膜分離制氮設備在橫向與豎向通風倉的應用研究

高彬彬，金建德，張云峰，季雪根，王會杰，沈 波，張飛豪

(1.浙江省儲備糧管理有限公司技能拔尖人才工作室，浙江 杭州 310006；2.浙江省糧食局直屬糧油儲備庫，浙江 杭州 310006；3.浙江衢州省級糧食儲備庫，浙江 衢州 324000)

橫向通風技術是新“四合一”儲藏技術內容之一，以其風道上墻、全程覆膜、高效冷卻、負壓通風、系統均勻等諸多優點，越來越受到糧食倉儲行業的青睞，氣調儲糧作為綠色儲糧的重要手段，已經成為科技儲糧的必備技術，為將2項儲糧新技術有機結合起來，達到提速增效，生態儲糧、綠色儲糧的目的，在浙江省糧食局直屬糧油儲備庫(下稱直屬庫)開展了橫向氣調實驗[2]。通過對橫向氣調工藝與豎向氣調工藝相對比，比較兩者的優缺點，為氣調作業在倉儲行業中的選擇應用提供了技術支持。

1 材料與方法

1.1 倉房

選用直屬庫P22、P43作為本次實驗倉房，倉房基本情況詳見表1。

表1 倉房情況

1.2 風道

P22號倉為豎向風網系統，東西各2個通風口，為一機三道地上籠通風道，支風道開孔率30%，支風道長25 m，堆糧高度5 m，風道間距2.4 m，途徑比1.2。

P43號倉為橫向通風風網系統，在倉房檐墻(南北兩側)各開4個通風孔，在倉內沿墻(南北)地坪上各鋪設一條四分之一圓主風道，并相隔一定尺寸開支風道口，在支風道口自下而上安裝鋪設支風道，并緊貼、固定在檐墻上。支風道長4 m，整倉共鋪設支風道36條。途徑比為1.15，詳見圖1。

圖1 橫向通風風網布置圖

1.3 糧情

表2 儲糧基本情況

1.4 倉內害蟲檢查情況與蟲籠布置

P22、P43按要求各篩檢16個點，從篩檢結果看，2個倉房糧食都屬于基本無蟲糧。分別在每個倉房四角距墻1 m處與糧面中心各設置一個共5個蟲籠，埋置于糧面下20 cm處。每個蟲籠放入100 g該倉小麥，同時分別放入赤擬谷盜、銹赤扁谷盜、玉米象、谷蠹各10頭。

1.5 檢測點布置

2個倉房檢測點布置相同，分別在糧堆南北方向分3個截面，南截面從東到西設A、B、C三個點，中截面為D、E、F，北截面為G、H、I，共9個點，每個點分3層(見圖2)。糧面四角離墻0.5 m處和糧面中間設5點。

圖2 檢測點布置示意圖

1.6 制氮機、環流機安裝及糧面管道布置

P22號倉制氮機出氣口糧面管為T字型，環流機進氣口糧面管為圭字型。管道直徑均為110 mm，開孔率均為20%。

P43號倉制氮機與環流機安裝見圖3。

圖3 環流機及制氮機安裝示意圖

1.7 選用設備

選用DM290-70的膜分離制氮機，濃度99%時產氮氣量為70 m3/h。其余設備為：C900正壓空氣呼吸器3套，測氧儀2臺，報警儀2臺，數字壓力儀，人工氣候培養箱。

1.8 氣調儲糧工藝

1.8.1 豎向氣調儲糧工藝

整個實驗過程分4個階段進行。

第1階段：制氮機大流量低濃度氮氣循環置換階段。將制氮機進口流量控制在130～140 m3/h，出口濃度設定為94%，產氣量115～120 m3/h，將倉內氮氣濃度均勻升高到91%～92%[1]；

第2階段：制氮機小流量高濃度氮氣循環純化階段。將制氮機進口流量控制在120～130 m3/h，出口濃度設定為98%，產氣量設定為100～105 m3/h，將倉內氮氣濃度均勻升高到94%～95%；

第3階段：制氮機小流量高濃度氮氣充膜保持階段。將制氮機出口濃度設定在98%以上，產氣量60 m3/h，將膜充起至頂到屋頂，倉內氮氣濃度維持在96%以上；

第4階段：靜置與補氣階段。當氣囊下癟到一定程度時，開啟制氮設備進行補氣作業；

第1、第2循環階段，氮氣從糧面進入糧堆，經地上籠、風道回到制氮機；從糧面進入環流風機，經風道回到環流風機。第三階段為鼓氣囊階段，充氮機只充不排，環流機保持環流狀態。

