A mezőgazdasági termények betakarítás-kori nedvességtartalma általában magasabb, mint amit a biztonságos tárolás feltételez, így tárolásuk előtt legtöbbször konvektív módon történő mesterséges szárításra van szükség. A hőmérséklet alapján beszélünk:
- környezeti levegővel történő szellőztetéses szárításról (tsz=10–30°C),
- előmelegített levegővel történő szellőztetéses szárításról (tsz=25–30°C),
- meleg levegős szárításól (tsz=50–200°C),
- forró levegős szárításról (tsz=500–1200°C).
A környezeti és előmelegített levegővel végzett szellőztetéses szárítás a szálas és szemes terményeknél egyaránt előfordul. Hazánkban azonban elsősorban meleg levegős szárítást alkalmazunk a szemes termények döntő többségénél. A legnagyobb szárítási feladat a kukoricánál jelentkezik, melynek betakarítási nedvességtartalma mindig magasabb, mint amelynél a veszteségmentes tárolás biztosítható. A betakarított mennyiség is jelentős, jobb években a 7–8 millió tonnát is eléri. A hazai gazdaságainkban a takarmánycélra termesztett kukoricát döntően kombájnnal, morzsolásos technológiával, korábban gyakran 25%-ot meghaladó nedvességtartalommal takarították be. Újabban – elsősorban 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 kedvezőtlen hatások mérsékelhetők, alacsonyabb betakarításkori nedvességtartalommal, korszerû – energiatakarékos és terménykímélő – szárítóberendezés alkalmazásával, valamint alternatív energiaforrások felhasználásával. A hőenergaigény alternatív módon történő részbeni, vagy teljes mértékû kielégítésével jelentősen csökkenthető a szárítás költsége, ugyanakkor a megújuló, vagy megújítható energiaforrás felhasználással fokozottabban járulunk hozzá a környezetvédelemhez.
A korszerû szárítóberendezések jellemzői
A jól száradó hibridek mellett megfelelő mûszaki színvonalú, vagyis korszerû szárítóberendezésekkel lehet a szárítási feladatot a mai kor igényeinek megfelelően 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 következők: energia- és költségtakarékos üzemû legyen; terménykímélő, minőségmegóvó szárítást valósítson meg; feleljen meg a környezetvédelmi előírásoknak; üzemük megfelelő szinten automatizált legyen.
Az energia- és költségtakarékos üzemmód feltételez valamilyen hővisszanyerési megoldást. A korszerûnek tekinthető újabb szárítóknál a hûtőlevegő, vagy a hûtő- és a szárítózóna alsó szakaszából kilépő alacsony páratartalmú levegő együttes visszavezetésére kerül sor. Egyes változatoknál a hûtőszekció mérete is változtatható, így alkalmazkodni lehet az eltérő hûtőkapacitási igényekhez. A kíméletes szárítás céljából építenek be egyes korszerû változatoknál pihentető szekciót, illetve növelt térfogatú fogadószekciót. Az úgynevezett puffertárolóban – különösen hidegebb őszi időszakban – diffúziós úton előmelegszik a termény, kiizzadva javul a kezdeti vízelvonás és csökken a hőstresszből adódó káros hatás.
Energia-megtakarítás érhető el továbbá a szárító és hûtő 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 jelentős szárítókapacitású szárítóberendezéssel rendelkeznek, azonban ezek egy része továbbra is elavult technológiájú, kifogásolható mûszaki állapotú, továbbá nagy részük nem felel meg a 2007-től érvényben lévő Európai Uniós előírásoknak sem. A korábbi szárítógép parkunk legnagyobb része 15% vízelvonással történő szárításra volt méretezve, melyhez arányos teljesítmény, „felfûtési”, szárítási és hûtési idő tartozik, mindezt a mag-út hosszával is jellemezhetjük. A mai követelmény viszont, hogy a szárító 20% körüli induló nedvességről 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 környezetkímélő üzemmódúak közé. A 2008. évtől meghirdetésre került a szárítótelepek korszerûsítésére vonatkozó pályázat, amelynek keretében 3 év alatt valamivel több, mint 500 beruházás valósult meg. Elsősorban olyan energiatakarékos és környezetkímélő 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 fentiekből is következtethető, hogy a kukoricaszárítás optimális feltételei (környezetkímélő, energiatakarékos és terménykímélő) között a korszerû szárítóberendezés használata az első helyre kerül. A terménykímélő minőségmegóvó szárítás alapvető feltétele továbbá, hogy a maghőmérséklet ne haladja meg a kritikusnak mondható 60°C-ot. Ehhez részben a szárítólevegő hőmérsékletét kell helyesen megválasztani, illetve kerülni kell a jelentős túlszárítást. Az új, korszerû szárítóberendezések a fentiek miatt a korábbinál alacsonyabb szárítólevegő hőmérsékleten üzemelnek. A szerkezeti kialakítástól függően kukoricánál 80–100°C (maximum 110°C) javasolható.
