稻谷热泵干燥机的技术优势与发展现状

叶开愚，赵锡和，曾小辉

（1.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广州 510630；2.广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

0 引言

自古以来农业一直是国民经济的基础[1]，稻谷产业也是我国农业中至关重要的组成部分。随着近代科技、技术的发展进步，农机化水平的不断提高和规模经济的发展，粮食机械化干燥已经成为粮食生产的重要环节[2]，人们也越来越能感受到机械化干燥带来的便捷和高效。2016年我国稻谷总产量为20 700万t，位居世界第一，约占世界总产量的40%[3]。但因为缺少必要的干燥仓储设备，稻谷常年产后损失1 000万t以上，相当于133.33万hm2（占总种植面积6%以上）的水稻产量，折合人民币200亿元以上[4]。因此，研究开发低成本、低能耗、低污染、高效率的稻谷干燥设备迫在眉睫，它能有效解决稻谷产后干燥问题，减少产后损失，对保证国家粮食安全具有重大的战略意义。稻谷热泵干燥机是新兴机械化干燥设备中举足轻重的设施装备，它具有节能高效、安全环保、数字化操控等特点[5]。

1 研究发展稻谷热泵干燥机的必要性

1.1 各类干燥机的特点

1.1.1 燃煤型稻谷干燥机

燃煤型稻谷干燥机使用成本低、干燥效率中等，缺点是温度难以控制，稻谷爆腰率高，同时煤渣、烧灰的清理过程繁杂，需要一定人工费。燃烧后排放的废气、粉尘、废渣污染大，有明火，安全性差。

1.1.2 燃油型稻谷干燥机

燃油型稻谷干燥机优点是投入较低，缺点是使用成本高，而且干燥后会有污染物残留在稻谷表面，燃烧后会排放大量废气污染大气，且同样有明火，安全性差。

1.1.3 热泵型稻谷干燥机

热泵型稻谷干燥机优点是高效、节能、环保、运行成本低，干燥过程中不产生任何废气废渣，无污染物残留。爆腰率低、无明火且全自动化控制，不需要人工专程看守。缺点是前期投入高，难以推广普及，需专业人员进行维修。

1.2 稻谷热泵干燥机的技术优势

1.2.1 稻谷热泵干燥机工作原理

稻谷热泵干燥机主要由干燥箱、热泵机组和风机组成，是利用热泵原理，另附加送风系统，散热系统等组合而成的装置。承载其核心技术的装置是热泵，热泵机组由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等组成[6]，工作原理是：干燥过程中，稻谷吸热蒸发的水分使干燥塔内空气湿度增大，湿空气通过热泵的蒸发器冷却降温之后排出冷凝水，制冷工质在冷凝器处释放出之前来自蒸发器内湿空气的热能（包括压缩机功率转换的热能），加热且脱湿后的热空气从冷凝器流出又回到干燥箱继续干燥稻谷[7]。热泵技术是一种“电热之间转换的增值技术”[8]，它根据逆卡诺循环原理，消耗少量的电能驱动压缩机运行后，通过传热工质吸收自然界低温热源中无法利用的低品热能，且将其吸收回来的热能提升至可用的高品位热能[9]。在此过程当中，消耗了1份的能量（电能），同时从自然空气中吸收转移了3份的热量（热能）到干燥介质中，节约了三分之二的电能。

1.2.2 稻谷热泵干燥机的技术优势

一般的稻谷干燥设备通常采用煤炭、油类或木材作为燃烧材料，会产生大量烟雾及废气，对环境及干燥物造成很大的污染，且耗时耗力，在能源与人工上需投入大量资金。与之相比, 稻谷热泵干燥机具有高效、节能环保、干燥温度低、脱水效率高和卫生安全等特点[10]。随着能源价格的上涨，运行费用在用户选择干燥设备中会起到重要影响作用，热泵干燥设备的提质增效、节能优势也会越来越明显[11]。热泵干燥技术是一种缓和的、接近自然的干燥方式，能最大限度地保留干燥物内的营养成分且不破坏其原有结构，更适合大部分农产品、药材等热敏性物料的干燥。因为所需的干燥时间较短，所以对稻谷发芽率影响低，对稻谷的爆腰率影响也较其他稻谷干燥机低[12]。使用热泵系统干燥，杜绝了因燃烧而产生的废气、废渣污染，能保障稻谷的质地，更天然，更为绿色环保。而且它的控制系统可以精确控制干燥恒温房温度、全自动化运行的干燥程序及数据监控与故障反馈，也可根据用户要求设置干燥湿度，到达后自动停机，减少了人工成本的投入，有利于产业结构调整，从而实现规模化生产。这类设备只有大型化、系列化才能拥有市场，满足粮库等用户的需要[6]。稻谷产后加工需要的设备（如初清筛、振动筛等）大部分为电能驱动，稻谷热泵干燥机比之其他干燥机更容易融入到稻谷的产后生产线。近年来自动控制、信息技术、模拟技术等的发展，为稻谷热泵干燥机性能的进一步优化创造了条件[13]。杨先亮[14]进行了太阳能驱动热泵式谷物干燥机与电动式驱动对比实验，结果表明太阳能驱动热泵式谷物干燥机比电机驱动热泵干燥机节能40%。所以，在优化稻谷热泵干燥机性能的道路上我们还有很长一段路要走。

1.3 各种干燥形式成本情况及试验结果

谭丁勇[15]进行了稻谷机械化干燥与传统人工晾晒成本对比试验研究，得出人工晾晒成本为0.29元/kg。祝富华[16]将热泵型稻谷干燥机与燃油型稻谷干燥机、烧煤型稻谷干燥机做了能耗成本对比试验得出表1。

表1 各类型干燥机干燥稻谷成本对比表

根据实验结论可知，稻谷热泵干燥机比燃油型稻谷干燥机节能约80%以上，比燃煤型稻谷干燥机节能约50%以上，比人工晾晒成本节约83%以上。这种高效节能的干燥设备正符合我国当下节能环保的政策需要，与可持续发展理念相契合。

2 国内部分稻谷热泵干燥机技术参数及性能比较

由于市场上大部分公司侧重于生产燃料式稻谷干燥机，研发生产热泵式谷物干燥机的公司还很少，所以仅以广东弘科农业机械研究开发有限公司生产的GRJ-10型与宁波天海制冷设备有限公司生产的5HXRG-120型两种型号的设备作为对比，参数见表2。

从表2分析可知， GRJ-10机型的干燥速率高于5HXRG-120，能耗也比它低。5HXRG-120的干燥不均匀度是稍稍优于GRJ-10的，总体参数差距不是特别大。

表2 稻谷热泵干燥机参数比较

3 结论

目前稻谷热泵干燥机还处于取得初步成果阶段，仍需投入大量精力加以改善升级。随着电气技术的提升，可以融入更多的智能化设备进去降低故障率，能与其它干燥方式联合干燥使用，从而提高干燥效率，如微波等。着重开发更高等级的绿色能源驱动，如地热、太阳能等。我国是能源短缺的发展中国家，稻谷热泵干燥机能大幅度节省资源消耗，消除废气、废渣污染，符合当下国情。热泵机组从工作原理上讲就是制冷机，其干燥过程中排放的冷气可以与冷藏装置有效利用，结合组成加工冷藏一体化装备后更加节能高效。初期投资成本高昂，是农户、合作社对稻谷热泵干燥机可望而不可及的主要原因，所以降低制造成本，加强技术创新是当务之急，另一方面也希望国家能加大政策扶持力度，提高购机经济补贴，让更多普通农民百姓能使用到高科技、高效益的节能环保产品，也能提高用户的环保意识。