平房仓横向谷冷通风技术在稻谷储藏中的应用*

高艺书 刘益云 刘林生 赵红辉 项 景 胡长武 林 涛

(浙江省粮食局直属粮油储备库 310006)

横向谷冷通风是利用谷冷机将具有恒定温度和湿度的冷空气吸入具有横向风网通风系统的粮堆内,以降低整仓粮温的一种谷物冷却技术[1]。浙江省粮食局直属粮油储备库地处第五储粮生态区,夏季温度高,昼夜温差小,高温不仅不利于稻谷的安全储存,而且会加速储粮害虫的繁殖,导致脂肪酸值的快速上升,引发稻谷品质劣变。为改善稻谷在高温季节的储藏环境,抑制虫害生长,延缓储粮品质劣变,本研究基于横向风网通风系统开展稻谷谷冷实仓试验。

1 材料

1.1 试验仓房及储粮情况

试验仓及储粮基本情况见表1、表2。

表1 试验仓基本情况

表2 储粮基本情况

1.2 主要试验设备

GGLH40型谷冷机1台、HLH-3型斜流风机1台、3 kW变频器1台、粮情测控系统1套。

2 试验方法

2.1 测温点布设方法[2-3]

沿仓房长度方向从东到西设置7个测温截面,宽度方向从南到北分5个截面,粮堆高度从上到下分4层,测温电缆距离仓房四周墙体0.3 m,表层和底层测温电缆距离粮面和地坪0.3 m,测温电缆水平间距约4.30 m,垂直间距约1.41 m。整仓共铺设35根测温电缆,南北方向每个截面共28个测温点,整仓共计140个测温点。

2.2 谷冷机作业方法

横向谷冷通风系统由仓房横向风网系统、谷冷机、斜流风机构成。具体连接方法为,将谷冷机的出风管、回风管分别连接在试验仓西南角和西北角的通风口(连接主风道),在东北角的通风口连接斜流风机,其他通风口采用塑料薄膜和槽管密闭,粮面和仓门用单膜双槽管进行密封。作业时,开启谷冷机和斜流风机,进行整仓冷却通风。在谷冷机的操作界面设置冷风出风温度和湿度。利用粮情测控系统记录通风前以及通风过程中每2 h整仓各测温点粮温变化,并分析冷却通风试验效果。

谷冷作业期间,每2 h检测进入粮仓冷风温度,当进仓冷风温度变化超过2℃时,及时调整谷冷机风机的冷通参数,使温度与设定值接近。当冷风面逐渐从南向北迁移到北侧斜流风机口,平均粮温达到目标温度后,结束试验。

2.3 “鼓膜谷冷均温”阶段(7月8日17:30～7月9日6:00)

谷冷作业前期,先进行“鼓膜谷冷均温”试验。冷风(设置出风温度为10℃,实测温度为11.5℃)通过谷冷机的出风管进入主风道,经由支风道进入粮堆,并穿过上层粮堆,到达粮堆表面,形成“冷气囊”。在仓房北侧,冷气一部分由斜流风机排出仓房,另一部分通过连接在仓房西北角通风口上的回风管回流到谷冷机。在此阶段试验中,谷冷机的回风管利用三通进行补气(补气口直径为110 mm),同时斜流风机频率设置在26.8 Hz,便于“冷气囊”的形成。

2.4 大风量整仓降温阶段(7月9日6:00～7月12日16:00)

调整斜流风机的运行频率,使膜下粮堆形成负压。7月9日6:00开始,进入大风量整仓降温阶段,实测谷冷机出风温度为8℃(设置出风温度为10℃)。

2.5 闭环谷冷降温阶段(从7月12日16:00～作业结束)

7月12日16:00开始,关闭谷冷机回风管的补风口,调整斜流风机频率为20 Hz,进入闭环谷冷降温阶段,实测谷冷机出风温度为9℃(设置出风温度为5℃)。

3 结果与分析

3.1 谷冷通风整体效果分析

谷冷试验从2020年7月8日17:30开始,于7月17日10:00结束,总计209 h。试验期间,气温为21.5℃～36.3℃,试验仓整仓横向谷冷通风试验结果见图1。如图1所示,谷冷作业前后,粮堆平均温度由18.3℃下降至14.8℃,降幅为3.5℃;最高粮温从25.3℃降到21.8℃,降幅为3.5℃;周均粮温从20.1℃下降到14.6℃,降幅5.5℃;内均粮温从15.9℃先上升至16.9℃,再下降至15.1℃,降幅0.8℃。内均温度前期(7月12日22:00以前)缓慢升高原因:谷冷机的冷空气由主风道经由支风道缓慢上升到达粮面上部空间的过程中,粮堆表面热空气被“挤压”进入粮堆,使得粮堆内温缓慢上升。后期,随着粮堆内冷热空气的不断循环和热交换,粮堆内温逐渐下降。谷冷作业结束,各温度指标总体均呈现下降趋势。

