Шахтная сушильная камера

(51) 26 17/12 (2006.01) 01 25/08 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ поперечному сечению. При этом каналы разделены по высоте воздухонепроницаемыми перегородками на отдельные секции, которые в соседних каналах смещены на подсекции относительно друг друга с обеспечением этим возможности многократного реверсного перетекания агентов сушки и охлаждения сквозь слой зерна между соседними каналами от входного коллектора до выходного и тем самым эффективным использованием энергии сушильного агента и повышением равномерности распределения влажности в конечной продукции. Зерно в шахту загружается сверху и под действием силы тяжести перемещается сверху вниз, проходя сначала зону сушки, где полностью высушивается, а затем поступает в зону охлаждения, где постепенно охлаждается до температуры близкой к окружающей среде, отдавая при этом агенту охлаждения накопленное в нем тепло для последующей его рекуперации.(72) Шишкин Андрей Аркадьевич Шишкин Аркадий Александрович(73) Акционерное общество КазНИИ энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина(57) Приведено описание шахтной сушильной камеры, предназначенной для послеуборочной сушки зерновых культур,отличающейся повышенной энергоэффективностью и качеством высушенной продукции. Камера представляет собой вертикальную шахту призматической или круглой формы, разделенную по вертикали на две зоны сушильную и охладительную с размещенными внутри вертикальными предпочтительно круглыми каналами с перфорированными стенками,равномерно распределенными по внутреннему Изобретение относится к устройствам для сушки сыпучих материалов активным вентилированием и может быть применено при создании шахтных сушилок, вентилируемых бункеров и других активно вентилируемых емкостей для послеуборочной обработки и хранения зерна. Известно устройство для активного вентилирования зерна (Бункер А.с. СССР 1611263 А 1, кл. А 01 25/08, 1990). Устройство включает вентилируемую емкость и смежный с ней воздухораспределительный коллектор в виде подводящей камеры, которая имеет с емкостью общую стенку, соединенные с этой камерой средства в виде вентилятора и воздухонагревателя, а также закрепленные в емкости ряды воздухораспределяющих элементов в виде ярусов коробов, смещенных относительно друг друга. Каждый короб выполнен открытым снизу и с одного торца для прохода вентилирующей среды. Открытые торцы подводящих коробов соединены с подводящей камерой, а отводящие коробы через отверстия в стенке емкости сообщены с атмосферой. Поскольку данное устройство снабжено только подводящими камерами, они не позволяют обеспечить реверсивное вентилирование, т.е. переменную по направлению продувку зерна,повышающее равномерность его сушки и охлаждения в емкостях сушильных камер. Кроме того, размещенные в шахте короба создают препятствия на пути зерна и тем самым застойные зоны и повышенное механическое воздействие на контактирующее с ними зерно, что приводит к частичному повреждению поверхности зерна,неравномерности сушки и снижению качества конечного продукта. Известна шахтная зерносушилка (Окнин Б.С.,Горбачев И.В., Терехин А.А., Соловьев В.М.(Машины для послеуборочной обработки зерна. М. Агропромиздат, 1987, с. 128-131, 137). Она выполнена в виде расположенных рядом двух вентилируемых шахт, общую подводящую камеру между ними и две отводящие камеры,примыкающие к стенкам шахт с противоположных сторон от подводящей камеры, средства для создания в каждой шахте потоков вентилирующей среды, а также расположенные в каждой из шахт воздухораспределительные элементы в виде один над другим ряды открытых снизу и с одного торца коробов (газопроводов), закрепленных в соседних рядах и соединенных с камерами так, что газопроводы нечетных рядов сообщены через отверстия в их открытых торцах с одной камерой,например с подводящей, а четных - с другой, то есть с отводящей. Средства в виде вентилятора и топки(теплогенератор) для создания потоков подогретой вентилирующей среды в емкостях. Это устройство имеет недостаток, состоящий в расположении подводящей и отводящей камер с противоположных сторон каждой из шахт, что исключает или существенно затрудняет организацию реверсивного вентилирования,поскольку потребует для этого сложной системы дополнительных трубопроводов, что усложнит 2 конструктивное решение,повысит материалоемкость и стоимость такой камеры. Как и в предыдущем случае, конструктивное исполнение и размещение в камере воздухораспределяющих элементов в виде коробов не обеспечивает необходимого качества конечного продукта из-за неравномерного распределения в нем влажности и механического повреждения поверхности зерна вследствие повышенных механических нагрузок на него при движении и контакте с препятствиями в шахте сушильной камеры. Известно устройство для вентилирования зерна или другого сыпучего материала (Патент 2121258, 26 17/12, А 01 25/08 опубл. 