viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä · pdf filevarastointi...

www.helsinki.fi/yliopisto

Viljankäsittelyntehostaminen tulevaisuuden

yksiköissäJukka Ahokas & Hannu Mikkola

Maataloustieteiden laitosHelsingin yliopisto

3.10.2013Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 1


Kuivauksen tehostamisen perusperiaatteet

3.10.2013 2Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013

Suurennetaan laitteiden kokoa

Hankitaan useita kuivureita


Viljan vesipitoisuuden ja lämpötilan vaikutus

turvalliseen varastointiaikaan

(Kosmina 1956, Bewer 1957, ref. Agena 1961)


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



Poistettavan vesimäärän laskeminen

a

lasatovpoisto w

wwMM100

Mvpoisto = Poistettava vesimäärä

Msato = Loppukosteudessa wl olevan sadon määrä, kg

wa = Alkukosteus, %

wl = Loppukosteus, %



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


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.



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.


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


Uunin tehontarve, kun korjuuala on 1 – 30 ha/päivä


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 %


Uunin koko



Uunin teho MMM-RMO C2.2 mukaan


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


Polttoaineen tarve m3/h


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


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.


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


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 %



Polttimen säätäminen

Öljypolttimen säädön, vaikutus 0 – 15 %

Laskentaperusteet Vilja-ala 100 haPuintikosteus 22 %Varastointikosteus 13 %Sato 3500 kg/ha


Energiansäästön takaisinmaksuaika

Kustannus polttimen säädöstä 400 €Energiansäästö, 5 % 270 €Takaisinmaksuaika 1,5 vuotta

Öljyn hinta 1 €/lÖljyä kuluu vuodessa 5 700 l


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


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



Viljan taspainokosteus


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


EristäminenVaikutus 10 – 20 %

20 C - 20 C 70 C 10 C

Talo KuivuriEristäminen lyhentää myös kuivausaikaa !


Kuivurin eristäminenKustannus 2000 €Säästö, 10 % 540 €

Takaisinmaksuaika 3,7 vuotta


Eristäminen



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


Pintalämpötiloja


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 %



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


Tuloksia kuivausilmanlämpötilan noston vaikutuksesta

Lähde: Suomi et al. 2003. Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja

elintarviketalous 31.



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.



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.



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


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


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


viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä · pdf filevarastointi...

Documents