高水分粮整仓热风干燥通风降水技术研究

吴红岩
(中央储备粮驻马店直属库，驻马店 463800)
摘要：针对高水分粮整仓储藏易发热、霉变、生虫的难题，研究开发出了一种高效、节能的热风炉，与仓房风道组成整仓热风干燥通风降水系统。经多年实仓的推广应用效果显著，达到了操作简便、降水快速、耗能低的目的。
关键词：高水分粮；整仓通风；热风干燥；通风降水

前言
近几年一些大型粮库收购高水分粮后主要采取处理措施有两种：一是在晒场上设通风垛，靠自然通风晾晒，待水分下降到安全水分时，再转入仓内储存，但该法劳动强度大且费用高。二是将高水分粮直接入仓，依靠机械通风降水，此法通风时间长，耗能高，费用大。若遇阴雨天气停止通风，还可能造成粮食结露[1-3]。针对上述情况，如何控制粮食水分，尽可能地降低劳动强度和收购费用，确保储存安全，给仓储工作者提出了一项亟待解决的重要课题。
中央储备粮周口直属库和商水县福安粮机制造有限公司合作，在总结多年储粮经验的基础上，翻阅了大量的技术资料，积极开展实仓试验，研究开发出了一种能耗低、污染小、使用简便、降水快速的高水分粮整仓热风干燥通风降水系统。通过粮库17号仓干燥通风试验和2005年推广应用，取得了显著效果。

1 热风干燥炉的研制
1.1 整仓干燥安全储粮的理论依据
粮食是一种多孔性、具有较强吸湿能力的胶体物料。若放在湿空气中，干粮食会吸收水分，使粮食水分含量逐步增加；若放在干空气中，湿粮食会放出水分，使食水分含量逐步降低。粮食吸收或放出水分过程一直要达到与环境的温湿度条件相平衡的状态，且平衡过程随着环境温度的升高而加快[1]。
因此，依据粮食吸湿特性和平衡水分原理，以及环境温湿度与粮食安全水分的关系，通过调整空气温湿度的方式，达到控制粮食水分含量的目的。当粮食水分超过安全水分时，就采用晾晒、通风干燥的方式，降低粮食水分，确保储粮安全。当粮食水分过低，影响粮食的加工品质和粮库的经济效益时，可选用合适时机采取增湿调质方式，适当提高粮食水分，确保粮库良好的经济效益[2-3]。
1.2 热风干燥的技术原理
粮堆主要是由粮粒与孔隙中的空气组成，粮食水分含量变化主要取决了粮堆内的空气流动和环境湿度的高低。就高水分粮堆而言，依靠自身与环境空气间水分交换的速度是很缓慢的。强制通风、辅助加热如采用就仓通风干燥系统，在不影响粮食品质的提前下，可以提高通风干燥的降水速率，加快干燥过程，把粮食水分降到安全储藏状态[4]。
1.3 热风干燥机主要特点
自制燃煤加热炉的供热量133×103kJ/h，热效率可达80%以上，其外形尺寸为205cm×105cm×152cm，炉排面积80cm×77cm，具有产热快，热效高，耗能低等优点。
燃料通过炉膛直接燃烧加热空气，热风通过沉降室、过滤器等消烟除尘处理，使进入粮堆的热空气无烟、无尘、无污染。
热风炉增加夹套层设计，使炉膛周围形成一个夹套结构，把从风机入口进风调节风温改成从夹套层进风调节，冷空气经过热风炉夹层空间被加热，使炉灶散发的热量得到充分回收利用，比从风机口直接进风降低燃煤消耗量30%以上。
燃煤热风炉安装有风温控制系统，通过风温测定，调节风门，控制夹套层的进风量，从而达到控制热风炉风温的目的，送入粮堆内的风温稳定。