10.111998 г.). Устройство включает хотя бы одну вентилируемую емкость, подводящую и отводящую камеры, имеющие с емкостью общие стенки,средства для создания в емкости потоков вентилирующей среды, соединенные, по меньшей мере, с одной из камер, а также расположенные в емкости один над другим ряды открытых снизу и с одного торца газопроводов, закрепленных с интервалами, смещенных относительно друг друга в соседних рядах и соединенных через отверстия в их открытых торцах с одной из камер, например, с подводящей, и с другой, - отводящей. При этом в одном из вариантов отводящая камера расположена выше или ниже подводящей и снабжена промежуточными патрубками, соединенными с подводящей или отводящей камерой. Данное устройство обеспечивает возможность организации реверсивной продувки материала путем подвода исходной и отвода отработавшей вентилирующей среды в емкости, а также частично устраняет недостатки рассмотренных выше аналогов. К недостаткам данного устройства следует отнести недостаточную степень использования сушильного агента и его утилизации,сложность конструктивного решения и эксплуатационного обслуживания,а также повышенную металлоемкость и, следовательно,стоимость. Известно техническое решение (прототип) в виде шахтной зерносушилки (Патент 2120092 26 17/12 опубл. 10.10.1996 г.), работа которой также основана на перемещении высушиваемого материала под действием силы тяжести. Данным решением предусмотрена возможность подмешивания отработавшего в зонах охлаждения воздуха в свежий сушильный агент, минуя топку, с возможностью регулирования разрежения и расхода утилизируемого воздуха с повышением степени его использования. В данной шахтной зерносушилке, содержащей вертикальные шахты для зерна с сушильными и охладительными зонами,снабженными подводящими и отводящими воздухораспределительными коробами,примыкающими к боковым стенкам шахт и подключенными к отводящим коробам охладительной и нижней части сушильной зон,топку и вентиляторы с воздуховодами, каждая из камер в верхней части снабжена регулируемой перегородкой и соединена воздуховодом с одним из вентиляторов сушильных зон, а в нижней части имеет окна с регулируемым сечением с помощью поворотных жалюзи. К недостаткам технического решения можно отнести неравномерность сушки в случае увеличения объема сушильной камеры либо ограниченность сушилки небольшими ее размерами,а также - недостаточную полноту использования сушильного агента и охлаждающего воздуха. Недостаток обусловлен тем, что, как установлено на практике,оптимальной толщиной вентилируемого слоя для таких культур, как пшеница, является слой в пределах 25-30 см. при котором обеспечивается равномерное распределение влажности в конечном продукте. Поэтому увеличение толщины вентилируемого слоя при расширении объема и производительности такой сушилки может привести к снижению равномерности сушки на различных участках. Кроме того, отсутствие дифференцированного реверсирования потока сушильного агента по высоте зоны сушки также приводит к неравномерности его просушки в разных участках шахты и недостаточно полному использованию потенциальных возможностей сушильного агента. Цель изобретения - повышение равномерности сушки и степени использования сушильного агента и охлаждающего воздуха. Поставленная цель достигается тем, что в шахтной зерносушилке, содержащей вертикальную шахту с зонами сушки и охлаждения, снабженными воздухораспределительными элементами,с распределительными коллекторами, вентиляторами и воздухоподогревателем, с вспомогательными воздуховодами с регулируемыми шиберами,соединенными с вентилятором зоны сушки в верхней части камеры и зоны охлаждения в нижней ее части, загрузочным бункером вверху и выпускным устройством внизу,воздухораспределительные элементы выполнены предпочтительно в форме цилиндрических каналов вертикально закрепленных внутри рабочего объема шахты с равномерным распределением их по ее поперечному сечению. Каналы имеют перфорированные стенки и внутри разделены по высоте на отельные секции воздухонепроницаемыми перегородками, при этом разделительные перегородки каждого из каналов приходятся на средину секции ближайших окружающих его каналов (т.