稻谷机械化烘干技术简述

2021-03-05邱锦辉周士琳林肖楠邓少强

现代农业装备 2021年2期

邱锦辉，周士琳，林肖楠，邓少强

（1.肇庆市农业机械化研究所，广东肇庆 526040；2.肇庆市农业科学研究所，广东肇庆 526070）

0 引言

我国是水稻种植大国，2019 年我国水稻种植面积超过44 000 万亩（1 亩=0.067 hm2），总产量超过20 000万t。2019年广东省水稻种植面积超过2 600万亩，超过农作物种植面积的4 0%，总产量达到1 075.05万t[1]。

稻谷烘干，确保粮食入仓安全存储，是实现水稻生产全程机械化的最后一个关键环节。随着我省土地流转的推进、生产经营模式向集中化规模化转变、农机合作社迅速发展壮大，水稻机械化收获水平提高、收获期集中，自然晾晒已经不能满足稻谷安全贮存的干燥需求[2]，收获的稻谷更容易受到降雨等天气因素影响。据统计，目前我国收获后的谷物超过15%是由于运输或者储存不当而损失，远超过联合国粮农组织规定的5%的标准（美国、加拿大等发达国家仅为3%），其中每年因为天气原因，谷物因未能及时晾干或者是未能达到安全存储含水率要求而产生霉变、发芽等所造成的损失达到5%[3]。

稻谷干燥是保证稻谷贮藏品质的必要技术手段，水分含量高的稻谷直接储藏容易发热霉变。对稻谷采用集中烘干可以有效解决因阴雨等恶劣天气所导致的无法晾晒或者稻谷受潮等问题，减少稻谷收获后损失，避免稻谷受到自然晾晒的污染，具有高效率、操作简单、节省劳动力、降低人工成本等优点。

本文通过阐述稻谷机械化烘干技术以及市场上常见的几种谷物烘干机的工作原理，为水稻生产经营者根据自身需要选择谷物烘干机型提供参考。

1 稻谷机械化烘干技术

在气候条件较好情况下刚收获的稻谷含水率一般为20%～25%，为了保证稻谷能够安全存储，含水率应当保持在14.5%以下。广东地处南方，温度较高，稻谷的安全存储含水率应该控制在13%以下[4]。但即使在天气较好的条件下，自然晾晒的稻谷含水率仅能达到16%～17%[5]。干燥程度不足会导致稻谷发霉，造成粮食损失、口感下降等问题，机械化烘干是解决以上问题的有效手段。

稻谷机械化烘干与其他谷物（玉米、小麦、大豆）机械化烘干技术存在一定差异。稻谷有坚硬的外壳，在干燥过程中，稻谷外壳会阻碍水分由稻谷内部向外部表层转移[6]，因此稻谷较其他粮食作物具有一定的干燥难度。由于稻谷热敏性较强，干燥过程中容易出现爆腰现象，也就是稻谷本身出现轻微裂纹。爆腰现象影响稻谷出米率、降低稻谷的市场价值并对大米食用口感造成影响，是稻谷机械化干燥技术推广应用的重要制约因素。稻谷机械化干燥爆腰率增值受到干燥速率与温度的直接影响，我国谷物烘干行业规定爆腰率的增值不超过3%[7]。国内学者研究指出，稻谷在干燥时产生爆腰现象与品种、初始含水率、热风温度、相对湿度和干燥时间相关。机械化烘干过程中通过控制谷物温度防止稻谷爆腰、品质降低和保证发芽率。稻谷含水率到达设定值机械自动停机避免过度干燥是高质量烘干稻谷的必要条件。为保证稻谷质量，目前我国在应用稻谷机械化烘干技术过程中，主要有以下几种措施。

1.1 烘干缓苏

国外学者通过研究不同温度下环境相对湿度不同对爆腰率的影响指出，当稻谷烘干后含水率为11%、环境温度20～30 ℃、相对湿度在38%时会产生爆腰现象。国内研究指出，稻谷烘干过程中内部存在水分梯度，稻谷不均匀收缩引起的应力导致爆腰[8]。

稻谷烘干缓苏是在机械烘干的过程中停止热风流动，对稻谷进行保温处理，缓苏过程中稻谷内部的水分扩散至分布均匀，减少爆腰率，提升干燥效果[9]。

干燥过程中加入了缓苏工艺，在一定程度上对干燥机的生产效率产生了影响，因此烘干机使用者需要明确如何合理选择缓苏时间，保障稻谷烘干机有较高的生产效率。也有国外的研究表明稻谷第一段干燥以后在40 ℃的温度下进行缓苏，缓苏时间只需要4 h[6]。

1.2 保持较低的烘干温度

采取较低的热风温度进行烘干作业能够有效减少爆腰率、保证稻谷烘干品质。国外研究表明，稻谷机械化烘干过程中43 ℃为最高温度，39 ℃或者40 ℃为宜。根据调查泰国稻谷干燥作业发现，稻谷干燥介质温度应控制在50 ℃以下。实际上干燥过程中稻谷温度比热风温度更为重要。黑龙江农垦科学院农业工程所研发的稻谷烘干机干燥时通过控制热风温度范围为38～40 ℃，可保证稻谷爆腰率增值低于2%[10]。我国学者通过设定不同烘干温度进行稻谷干燥作业，测试不同温度下对种子活性的影响，其研究指出，在针对稻谷进行烘干时设定温度应该在50 ℃以下，考虑到热风炉温度控制的不稳定性，应将温度设定在45 ℃以下。现实烘干作业过程中，因为稻谷结构的特殊性，热敏感性强，烘干温度选择还应参考稻谷初始含水率。针对含水率高于18%的稻谷应该采用二段烘干法，降低稻谷爆腰率。