2 整仓干燥试验材料与方法
2.1 试验仓房
试验仓选用直属库的17号仓，该仓为1998年新建的折线形屋架平房仓，其规格为58m×24m，装粮线为6m。仓内布有一机四道地上笼风道3组，为单侧通风，风道布置见图1。
2.2 试验粮食
供试粮食为2004年产的混合小麦，数量5925t，全仓平均水分14.0%，杂质0.6%，容重786g/L。
2.3 设备与仪器
4-72№8C离心风机的风量13643～25697m3/h，全压为1505～1106Pa，功率为11kW，新乡鼓风机厂生产；QDF-3型热球式电风速仪，检测范围：0.05～30m/s，检测误差≤±5%，北京市检测仪器厂生产；燃煤热风炉3台，供热量400×103kJ/h，每台热风炉的煤耗量15.81kg/h，热效率>85%，燃料为无烟煤，供风温度35～50℃，炉排面积0.8m×0.7m。
2.4 仓通风干燥的工艺流程
燃煤热风炉的热风出口直接与风机进风口相接，风机出风口与仓房的通风口连接。燃煤炉制备的加热空气经烟尘处理后，与炉体夹层低温空气混合，再通过风量调节器，调至40℃左右由风机送入仓内粮堆，在与粮食进行湿热交换的同时，带走粮食汽化的水分，湿热空气最后从窗口排至仓外。
工艺流程：外界空气→加热炉→烟尘处理→温度调节→风机送风→与粮堆湿热交换→废气排出。
2.5 通风降水操作
对6月下旬～7月上旬收购的偏高水分小麦进行加热通风降水干燥，整个试验分为3个阶段(见表1)。第一阶段通风52h，降水1.1%；第二阶段通风77.15h，降水0.3%；第三阶段用于水分平衡、冷却通风，当粮食水分降至安全水分12.6%以后，再选择晾爽天气进行平衡通风和降低粮温的冷却通风，以确保储粮安全。
2.6 数据检测
试验仓内的粮温按粮情检测系统布点，每天检测一次，粮温变化情况见表2；粮堆水分变化每隔2d检测一次，9个水分检测点布点如图1所示，分上、中、下3层扦样，各点水分变化见表3，各层平均水分见表4。
3 讨论与分析
3.1 改变储粮管理模式
粮库必须改变观念，改进储粮管理模式，顺应市场变化的需要，采取大风量、辅助加热的通风方式处理偏高水分粮。
3.2 干燥通风后温度变化与降水的关系
在夏季高温高湿季节收购的高水分粮，必须采取较高温度的通风干燥的办法，促使粮堆快速降水，使危险粮转为安全粮[4]。通风干燥的热风(进口风温45～50℃)经风道进入粮堆底部(图2)。由于底层粮温较低，消耗了大量的热量，在通风初期粮温变化缓慢。但从表2、表3看出，随着通风的进行，粮堆温度自下而上上升，同时粮堆水分汽化加快。由于正压热风介质从下往上流动，携带水汽的湿热空气从粮堆表面溢出，再被排风扇排至窗外，粮堆达到了降水的目的。
本试验通入热风温度45～55℃的时间为129h，粮堆平均温度由29.2℃上升到37.3℃，温度提高了8.1℃(表2)，而粮堆平均水分由14.0%下降到12.6%(表4)，水分下降1.4%。由于在通风干燥期间，粮堆温度大部分达到了35℃以上，对粮堆霉菌、虫螨等生物有一定抑制和杀灭作用，因而达到了安全储粮的目的。
3.3 辅助加热处理
对于超安全水分粮有高温干燥、通风降水、谷物冷却等处理方式。高温干燥需要专用烘干设备，费用较高，一般用于高温高湿的华南地区；而通风降水方式较为适合华北的气候条件[5]。考虑到该地区在小麦入库期间，外界气温已上升至25～30℃以上，若再采用常温通风降水方式，势必需要的时间较长，很可能会在降水期间造成高水分粮的发热霉变。因此，粮库采取辅助加热方式，把风温提高15～20℃左右，粮食降水速度明显提高。在加热通风的4d时间内，粮食水分从14%降至12.6%，而以往的常温通风降水则需要50～65d，在时间上可能无法保证超水分粮的安全。从表5可知，通风干燥的吨粮处理费用只有1.36元，经济实用，远低于2000年东北稻谷烘干费用4.13元/t，常温通风干燥费用3.96元/t，与打外垛晾晒及转仓费用14.29/t相比，降低费用90%以上。
3.4 完善燃煤加热炉
在试验初期，燃煤热风炉没有设计炉壁夹层的隔热结构，炉体外壁温度较高，保温性能较差，热量散失严重。第一阶段通风加热52h，每台燃炉耗煤达1.35t之多，折合耗煤25.96kg/h。在第二阶段通风开始之前，针对燃煤炉存在的热效率低的缺陷进行改造，炉体增加双层隔热结构，把夹层通道吸收的炉壁散发热量用来加热空气，用于调节炉灶制备的热风温度，既解决了炉外壁热量散失问题，又减少了炉灶的燃煤量，还提高了炉灶的热效率。炉灶改造后，通风加热77.15h，每台燃炉耗煤1.22t，折合15.81kg/h，仅此一项节约燃煤30%左右。
3.5 控制进仓风温
辅助加热可以提高风温、加快粮食水分的蒸发，但同时也会带来粮食失水较多和降水不均匀的现象。粮堆下层粮食过度干燥，最低水分达到11.2%，而上层粮食水分14.2%仍然较高，同时也造成不必要能源的浪费和粮食重量的损失，对粮食品质也不利。针对上述现象，第二阶段试验采用了较低的风温进行通风，缩小上下层降水严重分层的现象，同时在加热通风结束后，又选择合适时机进行平衡通风，降低粮温，平衡粮食水分，提高储粮稳定性。
3.6 整仓通风干燥的操作注意点
对于通风死角或降水较慢的部位，通过补插导风管等措施，减小通风阻力，改善气流分布状态，解决粮堆通风时降水不均匀的问题。
由于加热通风属于慢速通风干燥，空气携带的热量与风量有限，干燥是以分区形式缓慢上移，粮层太厚势必造成上下层干燥不均匀，下层降水快，上层降水慢，使粮堆上下层的水分差较大，埋下安全储粮的隐患。因此，通风干燥的粮堆厚度不能太高，在通风的中后期要适当控制风温。
在通风降水之后，一定要对粮堆进行平衡通风，降低粮温，缩小粮堆上下层的水分差，使整个粮堆的温度与水分趋于一致，这样有利于安全储粮。

