混流静态房式谷物干燥机试验验证

王延宏，刘爱民，马忠高，刘俊龙

(1.陕西省农业机械鉴定推广总站，陕西 西安710000； 2.袁隆平农业高科技股份有限公司，湖南 长沙410125； 3.平利县电机制造有限公司，陕西 平利725000)

0 引言

我国是传统的农业大国，也是人口大国，粮食安全一直是国家十分重视的问题。2019年全国粮食总产量66 384万t(其中谷物产量61 368万t)，而我国目前粮食机械化烘干比例仅10%～15%，相比于欧美的90%和日本的92%仍有很大差距[1-2]。这也意味着我国85%以上的粮食仍是依靠人工晾晒干燥，而每年因天气因素烘干不及时、不充分导致的发霉、发芽等各类损失高达5%左右，按2019年的全国粮食总产量换算，即有3 319.2万t的损失[3]。谷物机械干燥技术及设备的应用和推广，既是粮食生产全程机械化解决耕种收后的最后一个关键环节，也是提高粮食干燥品质，保障粮食储藏安全的重要途径。

近年来，随着我国经济的高质量发展，农业产业结构的转型升级，以家庭为单位的小规模农业生产方式逐步被规模化的农业作业方式取代，人工晾晒受天气、人员和场地的限制较多，粮食烘干也逐渐向规模化、集约化和标准化的机械干制方向发展。传统观念认为的谷物干燥机这种“小、冷”农机的重要作用也不断凸显。

1 谷物干燥机发展现状及存在的问题

国外谷物干燥机械的研究起步于20世纪40年代，在50—60年代基本上实现了谷物干燥机械化；60—70年代谷物机械干燥实现了自动化；70—80年代谷物机械干燥向高效、优质、节能、降低成本和计算机控制等方向发展；在90年代以后谷物干燥设备已经达到系列化、标准化[4]。我国谷物干燥机的研制起步于新中国成立初期，以模仿前苏联、日本等烘干机为主，20世纪70年代后期国内一些科研机构逐步开展谷物干燥机的自主研发，主要应用于大型国有农场、粮库及集体企业等；80年代以后，我国谷物干燥机开始向多元化方向发展，谷物干燥技术和设备不断走向成熟和完善[5]。

目前，国内外应用的各类型谷物烘干机按照结构型式可分为立式(塔式)、卧式和房式烘干机等；按照谷物与气流的相对运动方向可分为横流、顺流、逆流和混流等；按照烘干过程是否能一次性达到目标水分，可分为连续式干燥和循环式干燥机等。国内各类谷物干燥中，北方玉米多采用高温干燥技术，以混流塔式干燥机应用为主；南方水稻和种子烘干则以低温干燥为主，主要应用横流或混流循环立式烘干机，其中杂交水稻种子由于制种本身结实率低，需在成熟度80%左右时收割，脱粒后的种子成熟度差、水分高，多采用静态卧(箱)式烘干机[6]。

总体来说，国内应用的各类烘干机均普遍存在高温干燥爆腰率高、低温干燥脱水速率低、循环干燥破损率高和循环立式干燥灰尘大等问题。因此，基于上述问题本文研究一种混流静态房式谷物干燥机，采用保温控湿、混流通风、静态薄层堆积及大风量持续烘干的技术方案，极大地提高了低温烘干干燥效率低的问题，有效降低了谷物干燥爆腰率增值，烘干过程中无机械损伤和灰尘污染，烘干整体效果与晾晒级相当。

