糧食烘干機燃燒系統油改氣技術改造及應用對比

施鴻軍

試驗應用

糧食烘干機燃燒系統油改氣技術改造及應用對比

施鴻軍

現有糧食烘干設備燃燒裝置的燃料一直以燃油為主。本次燃燒系統改造提出將燃油改為由秸稈氣化爐產生的燃氣，在完成燃燒設備油改氣改造后，經過一系列的對比試驗，初步達到了糧食烘干低耗、高效、優質、環保的目的，對提高農業科技水平、節能減排、保護環境、提高農業經濟效益具有十分重要的意義。

1　油改氣技術改造的背景和目的

浙江省余姚市農業以糧食種植為主，近幾年由于各種農業機械的不斷引進推廣，糧食生產各環節實行農機作業一條龍服務，各類生產成本減少，種糧效益明顯，本地農戶的種植積極性不斷提高。尤其是糧食烘干機的應用，避免了因水稻集中收割，而收割季節雨水較多，日光較少，曬場面積不足，糧食產生霉變的情況，有效地解決了農戶的糧食干燥問題，確保糧食顆粒歸倉，增加農民經濟收入。但一直以來烘干機燃料以燃油為主，在油價高企的情況下，非種植大戶因成本原因不愿使用烘干機，導致出現糧食發霉情況。同時水稻收割以后，秸稈處理途徑較少，農戶多以焚燒處理，造成嚴重的大氣污染。因此，本次烘干機技術改造，就是要以秸稈氣化爐加熱燃燒產生可燃氣體，使用這種可燃氣體作為烘干機的燃料來替代燃油，達到節能減排、降低成本的目的，真正做到低耗、高效、節能、環保。通過試驗應用，最終形成成套技術和設備，使之具有良好的推廣性和操作性。

2　烘干機的技術改造過程

本次技術改造選取余姚市大昌農機合作社烘干中心為試驗基地，選取該烘干中心的一臺上海三久烘干機進行改造。經過多方考察，秸稈氣化爐選取嵊州市和富機械廠的產品。

改造后的樣機主要由氣化爐、輸氣管道、送風裝置、點火裝置、助燃系統、電路控制系統等部分組成，如圖1所示。

圖1　糧食烘干機燃燒系統改造示意圖

其工作原理，是利用氣化爐悶燒秸稈產生可燃氣體（CO），通過管道將其送入到烘干機燃燒室內點燃，并控制可燃氣體送風量的大小來控制燃燒程度，達到烘干糧食的目的。樣機拆除了原烘干機點火裝置，安裝常用管道將烘干機燃燒室與氣化爐相連接，在氣化爐管道底部安裝單向送風裝置；管道中設置了閥門，用于控制可燃氣體的通斷；管道與烘干機燃燒室相連的末端安裝供油點火裝置，即利用原烘干機燃油箱和部分輸油裝置加裝噴油裝置（下稱助燃系統）、電子點火系統，在氣化爐可燃氣體產生初期的設定時間內可以保持小火苗狀態，為可燃氣體助燃，以防初期產生的可燃氣體混有水蒸氣等不可燃成分而導致不正常熄火；電路控制系統集成在控制箱內，分別連接送風裝置、閥門和電子點火裝置，用以控制送風量、閥門的開關和點火裝置的點火。

其工作過程是：在烘干機第一次作業之前，先在氣化爐內人工放入少量普通木塊等燃燒物進行初步燃燒，再把秸稈塊（顆粒）放入到氣化爐內加蓋密封悶燒；等有可燃氣體產生，通過氣化爐出氣口充滿整個輸送管道后，可進行烘干作業；操作控制系統自動打開管道內閥門，可燃氣體進入燃燒室之前點火系統自動點火，形成火源。

為防止氣化爐初期生成的可燃氣體內含有水蒸氣等其他氣體不易點燃和意外熄火，在點火后一段時間（可設置1～1.5 h）加裝的助燃系統保持小火狀態助燃；等可燃氣體穩定供氣后，助燃系統停止運行。

控制系統通過控制氣化爐進風量大小來調整燃燒室火量大小，并與原烘干機內控制系統連接。根據烘干機內的溫度，控制系統接受原烘干機內控制系統的溫控信號，控制氣化爐送風裝置的開關，溫度高時，關閉送風裝置，溫度低時開啟送風裝置。

烘干作業結束、烘干機停止作業后，控制系統同步關閉燃燒室下面管道內的閥門，阻止可燃氣體進入燃燒室，同步停止燃燒。烘干作業連續進行，第二次填裝秸稈塊（顆粒）不再需要人工引火，直接放入就行。

在實際操作過程中，項目技術設備各系統已調試到位，只需完成氣化爐前期秸稈填裝，打開電箱總開關，設定初次點火煤油燃燒（助燃系統）時間（一般在同一季烘干作業時不用再重新設定），再把所有控制開關打開到自動位置，最后打開啟動開關進入自動控制工作狀態就完成操作。

3　與燃油烘干機比對試驗

改造完成后，選取了大昌合作社內同一廠家生產、相同型號、相同烘干容量的烘干機進行試驗對比，以保證試驗的科學合理性，減少試驗誤差。測試期間，落實專人記錄數據，力求公正、客觀。根據余姚糧食種植情況，開展了早稻、單季晚稻和連作晚稻的對比烘干試驗。

在實際試驗過程中，為方便測算，結合實際烘干機作業，把部分測試條件和測試方法做了調整和規定，具體如下：

（1）水質量分數測試以烘干機自帶水質量分數測試儀為準，糧食進倉后作業之前測試儀顯示的水質量分數記錄為入倉水質量分數，烘干機停止作業，即達到設定水質量分數，測試儀顯示的水質量分數為出倉水質量分數。

