浅圆仓内环流控温效果试验*

袁 奎 曾凌沛 张小虎 吴晓东 袁红斌 高 源 姜祖新 王舒欣 易知通

(1 中央储备粮西安直属库有限公司 710600)(2 中储粮成都储藏研究院有限公司 610031)(3 中储粮集团有限公司西安分公司 710076)(4 宁波瑞凌新能源科技有限公司 315502)

内环流控温技术具有经济性好、操作简便、减少异常粮情发生等优点,是我国“三北”地区普遍推广的绿色储粮技术[2],但内环流技术在平房仓中应用较多,浅圆仓相关应用经验较少,特别是陕西省内还没用应用经验。浅圆仓环流风机和管道配置直接影响环流效果[3],各生态区气候条件不同,需要探索适合陕西省应用的内环流设备和运行工艺参数。本项目通过在中储粮西安直属库有限公司库区开展实仓试验,测试内环流运行期间的粮情,评价技术应用的效果,为今后内环流技术在陕西规模应用提供参考。

1 试验材料

1.1 试验仓房

试验选取中储粮西安直属库岱王库区内的4栋浅圆仓,4栋仓房排成1列,由西到东依次为Q3、Q4、Q5和Q6号仓,其中Q3、Q4、Q5为试验仓,Q6为对照仓,皆为2021年交付使用的浅圆仓。所有仓房配备环形通风地槽,墙体为钢筋混凝土,筒壁厚度26 cm,外壁白色涂料,直径23 m,檐口高度27.2 m。仓顶屋盖采用钢筋混凝土和钢结构屋面板,屋盖均采用SBS改性沥青防水卷材和聚氨酯防水涂膜,外做细石混凝土。2021年11月对试验仓的墙体和屋面外表面采用辐射制冷材料进行隔热改造。具体仓房改造对照见表1。

表1 仓房改造情况对照表

仓顶改造工艺流程为:基层清洗/清扫——界面剂施工——厚胶膜施工——密封胶封边——完工检查。仓顶圆形排风管道孔洞外壁也用厚胶膜包裹。厚胶膜是由反射型辐射制冷膜结合丁基胶制成。

1.2 试验粮食

4栋仓房储粮情况见表2。储粮均为2021年秋季入仓的混合小麦,等级一等,入仓时杂质、水分含量都接近。2021年冬季各仓均采用7.5 kW离心风机压入式通风,2021年底结束通风时,各仓粮情大体接近,仓内各部位粮温在-3℃～12℃。

表2 储粮情况对照表

1.3 内环流系统

浅圆仓外壁安装了2台小型离心风机,处于仓房的对称位置。功率3 kW,环流管网系统最小管径300 mm,最大管径480 mm,环流管道为填充橡塑棉的双层保温管道,保温棉3 cm厚,仓内中间设置温湿度传感器1个,内环流系统以仓温作为启停依据。

1.4 粮情测温系统

仓内整仓测温电缆共12层,分布如图1,其中1～14号为外圈电缆,离墙约3 m,15～23号为内圈电缆,离墙约9 m。每根电缆上等距垂直排布12根测温传感器。

图1 内测温电缆分布图

2 试验方法

2.1 内环流系统参数设置

内环流系统于6月17日开始使用,第一周设置26℃开,24℃关,之后调整为25℃开,23℃关。Q3、Q6仓全天开,Q4仓隔天开,Q5仓是白天开晚上关。9月11号内环流作业结束。

2.2 数据采集

整仓测温电缆测量时间为每周一、周四,并记录;靠墙加密电缆测温时间为7月13日开始,每周一、周五;所有的测温数据导出Excel报表,采用Orgin软件进行作图分析。

3 数据分析

根据靠墙加密电缆的东南、西南、东北、西北4个方位,分方位分析各自靠墙“热皮”粮温;通过内圈电缆(15～25号)第5～10层计算“冷心”粮温。

选取各仓内环流控温作业前最近的6月13日、作业中期7月14日及作业刚结束9月12日的粮情数据汇总,见表3。

选取自5月20日至9月13日期间,每次上午9:00测得的Q3仓、Q5仓、Q6仓粮情数据进行作图,如图2～5所示。

图2 Q3号仓粮堆“冷心”和各层均温情况

3.1 内环流开启前粮情分析

由表3可知,内环流开启前(6月13日),各仓均呈现仓温>表层粮温>底层粮温>“冷心”粮温的现象。各仓仓温在26℃～27℃,表层均温在15℃～17℃,与第2层存在4℃～7℃的温差,第2～4层温度较均匀,各仓底层粮温在8.0℃～13.8℃、8.9℃～14.5℃、8.3℃～16.3℃、12.1℃～14.3℃之间,底层均温与仓温存在15℃左右的温差,“冷心”温度分别在2.8℃～9.6℃、5.6℃～9.3℃、5.9℃～9.2℃、6.8℃～9.7℃之间。Q5号仓、Q6号仓“冷心”(平均值)较Q3号仓、Q4号仓高约1℃、Q6号仓底层均温较Q3号仓、Q4号仓、Q5号仓高1℃～2℃,Q6号仓仓内温度梯度较大,说明经过冬季通风后几个月的密闭,至翌年度夏前,Q3仓隔热效果最好,Q4号仓、Q5号仓次之,Q6号仓较差,因各仓未使用制冷设备,温差现象与仓房隔热性能直接相关,说明辐射制冷材料应用于仓墙与屋面隔热,在冬季和春季常规储藏有良好的隔热效果。

3.2 内环流运行前期粮情分析(6月17日～7月上旬)

