Szárítástechnológia-alternatív megoldások a szemestermény-szárítók fûtésében

A mezõgazdasági termények betakarítás-kori nedvességtartalma általában magasabb, mint amit a biztonságos tárolás feltételez, így tárolásuk elõtt legtöbbször konvektív módon történõ mesterséges szárításra van szükség. A hõmérséklet alapján beszélünk:



- környezeti levegõvel történõ szellõztetéses szárításról (tsz=10–30°C),

- elõmelegített levegõvel történõ szellõztetéses szárításról (tsz=25–30°C),

- meleg levegõs szárításól (tsz=50–200°C),

- forró levegõs szárításról (tsz=500–1200°C).

A környezeti és elõmelegített levegõvel végzett szellõztetéses szárítás a szálas és szemes terményeknél egyaránt elõfordul. Hazánkban azonban elsõsorban meleg levegõs szárítást alkalmazunk a szemes termények döntõ többségénél. A legnagyobb szárítási feladat a kukoricánál jelentkezik, melynek betakarítási nedvességtartalma mindig magasabb, mint amelynél a veszteségmentes tárolás biztosítható. A betakarított mennyiség is jelentõs, jobb években a 7–8 millió tonnát is eléri. A hazai gazdaságainkban a takarmánycélra termesztett kukoricát döntõen kombájnnal, morzsolásos technológiával, korábban gyakran 25%-ot meghaladó nedvességtartalommal takarították be. Újabban – elsõsorban a rövidebb tenyészidejû hibrideknél – ennél alacsonyabb, 20%-nál kisebb is lehet a betakarítási nedvesség, de ez az érték a szárítási szezon kezdetekor, illetve évjáratonként magasabban alakulhat. Így a kukoricatermés betakarítás utáni szárítása nagy energia- és költségigényû feladatot jelent, valamint a termelés gazdaságosságát is nagymértékben befolyásolja. A kedvezõtlen hatások mérsékelhetõk, alacsonyabb betakarításkori nedvességtartalommal, korszerû – energiatakarékos és terménykímélõ – szárítóberendezés alkalmazásával, valamint alternatív energiaforrások felhasználásával. A hõenergaigény alternatív módon történõ részbeni, vagy teljes mértékû kielégítésével jelentõsen csökkenthetõ a szárítás költsége, ugyanakkor a megújuló, vagy megújítható energiaforrás felhasználással fokozottabban járulunk hozzá a környezetvédelemhez.

A korszerû szárítóberendezések jellemzõi

A jól száradó hibridek mellett megfelelõ mûszaki színvonalú, vagyis korszerû szárítóberendezésekkel lehet a szárítási feladatot a mai kor igényeinek megfelelõen úgy elvégezni, hogy az energia-megtakarítás, a terménykímélés és a környezetvédelem hármas egysége teljesüljön. A szemestermény-szárítók korszerûségét tehát számos kívánalom, és ezek minél teljesebb körû kielégítése jelenti. Ezek közül a legfontosabbak a következõk: energia- és költségtakarékos üzemû legyen; terménykímélõ, minõségmegóvó szárítást valósítson meg; feleljen meg a környezetvédelmi elõírásoknak; üzemük megfelelõ szinten automatizált legyen.

Az energia- és költségtakarékos üzemmód feltételez valamilyen hõvisszanyerési megoldást. A korszerûnek tekinthetõ újabb szárítóknál a hûtõlevegõ, vagy a hûtõ- és a szárítózóna alsó szakaszából kilépõ alacsony páratartalmú levegõ együttes visszavezetésére kerül sor. Egyes változatoknál a hûtõszekció mérete is változtatható, így alkalmazkodni lehet az eltérõ hûtõkapacitási igényekhez. A kíméletes szárítás céljából építenek be egyes korszerû változatoknál pihentetõ szekciót, illetve növelt térfogatú fogadószekciót. Az úgynevezett puffertárolóban – különösen hidegebb õszi idõszakban – diffúziós úton elõmelegszik a termény, kiizzadva javul a kezdeti vízelvonás és csökken a hõstresszbõl adódó káros hatás.

Energia-megtakarítás érhetõ el továbbá a szárító és hûtõ folyamat különválasztásával, valamint a vastag rétegû szárítással. Ez utóbbiakat például a TOP DRY szárítók egy berendezésen belül valósítják meg.

