谷物冷卻機降溫通風糧溫變化規律實驗研究

鄭焱誠, 屈登輝, 朱延光, 劉勝強, 陳 戈

(中國儲備糧集團管理有限公司1,北京 100039) (中儲糧成都分公司2,成都 610042) (中儲糧成都儲藏研究院有限公司3,成都 610091) (成都中儲糧儲備有限公司4,成都 610502)

谷物冷卻技術是一項成熟的糧食儲藏技術,1992年開始,原國家商業部在黑龍江、福建、四川、北京等糧庫使用,獲得了良好效果;1999年,原國家糧食局在北京、沈陽、合肥等地區開展谷物冷卻機低溫儲糧實驗,證明了谷物冷卻機低溫儲糧的可行性;到2001年底,中央儲備糧庫谷物冷卻機基本配備到位[1],并相繼在淺圓倉、高大平房倉、立筒倉等多倉型,玉米、稻谷、小麥和大豆等多品種中開展相關研究[2-7]。經過30多年的發展,谷物冷卻技術與機械通風、糧情測控、環流熏蒸組成的“四合一”儲糧技術,已廣泛應用于糧食儲備企業,用以處理糧堆高溫、高濕等異常糧情,延緩糧食品質劣變,使之安全度夏,獲得了2010年國家科技進步一等獎[8]。

由于谷物冷卻機靈活、操作方便、運行穩定、作業時間長,能滿足各類倉型和糧食品種要求,國內糧庫對谷物冷卻機的使用率高,但多數糧庫使用谷物冷卻機存在過度通風、使用不科學等情況,既縮短了設備使用壽命,也沒有有效控制作業成本,浪費了資源能源[9,10]。在國家碳達峰、碳中和的節能減排背景下,探索谷物冷卻機通風變化規律,有助于在確保儲糧安全的前提下實現企業降本增效和高質量發展。本研究通過在夏季高溫天氣使用谷物冷卻機對實驗倉房進行冷卻通風,探究淺圓倉和平方倉通風過程中的冷氣擴散及糧堆溫度變化規律,以期為糧庫合理使用谷物冷卻機進行通風降溫提供參考。

1 材料與設備

1.1 供試倉房

供試倉房8、11、14號為超高大平房倉,35、37號為淺圓倉。倉房均配置有環流熏蒸、糧情監測、機械通風及谷物冷卻“四合一”儲糧技術,平房倉為3組“一機三道”地上籠,魚鱗孔板開孔率30%,8號倉通風途徑比為1.2∶1,11和12號倉通風途徑比1.23∶1,淺圓倉倉底安裝有3圈環形通風地槽,地槽之間間距4 m,通風途徑比1.09∶1。供試倉房基本情況見表1與表2,通風前糧溫情況見表3。

表1 淺圓倉基本情況表

表2 平房倉基本情況表

表3 實驗倉糧溫情況/℃

1.2 設備器材

GLA130F谷冷機,谷冷機基本參數信息見表4;淺圓倉測溫軟硬件系統:CGSR-GDCS IV多指標糧情集成智能控制系統;CSR-TDC 8M5P-JK平房倉測溫電纜。

表4 谷物冷卻機情況

2 實驗方法及原理

2.1 測溫電纜布設

按照LS/T1809—2017《糧情測控通用技術要求》布設測溫電纜。淺圓倉測溫電纜按環形布置,分為大中小3圈布點,其中小圈4根,中圈8根,大圈12根共24根測溫電纜,每根電纜有8層測溫傳感器,外圈電纜離墻約1.8米,布設情況見圖1;平房倉溫電纜按矩形布置,呈6排8列5層布點形式,共48個測溫電纜,每根電纜有6層測溫傳感器,最外層電纜離墻約0.6米,平房倉測溫電纜布設情況見圖2。

圖1 淺圓倉測溫電纜布設圖

圖2 平房倉測溫電纜布設圖

2.2 溫度監測與收集

2.2.1 溫度檢測

利用多指標糧情集成智能控制系統軟件對5個實驗倉糧溫數據進行監測、收集與處理,該系統具有溫濕度檢測與記錄功能,可通過遠端電腦實現對倉內溫度、濕度、水分等參數的檢測、查看,并利用所收集數據進行趨勢分析,能直觀反應倉內溫度變化趨勢。