图1 谷冷通风作业各时间点粮温变化趋势

3.2 “鼓膜谷冷均温”阶段效果分析

冷气由仓房南北两侧均匀分布的支风道穿过粮堆的过程中,粮堆本身的热量会随着冷风的运动发生由南向北的“迁移”,表现为粮堆南一截面、南二截面、宽中截面、北二截面出现多点的温度上升,见表3。在此阶段,大部分冷风可能在南一截面所处位置呈现斜向上方向移动并穿越表层粮堆的运动路径(支风道半径0.25 m,测温电缆距离仓壁0.3 m),只有少部分冷风自南向北径直穿越粮堆。这就使得在谷冷作业前期,南一截面粮堆温度上升响应最迅速(谷冷作业2 h时,南一截面温度上升的点有19个,温度累计上升8.2℃),南二截面、中截面、北二截面所呈现的温度上升响应较南一截面相对较弱。

表3 谷冷作业2 h时粮堆截面各测温点粮温变化幅度 (单位:℃)

同时能够观察到,南一截面(共7个点出现温度下降,温度累计下降7.5℃)和西一截面(共11个点出现温度下降,温度累计下降4.9℃)上层温度出现下降的现象,分析原因可能是粮食与冷气发生了热交换。西一截面粮堆距离冷风入口更近,冷风量更大,在形成“冷气囊”的过程中,其上层粮温下降明显。当冷风穿过上层粮面,再经由上层粮面斜向下穿过粮堆后,冷风在仓房北侧与粮堆进行热交换,使得北一截面粮堆温度出现迅速下降。

随着谷冷作业时间的延长,冷风源源不断进入粮堆,上述温度上升或下降效应逐渐显著。

3.3 大风量整仓降温阶段效果分析

当谷冷作业进行24 h时,可以观察到,在粮堆南侧、北侧和东侧形成了“冷皮”,见表4。在“冷皮”形成的过程中,随着谷冷作业时间的延长,“冷皮”的温度逐渐下降。

表4 谷冷作业24 h时粮堆截面各测温点粮温变化幅度 (单位:℃)

3.4 闭环谷冷降温阶段效果分析

在“冷皮”形成和温度下降的过程中,粮堆表面越来越多的“散点”开始出现温度下降,随着谷冷时间的延长,“散点”温度下降的幅度也逐渐增大。当谷冷作业达96 h时,粮堆表面粮食与冷气进行热交换,使得本身温度下降,在粮堆表面形成“冷皮”,见表5。

表5 谷冷作业96 h时粮堆截面各测温点粮温变化幅度 (单位:℃)

继续作业,横向谷冷的降温作用逐渐向下延伸,这种效应在南二截面尤为显著,表现为在谷冷作业达140 h时,南二截面的“冷皮”已形成,见表6。

表6 谷冷作业140 h时粮堆截面各测温点粮温变化幅度 (单位:℃)

当谷冷作业达164 h时,可以发现,宽中截面粮堆表面的温度下降现象开始出现下移,见表7。

表7 谷冷作业164 h时粮堆宽中截面各测温点粮温变化幅度 (单位:℃)

继续延长谷冷作业时间,“冷皮”的温度有所下降,但是下降幅度比较缓慢。当谷冷作业达203 h后,“冷皮”温度总体不再发生变化。谷冷作业208 h时,关闭谷冷机,停止作业。

3.5 能耗分析

从7月8日至7月17日,作业期间谷冷机能耗如下表8所示,吨粮能耗为0.81 kW·h/(℃·t)。

表8 谷冷能耗情况表

4 结论与讨论

稻谷仓横向通风谷冷实仓试验结果表明,谷冷通风技术可以有效降低横向通风平房仓夏季高温环境下的粮堆平均温度,且降温速度快、效率高,降温效果明显。