A hazai gazdaságok mintegy 2000 db, összességében jelentõs szárítókapacitású szárítóberendezéssel rendelkeznek, azonban ezek egy része továbbra is elavult technológiájú, kifogásolható mûszaki állapotú, továbbá nagy részük nem felel meg a 2007-tõl érvényben lévõ Európai Uniós elõírásoknak sem. A korábbi szárítógép parkunk legnagyobb része 15% vízelvonással történõ szárításra volt méretezve, melyhez arányos teljesítmény, „felfûtési”, szárítási és hûtési idõ tartozik, mindezt a mag-út hosszával is jellemezhetjük. A mai követelmény viszont, hogy a szárító 20% körüli induló nedvességrõl legyen képes folyamatos üzemben kíméletesen szárítani 13–14%-ra (6–8% vízelvonás). Ezt a feladatot a régebbi szárítók nem képesek az elvárható módon teljesíteni, beltartalmi értékek csökkenését és az energiaveszteség növekedését okozhatják.

A 2007 év végéig telepített szárítógépek közül mintegy 100 nagy teljesítményû és 50 közepes teljesítményû volt sorolható a korszerû, automatikus vezérlésû, energiatakarékos és környezetkímélõ üzemmódúak közé. A 2008. évtõl meghirdetésre került a szárítótelepek korszerûsítésére vonatkozó pályázat, amelynek keretében 3 év alatt valamivel több, mint 500 beruházás valósult meg. Elsõsorban olyan energiatakarékos és környezetkímélõ szárítóberendezések (új és átalakított) telepítésére került sor, melyek teljesítik az Európai Uniós törvényekben megfogalmazottakat. Ezek együttesen a szárítási kapacitás kb. 30%-át teszik ki.

A fentiekbõl is következtethetõ, hogy a kukoricaszárítás optimális feltételei (környezetkímélõ, energiatakarékos és terménykímélõ) között a korszerû szárítóberendezés használata az elsõ helyre kerül. A terménykímélõ minõségmegóvó szárítás alapvetõ feltétele továbbá, hogy a maghõmérséklet ne haladja meg a kritikusnak mondható 60°C-ot. Ehhez részben a szárítólevegõ hõmérsékletét kell helyesen megválasztani, illetve kerülni kell a jelentõs túlszárítást. Az új, korszerû szárítóberendezések a fentiek miatt a korábbinál alacsonyabb szárítólevegõ hõmérsékleten üzemelnek. A szerkezeti kialakítástól függõen kukoricánál 80–100°C (maximum 110°C) javasolható.

Alternatív megoldási lehetõségek a szárítók hõenergia-igényének a kielégítésére

A szárítók hõenergia-ellátását túlnyomóan fosszilis energiahordozókkal biztosítják, ezek elsõsorban a földgáz illetve az LPG, továbbá a tüzelõolaj, mely azonban a gázhálózat kiépítésével nagymértékben visszaszorult. Megemlíthetõ továbbá, hogy néhány helyen a fûtõolajat (pakura) is használták, elsõsorban költségcsökkentés érdekében. Amíg a gázoknál ma még általában megengedett a direkt tüzelés, addig az olajféleségeknél indirekt tüzelésre van szükség, ahol közbeiktatott hõcserélõ biztosítja, hogy az égéstermékek ne szennyezhessék a terményt. A hagyományosnak nevezhetõ hõellátásnál is tapasztalható volt a fejlõdés, a korábbi kétpont-szabályozású blokkégõket a folyamatos szabályozású blokkégõk, majd mindinkább a korszerûbb szõnyeg- vagy paplanégõk váltották fel. Ez utóbbiaknál a nagy légfelesleg-tényezõnek köszönhetõen tökéletes az égés, nagyobb a teljesítményszabályozási tartomány, egyenletesebb a hõmérséklet eloszlás. A szárítás energiaigényének kielégítésére elméletileg a legtöbb megújuló, vagy megújítható energiaforrás alkalmas lehet, azonban az optimális alternatíva függ a szárítási technológiától, a megkívánt hõmérsékleti és teljesítményértékektõl.

