立筒仓谷冷通风及机械通风综合应用
2022-01-21杨富界简冠炽周小坚李松伟
◎ 杜 勇，杨富界，简冠炽，周小坚，李松伟
（广东省储备粮管理总公司东莞直属库，广东 东莞 523145）
广东省储备粮管理总公司东莞库位处第七储粮区，属典型的亚热带气候，常年处于高温高湿状态，储粮易出现发热现象。东莞库立筒仓粮食经过附壁折板入仓，附壁折板附近粉杂聚集现象明显[1]。玉米籽粒胚部很大，亲水性强，微生物附着量大，容易霉变，胚部含脂肪多，容易酸败，且中转粮杂质、破碎较多，更易出现发热霉变现象[2-3]。立筒仓在夏季玉米储藏及中转过程中常出现发热现象，发热部位主要集中出现于锥底、附壁折板下方、侧壁发放口附近、粮面等部位。
利用谷物冷却机降温及机械通风降温处理发热粮，降温效果显著，作业成本低，具有较高应用价值[4]。立筒仓作为一种中转仓型，目前国内对立筒仓开展谷冷控温研究较少。本研究以立筒仓为对象，对发热玉米粮堆使用不同的谷冷方式[5]，研究其谷冷效果及能耗费用对比情况，以期探索出谷冷通风及机械通风在立筒仓的合理运用方式。
1 材料和方法
1.1 试验仓房
选取T15、T16仓作为试验仓。两个仓位于二期立筒仓群中，二期立筒仓群由18座筒仓及10座星仓连体构成。仓房直径15 m，装粮线高44.8 m，仓外檐高48.5 m，设计容量5 000 t。T15、T16仓均配置有侧壁发放口，附壁折板，14根测温电缆，6条放射状风道，仓顶1个通风口，仓下2个通风口。试验仓风道形式为一机三道，立筒仓风道及仓房结构如图1所示。
图1 立筒仓风道及仓房结构示意图
1.2 供试粮食质量情况
供试粮食质量情况如表1所示。
表1 供试粮食质量情况表
1.3 供试粮食粮温情况
T15仓2019年7月19日平均粮温17.1 ℃，最高粮温48.5 ℃，最低粮温2.1 ℃。储粮与外界温差过大，出现发热现象，发热部位处于粮堆底部及表层。表层中心1～4号测温电缆发热点最高粮温48.5 ℃，最低粮温33.6 ℃；底部外圈13号、14号测温电缆发热点最高粮温39.9 ℃，最低粮温37.1 ℃。
T16仓2019年7月9日平均粮温29.0 ℃，最高粮温45.8 ℃，最低粮温18.0 ℃。出仓停滞，粮食受外界气温影响发热，发热部位处于粮堆上部。上部8～14层最高粮温45.8 ℃，最低粮温18 ℃。
1.4 试验设备与器材
谷冷机：YGLA-130DA/A，上海云傲机电科技有限公司。装机功率64.3 kW，制冷量137 kW，送风量10 789 m3·h-1；离心风机：4-72N14.0A，风机功率5.5 kW，风量10 936 m3·h-1；单管风机：功率3.0 kW；温湿度计：VAISALA手持式温湿度仪表HM40系列，相对湿度测量范围0%RH～100%RH，温度测量范围0～40 ℃；粮温检测系统：GGS粮情测控系统，北京粮安科技有限公司；立筒仓14根测温电缆，内圈4根，外圈10根，呈环状分布，内圈测温电缆23层，外圈测温电缆21层，传感器间距2.0 m；扦样器：粮仓深层扦样器，中储粮成都粮食储藏科学研究所；具孔钢单管：直径11 cm，长度110 cm，管面分布5 cm长、2 mm宽条形孔，不锈钢材质，具备对接螺纹；PVC单管：直径11 cm，长度110 cm，PVC材质，具备对接螺纹；三通管：直径60 cm，材质冷轧钢；变径弯管：直径由70 cm转变为60 cm，弯角45°，材质冷轧钢。
1.5 试验方法
1.5.1 降温方式
T15仓于2019年7月19日至2019年7月20日使用2台5.5 kW机械风机开展负压局部排积热作业，目的在于排出粮堆底部发热点积热，作业时气温平均值为30 ℃，气湿86%；T15仓底部发热点积热排出后，于2019年7月21日至2019年7月24日使用一台谷冷机开展谷冷通风局部排积热作业，目的在于排出粮堆表层发热点积热，设定送风温度18 ℃，送风湿度80%。
T16仓于2019年7月9日至2019年7月27日使用一台谷冷机开展谷冷通风整仓排积热作业，目的在于排出发热部位积热，均衡粮堆温度，设定送风温度18 ℃，送风湿度80%。T16仓于2019年7月21日至2019年7月27日增加仓内单管通风作业，目的在于谷冷通风期间助排附壁折板部位杂质聚集区积热。
表2 试验仓房通风方式及风机、谷冷机配置情况表
1.5.2 温度测定
在机械通风及谷冷通风期间，每24 h利用粮情检测系统进行一次粮食温度、仓内温度、仓内湿度、大气温度、大气湿度测定。在机械通风期间，每天8:00、12:00、14:00、17:00、22:00使用温湿度计测量大气温度和大气湿度。
1.5.3 耗电量计算
利用谷冷机电表测量耗电量，每24 h记录一次，并核算费用。根据通风时间及风机功率计算机械通风能耗，核算费用。
2 结果与分析
2.1 降温效果及分析
