粮食平房仓低温改造的探讨

2021-08-19丁文江高志航褚阳阳陈传波

粮食与食品工业 2021年4期

韩赟，张浩，丁文江，高志航，褚阳阳，陈传波

1.无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035) 2.成都市大茂丰粮油贸易有限公司 (成都 610305) 3.成都粮食集团有限公司 (成都 610305)

在我国，低温储粮的历史悠久，但在历史上无论国内还是国外主要利用自然低温储粮。近几十年来，随着储粮技术的发展与推广，机械通风低温储藏和机械制冷低温储藏已经成为广泛使用的储粮技术。经过长期的实践和研究，认为15 ℃是粮食低温储藏的理想温度，可以有效地限制粮堆中生物体的生命活动，延缓储粮品质的变化。本实验以粮食平房仓低温改造为例，检验低温储粮效果，提高科技储粮水平。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与设备

WS-2000I型表盘式温湿度计；粮情测控系统，单廒间均布测温电缆56根，四周距离墙壁0.5 m，每根测温电缆均布4个测温点，共224个测温点；AS-852B型红外测温仪；DTS3705型电能表；冷却循环水管网，经调试冲洗合格；L5D型水冷粮面低温控温机组；GLA85型移动式单冷型水源热泵谷物冷却机组。

1.1.1水冷粮面低温控温机组

制冷量5 kW，送风量1 900 m3/h，全压430 Pa，装机功率1.76 kW，单廒间配置4台。机组分室内机和室外机两部分，室内机配置可调角度的球形喷口送风，根据设备布置位置、仓内空间等调整送风角度和方向，保证冷风均匀分布。机组运行时将仓内空气低温处理后通过风口均匀送至仓内，换热后经回风口回到机组处理以此循环冷却，直到将仓温和粮温降至设定温度机组进入待机状态，当仓温高于设定温度后，机组自动运行。

1.1.2移动式单冷型水源热泵谷物冷却机组

制冷量85 kW，送风量5 500 m3/h，机外余压≥980 Pa，装机功率27.5 kW，自动调质功能，单廒间配置2台机组和1台移动式冷却塔(流量50 m3/h，装机功率7.0 kW)。谷物冷却机组由控制系统、制冷系统、送风系统、温湿度调控系统组成，运行时将机组回风口、送风口分别与仓房回风管、通风口用保温风管连接。冷风经仓房通风口、地上笼风道均匀穿过粮层，然后由粮面上部的回风管回到机组处理以此循环冷却，直到将整仓粮温降至设定温度后机组停机。采用PLC自动控制系统，送风机配置变频器，根据出风温度和回风温度自动调节不同的风量和风压，可确保对粮堆进行均匀降温，避免温度过低或过高影响粮食的品质、水分变化以及能耗等。采用水源进行换热，具有换热效率高、能耗低、运行费用低、管理方便、投资省等特点。

1.2 测试仓房基本情况

本次选择两个仓房进行测试，详见表1。

表1 仓房储粮情况

库区原平房仓单廒间跨度24 m，长度27 m，拱板下弦板高8 m，堆粮高6 m。墙体为490 mm厚组合墙，屋顶为钢筋混凝土拱板屋盖，门窗为常规保温密闭门窗。仓内布置2组地上笼风道，风道直径0.4 m，采用“圭”形布置，风管间距4 m，两边距墙1.55 m，冷通方式为压入式。

原仓房主要是常温储存散装原粮，为满足改造后低温储粮的墙体、屋盖、门窗、穿墙管道等的热阻性能，需对原仓房相应位置进行保温改造，具体如下：外墙增设30 mm CPC双面水泥基硬泡聚氨酯复合板；拱板下弦板上部现场喷涂30 mm硬泡聚氨酯，拱板下弦板下部增设50 mm CPC双面水泥基硬泡聚氨酯复合板；仓房大门及粮情检查门内表面增设50 mm CPC双面水泥基硬泡聚氨酯复合板；原窗户及通风孔等均增设内密闭保温门(内设50 mm聚氨酯)；地上笼通风口及回风口增设外保温门(内设50 mm聚氨酯)；穿墙管外包30 mm石棉保温管和保护层。经上述改造，墙体、屋盖、门窗、穿墙管等的热阻性能均能满足要求。

1.3 方法

1.3.1水分含量的测定

采用105 ℃恒重法。在仓内粮食谷冷降温前、中期和结束后分别对粮食表层、上层、中层、下层取样检测。

1.3.2粮温的测定

采用粮情测控系统，测试安排情况见表2。

表2 测试安排情况

粮堆表层控温效果测定方法：保持4台L5D型水冷粮面低温控温机组处于自动控制运行状态，每4 h记录1次仓温、粮温、气温等数据，连续7 d检测表层粮温数据。

粮堆内部降温效果及低温节能效果测定方法：通过单冷型水源热泵谷物冷却机组对粮堆内部进行降温，每4 h记录1次仓温、粮温、气温、回风温度、送风温度、平均粮温、用电量等数据。整理粮堆内部降温效果实验中的实测数据，按照《储粮机械通风技术规程》LS/T 1202—2002中，附录C第C.1.1中(C.1)式计算低温节能效果。

