Viljan kuivatuksessa säästöjä nopeasti ProAgria Pirkanmaa

Transkriptio

1 Viljan kuivatuksessa säästöjä nopeasti ProAgria Pirkanmaa prof. Jukka Ahokas Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta Maataloustieteiden laitos

2 Viljan kuivaus:

3 Lisää energiansäästötutkimuksia:

4 Tulossa olevia

5 Öljyntarve l/ha Haketarve m3/ha Kuivaamistarve Kuivauksessa materiaalista poistetaan vettä Jokaista haihdutettua vesikiloa kohden tarvitaan 0,15 l polttoöljyä Hehtaarin sadon kuivaamiseen tarvitaan viljan kosteudesta riippuen l öljyä Öljy l/ha Hake m3/ha 140 1, , ,8 60 0,6 40 0,4 20 0, Viljan kosteus %

6 Kuivaus Poistettava vesimäärä on: M vpoisto M sato wa w 1 w a l M vpoisto M sato w a w l = poistettava vesimäärä = loppukosteudessa w l oleva satomäärä (normaalisti 13 %) = kuivauksen alkukosteus (wb) = kuivauksen loppukosteus (wb)

7 Esimerkki Hehtaarisato on 3500 kg ja puintikosteus on 20 %. Poistettava vesimäärä on 3500*(0,2-0,13/(1-0,2)= 306 kg. Tähän tarvitaan öljyä n 46 l. Jos vilja korjataan 500 ha alalta, n 150 tonnia vettä pitää poistaa viljasta. Tähän tarvitaan n l öljyä vuosittain. Jos kuivataan hakkeella, tarvitaan 270 m 3 haketta.

8 Lämminilmakuivurin kapasiteetti Kuivurin kapasiteetti pitää laskea kokonaisuutena, jolloin siihen vaikuttavat mm Kuivurin tilavuus Uunin teho Elevaattoreiden tehot Puskurivaraston käyttö Jäähdytyssiilon käyttö Kuivuriautomatiikka Erän kuivausaika/vuorokausirytmi Viljan kosteus Viljojen kypsymisaika Jos ajatellaan koko viljankorjuuketjua, kuivuri ei saisi hidastaa sadonkorjuuta

9 Kuivauspäivät Kuivauseriä vuorokaudessa on keskimäärin 2 kpl Puintikelpoisia päiviä on keskimäärin 16 kpl korjuukautena Jos kuivurin kapasiteetin pitää olla puintikapasiteetin suuruinen, saadaan esim. 16 pv ja 2 erää/pv = 32 erää/satokausi Koko korjattavan sadon pitäisi siten mahtua 32 erään.

10 Uunin koko Uunin koon valinnassa vaikuttavat seuraavat asiat: Liian suuri nopeus (suuri ilmamäärä) vie jyviä poistoilman mukana Lämpötilan nousu, puhallusilman määrä ja uunin teho ovat toisistaan riippuvia Mitä suurempi ilmamäärä puhaltimella on, sitä nopeammin kosteus poistuu P uuni = q m ΔT Uunin teho P uuni riippuu kuivauslämpötilasta ja uunin ilmamäärästä.

11 Uunin tehon vaikutus 40 m 3 kuivuri ja kuivauslämpötila 70 C

12 Lämpötila C Viljan jäähdytys Kuivauslämpötila Viljan lämpötila Poistoilman lämpötila Aika H Kuivausilman lämpeneminen kesti 7 min, kuivaus 7 h ja jäähdytys 1 h. Jäähdytys tarvitsee lähes aina saman ajan, kuivumisaika riippuu viljan alkukosteudesta. Tässä tapauksessa säästettäisiin 1 h aika, jos jäähdytyssiilo olisi erillinen.

13 Säästömahdollisuuksia Kuivauksen energian kulutusta on teknisesti mahdollista vähentää jopa yli 50% Öljystä voidaan luopua siirtymällä uusiutuviin polttoaineisiin - Vilja voidaan kuivata kokonaan kotimaisella polttoaineella Kuivaamisesta voidaan kokonaan luopua jos käytetään muita säilöntätapoja Hyötyykö viljelijä tästä taloudellisesti Talous on eri asia kuin energiansäästö! Sähkö (8,9 snt/kwh) Polttoöljy (68,9 snt/l) 8 % 10 % 16 % 200 hl 32 % Korko (5%) Poisto (poistoajat: koneisto 15 ja rakennus 25 vuotta) Vakuutus ja kunnossapito (1,5%) Polttoöljy (68,9 snt/l) Sähkö (8,9 snt/kwh) Työ

14 Energian säästö Öljypolttimen säätö, vaikutus 0 15 % Kuivaus hyvän sään aikaan, vaikutus 0 20 % Kuivurin eristäminen, vaikutus % Korkea kuivauslämpötila, vaikutus % Ylikuivaamisen välttäminen, vaikutus 10-20% Poistoilman lämmön talteenotto, vaikutus jopa yli 50 %