（2）單倉糧食烘干質量取所試驗烘干機的批次烘干量12 t，一般糧食進倉到烘干機自帶的報警器報警為止，各烘干單次糧食質量相差不大，對試驗測算、結果影響不大，方便下步測算烘干成本。

（3）記錄的烘干時間為自烘干機開始啟動作業到烘干機作業停止所持續的時間。作業停止一般是指烘干到設定水質量分數，烘干機自動停止運作。

（4）烘干水質量分數設置按照糧站收儲要求設定，早稻最高水質量分數為13.5%，單季晚稻、連作晚稻最高水質量分數為14.5%。

（5）用電量通過安裝一機一表分別記錄；秸稈使用之前先過秤記錄，部分未燃完的秸稈按燃完計算，一是為方便計算，二是為成本最大化計算；燃油量計量采用先在油箱加滿燃油，做好標記，烘干作業結束后，再添加燃油到標記處，添加的燃油量為烘干作業燃油消耗量。

烘干試驗數據采集見表1、表2。

根據表1、表2，可分別計算出燃油烘干機及改造后烘干機烘干稻谷使水質量分數下降1百分點的平均時間和能源消耗量，見表3。

4　改造試驗技術分析

多次烘干試驗表明，改造設備運行穩定，烘干質量穩定，主要表現如下。

4.1烘干時間有所延長，但在可接受范圍之內

表1　燃油烘干機烘干數據表

說明：當地早稻種植面積較少，故試驗次數只有1次

表2　改造后烘干機烘干數據表

表3　稻谷中水質量分數下降1百分點的平均烘干時間和能源消耗對比

改造后烘干機采用秸稈作為燃料，可燃氣體從開始產生到處于穩定狀態需要一段時間，以及在烘干作業過程中添加秸稈需要等待氣化爐冷卻，烘干時間有所延長。

從表3中可看出改造后烘干機與燃油烘干機相比，水質量分數每下降1百分點，烘干時間都略有延長，平均延長約0.13 h。從試驗表1、表2可看出單批次烘干延長時間范圍為0.46～1.9 h。在烘干作業過程中，因稻谷進出倉的人工安排、時間段等問題，糧食實際在倉時間超過烘干作業時間，所以延長的時間能被烘干農戶接受。

4.2烘干質量與原燃油烘干機作業基本相同

現常用的烘干機為低溫干燥機械，溫度的控制對糧食烘干質量起到了一定作用。改造設備只改裝了燃燒室，對溫度的控制還是使用原烘干機上的溫度控制系統，在糧食實際烘干作業時，最高溫度一般設定在55～60℃，因此改造設備的烘干質量與常規燃油低溫烘干機械基本一致。

4.3烘干成本明顯下降

改造設備在試驗中，與常規燃油烘干機相比，新增秸稈燃料，燃油用量明顯減少，用電量相差不大，烘干人工一樣。

根據表3數據，按煤油9.5元/kg，秸稈0.8元/ kg，電0.5元/（kW·h），烘干機單批次烘干質量12 t，可計算出烘干1 t稻谷使水質量分數下降1百分點的能源成本，見表4。

表4　烘干1 t稻谷水質量分數下降1百分點的能源成本　元/（t·%）

從表4可看出，改造后烘干機在實際應用中能源成本僅為燃油烘干機的40%左右。改造一套油改氣設備大約需3萬元，對試驗單位大昌農機合作社來說，年糧食烘干量在2 800 t左右，按烘干下降10百分點水質量分數計算，成本按早、晚及單季稻平均值（燃油9.81元/t，改造后3.65元/t）計算，使用燃油烘干機需成本約27.5萬元，而使用油改氣烘干機只需約10萬元，合作社項目改造設備投入當年即可收回成本，效益明顯。

5　存在的問題及改進方法

糧食烘干機燃燒系統油改氣改造試驗雖然取得了初步成功，但在實際操作應用過程中還存在一些問題，需要繼續研究改進，使該技術不斷完善，達到理想的目的。

（1）油改氣技術改造一般是一臺烘干機配備一臺氣化爐，在作業過程中，單次烘干中需停機一次添加燃料，影響連續作業，延長作業時間。為此，按照該技術應用情況，設想在今后的實際應用中采用N+1模式，即N臺烘干機配N+1臺氣化爐，氣化爐與氣化爐及烘干機之間管道互通，閥門控制關閉，保證可燃氣體連續供氣，烘干作業連續進行。

（2）氣化爐內產生可燃氣體開始和結束時，需人工經驗判斷，缺少專門的測量設備判斷生成的可燃氣質量和結束時還有無可燃氣生成。在下步技術改進中，需加裝探測設備和報警裝置，實時監測生成的可燃氣濃度情況，在可燃氣濃度達不到要求時可通過蜂鳴器提醒，從而提高該技術的自動化程度。

（3）在烘干作業中途停機加燃料時，需待氣化爐降溫后才可添加。現采用自然降溫為主，又因氣化爐外層隔熱比較好，降溫速度慢，影響烘干作業。如何快速降溫，或采用送風裝置從內到外強制降溫，或采用其他降溫技術，達到秸稈快速添裝、節約時間的目的，這也是今后技術改進需考慮的問題之一。

（4）氣化爐初期引火，還是采用人工放入木材等燃料，再進行人工引火，既影響了安全生產，又影響了作業穩定性，在下步技術改進中，需在氣化爐內加裝如電引火等系統，達到操作方便、安全的目的。

6　結束語

糧食烘干機油改氣技術改造試驗初步成功，在試驗應用過程中，設備質量過關，操作簡單安全，達到了節能減排、降低成本的目的；但還存在不少問題，自動化程度、可推廣性等方面有待進一步改進提高。

余姚市農業機械化技術推廣中心，315400，浙江