Az elõmelegített levegõs szellõztetéses szárítási technológiáknál, valamint vetõmagszárításnál –az alacsonyabb hõmérsékleti és hõteljesítmény igény miatt – még a napenergiával és a geotermikus energiával is lehet számolni. Magyarországon a napenergia felhasználásával elsõsorban szálastakarmányok szárításánál találkozhattunk. Külföldön a kisebb gazdasági méreteknél a szemes termény szárításánál is elõfordult, ahol az épület tetõszerkezetébe, vagy külön állványra szerelve alakították ki a levegõs napkollektorokat. Meleg levegõs szárítónál a környezeti levegõ elõmelegítése történt ezen az úton, ráfûtéssel biztosították a kívánt szárítási hõmérsékletet. A geotermikus energia felhasználási lehetõsége korlátozottabb, a termálkutakkal rendelkezõ gazdaságokban jöhet szóba. Magyarországon is lehetett példát találni a geotermikus energia szárításban történõ felhasználására a korábbi nagyüzemekben a szálastakarmány és a vetõmag szárításánál (Lipót, Lébény), valamint a meleg levegõs szárítónál a környezeti levegõ elõmelegítésére, illetve meleg levegõs szárítónál a szárító fûtésére (Szentes). A múlt év folyamán egy teljesen termálvíz fûtésû Tornum szárító került felépítésre az utóbbi telephelyen, 20 t/h teljesítményben.

A magasabb hõmérséklet- és teljesítményigényû meleg levegõs szemestermény-szárítóknál tényleges alternatívát a biomassza, mint megújítható energiaforrás jelenti. Elméletileg mind a három halmazállapotú változata felhasználható a szárítók fûtésénél. A gyakorlatban a szilárd biomassza jelenti mind mûszaki, mind gazdasági szempontból az igazi alternatívát, a növényi olajoknál jelenleg a fajlagos hõdíj a gázhoz viszonyítva magasabb, a biogáz pedig a geotermikus energiához hasonlóan csak korlátozottan áll rendelkezésre. A szilárd biomassza és a növényi olaj esetén szintén indirekt hõellátás valósítható meg, mert a füstgáz nem érintkezhet itt sem a terménnyel. Direkt fûtés esetén a szárítás üzembiztonsága romlik, a tûzveszély megnõ, és nem kerülhetõ el a káros anyagok lerakódása, ezért pl. a takarmánykódex sem engedélyezi. (Németországban a kalászos gabona szárításakor még földgáztüzelés esetén is elõírás a hõcserélõk használata). Ilyen hõcserélõs kivitelûek például a PETKUS WS és WU típusú szárítói.

Szemestermény-szárítók szilárd biomasszára alapozott hõellátása

A ’80-as évek elsõ olajválsága idején elindult biomassza alapú alternatív energiafelhasználási technológiák bizonyos területeken hoztak eredményt, azonban a szemestermény-szárítók energiafelhasználására ezek a megoldások a konstrukciók kiforratlansága, gazdaságtalansága miatt nem váltak be. Ekkor alakították ki a hazai mobil kivitelû nagybála-égetõ berendezést is, mellyel a B1-15 típusú szárító hõellátását direkt módon kívánták megoldani. Sorozatgyártására nem került sor. A szemestermény-szárítókhoz integrálható különbözõ biomassza-tüzelõ berendezések fejlesztése folyamatosan, azóta is napirenden volt. Ennek ellenére megállapítható, hogy ezen a területen még nem alakultak ki olyan versenyképes technológiák, melyek azonnal bevezethetõk lennének. Ennek oka többek között a viszonylag nagy hõteljesítmény-igény (1-3 MW), illetve az alacsony éves üzemórakihasználás, valamint a magas beruházási költség. Az üzemórára vetített fajlagos beruházási (amortizációs) költség így nagyon magas. A technológiát drágítja a hõcserélõ rendszerek használata is. A hõcserélõ rendszerek egyébként rontják a szárítás hatékonyságát, mintegy 15–20%-os hõveszteséget okoznak, ebben az esetben viszont az olcsóbb tüzelõanyag kompenzálhatja ezt a hatást. A beruházás megtérülési idejét egyéb hõhasznosítási lehetõségek bekapcsolásával (pl. üvegházak-, lakóépületek-, istállók- stb. fûtése) lehetne csökkenteni. A fentiek ellenére a hazai piacon is több magyar és külföldi gyártmányt is kínálnak a gazdaságok részére. Ezek közül néhány már üzem közben is megtekinthetõ. A szárítóberendezéseket gyártó, ill. forgalmazó cégek közül többen kínálják ezt az alternatívát is a berendezésük hõigényének a kielégítésére.