Alternatív megoldási lehetőségek a szárítók hőenergia-igényének a kielégítésére
A szárítók hőenergia-ellátását túlnyomóan fosszilis energiahordozókkal biztosítják, ezek elsősorban a földgáz illetve az LPG, továbbá a tüzelőolaj, mely azonban a gázhálózat kiépítésével nagymértékben visszaszorult. Megemlíthető továbbá, hogy néhány helyen a fûtőolajat (pakura) is használták, elsősorban költségcsökkentés érdekében. Amíg a gázoknál ma még általában megengedett a direkt tüzelés, addig az olajféleségeknél indirekt tüzelésre van szükség, ahol közbeiktatott hőcserélő biztosítja, hogy az égéstermékek ne szennyezhessék a terményt. A hagyományosnak nevezhető hőellátásnál is tapasztalható volt a fejlődés, a korábbi kétpont-szabályozású blokkégőket a folyamatos szabályozású blokkégők, majd mindinkább a korszerûbb szőnyeg- vagy paplanégők váltották fel. Ez utóbbiaknál a nagy légfelesleg-tényezőnek köszönhetően tökéletes az égés, nagyobb a teljesítményszabályozási tartomány, egyenletesebb a hőmérséklet eloszlás. A szárítás energiaigényének kielégítésére elméletileg a legtöbb megújuló, vagy megújítható energiaforrás alkalmas lehet, azonban az optimális alternatíva függ a szárítási technológiától, a megkívánt hőmérsékleti és teljesítményértékektől.
Az előmelegített levegős szellőztetéses szárítási technológiáknál, valamint vetőmagszárításnál –az alacsonyabb hőmérsékleti és hőteljesítmény igény miatt – még a napenergiával és a geotermikus energiával is lehet számolni. Magyarországon a napenergia felhasználásával elsősorban szálastakarmányok szárításánál találkozhattunk. Külföldön a kisebb gazdasági méreteknél a szemes termény szárításánál is előfordult, ahol az épület tetőszerkezetébe, vagy külön állványra szerelve alakították ki a levegős napkollektorokat. Meleg levegős szárítónál a környezeti levegő előmelegítése történt ezen az úton, ráfûtéssel biztosították a kívánt szárítási hőmérsékletet. A geotermikus energia felhasználási lehetősége korlátozottabb, a termálkutakkal rendelkező gazdaságokban jöhet szóba. Magyarországon is lehetett példát találni a geotermikus energia szárításban történő felhasználására a korábbi nagyüzemekben a szálastakarmány és a vetőmag szárításánál (Lipót, Lébény), valamint a meleg levegős szárítónál a környezeti levegő előmelegítésére, illetve meleg levegős 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 hőmérséklet- és teljesítményigényû meleg levegős 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 hődíj 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 hőellátás valósítható meg, mert a füstgáz nem érintkezhet itt sem a terménnyel. Direkt fûtés esetén a szárítás üzembiztonsága romlik, a tûzveszély megnő, és nem kerülhető el a káros anyagok lerakódása, ezért pl. a takarmánykódex sem engedélyezi. (Németországban a kalászos gabona szárításakor még földgáztüzelés esetén is előírás a hőcserélők használata). Ilyen hőcserélős kivitelûek például a PETKUS WS és WU típusú szárítói.