2 结果与讨论

2.1 粮堆表层控温效果的测定

连续9 d对14号仓进行测试，仓内4台L5D型水冷粮面低温控温机组设定制冷温度为18 ℃，保持自动控制运行状态，表层粮温变化情况详见图1。

图1 14号仓表层粮温变化情况图

由图1可知，表层平均粮温从22.3 ℃降至18 ℃用时50 h，连续7 d表层平均粮温均控制在18 ℃及以下，仓内空间温度和粮食表层温度均控制在机组的设定温度以内，实际运行效果良好，满足仓房改造的设计要求。

仓房的温度上升主要从屋顶、墙体等热传导至仓内，且从屋顶热传导至仓内的热量远高于其他部位，因此控制仓内粮面上部空间温度是保持粮食维持低温的一个重要环节。此次配置的水冷粮面低温控温机组的机型、规格和数量较为合理，机组的制冷量、风量满足控温的要求。

2.2 粮堆内部降温效果及低温节能效果的测定

连续6 d对4号仓进行测试，2台GLA85型单冷型水源热泵谷物冷却机组和1台移动式冷却塔均保持自动控制运行状态，粮温变化情况详见图 2。

图2 4号仓粮温变化情况图

由图2可知，降温幅度△t=9.9 ℃，降温时间△h=92 h，温度梯度 0.88 ℃/m(根据粮情测温数据仓温降至14 ℃时，粮食表层均温为16.8 ℃，粮食底层均温为11.5 ℃，并结合装粮高度6 m计算所得)，平均降温速度v=0.108 ℃/h，整仓均温降达温度14 ℃，机组耗电量∑W=5 285.71 kW·h，单位能耗Et=0.205 4 kW·h/(℃·t)。整仓平均粮温降温曲线较为均匀，各时间点温度降低幅度相差较小，实际运行效果良好，整仓的降温幅度、降温时间、温度梯度、平均降温速度、能耗等低温指标均满足设计及相关规范的要求。

其中实测单位能耗比《四川省粮食低温储备库项目使用效果专项验收标准(试行)》中要求的Et≤0.35 kW·h/℃·t(国家标准为0.5 kW·h/℃·t)低的多，仅为要求的58.69%。

此次配置的单冷型水源热泵谷物冷却机组的机型、规格和数量较为合理，机组的制冷量、风量、风压满足冷却原粮的要求，适合本次平房仓低温改造的仓型、储粮数量及当地气候条件。

由于单冷型水源热泵谷物冷却机组自重和配置的电缆重量较重，移动和使用不便，在设备制造做相应改进，考虑增加自行行走机构和缠绕线盘，方便设备运行管理。

2.3 粮堆内部降温过程中粮食水分变化的测定

在降温前、中期和结束后检测水分，监控粮堆每层以及全仓平均水分变化，详见图3。

图3 4号仓粮堆内部降温过程中粮食水分变化情况图

由图3可知，降温阶段下层水分降低较为明显，其他粮层水分有升有降，水分变化幅度不大，全仓综合水分略有下降，下降幅度≤0.5%，总体变化不大。

谷冷机在降温的同时可以保持和适量调整粮食水分，具有保持水分冷却通风的功能，通过合理调控送入仓内冷却空气的温度和湿度，达到降低储粮温度，保持粮食水分的目的。

2.4 降温结束后粮温变化情况

在对整仓粮食谷冷降温后的两个月内，对粮温进行了跟进检测，详见图4。

图4 4号仓降温结束后两个月的粮温变化情况图

由图4可知，在对整仓粮食谷冷降温后的两个月内，对粮温进行了跟进检测，平均粮温上升约2.7 ℃，其中底层粮温回升幅度较大，中层粮温回升幅度较小，表层粮温变化最小，靠近向阳面墙体的粮温回升幅度大于靠近背阴面墙体的粮温回升幅度。

粮堆内部底层和中层的温度回升幅度不同主要是谷冷后粮堆内部存在温度梯度导致的冷热量传递，表层粮温变化最小主要是粮面控温设备起到维持仓温的关键作用。靠近不同面墙体的粮温回升幅度不同主要是因为向阳面及背阴面墙体吸收的热量以及热传导进入仓内的热量不同，不同面的墙体保温层的设置在以后的低温改造设计中还需进一步完善。