2.2.2 淺圓倉溫度收集

淺圓倉按照圖1測溫電纜布點布局,沿環形垂直剖面分為里中外3層(如圖3),小圈為第1層,中圈為第2層,大圈為第3層,對3層溫度進行溫度云場模擬并記錄。

圖3 淺圓倉環形垂直剖面示意圖

2.2.3 平房倉溫度收集

平房倉按照圖2測溫電纜布點,沿寬度方向垂直剖面方向分為6層(如圖4),靠近谷冷機通風口的墻面為第1層根據距離遠近為2～5層,對6層溫度進行溫度云場模擬并記錄。

圖4 寬度方向垂直剖面示意圖

2.3 通風過程

谷冷機通過軟管連接倉房底端通風口,風機將冷氣壓入倉內,谷冷機制冷溫度設置為13 ℃,24 h進行連續通風。35號和37號淺圓倉谷冷機通風開始時間均為2022年6月3日上午,結束時間均為2022年6月13日上午,通風240 h,采取隔天記錄糧溫數據的方式收集數據;8號平房倉谷冷機通風開始時間為2022年7月22日上午,結束時間為2022年7月25日上午,通風72 h;11號平方倉谷冷機通風開始時間為2022年8月11日上午,結束時間為2022年8月15日上午,通風96 h;14號平方倉2022年8月11日上午,結束時間為2022年8月15日上午,通風96 h。

3 結果與分析

3.1 淺圓倉冷氣擴散規律

從得到的35號倉(圖5)與37號倉(圖6)溫度云圖來看,35號倉與37號倉在連續用谷冷機通風11 d后,分別在2022年6月3日、2022年6月5日、2022年6月7日、2022年6月9日、2022年6月11日、2022年6月13日進行6次糧溫檢測,發現2個供試淺圓倉倉內整體糧溫均能得到有效降低,平均下降1.3 ℃,且各層糧溫變化一致,通風過程中“降溫前沿”均呈現出整體上移的趨勢且最高溫逐漸減小,結束通風時層糧堆各層糧溫均勻,通風效果良好。35倉整倉平均糧溫從最高19.6 ℃降低到18.0 ℃,高溫部分從淺圓倉底部逐漸上移,直至消失需約11 d,冷空氣擴散速率約為1.7 m/d。37倉云圖第3層存在明顯的通風冷心,平均糧溫從最高18.5 ℃降低到17.3 ℃,高溫部分從淺圓倉底部處直至上移消失約10 d,冷空氣擴散速率約為1.9 m/d。

淺圓倉通風效果較好,可能是建倉階段已將環形通風道科學布設至倉底,通風均勻性好,確保了通風效果。根據實驗結果,淺圓倉熏蒸后可以采用谷物冷卻機進行通風散氣,不僅可以保持基礎糧溫,同時也能有效降低散氣時間,提高散氣效率。淺圓倉夏季高溫天氣入倉時使用谷物冷卻機通風可以有效降低糧堆溫度,達到儲糧安全度夏的目的。淺圓倉經過冬季蓄冷后,若非出現大面積發熱等異常糧情,盡量使用單管風機、內環流系統或小功率風機緩速通風,降低運行能耗;若采用谷冷機整倉制冷,為實現經濟運行,可在制冷通風的前期,將送風溫度調整在糧堆冷心溫度左右,在中后期,將谷冷機連接回風管道,采用回風模式實現節能降耗。

3.2 平房倉倉冷氣擴散規律

從8號倉得到的溫度云圖來看(圖7),在2022年6月22日與2022年6月25日進行2次糧溫檢測后發現,平房倉連續通風4 d后可有效降低倉內均溫,平均糧溫從最高14.2 ℃降低到13.0 ℃,第四層局部冷心降溫較慢,比周圍糧堆冷心溫度高,且風力強度從第3、4層向四周逐步遞減,倉內仍存在部分高溫點位,通風未通透。