Szemestermény-szárítók szilárd biomasszára alapozott hőellátása
A '80-as évek első 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-égető berendezést is, mellyel a B1-15 típusú szárító hőellátását direkt módon kívánták megoldani. Sorozatgyártására nem került sor. A szemestermény-szárítókhoz integrálható különböző biomassza-tüzelő berendezések fejlesztése folyamatosan, azóta is napirenden volt. Ennek ellenére megállapítható, hogy ezen a területen még nem alakultak ki olyan versenyképes technológiák, melyek azonnal bevezethetők lennének. Ennek oka többek között a viszonylag nagy hőteljesítmény-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 hőcserélő rendszerek használata is. A hőcserélő rendszerek egyébként rontják a szárítás hatékonyságát, mintegy 15–20%-os hőveszteséget okoznak, ebben az esetben viszont az olcsóbb tüzelőanyag kompenzálhatja ezt a hatást. A beruházás megtérülési idejét egyéb hőhasznosítási lehetőségek 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 megtekinthető. A szárítóberendezéseket gyártó, ill. forgalmazó cégek közül többen kínálják ezt az alternatívát is a berendezésük hőigényének a kielégítésére.
A tüzelőberendezés a szárító kiegészítő egységeként kerül beépítésre. Egyszerûbb technológiának tûnik a közvetlen nagybálatüzelők alkalmazása, ezeknél egy füstgáz-levegő hőcserélő révén állítható elő a szárító közeg. A kazán nélküli tüzelőrendszer problémája a tüzelési hatásfokban, a szalma hamujában és az egyenlőtlen hőtermelésben keresendő. A füstgáz-levegő hőcserélős hőellátó rendszerek készülnek faapríték tüzelésû változatban is, ahol már az említett problémák kevésbé jelentkeznek. A Pannonagri Kft. kínálatában is szerepel mindkét változat, melyekkel a különböző gázüzemû szárítók átalakíthatók biomassza tüzelésûvé. Jánossomorján az egyik mezőgazdasági vállalkozásnál több éve üzemel egy hasonló, de faapríték és kukoricacsutka tüzelésû, füstgáz-levegő hőcserélővel mûködő hőellátó berendezés, amely egy 14 t/h (kukorica, 10% vízelvonás) teljesítményû szárítóhoz kapcsolódik.
A másik mûszaki megoldás szerint a hőellátás meleg vizes kazánrendszeren alapszik, víz-levegő hőcserélő segítségével történik a szárítólevegő előállítása. Ugyanakkor ez a rendszer meglehetősen bonyolult, és a beruházási költsége is magas. Továbbá a meleg vizes fûtési rendszer használhatósága behatárolt – részben a kazán biztonságtechnikai követelményei miatt. A 105°C hőmérsékletû meleg vízzel kb. 80°C hőmérsékletû szárítólevegőt lehet előállítani. Amennyiben az igény ennél magasabb, kiegészítő, (pl. gázfûtés) is szükséges. A lágy szárú biomassza (szalma, kukoricaszár, egyéb melléktermék) tûztérben való viselkedése és kezelése is meglehetősen bonyolult, ezekhez megfelelő hûtött rostélyos tüzelőberendezést kellett kialakítani. Tőlünk nyugatra – elsősorban Ausztriában – nagyobb számban alakítottak ki faapríték-tüzelésû változatokat is, 500 kW-tól 1,5–2 MW-ig terjedő teljesítményig. A hazai gyártású kínálatban megemlíthetők a TSZB típusú (lásd az ábrát), 2–5 MW teljesítményû meleg vizes kazánok, amelyek szintén alkalmasak a terményszárítók hőigényének kielégítésére. Üzemeltethetők 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 hőteljesítményû aprított növényi melléktermékkel üzemelő tüzelőrendszer, forróvíz–levegő hőcserélő, gáztüzelésû rásegítés (hibrid hőlég-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 hőcserélő előnye, hogy kialakításánál fogva bármelyik szárítóhoz utólag is telepíthető. Többféle méretben és kivitelben rendelhető, a hőteljesítmény 500–3000 kW között változhat.
A meleg levegős szemestermény-szárítók hőigényének kielégítésénél mûszaki és gazdasági szempontok figyelembe vételével a szilárd biomassza tüzelésre alapozott hőellátás jelentheti a lehetséges alternatívák közül a legoptimálisabb megoldást. Önálló, vagy hibrid fûtési rendszer (hagyományos és bio tüzelőrendszer kombinálása) előnyei közül kiemelhető, hogy a szárítás költsége jelentősen csökkenthető, függetlenséget biztosítanak az energiaszolgáltatótól, ugyanakkor a környezetvédelmet is szolgálják a fosszilis energiahordozó-felhasználás kiváltásával.
Dr. Kacz Károly – Dr. Kocsis Sándor
NymE Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar,
Biológiai Rendszerek Mûszaki Intézete
A cikk szerzője: Dr. Kacz Károly