A tüzelõberendezés a szárító kiegészítõ egységeként kerül beépítésre. Egyszerûbb technológiának tûnik a közvetlen nagybálatüzelõk alkalmazása, ezeknél egy füstgáz-levegõ hõcserélõ révén állítható elõ a szárító közeg. A kazán nélküli tüzelõrendszer problémája a tüzelési hatásfokban, a szalma hamujában és az egyenlõtlen hõtermelésben keresendõ. A füstgáz-levegõ hõcserélõs hõellátó rendszerek készülnek faapríték tüzelésû változatban is, ahol már az említett problémák kevésbé jelentkeznek. A Pannonagri Kft. kínálatában is szerepel mindkét változat, melyekkel a különbözõ gázüzemû szárítók átalakíthatók biomassza tüzelésûvé. Jánossomorján az egyik mezõgazdasági vállalkozásnál több éve üzemel egy hasonló, de faapríték és kukoricacsutka tüzelésû, füstgáz-levegõ hõcserélõvel mûködõ hõellátó berendezés, amely egy 14 t/h (kukorica, 10% vízelvonás) teljesítményû szárítóhoz kapcsolódik.

 

A másik mûszaki megoldás szerint a hõellátás meleg vizes kazánrendszeren alapszik, víz-levegõ hõcserélõ segítségével történik a szárítólevegõ elõállítása. Ugyanakkor ez a rendszer meglehetõsen bonyolult, és a beruházási költsége is magas. Továbbá a meleg vizes fûtési rendszer használhatósága behatárolt – részben a kazán biztonságtechnikai követelményei miatt. A 105°C hõmérsékletû meleg vízzel kb. 80°C hõmérsékletû szárítólevegõt lehet elõállítani. Amennyiben az igény ennél magasabb, kiegészítõ, (pl. gázfûtés) is szükséges. A lágy szárú biomassza (szalma, kukoricaszár, egyéb melléktermék) tûztérben való viselkedése és kezelése is meglehetõsen bonyolult, ezekhez megfelelõ hûtött rostélyos tüzelõberendezést kellett kialakítani. Tõlünk nyugatra – elsõsorban Ausztriában – nagyobb számban alakítottak ki faapríték-tüzelésû változatokat is, 500 kW-tól 1,5–2 MW-ig terjedõ teljesítményig. A hazai gyártású kínálatban megemlíthetõk a TSZB típusú (lásd az ábrát), 2–5 MW teljesítményû meleg vizes kazánok, amelyek szintén alkalmasak a terményszárítók hõigényének kielégítésére. Üzemeltethetõk a legkülönfélébb lágy szárú alapanyagokkal, a melléktermékekkel és termelt energianövényekkel egyaránt.

TSZB típusú melegvizes kazán

Külön ki kell emelni a BioDryer szárítóberendezést, amelyet konzorcium keretében, 2007-ben elnyert pályázat segítségével fejlesztettek ki, a TeGaVill Kft. gyártja és forgalmazza. A folyamatos üzemû, energiatakarékos kialakítású aknás szárítótelepi rendszer újszerûsége négy fejlesztési irány összekapcsolásában van. Ezek: 2 MW hõteljesítményû aprított növényi melléktermékkel üzemelõ tüzelõrendszer, forróvíz–levegõ hõcserélõ, gáztüzelésû rásegítés (hibrid hõlég-biztosító rendszer), valamint mindezekhez csatlakozik egy energiatakarékos, szemestermény-szárító. A teljes BioDryer rendszer prototípusa 2009 végére készült el, és Monostorpályiban, az Agri-Corn Kft. területén helyezték üzembe. A tartós üzemi mérésekre 2010-ben került sor. A TeGaVill Kft. által kifejlesztett PSZH-2000 típusú hõcserélõ elõnye, hogy kialakításánál fogva bármelyik szárítóhoz utólag is telepíthetõ. Többféle méretben és kivitelben rendelhetõ, a hõteljesítmény 500–3000 kW között változhat.

A meleg levegõs szemestermény-szárítók hõigényének kielégítésénél mûszaki és gazdasági szempontok figyelembe vételével a szilárd biomassza tüzelésre alapozott hõellátás jelentheti a lehetséges alternatívák közül a legoptimálisabb megoldást. Önálló, vagy hibrid fûtési rendszer (hagyományos és bio tüzelõrendszer kombinálása) elõnyei közül kiemelhetõ, hogy a szárítás költsége jelentõsen csökkenthetõ, függetlenséget biztosítanak az energiaszolgáltatótól, ugyanakkor a környezetvédelmet is szolgálják a fosszilis energiahordozó-felhasználás kiváltásával.

Dr. Kacz Károly – Dr. Kocsis Sándor

NymE Mezõgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar,

Biológiai Rendszerek Mûszaki Intézete