Лекция №14
Электротехнология в сельскохозяйственном производстве.
Теоретические основы электрического нагрева
Электротехнология как наука и область техники.
Электротехнология – это область науки и техники, которая изучает и использует технологические процессы, в которых электроэнергия участвует непосредственно, преобразуясь в рабочей зоне в различные виды энергии. Во многих процессах электротехнологии электрический ток – не только энергоноситель, но также инструмент воздействия на продукт обработки. Поэтому электротехнология включает в себя два направления:
1. Электротермия
2. Собственно электротехнология
Электротермия (от электро... и греч. thérme - жар, тепло) – это: прикладная наука о процессах преобразования электрической энергии в тепловую энергию. Электротермия рассматривает вопросы применения теплового действия электрической энергии в различных отраслях народного хозяйства. Она занимается следующими процессами:
- электронагревом и электронагревательными устройствами;
- системами местного обогрева и микроклимата;
- использованием тепловых насосов и тепловых аккумуляторов
Собственно электротехнология - это использование электричества непосредственно в технологических процессах с целью механического, термического, химического или собственно электрического воздействия на предмет труда без предварительного преобразования электроэнергии в тепло (в нагревателях, излучателях). К электротехнологическим процессам относятся:
- электронно-ионной технология (например, применение коронного разряда для сепарации зерна увеличивает его биохимическую активность, повышающую урожай на 20%);
- электрофизическая и электрохимическая обработка материалов;
- применение импульсных генераторов различных назначений;
- применение электрогидравлического эффекта;
- использование ультразвука;
- магнитная обработка материалов;
- использование электролиза.
Некоторые технологические процессы сопровождаются двойным эффектом. Например, при электротермическая обработке защищенного грунта электронагрев почвы сопровождается уничтожением болезнетворной флоры и фауны при прямом воздействии на них тока. Или: диэлектрический нагрев материалов и продуктов в то же время угнетает микроорганизмы и грибковые культуры.
Электротехнология – быстроразвивающееся направление. Благодаря ей открываются новые возможности в создании высокоэффективных энергосберегающих технологий.
Энергетический баланс сельского хозяйства. Технологические процессы основных и вспомогательных производств.
На долю тепловой энергии приходится большая часть общего энергетического баланса с/х-ва. В общем балансе энергопотребления с/хоз-ного производства тепловая энергия составляет > 60%, а в животноводстве – до 90%.
Все потребители теплоты делятся на:
1. Производственные
2. Коммунально-бытовые.
Производственные используют теплоту для отопления; горячего водоснабжения производственных помещений; тепловой обработки продукции и др. технологических целей.
Коммунально-бытовые используют теплоту для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий; приготовления пищи и др. бытовых нужд.
Основные производственные потребители теплоты – животноводческие и птицеводческие фермы, парники, теплицы, установки для сушки с/х-ной продукции.
Целевой расход тепла на технологические цели:
1. Мясо-молочное производство
- нагрев воды моечных и кормокухнях, на доильных площадках, в системах автопоения, групповых поилках (при беспривязном и бесстаночном содержании животных);
- электропаровая стерилизация доильного оборудования;
- запаривание сочных кормов, картофеля;
- пастеризация молока;
- местный обогрев пола (в основном для поросят);
- вентиляция с подогревом свежего воздуха в репродуктивных свинарниках и телятниках;
- обсушка новорожденных животных.
2. Птицеводство
- инкубация;
- отопление и вентиляция помещений;
- местный обогрев молодняка;
- подогрев воды в поилках.
3. Пчеловодство
- выводок деток;
- обогрев ульев;
- распечатка сотов;
- выпаривание вощины.
4. Растениеводство в открытом грунте
- яровизация картофеля;
- тепловое протравливание семян;
- сушка зерна и семян на селекционных станциях;
- сушка плодов, овощей, грибов, хмеля;
- активное вентилирование сена подогретым воздухом;
- ферментация чая и табака.
5. Растениеводство в закрытом грунте
- обогрев зимних и весенних парников для выращивания рассады, овощей, цветов, черенков садовых культур;
- обогрев теплиц;
- дозревание помидоров;
- стерилизация почвы и рассадопосадочного материала.
6. Сельскохозяйственные мастерские
- горячая промывка тракторных деталей;
- регенерация масел;
- вулканизация резины;
- наплавка деталей;
- сварка и т.д.