圖5 35號倉通風階段溫度云圖

圖6 37號倉通風階段溫度云圖

從11號倉得到的溫度云圖來看(圖8),在2022年8月11日、2022年8月12日、2022年8月13日、2022年8月14日、2022年8月15日5次糧溫檢測后發現,平房倉連續通風5 d后,倉內平均糧溫從最高19.0 ℃,降低到16.3 ℃,第1層冷心變小,第3層固定高溫點為測溫電纜異常所致,第5層糧堆冷心被沖散,各層糧溫均呈現下降趨勢。

從14號倉得到的溫度云圖來看(圖9),在8月11日與8月15日2次糧溫檢測后發現,平房倉連續通風5 d后,倉溫得到了有效控制,下層溫度迅速降低,倉內平均糧溫從最高19.0 ℃,降低到17.3 ℃,倉內依然存在高溫點位,通風未通透,冷心有所減少,且被沖散。

平房倉個別點位降溫效果不佳,一方面可能是受“一機三道”通風方式和糧食水分不均勻或雜質聚集等因素綜合影響,致使地上籠風道冷空氣吹出未能均勻分布至整個倉房,影響了降溫效果;另一方面可能是由于川渝地區今年遭遇極端高溫天氣影響,實驗時正值酷暑,實驗平房倉倉墻隔熱性較差,降溫過程加大了墻體內外溫差,墻體傳熱速度過快,導致倉墻四周糧溫下降緩慢。

谷物冷卻機通風適用于降低整倉糧溫或處理整倉發熱等異常糧情。平房倉倉墻四周或局部出現高溫點位,利用單管風機通風可達到局部精準降溫的目的,高溫天氣會降低谷物冷卻機制冷效率,延長通風時間、增加能耗,同時可能會造成冷心破壞。入糧前在倉墻四周加裝“熱皮環流”裝置,做好倉房的保溫隔熱改造,可有效降低倉墻四周糧溫[11],減少通風死角。

圖7 8號倉通風階段溫度云圖

圖8 11號倉通風階段溫度云圖

3.3 冷卻能耗情況

從表5可知,淺圓倉夏季通風降溫的實驗倉單位能耗范圍為1.99～2.48 kW·h/(℃·t),噸糧耗電費用在2.42～2.58元/t。平房倉夏季通風降溫的實驗倉單位能耗為0.45～0.77 kW·h/(℃·t),噸糧耗電費用在0.72～0.88元/t。淺圓倉實驗倉單位能耗高以及噸糧費用約為平房倉實驗倉的2倍,這是由于淺圓倉存儲品種為新入倉稻谷,入倉時基礎糧溫較高且整倉水分不均勻,需要長時間通風均勻水分并降低糧溫。加之實驗時四川地區處于極端高溫天氣,通風時間有所延長,增大了通風能耗與成本。

表5 谷冷機耗能情況表

4 結論

淺圓倉利用谷物冷卻機連續通風11 d后,倉內整體糧溫得到有效降低。隨著冷卻通風的進行,糧堆溫度呈現整體上移趨勢,無通風死角,通風效果良好。35號淺圓倉平均糧溫從最高19.6 ℃降低到18 ℃,冷空氣擴散速率約為1.7 m/d,37號淺圓倉平均糧溫從最高18.5 ℃降低到17.3 ℃,冷空氣擴散速率約為1.9 m/d。谷物冷卻機連續11 d作業即可實現整倉糧堆降溫。

8號、11號、14號平房倉分別利用谷物冷卻機連續通風4、5、5 d后,倉內整體糧溫得到有效降低,8號淺圓倉平均糧溫從最高14.2 ℃降低到13.0 ℃,11號淺圓倉平均糧溫從最高19.0 ℃降低到16.3 ℃,14號淺圓倉平均糧溫從最高19.0 ℃降低到17.3 ℃。倉墻四周及底部部分點位與整倉相比溫度變化較慢,降溫效果從第3、4層向四周逐步遞減,無法實現整倉糧溫均勻降低。平房倉通風效果受風道布置和糧堆水分雜質分布影響較大,易形成通風死角,打亂糧堆原始冷心,減少冷心范圍。