1.3 控制烘干速率

烘干速率是导致干燥爆腰率增加的重要因素，干燥后过快冷却或者干燥速率超过一定值都会导致爆腰率增加，因此稻谷烘干速率需要控制在合理的范围之内。日本学者研究指出当干燥速率每小时超过0.6%时，稻谷爆腰的数量明显增加。因此，稻谷的干燥速率应保持在每小时0.6%以下。根据干燥速率、初始水分含量与爆腰稻谷数之间关系的试验结果，认为当稻谷含水率较高时，为了保证较低的爆腰率必须保持较低的干燥速率。结论认为，就控制爆腰率而言，干燥时使用较低的空气温度和较高的空气流量烘干效果要好于高温的低空气流量[11]。我国学者通过试验不同干燥工艺烘干效果比较，明确稻谷烘干大于1%的烘干速率仅应用于稻谷含水率大于21%的情况，稻谷含水率小于18%之时，烘干速率不能超过0.8%，同时采取较低的热风温度，促使稻谷内部水分分布均匀，防止爆腰现象，以改善烘干效果。

2 稻谷烘干机型工作原理及其特点

我国初期发展粮食机械化烘干机器以仿制日本等发达国家相关设备为主，由于其制作成本高、结构复杂，与我国农村情况不相符，烘干设备仅应用于国有农场等大型集体企业。20 世纪70 年代末，我国开始研发适用于我国农村的粮食干燥设备[3]。随着我国农村深化改革，农业生产力得到了极大的解放，生产效率提高，生产经营者开始逐渐应用成套的粮食干燥技术设备，建设具有一定规模以及服务能力的粮食生产基地。

2.1 谷物烘干机分类

目前我国市面上的粮食烘干机种类繁多，可以满足粮食生产经营者的烘干需求。下面根据烘干机特点，阐述烘干机各种分类，便于生产经营者根据自身需求选用适合的烘干机。

1）按照作业方式可以将谷物烘干机分为批式循环和连续式烘干机。

2）按加热器具可将谷物烘干机分为热风炉、燃烧器、远红外、热泵和太阳能烘干机等。

3）按干燥方式分为直接加热烘干机和间接加热烘干机。

4）按干燥原理分为顺流、逆流、横流和混流烘干机。广东省粮食作物以水稻为主，稻谷烘干一般选择混流式低温、大缓苏段的谷物烘干机。

2.2 顺流式烘干机

顺流式烘干机工作时谷物运动方向与干燥介质流动方向一致，适用于初始含水率高、烘干含水率要求低的粮食作物烘干。使用顺流式烘干机进行作业时谷物先与温度高、相对湿度低的热风进行接触，此时谷物干燥速率偏快，热风气流的相对湿度随着谷物与气流在干燥段内流动而逐渐升高。接近出料口的干燥速率较慢，干燥气流的温度相对较低并且相对湿度较大。使用顺流式烘干机对谷物进行干燥存在干燥速率不均匀的问题。顺流式烘干机符合谷物干燥水分由高到低时的温度变化要求，工艺相对简单，具有热效率高的特点。

2.3 逆流式烘干机

逆流式烘干机工作时干燥介质流动方向与谷物运动方向相反。逆流式烘干机作业中含水率低的谷物与温度高、相对湿度低的热风接触，谷物在初始状态与相对湿度高、温度较低的热风接触，具有干燥速率分布均匀的特点。由于逆流式烘干机工作过程中谷物处于高温热风中时，谷物含水率较低，容易接近干烧状态，因此稻谷活性会受到一定影响。同时，由于出料端温度较高，逆流式烘干机出料时会带走大部分热量导致烘干耗能增加。该机型大多应用于粮库和种子加工厂，一般在农村或者农场使用，具有良好的推广应用前景。

2.4 横流式烘干机

横流式烘干机工作时干燥介质流动方向与谷物运动方向垂直。这种干燥工艺往往会造成谷物的内外层干燥不均匀，因制造工艺简单目前我国仍有不少厂家进行生产。横流式烘干机具有生产效率高、投入成本低、使用方便等优点，但该机型干燥时需要较高的热能耗，需要经常清理筛孔。

2.5 混流式烘干机

混流式烘干机干燥过程中加入缓苏工艺，干燥时干燥介质多方向流动。其结构特点是在干燥端中不同位置分别安置了成排的进气管与排气管。混流式烘干机作业时粮食自上向下运动，热风经过气管进入，分别向上层流动，与粮食形成逆向流动，同时又向下层流动，故而形成了混合流动的气流。由于混流式烘干机烘干段内热风的流动方向不一致，以相对较低的风速增加与粮食的接触时间，增强了传质传热的效果。混流式烘干机气流流速较低，需减少粮食层厚度以保证热风气流能够在一定的时间内穿透粮食层。

混流式烘干机具有制造成本低、谷层较薄、风阻小、热耗低、干燥速率大的优点，但存在干燥稻谷时缓苏时间较长等不足。该机型主要应用于干燥小颗粒谷物，干燥稻谷时能够保证稻谷烘干品质，具有较好的均匀性，是目前我国应用较多的烘干机型。