2 混流静态房式谷物干燥机

谷物在机械化干制过程中关注点最多的是干燥爆腰问题，引起爆腰的主要原因在于烘干过程中谷物籽粒内部水分扩散与外部表面蒸发速度不一致，诱发应力集中，导致谷物籽粒产生裂纹。避免烘干过程中出现爆腰，采用的手段：适当降低表面蒸发速度，常规方法为降低热风温度或流速；烘干过程对谷物进行缓苏，即暂时停止烘干，通过一定时间缓苏，使得谷物内部水分逐渐向表面扩散，提高籽粒表面含水率。由此也说明，谷物干燥过程中引起爆腰的主要因素为热风温度和干燥速度。常规的谷物烘干机在保证适宜的热风温度和干燥速度的条件下，均设置有缓苏段。然而，在实际应用过程中增加缓苏段，谷物缓苏时间与干燥时间的比值一般在5∶1～8∶1，即每1 h实际最多仅有10 min在烘干，极大地影响了整体的烘干效率[7-8]。谷物在机械化干制过程中另一个重点关注问题则是烘干过程破损率的问题，籽粒破损的发生主要为谷物在干燥过程中倒料、循环产生机械损伤及籽粒间摩擦损伤。

2.1干燥原理

如图1所示，混流静态房式谷物干燥机由烘干保温房、干燥机体、热风炉、提升倒料系统和控制系统5大部分组成。烘干保温房与热风炉之间下部有进风通道，上部有出风通道连通，实现热风的循环利用。提升机与烘干保温房的干燥机体通过转送机构连接形成提升倒料系统，实现谷物的进出料和烘干过程中的循环倒料。控制系统主要是对烘干保温房内部温湿度进行有效控制，分阶段控制排湿等，保证烘干全过程的控温控湿。

该机实现了谷物干燥过程的全程“保温控湿”，保温即是在保证谷物在适温下进行烘干，控湿则是对烘干过程中的排湿进行自动控制。通过保温控湿来有效提高谷堆温度，增加烘干房内部热风湿度，协调谷物表面水分蒸发和内部水分扩散速度，一定程度上使得谷物籽粒内外部脱水速率一致，有效降低谷物爆腰率增值。采用“混流通风”的烘干方法，确保热风从多个方向穿过谷物带走籽粒表面水分，既能提高烘干效率又能确保谷物烘干均匀度。谷物在烘干机体内部采用静态薄层堆积的方式，则是要求谷物在烘干全过程处于静止状态，有效地避免了烘干过程中的各种机械损伤及籽粒间摩擦损失，避免谷物在频繁循环倒料过程中的粉尘污染。薄层堆积则进一步保障热风能够有效穿透谷层，提高烘干效率和效果。烘干全程采用大风量持续烘干的方式，弥补了谷物静态堆积干燥烘干效率低于循环式烘干的不足，大大地提高烘干效率。保温房式结构应用，实现了烘干过程中热风的循环利用，极大地提高热能利用率，降低了谷物干燥成本。

混流静态房式谷物干燥机通过混流通风、薄层和大风量等方式提高了烘干效率和烘干均匀度，以静态堆积的方式有效降低烘干损失率，以保温控湿来减小谷物爆腰率增值，持续烘干使得烘干全程无缓苏段，进一步提高了烘干效率。另外，该机最大的亮点在于通过保温控湿基本解决了谷物干燥多年未解决的内外部同步脱水的问题。

2.2试验应用

2.2.1稻谷

2017—2019年，混流静态房式谷物干燥机在陕西省安康市平利电机制造有限责任公司先后进行了23批次同等条件下的稻谷烘干对比试验，并根据试验结果对干燥机进行持续改进。试验通过晾晒、横流循环立式干燥机和混流静态房式谷物干燥机3种干燥方法及设备进行干燥爆腰率、破损率、干燥时长和脱水速率等对比，试验结果如表1所示。

通过表1可知，混流静态房式谷物干燥机干燥稻谷与横流循环立式干燥机相比，干燥总时长减小一半左右，脱水速率提高1倍以上；爆腰率和破损率与晾晒级相当，远低于横流循环立式干燥机，在采用同等燃料(生物质、煤)条件下，烘干成本更低。