е., соседние каналы смещены по высоте относительно друг дуга на полсекции). При этом каналы являются одновременно как подводящими сушильный (и охлаждающий) агент, так и отводящими и подключены в нижней части зоны сушки к коллектору нагретого сушильного агента,сообщенному с вентилятором и воздухоподогревателем, а в верхней части сушильной зоны - к сборному выходному коллектору, подключенному к вентилятору, выход которого сообщен с окружающей атмосферой. В качестве альтернативного варианта утилизации тепла расположение концов данных каналов возможно непосредственно перед сборным коллектором, поверхность которого в этом случае перфорирована для отсоса отработанного сушильного агента из каналов. В нижней части зоны охлаждения аналогичные каналы подключены к коллектору холодного воздуха, сообщенному с дутьевым вентилятором атмосферного воздуха, а в верхней части данной зоны (зоны охлаждения) торцы их размещены перед коллектором нагретого воздуха. Возможно также размещение дополнительного сборного коллектора,подключенного к воздухоподогревателю. Сопоставительный с прототипом анализ указывает на отличия в совокупности конструктивных элементов и их взаимосвязи с известными решениями,что обеспечивает предложению соответствие критерию новизна. Промышленная применимость обусловлена широким использованием сушильных камер шахтного типа для послеуборочной сушки сельскохозяйственной продукции. Исследования уровня техники указывают на отличия в конструктивных элементах камеры, не являющиеся очевидными для специалиста сушки,что соответствует изобретательскому уровню. Рассмотрим, влияние каждого из указанных отличий на достижение поставленной цели. Выполнение и расположение воздухораспределительных элементов в виде вертикальных предпочтительно цилиндрических каналов постоянного сечения,равномерно распределенных по сечению рабочего объема камеры обеспечивает одинаковые условия сушки и охлаждения зерна в пределах поперечного сечения камеры на каждом из ее участков, а также снижение до минимума препятствий, встречающихся на пути перемещающегося высушиваемого зерна, устраняет условия для возникновения застойных зон и механических повреждений зерна, приводящих к неравномерности сушки и снижению товарного качества конечного продукта. Выполнение воздухораспределительных каналов с перфорированными стенками с делением внутренней полости каналов по высоте воздухонепроницаемыми перегородками на отдельные секции и расположением разделительных перегородок соседних каналов таким образом, что местоположение перегородок каждого из каналов приходятся на средину секции окружающих его каналов (т.е., секции соседних каналов смещены по высоте относительно друг дуга на полсекции) обеспечивает возможность многократного периодического реверсирования потоков сушильного(и охлаждающего) агентов с повышением равномерности распределения влажности в конечном продукте а также расширение функциональных возможностей для данных каналов в выполнении ими одновременно функций как подводящих, так и отводящих каналов с многократным чередованием данных функций по высоте. Последнее в совокупности с перемещением зерна под действием силы тяжести обеспечивает 3 необходимые условия для равномерной сушки зерна и равномерного распределения влажности в конечном продукте, а также повышения степени использования сушильного агента. Таким образом,указанные отличия обеспечивают достижение поставленной цели, а также функциональные возможности данного решения в повышении производительности сушильного оборудования шахтного типа путем увеличения рабочего объема камеры со снижением при этом удельных затрат на сушку зерна без снижения качества высушенной продукции. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 схематично показаны основные элементы предлагаемой шахтной зерносушильной камеры, приведенной в продольном разрезе на фиг.2 взаимное расположение воздухораспределительных каналов в продольном сечении шахты и схематично иллюстрируется процесс многократного реверсирования потока сушильного агента и охлаждающего воздуха между воздухораспределительными каналами на фиг.3 приведены блок-схемы процесса утилизации тепла сушильного агента а) - рекуперация тепла с незначительным подогревом охлаждающего воздуха в воздухоподогревателе б) - рекуперация тепла подмешиванием отработанного охлаждающего воздуха к нагретому воздухоподогревателем воздуху на фиг.4 в качестве примера приведено взаимное расположение воздухораздающих и воздухосборных секций каналов в отдельном выбранном поперечном сечении (в поперечном сечении следующих секций выше и ниже картина распределения меняется на обратную). Сушильная камера 1 включает вертикальную шахту 2 с зоной сушки 3 и зоной охлаждения 4, с равномерно распределенными по поперечному сечению шахты 2 воздухораспределительными каналами 5 (в зоне сушки) и 6 (в зоне охлаждения),выполняющими одновременно роль воздухораздающих и воздухосборных каналов сушильной камеры 2. Каналы 6 подключены в нижней части зоны охлаждения 4 к распределительному коллектору 7, сообщенному с вентилятором холодного атмосферного воздуха 8, а в нижней части зоны сушки 3 каналы 5 подключены к распределительному коллектору нагретого воздуха 9, подключенному к вентилятору нагретого воздуха 10, сообщенному с воздухонагревателем 11. В верхней части зоны сушки верхние концы каналов 5 подключены к сборному выходному коллектору 12, подключенному к вытяжному вентилятору 13. Воздухораспределительные каналы 5 и 6 поделены по высоте воздухонепроницаемыми перегородками 