Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä Jukka Ahokas & Hannu Mikkola Maataloustieteiden laitos Helsingin yliopisto

Transkriptio

1 Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä Jukka Ahokas & Hannu Mikkola Maataloustieteiden laitos Helsingin yliopisto ravikeskus

2 Kuivauksen tehostamisen perusperiaatteet Suurennetaan laitteiden kokoa Hankitaan useita kuivureita Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

3 Viljan vesipitoisuuden ja lämpötilan vaikutus turvalliseen varastointiaikaan (Kosmina 1956, Bewer 1957, ref. Agena 1961) Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

4 Kuivauskapasiteetti o Kuivauskapasiteetti on kokonaisuus, johon vaikuttavat: o Kuivurin tilavuus o Uunin teho o Elevaattoreiden tehot o Tuuletettavan puskurivaraston käyttö o Jäähdytyssiilon käyttö o Kuivuriautomatiikka o Erän kuivausaika/vuorokausirytmi o Viljan kosteus o Viljojen tuleentumisaika ravikeskus

5 Poistettavan vesimäärän laskeminen M vpoisto M sato w a 100 w l w a M vpoisto = Poistettava vesimäärä M sato = Loppukosteudessa w l olevan sadon määrä, kg w a = Alkukosteus, % w l = Loppukosteus, % ravikeskus

6 Kuivaamistarve o Jokaista poistettua vesikiloa kohti tarvitaan 1,4 desilitraa öljyä o Jos puintikosteus on 20 %, sato on kuivana kg (13,5 %) Vettä on haihdutettava 284 kg ja kuivaamiseen tarvitaan: o 40 l polttoöljyä o 0,5 m 3 (30 %) haketta o 110 kg viljaa (25 % kosteus) o Jos vilja korjataan 500 ha alalta, vettä pitää haihduttaa 142 tonnia. Tähän tarvitaan n l öljyä vuosittain. Jos kuivataan hakkeella, tarvitaan 250 m 3 haketta (30 %). Viljaa tarvittaisiin kg. 6

7 Käytössä olevien korjuupäivien määrä Puintipäivän kriteeri: ilman suhteellinen kosteus 80% Puintipäivän pituus on elokuussa n. 10 h/vrk Puintipäivän pituus on syyskuussa n. 6 h/vrk Puinnit alkavat Etelä-Suomessa keskimäärin 10. elokuuta 10 % tapauksista puinnit ovat alkaneet vasta syyskuussa Esim. Korjuujakso elokuun puolivälistä syyskuun loppuun = 45 vrk. Kriteeri 1 ja 80% todennäköisyys korjuupäiväkerroin on 0,35 16 korjuupäivää. Puintipäivän pituus on 8 h/vrk => 128 h käytettävissä. Laine A Konekapasiteetin mitoitus ja konekustannukset viljan ja nurmirehun tuotannossa. TTS julkaisuja 349. ravikeskus Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus

8 Kuivauspäivät ja kuivurin kapasiteetti kg/erä ha hl/erä Keskimäärin kaksi kuivauserää vuorokaudessa Jos kuivurin kapasiteetin pitää vastata puintikapasiteettia, saadaan esim. 16 pv ja 2 erää/pv = 32 erää/satokausi Koko korjattavan sadon pitäisi siten mahtua 32 erään. Erän koko, kg Erän koko, hl ravikeskus

9 Uunin tehontarve, kun korjuuala on 1 30 ha/päivä 1200 Oletukset: Viljaa 4000 kg/ha kuivana 13,5 % Kaksi erää/vrk, uunissa lämpö 20 h/vrk Uunin tehontarve, kw Alkukosteus 18 % Alkukosteus 22 % Korjuuala päivässä, ha Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

10 Uunin koko Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

11 Uunin teho MMM-RMO C2.2 mukaan Uunin teho, kw ,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Kuivurin tilavuus, hl Uunin teho, kw/m 3 P, kw P, kw/m3 Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

12 Polttoaineen tarve m 3 /h 6,0 Polttoaineen tarve, m 3 /h 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Öljy Hake, 15 % Hake, 40 % Palaturve Olki Uunin teho, kw Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

13 Mittaustuloksia kauraerän kuivauksesta v Lähde: Suomi, P, Lötjönen, T., Mikkola, H., Kirkkari, A-M. & Palva, R Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarviketalous s Kaura Viljan alkukosteus 20 %, kuivausasetus 100 C C, % Rh kg Tulolämpö Ulkokosteus Ulkolämpö Poistolämpö Poistokosteus Vaaka kg 0 10:28 10:34 10:40 10:46 10:52 10:58 11:04 11:10 11:16 11:22 11:28 11:34 11:40 11:46 11:52 11:58 12:04 12:10 12:16 12:22 12:28 12:34 12:40 12:46 12:52 12:58 13:04 Kello 0 Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan 13

