viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä · pdf filevarastointi...
TRANSCRIPT
www.helsinki.fi/yliopisto
Viljankäsittelyntehostaminen tulevaisuuden
yksiköissäJukka Ahokas & Hannu Mikkola
Maataloustieteiden laitosHelsingin yliopisto
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 1
www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivauksen tehostamisen perusperiaatteet
3.10.2013 2Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
Suurennetaan laitteiden kokoa
Hankitaan useita kuivureita
3.10.2013 3Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
Viljan vesipitoisuuden ja lämpötilan vaikutus
turvalliseen varastointiaikaan
(Kosmina 1956, Bewer 1957, ref. Agena 1961)
www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivauskapasiteetti
o Kuivauskapasiteetti on kokonaisuus, johon vaikuttavat:o Kuivurin tilavuuso Uunin tehoo Elevaattoreiden tehoto Tuuletettavan puskurivaraston käyttöo Jäähdytyssiilon käyttöo Kuivuriautomatiikkao Erän kuivausaika/vuorokausirytmio Viljan kosteuso Viljojen tuleentumisaika
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 4
www.helsinki.fi/yliopisto
Poistettavan vesimäärän laskeminen
a
lasatovpoisto w
wwMM100
Mvpoisto = Poistettava vesimäärä
Msato = Loppukosteudessa wl olevan sadon määrä, kg
wa = Alkukosteus, %
wl = Loppukosteus, %
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 5
www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivaamistarveo Jokaista poistettua vesikiloa kohti tarvitaan
1,4 desilitraa öljyä o Jos puintikosteus on 20 %, sato on kuivana 3 500 kg (13,5 %)
Vettä on haihdutettava 284 kg ja kuivaamiseen tarvitaan:o 40 l polttoöljyäo 0,5 m3 (30 %) hakettao 110 kg viljaa (25 % kosteus)
o Jos vilja korjataan 500 ha alalta, vettä pitää haihduttaa 142 tonnia. Tähän tarvitaan n. 20 000 l öljyä vuosittain. Jos kuivataan hakkeella, tarvitaan 250 m3 haketta (30 %). Viljaa tarvittaisiin 55 000 kg.
6
3.10.2013 7Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
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 korjuu-päiväkerroin on 0,35 16 korjuupäivää. Puintipäivän pituus on 8 h/vrk => 128 h käytettävissä.
Laine A. 1996. Konekapasiteetin mitoitus ja konekustannukset viljan ja nurmirehun tuotannossa. TTS julkaisuja 349.
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 7
www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivauspäivät ja kuivurin kapasiteetti
• Keskimäärin kaksi kuivauserää vuorokaudessa
• Jos kuivurin kapasiteetin pitää vastata puinti-kapasiteettia, saadaan esim. 16 pv ja 2 erää/pv = 32 erää/satokausi
• Koko korjattavan sadon pitäisi siten mahtua 32 erään.
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 8
0
200
400
600
800
1000
1200
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 100 200 300 400 500hl/e
rä
kg/e
rä
ha
Erän koko, kg Erän koko, hl
www.helsinki.fi/yliopisto
Uunin tehontarve, kun korjuuala on 1 – 30 ha/päivä
3.10.2013 9Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
Oletukset:• Viljaa 4000 kg/ha
kuivana 13,5 %• Kaksi erää/vrk,
uunissa lämpö 20 h/vrk
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30
Uun
in t
ehon
tarv
e, k
W
Korjuuala päivässä, ha
Alkukosteus 18 %
Alkukosteus 22 %
www.helsinki.fi/yliopisto
Uunin koko
3.10.2013 10Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
www.helsinki.fi/yliopisto
Uunin teho MMM-RMO C2.2 mukaan
3.10.2013 11Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0200400600800
10001200140016001800
0 200 400 600 800 1000 1200
Uun
in t
eho,
kW
/m3
Uun
in t
eho,
kW
Kuivurin tilavuus, hl
P, kW P, kW/m3
www.helsinki.fi/yliopisto
Polttoaineen tarve m3/h
3.10.2013 12Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 200 400 600 800 1000
Poltto
aine
enta
rve,
m3 /
h
Uunin teho, kW
Öljy
Hake, 15 %
Hake, 40 %
Palaturve
Olki
www.helsinki.fi/yliopisto
Mittaustuloksia kauraerän kuivauksesta v. 2001
13Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0
20
40
60
80
100
120
140
10:2
810
:34
10:4
010
:46
10:5
210
:58
11:0
411
:10
11:1
611
:22
11:2
811
:34
11:4
011
:46
11:5
211
:58
12:0
412
:10
12:1
612
:22
12:2
812
:34
12:4
012
:46
12:5
212
:58
13:0
4
kg°C, % Rh
Kello
Kaura 19.9.2001Viljan alkukosteus 20 %, kuivausasetus 100 °C
Tulolämpö
Ulkokosteus
Ulkolämpö
Poistolämpö
Poistokosteus
Vaaka kg
Lähde: Suomi, P, Lötjönen, T., Mikkola, H., Kirkkari, A-M. & Palva, R. 2003. Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarviketalous 31. 100 s.
www.helsinki.fi/yliopisto
Energiansäästömahdollisuuksia
oKuivauksen energian kulutusta on teknisesti mahdollista vähentää jopa yli 50%
oKuivaamisesta voidaan kokonaan luopua, jos käytetään muita säilöntätapoja
oÖljystä voidaan luopua siirtymällä uusiutuviin polttoaineisiin - vilja voidaan kuivata kokonaan kotimaisella polttoaineella
oHyötyykö viljelijä tästä taloudellisesti – talous on eri asia kuin energiansäästö!