14 на равные секции 15, поверхности которых перфорированы сквозными отверстиями 16, сообщающими внутренний объем каждой из секций 15 каналов 5 и 6 с объемом шахты 2,заполненной зерном. При этом размер сквозных отверстий 16 меньше минимального размера зерен высушиваемой культуры. Расстояние между ближайшими соседними каналами в предпочтительном случае также выбираются в 4 соответствии с назначением данной камеры,например, для сушки пшеницы, как показывает практика, предпочтительным является расстояние между каналами 25-30 см, а для кукурузы 70-80 см. Продольный размер секции 15 (в данном случае ее высота) в предпочтительном случае превышает на 10-20 расстояние между каналами. Сушильная камера содержит также вспомогательные воздуховоды 17 с регулирующими расход задвижками (шиберами) 18 и выпускное устройство 19 для высушенного зерна. Для утилизации отработанного в зоне охлаждения воздуха в верхней части зоны охлаждения имеется дополнительный сборный коллектор 20,подключенный к воздухоподогревателю 11, как схематично показано на фиг.3 а. Процесс сушки осуществляется следующим образом. В процессе непрерывного перемещения зерна сверху вниз внутри камеры и его сушки из загрузочного бункера (не показан) на сушку постоянно поступает свежее зерно в верхнюю часть зоны сушки 3 (показано стрелкой), где сначала вентилируется отработавшим сушильным агентом,уже вобравшим в себя достаточное количество тепла на предыдущих этапах, но еще способным вобрать в себя часть влаги со свежей наиболее влажной продукции и передать ей накопленное тепло. Затем при продвижении вниз зерна под действием тяжести оно активно вентилируется сушильным агентом в прямом и обратном(реверсном) режиме в пространстве между соседними каналами 5 в зоне сушки 3. При этом его температура постепенно повышается, а влажность снижается. В результате при выбранной скорости перемещения зерна, и других параметров сушки,определяемых начальной влажностью зерна, при достижении им распределительного коллектора нагретого воздуха 9, влажность зерна достигает заданного уровня, после чего зерно поступает в зону охлаждения 4, где продолжает перемещаться в пределах данной зоны,вентилируемое первоначально воздухом нагретым в результате теплообмена с зерном на предыдущих этапах его охлаждения с постепенным снижением его температуры по мере продвижения зерна к месту его выпуска из камеры. При достижении выпускного устройства 19 и выгрузке его в сборный бункер (не показан) зерно достигает заданной кондиционной влажности и температуры близкой к окружающей. При этом температура воздуха,использованного для охлаждения данного зерна,напротив, повышается при незначительной его влажности (поскольку зерно поступает в зону охлаждения высушенным). Потому тепло,содержащееся в данном воздухе, может быть эффективно утилизировано, например, подачей его на вход воздухоподогревателя 11 с дополнительного сборного коллектора 20 отработанного охлаждающего воздуха для незначительного подогрева с последующим использованием его в зоне сушки. Другим возможным способом утилизации данного воздуха может быть подмешивание его непосредственно в сушильной камере к нагретому воздуху для кондиционирования последнего применительно к конкретным условиям с целью экономии расхода нагретого воздуха(фиг.3 б). Рассмотрим теперь более детально процесс сушки по предлагаемому техническому решению. Как следует из описания и показано на фиг.1,сушильный агент (например, подогретый воздух) и охлаждающий агент(атмосферный воздух) подаются соответственно вентиляторами 10 и 8 на распределительные коллекторы 9 и 7, посредством которых данные рабочие агенты затем равномерно распределяются по воздухораспределительным каналам 5 и 6 соответственно. Под действием избыточного давления, создаваемого дутьевыми вентиляторами 10 и 8, с одной стороны, и разрежения, создаваемого вытяжным вентилятором 13, происходит перемещение сушильного и охлаждающего агентов снизу вверх соответственно по каналам 5 и 6 в зонах 3 и 4 шахты 2 навстречу потоку зерна. При этом,поскольку воздухонепроницаемые перегородки 14 препятствует дальнейшему продвижению агента сушки по каналам 5 и агента охлаждения по каналам 6, данные агенты под действием градиента давления(по пути наименьшего сопротивления) перетекают в близрасположенные соседние каналы 5 (и 6) сквозь перфорированные отверстия 16 в стенке данных каналов и слой зерна между каналами, как показано на фиг.2. При этом, нагретый воздух в зоне сушки 3 и холодный воздух в зоне охлаждения 4,перемещаясь сквозь слой зерна, в первом случае отбирают у него часть влаги и передают часть своего тепла (подсушивая его и подогревая,стимулируя тем самым повышение интенсивности сушки на следующем этапе), а во втором случае (в случае охлаждения) - забирая у нагретого и высушенного зерна часть его тепла (и тем самым постепенно охлаждая его в соответствии с требованиями технологии сушки). Достигнув близрасположенных соседних каналов 5 в зоне сушки (или каналов 6 в зоне охлаждения), данные агенты одинаковым образом через его перфорированную стенку попадают сначала в нижнюю половину вышерасположенных секций 15,откуда под действием перепада давления без сопротивления перетекают в верхнюю половину этих секций до очередной непроницаемой перегородки 14, препятствующей дальнейшему движению вверх по данному каналу 5 (или 6). Далее ситуация повторяется, но с перемещением сушильного (и охлаждающего) агентов в обратном направлении - к близрасположенным соседним каналам 5 (или 6) с реверсным (т.