Особенности использования теплоты в с/х-ве.
1. Большая территориальная разобщенность
2. Малая мощность, которую используют непродолжительное время.
3. Тепловая нагрузка потребителей резко меняется в течение суток и зависит от времени года (температуры наружного воздуха). Например, теплопотребление животноводческих объектов определяется поголовьем и возрастом скота, характером его содержания. Например, для запаривания кормов пар требуется 3 раза в день в течение 0,5…1 час, а парники обогреваются 3-4 месяца в году и т.д.
4. Всевозможные объекты с\х производства нуждаются в разных теплоносителях – паре, горячей воде, подогретом воздухе. Кроме того, некоторые объекты, например, по переработке молока, необходимо обеспечивать одновременно:
- теплотой – пастеризация молока, подогрев воды для мытья молочной посуды
- холодом – охлаждение молока с целью продления сроков его хранения.
(Обобщение:
1. Большая территориальная разобщенность и низкая плотность тепловых нагрузок потребителей
2. Резкие колебания тепловых нагрузок в течение суток и в зависимости от времени года
3. Один и тот же потребитель может нуждаться в разных теплоносителях)
Особенности использования и преимущества электронагревательных устройств
С/х производство в отличие от других отраслей хозяйства связано с биологическими объектами (растениями и животными), жизнедеятельность которых в значительной мере зависит от внешних факторов окружающей среды и важнейшего из них – температуры. Указанные объекты требуют чрезвычайно тонного дозирования теплового воздействия и строгого соблюдения температурных режимов. Это в значительной мере относится к:
1. Инкубации в птицеводстве
2. Обогреву молодняка животных и птицы
3. Процессам тепловой обработки с/х продукции
4. Электросварке
При электронагреве можно с необходимой точностью поддерживать нужный температурный режим и существенно повысить производительность труда персонала, занятого на операции.
Некоторые тепловые объекты с/х производства (обогреваемые полы животноводческих и птицеводческих помещений, почва в парниках и теплицах) имеют большую теплоаккумулирующую способность, позволяющую запасать в них теплоту в часы минимальной загрузки энергосистем. Теплоту можно также запасать в специальных аккумулирующих устройствах, расходуя её в часы максимальной загрузки энергосистем, что увеличивает коэффициент использования сельских потребительских трансформаторных подстанций и линий электропередач, тем самым повышается эффективность капитальных вложений в сельскую электрификацию.
Теплоаккумуляционная способность с/х объектов и возможность работы электронагревательного оборудования с теплоаккумуляционными устройствами способствуют выравниванию графиков нагрузок энергосистем, что особенно важно, т.к. атомные электростанции, широко применяемые в энергетике, могут работать только в базисном режиме и не допускают регулирования нагрузки.
Преобразование электрической энергии в тепловую изучает прикладная наука, называемая электротермией. Электротермия – это совокупность технологических процессов (электротермических), использующих тепловое действие электрической энергии в различных отраслях хозяйства.
Электротермическое оборудование (электрические печи, электронагревательные устройства и приборы) вместе с источниками питания, коммутационной и регулирующей аппаратурой образуют электротермическую установку.
По сравнению с огневыми установками при эксплуатации электротермического оборудования:
1. Уменьшается пожарная опасность
2. Улучшаются условия гигиены и санитарии
3. Снижается загрязнения окружающей среды.
Достоинства электротермического оборудования:
1. Простота устройства, технического обслуживания и ремонта
2. Безинерционность
3. Небольшие габаритные размеры и малая металлоемкость
4. Легко автоматизируется
5. Предъявляет невысокие требования к строительным конструкциям
6. Позволяет иметь мощность от нескольких Вт до нескольких дес. тыс. кВт и температуры от 15-20ºС до 20 000ºС, т.е. является универсальным с т. зр. мощности и рабочих температур
7. Обеспечивает высокое качество технологических процессов.
Электротермическое оборудование имеет также более высокий к.п.д. по сравнению с устройствами, использующими другие источники теплоты – 70…90% и более. Однако значительная часть электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, а получение электроэнергии из топлива и обратное ее превращение в теплоту происходит с общим к.п.д. ≈ 30%.
При выборе рационального энергоносителя, обеспечивающего теплотой отдельные с/хоз. потребители, выполняют специальные технико-экономические расчеты.