15 Polttimen säätäminen Laskentaperuste Vilja-ala 100 ha Puintikosteus 22 % Varastointikosteus 13 % Sato 3500 kg/ha Öljypolttimen säätö, vaikutus 0 15 % Energiansäästö Kustannus 400 Säästö 5,0 % Säästö /v 190 Takaisinmaksuaika v 2,1

16 Savukaasuhäviö % Öljynpolton hyötysuhde 30,0 Savukaasuhäviöt 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 CO2 pitoisuus % , Savukaasulämpötila C Polttimen ilmamäärän säätö vaikuttaa Savukaasujenlämpötilaan CO 2 pitoisuuteen häviöihin

17 Kuivaaminen hyvän sään aika Ilmaa lämmitettävä 55 C 15 C 70 C 5 C Tässä esimerkissä kylmällä säällä tarvitaan lähes 20% enemmän energiaa! Ilmaa lämmitettävä 65 C

18 Ilman kosteus Lämpötila C Kuivausolosuhteet Helsinki Elokuu % Syyskuu % Lokakuu % Elokuu C Syyskuu C Lokakuu C Kellonaika

19 Eristäminen Kuivurin eristäminen, vaikutus % Energiansäästö Kustannus 2000 Säästö 10,0 % Säästö /v 379 Takaisinmaksuaika v 5,3 20 C - 20 C 70 C 10 C Talo Kuivuri Eristäminen lyhentää myös kuivausaikaa!

20 Pintalämpötiloja Kuivurin puhallusilman puoleisen päädyn pintalämpötilat ovat n C Tästä aiheutuu W/m 2 lämpövirta 10 m 2 peltipinta aiheuttaa 2 3 kw lämpöhäviön Puhallusputken pintalämpötilat ovat C ja lämpövirta on W/m 2 5 m pitkän ja 0,63 m halkaisijaltaan olevan putken vaipan ala on n 10 m 2 ja lämpöhäviö on 4 5 kw

21 Eristäminen

22 Tuloksia Alustavia syksyn 2011 koetuloksia Erä Alkukosteus [%] Kaasun kulutus eristämättömässä kuivurissa [m3] Kaasun kulutus eristetyssä kuivurissa [m3] Energian säästö [%] , , Keskiarvo 20 %

23 Korkea kuivauslämpötila Korkea lämpötila nopeuttaa kosteuden siirtymistä jyvässä Kuuma ilma pystyy sitomaan enemmän vettä viljasta Lämpötilan nosto Pienentää energian kulutusta Lisää kuivurin kapasiteettia Lisää kuivurin lämpöhäviöitä eristys nousee tärkeäksi Siemenviljaa ja leipäviljaa ei saa kuivata liian kuumalla ilmalla

24 Tuloksia kuivausilman lämpötilan noston vaikutuksesta Lähde: Suomi et al Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarvike 31.

25 Viljan lämmönkestävyyteen vaikuttaa Viljan kosteus. Hyvin kostean viljan kuivuessa jyvään syntyy jännityksiä, jotka voivat rikkoa jyvän rakenteen ja aiheuttavat vaurioita Lämmölle altistumisaika. Jyvä lämpenee nopeasti kuivausilman lämpötilaan ja vauriot lisääntyvät, jos altistumisaika pitenee. Kuivurin rakenne. Rakenne ja toimintatapa ratkaisevat kuinka kauan jyvä altistuu korkealle Rehuvilja lämpötilalle. Viljalaji tai -lajike. Viljalajike vaikuttaa viljan kestävyyteen.

26 Kuivauslämpötilan vaikutus ohran itävyyteen Kuivausilman lämpötila 119 C, nopea kierto Korkea lämpötila tuhoaa itävyyden! Lähde: Suomi et al Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarvike 31.

27 Kuivauksen hyötysuhde Kuivaukselle voidaan laskea hyötysuhde, esimerkiksi lämpötilahyötysuhde on helppo todeta kuivaus- (T k ), poisto- (T p ) ja ulkoilman (T u ) lämpötilojen avulla T T T k k T T p u T k T p T u

28 Power/Loss kw Kuivurin lämpöhäviö Heat power 140 Lämpenemisen aiheuttama häviö Kuivauksen aiheuttama häviö Drying time min Heat loss

29 Kuivuminen

30 Lämmön talteenotto Poistoilman lämpöä voidaan käyttää imuilman lämmittämiseen Hyöty jopa 50 % Hankala toteuttaa ja kallis Kuivausilman pölyt vaikeuttavat lämmönvaihdinten toimintaa

31 Tällä kuivurilla päästään yli 50% energian säästöön Energian säästö

32 Kotimainen polttoaine Hake Polttoaine pitää varata ennakkoon Vaatii investointeja, uusi uuni, automaattinen polttoaineen syöttö, automaattinen tuhkan poisto Biopolttoöljy Voidaan hyödyntää nykyisiä uuneja Kannattavaa vain jos saadaan rouhe käytettyä Vilja Huonokuntoisen viljan käyttö lämmitykseen Onko viljan poltto eettisesti hyväksyttävää? Lämpökeskuksen hyödyntäminen Kuivurin tehontarve on paljon suurempi kuin rakennusten tehon tarve => lämpökeskuksen lämmöllä voidaan vain auttaa kuivuria Vesipattereiden ja lämpöputkien asentaminen on kallista