е., обратным) пересечением и вентилированием слоя зерна между данными каналами, забирая дополнительную порцию влаги и передавая зерну дополнительную порцию тепла (в зоне сушки), а в зоне охлаждения постепенно охлаждая высушенное нагретое зерно. Такое попеременное реверсное движение сушильного и охлаждающего агентов по мере их продвижения от начала каждой из зон (сушки и охлаждения) к концу повышает эффективность процесса сушки в шахтной сушильной камере тем,что повышает равномерность распределения влажности в конечном продукте и его качественные характеристики и при этом дополнительно повышает эффективность использования сушильного и охлаждающего агентов путем рекуперации тепла, как схематично показано на фиг.3(а,б). В итоге предлагаемая шахтная зерносушильная камера позволяет повысить товарное качество высушенного зерна с более равномерным распределением в нем остаточной влажности и снижением механических повреждений зерна, с одновременным повышением степени использования сушильного агента и, следовательно,снижением затрат энергии на сушку зерна. Существенно также, что данное конструктивное решение позволяет повышать производительность сушильной камеры для сушки конкретных зерновых культур увеличением ее объема и количества воздухораспределительных каналов с обеспечением при этом оптимальных условий сушки путем сохранения оптимальных расстояний между соседними каналами для сушки любой зерновой культуры, что позволит существенно сократить удельные затраты энергии на сушку сельскохозяйственной продукции. При этом, корпус сушильной камеры, например,в призматическом варианте может быть выполнен из доступного на рынке такого конструкционного материала, как теплоизолированные сэндвич-панели любого требуемого размера. При этом,воздухораспределительные каналы могут быть выполнены,например,из тонколистового оцинкованного перфорированного металла,предпочтительно в виде отдельных сборных секций с перегородками для удобства транспортирования и монтажа камеры требуемой производительности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шахтная сушильная камера, содержащая вертикальную шахту для зерна с зонами сушки и охлаждения,снабженными подводящими и отводящими воздухораспределительными элементами,с воздухораспределительными коллекторами,вентиляторами,воздухоподогревателем,воздуховодами с регулируемыми шиберами, соединенными с вентилятором сушильной зоны в верхней части камеры и зоны охлаждения в нижней ее части,загрузочным бункером и выпускным устройством,отличающаяся тем, что воздухораспределительные элементы выполнены в форме вертикальных,например цилиндрических каналов постоянного поперечного сечения,закрепленных внутри рабочего объема камеры с равномерным распределением их по поперечному сечению камеры,являющихся одновременно как подводящими, так и отводящими сушильный (и охлаждающий) агент, и подключенными в нижней части зоны охлаждения к коллектору холодного вентилятором атмосферного воздуха, а в нижней части сушильной зоны - подключенными к коллектору нагретого сушильного агента,сообщенному с воздухоподогревателем и вентилятором нагретого воздуха, а в верхней части сушильной зоны - к вытяжному вентилятору,сообщенному с окружающей атмосферой, причем стенки данных каналов перфорированы отверстиями с размером меньше минимального размера зерен высушиваемой зерновой культуры и сообщающими внутренний объем каналов с объемом шахты, а сами каналы при этом внутри разделены по высоте воздухонепроницаемыми перегородками на равные секции, при этом взаимное расположение перегородок в каналах осуществлено таким образом,что перегородки каждого из каналов приходятся на средину секции ближайших окружающих его каналов. 2. Шахтная сушильная камера по п.1,отличающаяся тем, что расстояние между соседними каналами в камере, предназначенной для сушки пшеницы, не превышают 30 см, а для сушки кукурузы - 80 см, вне зависимости от размера и производительности камеры. 3. Шахтная сушильная камера по п.п.1 и 2,отличающаяся тем,что теплоизолированный призматический корпус камеры выполнен, например, из сэндвич-панелей, а каналы из тонколистового оцинкованного перфорированного металла,собранные из отдельных секций с встроенными в них перегородками.