内环流开启时至7月上旬有连续高温天气,气温最高达40℃。因环流时,仓内形成沿粮堆向下的气流,粮堆底层冷能经过环形地槽、通风口和仓壁管道运送到粮面上方空间,降低仓温,控制仓温在设定的温度范围内波动。由于内环流开启初期,表层粮温远低于初始和设定的仓温,仓内气流下行时,表层粮温迅速上升,带动第2层～第4层粮温上升,由于第2层与表层粮温存在较大温差,第2层粮温也上升迅速,从图3～图5看出,内环流开启初期,Q3仓、Q5仓、Q6仓前四层平均粮温上升明显,且呈现升温速度和幅度:表层>第2层>第3层>第4层的现象,而底层粮温受“冷心”影响,前期底层粮温下降;7月4日,如表3所示,3栋仓第1层平均粮温均低于第2、3层,第4层均温分别为13.1℃、13.3℃、15.5℃,Q5仓、Q6号仓底层粮温较“冷心”分别高0.1℃、0.6℃,Q3号仓底层粮温较“冷心”低0.1℃,底层粮温和“冷心”平均粮温已接近。

图3 Q5号仓粮堆“冷心”和各层均温情况

图4 Q6号仓粮堆“冷心”和各层均温情况

图5 3栋仓仓温和底层粮温情况

3.3 内环流运行中期和后期粮情分析(7月中旬以后)

由图6可知,随着内环流运行,7月中旬后,3栋仓底层粮温和“冷心”温度均衡后,底层粮温接近匀速上升;7月21日后,底层粮温和“冷心”粮温均持续匀速上升,但因仓内冷能下移到仓底,粮堆中部“冷心”粮温高于底层粮温,Q6号仓底层粮温升幅明显大于Q3号仓,说明Q6号仓冷能比Q3号仓消耗快。

由图3～图5可知,随着内环流的运行,“冷心”消耗速度:Q6>Q5>Q3,Q3号仓“冷心”温度从初始7.3℃上升至11℃用了41 d,Q6号仓从8.3℃上升至10℃以上用了25 d,Q5号仓从8.1℃上升至10℃以上用了36 d,8月8日,Q6号仓“冷心”温度达15℃以上,Q3号仓、Q5号仓“冷心”温度分别为13.8℃、14℃,至9月12日,Q3号仓、Q5号仓、Q6号仓“冷心”温度分别为17.9℃、19.2℃、19.0℃,各仓“冷心”与粮堆4层温差以及粮堆上层之间温差大幅缩小,仓内温度梯度较小,“冷心”基本消耗完。

Q3号仓东面无仓遮挡,相较其他仓夏季上午日照强度大,但内环流全天开启情况下“冷心”消耗最慢,说明Q3号仓良好的仓房隔热性能对减缓内环流运行时“冷心”消耗起到了明显效果;Q5号仓“冷心”较Q6号仓消耗慢,但仓温控制效果较Q6号仓好、较Q3号仓差(图6),说明Q5号仓墙做辐射制冷涂料起到了良好的效果,仓顶额外做辐射厚胶膜效果对仓温控制效果更好。

3.4 粮堆水分变化情况

根据春秋两季和日常粮堆水分检测结果,Q3号仓、Q4号仓、Q5号仓粮堆水分基本无变化,Q6号仓粮堆水分因受仓顶和外温传导的影响,湿热扩散造成整仓粮堆水分出现一定程度的升高,Q6号仓仓内水分梯度较大,说明经过冬季通风后几个月的密闭,至翌年内环流结束前,Q3号仓隔热效果最好,Q4号仓、Q5号仓次之,Q6号仓稍差,说明辐射制冷材料应用于仓墙与屋面隔热,对常规储藏有良好的隔热效果,对延缓储粮品质变化和保水有良好的效果。

3.5 虫害情况

自第一年入仓熏蒸后,至翌年内环流结束前,经日常扦样筛选检查,试验仓和对照仓均未发现害虫,全年实现免熏蒸。

3.6 电耗情况

内环流6月17日开始使用,9月11号内环流作业结束。Q3号仓、Q6号仓全天开,Q4号仓隔天开,Q5号仓是白天开晚上关,试验结果表明,Q3号仓比Q6号仓节能30%以上,Q4号仓比Q5号仓节能10%左右。在实际应用中,根据当地气候情况,结合粮情及仓内蓄冷情况,可以采取隔天开和晚上开相结合的方式,在确保效果的前期下,可以有效地降低能耗。

4 结果与讨论

4.1 浅圆仓仓顶采用辐射制冷厚胶膜或仓墙采用辐射制冷涂料进行隔热改造,对于春季保冷、延缓夏季内环流运行时仓内“冷心”消耗速率的效果明显,仓顶和仓墙改造效果最佳。

4.2 夏季浅圆仓内环流运行的初期(约20 d),高大粮堆内部“冷心”向底层迁移,底层粮温下降,实际仓温高于设定参数,最高层粮温从表层下移到第2～第4层,引起表层、上层粮温上升;待底层粮温稳定后,内环流运行的中期和后期(约45 d),仓温控制在预期值,各仓粮堆“冷心”与4层温差以及粮堆上层之间温差大幅缩小,仓内温度梯度较小,整仓粮温均匀性提高。

4.3 本次浅圆仓内环流配置功率3 kW的离心风机和300 mm～480 mm的双层保温管道,系统运行工况正常,环流时起到良好的均温效果,夏季设置23℃～25℃运行约3个月时间,粮堆“冷心”刚好够用,无需额外补冷,实现了夏季不用制冷设备实现安全储粮。