粮食烘干机用冷热风混合调节装置设计

◎ 王 猛，姚会玲，黄施凯，王栋梁

（中粮工程装备无锡有限公司，江苏 无锡 214064）

随着粮食生产全程机械化水平的提高，粮食产后的粮食烘干工段成为打通粮食全程机械化的关键环节。粮食机械化烘干需要热源提供热量，通过加热除去粮食中的水分，从而降低粮食的含水率，达到烘干粮食的目的。稻谷与干燥介质之间进行湿热交换，由于是处在降速干燥阶段，稻谷颗粒内部存在温度梯度与水分梯度，使稻谷不同部位之间存在不均匀收缩，导致应力产生[1]。因此稻谷合理干燥工艺参数的选择一直是我国谷物干燥研究的重点和难点。稻谷是由不同成分组成的复合体，又是热敏性物料，干燥速度过快或参数选择不当很容易产生爆腰[2-3]。CNOSSEN等[4]论述了稻谷烘干和缓苏工艺的操作要求、干燥介质温度和降水速率对稻米品质的影响。烘干后的粮食品质是检验粮食烘干工艺及设备好坏的一项关键指标，影响粮食烘后品质的因素有多种，其中进入烘干机和粮食接触的热风温度是最关键的一种。如果进风温度过高，粮食内部的结合水渗透不出来，会造成稻谷爆腰或者裂纹，影响稻谷的出米率，甚至影响种子的发芽率等指标。如果进风温度过低，粮食烘干速率会大幅降低，影响烘干效率，特别是阴雨天气会使更多粮食来不及烘干而发生霉变，造成粮食丰产不丰收。进入烘干机的热风温度要求比较严格，烘干种子时，进入烘干机的热风温度一般要求40～45 ℃；烘干商品粮时，进入烘干机的热风温度一般要求55～60 ℃。此外，烘干的整个过程进入烘干机的热风温度精度要控制在±3 ℃。本文将设计一种循环式烘干机用的热风混合装置，确保进入烘干机的热风温度合适并长期稳定，满足粮食烘干的基本需求。

1 粮食烘干机用冷热风混合调节装置

1.1 结构与工作原理

热风混合调节装置的基本构造见图1，该装置主要由比例调节执行器、热风管道、热风调节门、冷风管道、冷风调节门、挡风锥帽、温度传感器以及控制系统（与烘干系统融合）组成。热风调节门1位于热风管道4顶端，热风调节门1与热风管道的顶端固定连接；挡风锥帽5位于热风管道4底端；热风管道4底端和挡风锥帽5插入冷风管道7中；冷风调节门3位于冷风管道7顶端，冷风调节门3分别与冷风管道7顶端和热风管道4外壁固定连接；比例调节执行器2固定安装热风管道4的外壁上；比例调节执行器2连接控制热风调节门1；温度传感器6通信连接比例调节执行器2；温度传感器6位于冷风管道7底端的内壁上。热风通道上端设有导风板；导风板8一端与热风通道口上端连接，导风板8的另一端向热风管道5外壁一侧伸展，可以使热风在导风板8的导流下向下流动。冷风调节门3上设有手动调节把手，在热风调节阀门1自动调节的过程中，可以通过手动的方式调节冷风调节门3的风量大小，配合热风调节阀门1工作，热风调节门1的阀门为蝶阀。

图1 冷热风混合调节装置简图

当烘干机开启烘干作业后，控制系统向冷热风混合调节装置发出指令，比例调节执行器2接收到指令，立即将热风调节门1全部打开，热风炉提供的热风通过热风管道4进入冷热风混合调节装置，热风从热风调节门1中的蝶阀进入，从热风管道4导向经装有挡风锥帽5的热风通道，从热风通道四周的出风口向四周喷出，与从冷风调节门3进入的冷风充分混合，混合后的冷热风吹向温度传感器6，比例调节执行器2根据温度传感器的反馈数据调节热风调节门1的开度，使混合后的冷热风达到并稳定在设定温度，进行烘干作业，待一批次的烘干作业结束后，烘干机控制系统将对比例调节执行器2发出指令，比例调节执行器2将立即关闭热风调节门1，阻断热风继续进入烘干机，防止粮食过度烘干，影响粮食品质。若一台热风炉仅为一台烘干机提供热量，这时热风炉随之停止热量供应；若一台热风炉向多台烘干机提供热量，则仅需关闭单台热风混合装置的热风调节门1即可，其他冷热风混合调节装置正常工作。