14
www.helsinki.fi/yliopisto
Energian säästö
oÖljypolttimen säätö, vaikutus 0 – 15 %oKuivaus hyvän sään aikaan, vaikutus 0 – 20 %oKuivurin eristäminen, vaikutus 10 – 20 %oKorkea kuivauslämpötila, vaikutus 10-15 %oYlikuivaamisen välttäminen, vaikutus 10-20%oPoistoilman lämmön talteenotto, vaikutus jopa
yli 50 %
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 15
www.helsinki.fi/yliopisto
Polttimen säätäminen
Öljypolttimen säädön, vaikutus 0 – 15 %
Laskentaperusteet Vilja-ala 100 haPuintikosteus 22 %Varastointikosteus 13 %Sato 3500 kg/ha
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 16
Energiansäästön takaisinmaksuaika
Kustannus polttimen säädöstä 400 €Energiansäästö, 5 % 270 €Takaisinmaksuaika 1,5 vuotta
Öljyn hinta 1 €/lÖljyä kuluu vuodessa 5 700 l
www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivaaminen hyvän sään aikana
70 C
15 C
5 C
Tässä esimerkissä kylmällä säällä
tarvitaan lähes 20% enemmän energiaa!
Ilmaa lämmitettävä 55°C
Ilmaa lämmitettävä 65°C
3.10.2013
Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
17
www.helsinki.fi/yliopisto
Helsinki
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 4 8 12 16 20 24
Kellonaika
Ilman
kos
teus
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Läm
pötil
a C
Elokuu % Syyskuu % Lokakuu % Elokuu C Syyskuu C Lokakuu C
Kuivausolosuhteet
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 18
www.helsinki.fi/yliopisto
Viljan taspainokosteus
3.10.2013 19Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100
Vilja
n ta
sapa
inok
oste
us, %
Ilman suhteellinen kosteus (RH), %
Ohra
Kaura
Vehnä
www.helsinki.fi/yliopisto
EristäminenVaikutus 10 – 20 %
20 C - 20 C 70 C 10 C
Talo KuivuriEristäminen lyhentää myös kuivausaikaa !
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 20
Kuivurin eristäminenKustannus 2000 €Säästö, 10 % 540 €
Takaisinmaksuaika 3,7 vuotta
www.helsinki.fi/yliopisto
Eristäminen
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 21
www.helsinki.fi/yliopisto
o Kuivurin tuloilmapuolen päädyn pintalämpötilat ovat n 30 – 50°C
o Tästä aiheutuu 200 – 300 W/m2
lämpövirtao 10 m2 peltipinta aiheuttaa 2 – 3 kW
lämpöhäviöno Tuloilmaputken pintalämpötilat
ovat 50 – 60°C ja lämpövirta on 400 – 500 W/m2
o 5 m pitkän ja 0,63 m halkaisijaltaan olevan putken vaipan ala on n 10 m2
ja lämpöhäviö on 4 – 5 kW
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 22
Pintalämpötiloja
www.helsinki.fi/yliopisto
Syksyn 2011 tuloksiaeristämisen vaikutuksesta
Erä Alku-kosteus[%]
Kaasun kulutuseristämättömässäkuivurissa [m3]
Kaasun kulutuseristetyssäkuivurissa [m3]
Energiansäästö [%]
1 24 209 182 132 21 209 156 25
3 22 144 134 7
4 17 99 71 285 15,5 78 65 17
6 19,5 128 98 23
7 16 72 51 29Keskiarvo 20 %
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 23
www.helsinki.fi/yliopisto
Korkea kuivauslämpötila
o Korkea lämpötila nopeuttaa kosteuden siirtymistä jyvässä
o Kuuma ilma pystyy sitomaan enemmän vettä viljastao Lämpötilan nosto:o Pienentää energian kulutusta o Lisää kuivurin kapasiteettiao Lisää kuivurin lämpöhäviöitä – eristys nousee
tärkeäksio Siemenviljaa ja leipäviljaa ei saa kuivata liian
kuumalla ilmalla3.10.2013
Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 24
www.helsinki.fi/yliopisto
Tuloksia kuivausilmanlämpötilan noston vaikutuksesta
Lähde: Suomi et al. 2003. Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja
elintarviketalous 31.
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 25
www.helsinki.fi/yliopisto
Viljan lämmönkestävyyteen vaikuttavato 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.
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 26
www.helsinki.fi/yliopisto
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.
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 27
www.helsinki.fi/yliopisto
Kylmäilmakuivaus
o Kuluttaa 1/4:n lämminilmakuivauksen energiamäärästäo Hyvä vastaanottokapasiteetti voidaan hyödyntää parhaat
puintikelit "Varastokuivuri"o Pitkä kuivausaikao Vilja ei hiodu alempi hl-painoo Vilja ei kierrä jatkuvasti esipuhdistimen kautta enemmän
roskiao Ei kauppakelpoista viljaa ilman lisälämpöäo Soveltuu huonosti, jos on monia lajeja ja lajikkeitao Paksu kerros vaatii suuren puhallintehon ja viljan kierrättämisen
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 28
T1
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; 13.3.2009
www.helsinki.fi/yliopisto
Yhteenveto
o Kuivauskapasiteettiin tarpeeseen vaikuttavat vilja, sää ja vuorokaudessa kuivattavien erien määrä
o Energian säästäminen:o Eristä kuumat pinnato Käytä korkeita kuivauslämpötiloja – älä kuitenkaan pilaa
satoao Älä ylikuivaao Kuivaa hyvän sään aikana ja vältä yökuivausta
o Vaihda kotimaiseen polttoaineeseen, jos se on taloudellisesti järkevää
3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 29