2.2.2杂交水稻种子

种子烘干与粮食烘干的要求不尽相同。种子烘干是要尽可能地保持种子高活力和低破损率，并且实现安全快速干燥。2019年，在袁隆平农业高科技股份有限公司海南东方市、湖南遂宁和武冈市等制种基地进行了杂交水稻种子机械化干制对比试验。试验分别采用横流循环立式干燥机、静态卧式干燥机、混流循环立式干燥机和混流静态房式谷物干燥机对晶两优534、广两优1128、梦两优黄莉占、隆香优华占、Y两优1928和隆两优56等品种杂交水稻种子进行了机械化干制效果和效率测试分析。试验结果如表2所示。

从表2可以看出，各型烘干机在干燥杂交水稻种子方面其发芽率基本能够实现与晾晒级相当，然而在干燥效率方面混流静态房式谷物干燥机明显优于其他类型干燥设备。

同样，2019年在隆平高科制种基地，又进一步对混流循环立式干燥机和混流静态房式谷物干燥机两种干燥设备进行了烘干成本对比分析，烘干物料选取同等条件下的杂交水稻种子。其对比结果如表3所示。

由表3可以直观地看到，混流循环立式干燥机与混流静态房式谷物干燥机在烘干杂交水稻种子中，两

表2 不同干燥机械干燥杂交水稻种子效率测试

表3 两种烘干机烘干成本对比

种烘干机单位质量干燥成本基本均在(0.09±0.015) 元kg，单位脱水成本为0.005元(kg·%)。然而值得注意的是，试验过程中混流循环立式干燥机的燃料为煤，混流静态房式谷物干燥机的燃料为生物质，而生物质的燃烧热值低于煤，且单价成本更低。另外，生物质燃料的着火性能优于煤，易于点火，大大缩短了火力启动时间，其燃烧过程中对大气污染和锅炉腐蚀要远低于煤，而且燃烧后的固体排放量更少更易处置。因此，在实际应用中混流静态房式谷物干燥机采用生物质燃料进行谷物干燥即可达到其他燃煤型烘干机热能利用率，更易受到广大农户的认可。

2.3客观评价

混流静态房式谷物干燥机是在充分研究谷物干燥技术和各类烘干设备基础上，针对谷物机械化干燥存在的实际问题，在谷物干燥方法和设备结构上进行创新，形成的一种全新的谷物干燥设备。该干燥机在技术性能、使用效果、能源利用和节本增效等各方面均具有更为突出的表现。混流静态房式谷物干燥机与传统型烘干机的优势对比如表4所示。

表4 混流静态房式谷物干燥机优势对比

2020年，混流静态房式谷物干燥机经陕西省农业机械产品质量监督检测总站进行现场检测，其干燥谷物的籽粒脱水速率为1.3%h，爆腰率≤0.01%，籽粒破损率≤0.02%；干燥水稻种子的脱水速率为0.9%h；经湖南湘种检验检测有限公司检测，该干燥机干燥杂交水稻种子的发芽率和破损率与自然晾晒级相当。

3 结论

(1)混流静态房式谷物干燥机采用保温房式结构，能够有效地对谷物干燥全过程进行保温控湿和热风循环利用，通过保温控湿技术能够快速提高谷物堆体温度，提高籽粒脱水速率，同样基本解决了谷物籽粒内外部同步脱水的问题，有效降低了谷物烘干爆腰率增值；热风循环利用进一步提高了干燥机热能利率，提高了干燥效率，降低了谷物干燥成本。

(2)混流静态房式谷物干燥机大风量持续烘干，烘干全程无缓苏段，极大地提高了谷物的干燥效率，同等条件下谷物干燥周期为传统烘干机的一半。

(3)混流静态房式谷物干燥机在烘干过程中谷物基本全程静态堆积，有效地降低了烘干过程中谷物破损率，也避免了传统塔式循环机内部谷物籽粒频繁循环流动带来的摩擦损伤和粉尘污染。

(4)混流静态房式谷物干燥机经过与多种类型烘干机、人工晾晒进行多批次的对比试验，并经相关第三方检验检测机构检测，其各项性能指标明显优于同类型烘干设备。