试验仓房作业前后降温情况如表3所示。T15仓谷冷通风结束整仓最高粮温由48.5 ℃降至28.8 ℃，降幅19.7 ℃，平均粮温由17.1 ℃降至16.1 ℃，降低1.0 ℃。T16仓谷冷通风结束整仓最高粮温由45.8 ℃降至30.6 ℃，降幅15.2 ℃，平均粮温由29.0 ℃降至23.3 ℃，降幅5.7 ℃，结果表明，试验仓房在经过谷冷通风及机械通风作业后，最高粮温可降至31 ℃以下，平均粮温可降至25 ℃以下，达到了降温目的。
表3 谷冷通风仓房降温情况表
2.2 粮温变化情况及分析
T15仓谷冷通风期间粮温变化情况如图2所示。7月19日至7月20日机械通风负压局部排积热作业期间，底部最高粮温由39.9 ℃降至22.3 ℃，表层最高粮温（最高粮温）由48.5 ℃降至41.9 ℃，平均粮温由17.1 ℃升至17.5 ℃。机械通风后底部发热部位降温明显，表层发热部位粮食与空气及未发热部位粮食进行热量交换也有所下降，由于是夏季高温季节通风，所以平均粮温受送风温度影响出现上升现象。7月21日至7月24日谷冷通风处理表层发热高温粮食期间，底部最高粮温变化较小，由22.3 ℃降至22.1 ℃，表层最高粮温由41.9 ℃逐步将至23.8 ℃，仓房最高粮温由41.9 ℃降至28.8 ℃，平均粮温由17.5 ℃降至16.1 ℃。由于出风口温度设定为18 ℃，与底部粮温接近，故底部最高粮温变化不大。表层最高粮温降温效果理想，在降温初期，发热部位粮温与周围粮温差异大，热量交换速率快，降温效果明显；在降温末期，由于发热点上移至粮面，通风阻力减小，降温速率加快。整个通风周期较短，平均粮温变化幅度较小。最高粮温在7月23日前均为表层发热点粮温，7月24日表层发热点粮温降低后变为粮堆外圈热皮粮温点。
图2 T15通风期间粮温变化情况图
T16仓谷冷通风期间粮温变化情况如图3所示。在谷冷通风期间发热部位最高粮温即为整仓最高粮温。最高粮温在7月9日至7月11日由45.8 ℃升至47.5 ℃，因为测温电缆测温点存在间隔，经气流推动，间隔中热量上移被检测到所致。7月11日至7月21日，最高粮温由47.5 ℃降至40.9 ℃，整体呈先下降后上升趋势是因为附壁折板附近杂质聚集，热量不能及时排出导致出现升温现象。7月21日加入单管通风助排杂质区积热后，粮温由40.9 ℃降至30.6 ℃。在谷冷通风期间发热部位平均粮温逐步由30.7 ℃降至24.5 ℃，平均粮温逐步由29.0 ℃降至23.3 ℃，变化趋势相对平缓。
图3 T16通风期间粮温变化情况图
以上结果表明，谷冷通风期间增加单管通风作业有助于杂质区积热排出，可减少谷冷时间，提升降温效果。
2.3 能耗情况分析
试验仓房能耗统计如表4所示。T15仓机械通风负压局部排积热作业17.2 h，耗电量为189.0 kW·h，单位能耗 0.06（kW·h）·℃-1·t-1，吨粮成本 0.04 元 /t。T15仓谷冷通风局部排积热作业77.0 h，耗电量为1 976.0 kW·h，单位能耗 0.32（kW·h）·℃-1·t-1，吨粮成本0.39元/t。T16仓谷冷通风作业315.4 h，耗电量为16 001.5 kW·h，单位能耗 0.58（kW·h）·℃-1·t-1，吨粮成本2.63元/t。T16谷冷作业期间单管通风作业140.1 h，耗电量为 420.3 kW·h，单位能耗 0.03（kW·h）·℃-1·t-1，吨粮成本0.07元/t。结果表明，在外界气温气湿相近，谷冷机送风温度、送风湿度相同情况下，整仓谷冷通风时长、能耗明显大于局部谷冷通风。
表4 谷冷通风仓房能耗统计表
3 结论与讨论
（1）夏季高温季节，在立筒仓综合应用谷冷通风及机械通风，可有效降低粮温，可将最高粮温控制在32 ℃以下，将平均粮温控制在25 ℃以下。
（2）在谷冷通风作业期间，增加单管通风作业，可有效解决杂质聚集区热量难以排出的问题。
（3）粮堆表层及底部的局部粮温发热处理方式的时长、效果、成本均优于整仓发热粮处理方式。
（4）由于立筒仓的结构问题，致使谷冷机出风口与仓下通风口距离超过25 m，谷冷通风过程中使用了较多的弯管、软连接，整条风管转弯较多，所以谷冷期间风量、风压、冷量有较大损失。但本次因进出库作业需要，未进行测量。谷冷期间风量、风压、冷量损失待进一步探究，管道连接方式待进一步优化。
（5）由于局部谷冷通风及机械通风时长、效果、能耗更低，建议储粮保管期间应加强粮情监测，尽早发现异常粮情，为异常粮情处理取得先机。
（6）立筒仓通过附壁折板入粮，主要为了减少破碎，但该处因自动分级导致杂质聚集，出现粮食发热后存在通风死角，需借助单管通风在谷冷期间对该处积热进行处理，下一步需进一步研究更加合理的入粮方式或解决该处杂质聚集问题。
（7）谷冷期间应增加粮温检测频率，发现通风期间高温点粮温下降速率降低，应及时开展单管通风辅助作业，以缩短谷冷通风时长，降低能耗。