33 Hake Biopoltin Etupesä, voidaan liittää nykyiseen öljykattilaan Joudutaan hankkimaan uusi uuni Teho öljykäyttöä alhaisempi

34 Hakkeen kannattavuus Viljamäärä Vilja-ala 100 ha Puintipäiviä vuodessa 15 Puintikosteus 25 % 33,3 db Eriä/vrk 2 Varastointikosteus 13 % 14,9 db Eriä vuodessa 30 Sato 3500 kg/ha 14 % kosteudessa Eräkoko kg 16 m3 Varastoinnissa Vettä 455 kg Kuiva-ainetta 3045 kg Puitaessa Vettä 1015 kg Kokonaismäärä Poistettava vesimäärä 4060 kg 560 kg Vihreällä merkittyihin ruutuihin voit syöttää uudet arvot! Pölttoöljy PÖ tarve 0,12 kgpö/kgh2o PÖ tarve 67,2 kg/ha Hyötysuhde 0,9 PÖ ρ 0,835 kg/l PÖ tarve 80 l/ha 793 kwh/ha PÖ tarve koko alalla 8048 l kwh PÖ hinta 1 /l PÖ kustannus 8048 PÖ lämpösisältö 42,5 MJ/kg 11,8 kwh/kg 9,9 kwh/l 0,10 /kwh Kuivurin eristäminen 2000 Vaihtoehdot Hake 0 /m3 Puupelletti 0,26 /kg Vilja 0,1 /kg Energiansäästö Investointikustannus Uusi hakeuuni Uusi uuni Uusi uuni Kustannus 2000 Polttoainevarasto 3000 Polttoainevara sto 3000 Polttoainevarasto 2000 Säästö 10,0 % Hakkuri 5000 Hakkuri 0 Yhteensä Yhteensä Yhteensä Polttoaine Kosteus 30 % Kosteus 10 % Kosteus 14 % Säästö /v 805 Tiheys 200 kg/m3 Tiheys 800 kg/m3 Tiheys 700 kg/m3 Takaisinmaksuaik a v 2,5 Lämpöarvo 12,6 MJ/kg Lämpöarvo 16,9 MJ/kg Lämpöarvo 16,9 MJ/kg 3,5 kwh/kg 4,7 kwh/kg 4,7 kwh/kg 698 kwh/m kwh/t Hyötysuhde 0,8 Hyötysuhde 0,8 Hyötysuhde 0,8 Määrät Määrä 1,28 m3/ha Määrä 0,19 t/ha Määrä 169 kg/ha Määrä 128 m3 Määrä 19 t Määrä kg Hinta 0 Hinta 4956 Hinta 1694 Säästö /v Säästö /v Säästö /v 6354 Säästö /v 805 Takaisinmaksuaika v Tak.maksuaika v 4,1 9,1 Tak.maksuaika v 4,2 Tak.maksuaika v 2,5

35 Halkouuni Työläitä, ei nykyaikaa, paloturvallisuus?

36 Kylmäilmakuivaus Kuluttaa 1/4:n lämminilmakuivauksen energiamäärästä Hyvä vastaanotto-kapasiteetti voidaan hyödyntää parhaat puintikelit "Varastokuivuri" Pitkä kuivausaika Vilja ei hiodu alempi hl-paino Vilja ei kierrä jatkuvasti esipuhdistimen kautta enemmän roskia Ei kauppakelpoista viljaa ilman lisälämpöä Soveltuu huonosti, jos on monia lajeja ja lajikkeita

37 Kylmäilmakuivaus Jos viljakerroksen paksuus > 1m keskipakopuhallin välttämätön Märkä vilja yli 60 cm kerroksessa kuorettuu ja pintakerros homehtuu Paksuissa kerroksissa viljan sekoittaminen on välttämätöntä Suuri kuivuri suuri liitäntäteho polttomoottorikäyttöinen puhallin lisälämpöä Rationaalinen viljan käsittely edellyttää koneistamista kylmäilmakuivuri on hankala koneistaa halvalla investointikustannukset nousevat

38 Kylmäilmakuivuri SAMI-kuivaussiilot Kuivaussiilo toimii automaattisesti logiikan ohjaamana. Kuivauksen alkaessa ohjataan puhallin päälle, jonka jälkeen siilon keskellä olevassa puhalluskanavassa liikkuvan sulkutulpan korkeutta ohjataan saavuttamaan säädetty painetaso. Määrätyn välein viljamassaa kierrätetään siilossa käyttämällä yhtäaikaisesti poisto- ja täyttökuljettimia.

39 Lisätietoa