4 小结
热风炉采用炉体夹层设计，将热风温度调节从风机进风口改到夹层进风端温度调节，将热交换器传热改为消烟除尘处理，减少了炉体的热量损失，提高了炉灶的热效率。两项措施的实施节约燃煤30%以上，提高热效率10～20%。
燃煤热风炉与仓内风道组成通风干燥系统，既能处理整仓高水分粮，又能对外垛进行干燥通风处理，解决高水分粮晒场晾晒劳动强度大、费用高和机械通风时间长及遇阴雨停机造成粮食结露的技术难题。
整仓热风干燥通风系统能有效控制进风温度，能使粮堆温度缓慢上升，不会对粮食品质造成影响，在较短时间内把粮食水分降到安全水分以内，消除了储粮安全隐患，解决了夏秋两季因受阴雨连绵影响粮库不能收高水分粮的问题。

参考文献
[1] 路茜玉.粮油储藏学[M].北京：中国财政经济出版社，1999
[2] 左进良，刘维春，张祯祥.储粮通风技术[M].北京：轻工业出版社，1990
[3] 程传秀.储粮新技术教程[M].北京：中国商业出版社，2001
[4] 罗金荣，吴峡，左进良.高水分粮就仓干燥技术[M].江西：江西高校出版社，2004
[5] 张来林，朱同顺，赵英杰.按“低温储粮”模式管理好储备粮[J].粮油仓储科技通讯，2004(3)：7～10