, що зерносушарки по витраті повітря завжди розраховуються з запасом 5…10%, граничну межу вологості органічного палива можна прийняти 30%.
Свіжоспиляна деревина має вологість 40…60% – в залежності від породи. Вологість деревини після зберігання на відкритому повітрі під навісом протягом не менше шести місяців становить 20…30%, в закритому складі – 15…20%.
5.2. Використання палива з вологістю до 20%, зокрема пелет (вологість 8…10%), забезпечує кращі умови для видалення вологи із зерна ніж при використанні природного газу.
5.3. Можливі наслідки використання палива з вологістю більше 30%:
- зниження продуктивності сушарки;
- перегрів зерна;
- поява конденсату в порожнині сушарки і, як слідство, сторонніх домішок і запаху в зерні.