1.2 主要结构和性能参数

列出的性能参数根据30 t/批次循环式粮食烘干机设计，计算依据见表1。通过计算并结合经验值[5]，得出冷风调节门进风面积设计最大值约为0.537 m2，开启大小根据实际情况进行调节。根据匹配的烘干机尺寸，本文的冷热风混合调节装置外形尺寸为Φ1 200 mm×950 mm（高度）。

表1 计算及性能参数表

1.3 现场使用情况及使用效果

热风混合调节装置已经在江苏农垦、安徽农垦、粮食储备库等多个项目中使用，其中江苏农垦黄海农场用于种子烘干线，共12台烘干机配套使用，设定温度为48 ℃，使用效果如图2所示。使用过程中，烘干机控制系统根据反馈的信息，通过比例调节执行器动态控制热风量大小，每台烘干机混合后热风温度控制在设定值，偏差值为±0.5 ℃。控制方便快捷、温度稳定，烘后的种子发芽率符合客户要求，得到客户一致好评。现场使用照片见图3，联动控制见图4。

图2 冷热风混合调节装置的实时反馈数值图

图3 现场使用照片图

图4 联动控制图

2 冷热风混合调节装置使用注意事项

①冷热风混合调节装置在工艺方案中被设置在热风炉和烘干机之间，一般与热风炉出风输送管道和烘干机进风管道连接，故冷热风混合调节装置需根据匹配的机型设计连接方式。②根据烘干机配置的风机风量、风压大小，选择是否在热风炉出风处配置热风送风风机，且保证输送的热风到达烘干机进口处是微正压状态。③冷热风混合调节装置与烘干机的控制系统联动作业，在冷热风混合调节装置电气接线完成后，一定要在现场进行热风调节门的动作检查，查看当烘干机控制系统发出开机指令时，热风调节门是否处于开启状态。当烘干机控制系统发出关机指令时，热风调节门是否处于关闭状态，并检查热风调节门处于关闭状态时的密封情况，是否有漏风情况。如果开关动作连接线接反或者热风调节门密封情况不好，当烘干作业结束后，继续有热风进入烘干机本体，因为雨天来不及排出或者暂存于烘干机机内的干燥粮食一直处于再烘干状态，损害粮食品质，甚至会因为粮食温度过高而引起火灾，在实际使用中发生过类似情况，使用者一定要引起重视。④检测混合后热风温度的传感器，可根据实际情况进行位置调整。在开机调试时，选择合适位置静置2 h左右，温度波动在±3 ℃，即认为位置合适。⑤夏季小麦烘干季的室外温度高，最高可超过30 ℃，秋季稻谷烘干季的室外温度低，最低可达0 ℃，所以冷风调节门的开启面积要根据实际情况调节，保证进入烘干机的热风温度及风量能满足烘干作业的要求。⑥调节冷风进风面积时，可同时调节对角线上两扇开关的开闭程度，保证四周的进风量均匀，且混合效果佳。⑦为了降低热量损失，热风管道及冷风管道外壁均需采取保温措施，保温材料及保温方法均参照热风炉热风输出管道选材和制作，在明显位置张贴防烫伤警示标识。

3 结语

烘干温度直接影响烘干品质，粮食品质要求的提高对烘干机的烘干温度控制有了更高的要求。冷热风混合调节装置可以取代过去人工控制温度的方式，降低工人工作强度，节约人工成本，实时监测调节温度，比人工控制更加可靠。冷热风混合调节装置主要与热风型烘干机配套使用，使烘干机能在设定温度下安全可靠地工作，从而保障粮食安全。