14 Energiansäästömahdollisuuksia o Kuivauksen energian kulutusta on teknisesti mahdollista vähentää jopa yli 50% o Kuivaamisesta voidaan kokonaan luopua, jos käytetään muita säilöntätapoja o Öljystä voidaan luopua siirtymällä uusiutuviin polttoaineisiin - vilja voidaan kuivata kokonaan kotimaisella polttoaineella o Hyötyykö viljelijä tästä taloudellisesti talous on eri asia kuin energiansäästö! 14

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

16 Polttimen säätäminen Laskentaperusteet Vilja-ala 100 ha Puintikosteus 22 % Varastointikosteus 13 % Sato 3500 kg/ha Öljypolttimen säädön, vaikutus 0 15 % Energiansäästön takaisinmaksuaika Öljyn hinta 1 /l Öljyä kuluu vuodessa l Kustannus polttimen säädöstä 400 Energiansäästö, 5 % 270 Takaisinmaksuaika 1,5 vuotta Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus

17 Kuivaaminen hyvän sään aikana 15 C Ilmaa lämmitettävä 55 C Tässä esimerkissä kylmällä säällä tarvitaan lähes 20% enemmän energiaa! 70 C 5 C Ilmaa lämmitettävä 65 C Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

18 Kuivausolosuhteet Helsinki Elokuu % Syyskuu % Lokakuu % Elokuu C Syyskuu C Lokakuu C Ilman kosteus Lämpötila C Kellonaika 0 ravikeskus

19 Viljan taspainokosteus Viljan tasapainokosteus, % Ilman suhteellinen kosteus (RH), % Ohra Kaura Vehnä Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus Jokimaan

20 Kuivurin eristäminen Eristäminen Vaikutus % Kustannus 2000 Säästö, 10 % 540 Takaisinmaksuaika 3,7 vuotta 20 C - 20 C 70 C 10 C Talo Kuivuri Eristäminen lyhentää myös kuivausaikaa! ravikeskus

21 Eristäminen ravikeskus

22 Pintalämpötiloja o Kuivurin tuloilmapuolen päädyn pintalämpötilat ovat n C o Tästä aiheutuu W/m 2 lämpövirta o 10 m 2 peltipinta aiheuttaa 2 3 kw lämpöhäviön o Tuloilmaputken pintalämpötilat ovat C ja lämpövirta on W/m 2 o 5 m pitkän ja 0,63 m halkaisijaltaan olevan putken vaipan ala on n 10 m 2 ja lämpöhäviö on 4 5 kw ravikeskus

23 Syksyn 2011 tuloksia eristämisen vaikutuksesta Erä Alkukosteus [%] Kaasun kulutus eristämättömässä kuivurissa [m3] Kaasun kulutus eristetyssä kuivurissa [m3] Energian säästö [%] , , Keskiarvo 20 % Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus

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

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

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

27 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 Lämpökeskuksen hyödyntäminen Kuivurin tehontarve on paljon suurempi kuin rakennusten tehon tarve => lämpökeskuksen lämmöllä voidaan vain auttaa kuivuria Vesipattereiden ja lämpöputkien asentaminen on kallista. ravikeskus

28 T1 Kylmäilmakuivaus o Kuluttaa 1/4:n lämminilmakuivauksen energiamäärästä o Hyvä vastaanottokapasiteetti voidaan hyödyntää parhaat puintikelit "Varastokuivuri" o Pitkä kuivausaika o Vilja ei hiodu alempi hl-paino o Vilja ei kierrä jatkuvasti esipuhdistimen kautta enemmän roskia o Ei kauppakelpoista viljaa ilman lisälämpöä o Soveltuu huonosti, jos on monia lajeja ja lajikkeita o Paksu kerros vaatii suuren puhallintehon ja viljan kierrättämisen ravikeskus

29 Dia 28 T1 Kylmäilmakuivauksen energiankulutus on 0,35 kwh/haihdutettu vesi-kg. Lämminilmakuivauksessa kuluu polttoöjyä 0,14 l/haihdutettu vesi-kg ja sähköä 0,103 kwh/haihdutettu vesikilo. Tekijä;

30 Yhteenveto o Kuivauskapasiteettiin tarpeeseen vaikuttavat vilja, sää ja vuorokaudessa kuivattavien erien määrä o Energian säästäminen: o Eristä kuumat pinnat o Käytä korkeita kuivauslämpötiloja älä kuitenkaan pilaa satoa o Älä ylikuivaa o Kuivaa hyvän sään aikana ja vältä yökuivausta o Vaihda kotimaiseen polttoaineeseen, jos se on taloudellisesti järkevää ravikeskus