1.8.2 橫向氣調儲糧工藝

膜分離氣調儲糧工藝在整個實驗過程中，分為5個階段：

第1階段：低濃度高流量充環階段。將制氮機氣體進出口與倉庫南北兩側風道進出口相連接，形成閉合的回路，設定95%氮氣純度的環流充注。通過對回流氣體的流量控制，始終維持倉內壓力為-5～-10 Pa，保持糧堆內呈微負壓狀態，當檢測到回流氣體氮氣濃度為93%時，第1階段結束[2]。

第2階段：高濃度低流量充環階段。達到氮氣設定93%濃度后，制氮機自動進入第2個階段，設定98%氮氣濃度的環流充注。始終維持倉內壓力為-5～-10 Pa，保持糧堆內呈微負壓狀態，當檢測到回流氣體純度為97%時，第2階段結束[2]。

第3階段：高濃度低流量充氣階段。該階段主要目的是將糧堆上部的氣囊充起，關閉回流閥，設定99%氮氣純度給氣囊充氣至6 Pa后，設備自動關閉進氣閥，充氮完成。

第4階段：氣囊靜置平衡階段。結束上面3個階段后，進入到靜置平衡與殺蟲階段。在這個階段內制氮機不運行，糧堆內部各點氮氣濃度進一步平衡，并且由于糧食本身的呼吸作用，在這個階段內氧氣濃度進一步下降。

第5階段：直充補氣階段。當檢測到倉房內氣囊癟到一定程度時，開啟制氮設備進行補氣。

2 結果與分析

2.1 氣調能耗統計

氣調能耗統計結果如表3。

表3 氣調能耗統計

2.2 各截面氣體濃度變化

P22號倉、P43號倉各階段各截面平均氣體濃度變化情況如表4、表5、圖4、圖5。

表4 P22號倉各截面平均氣體濃度 %

表5 P43號倉各截面平均氣體濃度 %

圖4 P22號倉各截面平均濃度變化圖

圖5 P43號倉各截面平均濃度變化圖

2.3 檢查糧堆內害蟲情況

8月26日與9月2日，分別對2個倉房蟲籠和倉內進行檢查，發現氣調前布置的16個檢查點中，P22號倉在北邊第二燈下發現2頭鋸谷盜，害蟲死亡率為99%；P43號倉未發現害蟲，蟲籠中害蟲也全部死亡。同時將16個測點樣品與蟲籠內糧食置于25 ℃，75%濕度的人工氣候箱內培養30 d，觀測2批樣品均無活蟲出現。

2.4 效能評價

2.4.1 能耗與成本評價

能耗與成本的計算公式如式(1)

(1)

式中，Ec為噸糧成本，元/t;Fc為噸糧能耗，kW·h/t;∑W為充氮氣調實際累計耗電量，kW·h;G為糧食質量，t;r為按峰谷計算的綜合電價，0.671元/kW·h。

P22號倉能耗與成本：

=1.01×0.671=0.68(元/t)

P43號倉能耗與成本：

=0.79×0.671=0.53(元/t)

2.4.2 氣體濃度均勻性

氣體濃度均勻計算公式如式(2)。

(2)

P22號倉氣體濃度均勻性：

=99.75%

P43號倉氣體濃度均勻性：

=100%

2.4.3 氮氣濃度上升速率

氮氣濃度上升速率的計算公式如式(3)。

(3)

P22號倉氮氣濃度上升速率：

P43號倉氮氣濃度上升速率

2.5 結果分析

2.5.1 殺蟲效果

經過對倉內蟲害檢查與設置蟲籠的殺蟲效果測試表明，豎向氣調技術和橫向通風模式下的智能型膜分離氣調技術均能有效殺死糧堆內的常見害蟲種類。相比較而言，橫向氣調技術殺蟲更徹底，效果更明顯，更能有效達到防治害蟲、安全儲糧的目的。

2.5.2 濃度均勻性

經分析檢測數據、各截面濃度變化圖與氣體濃度均勻性計算，在氣調作業結束時，橫向氣調與豎向氣調各點濃度均勻性分別達到100%與99.75%，說明運用2項不同的氣調技術，氣體均能在糧堆內均勻分布，達到氣調儲糧的目的。

2.5.3 濃度上升速率

運用橫向氣調技術時，氮氣濃度在第2個階段中即28 h內就能達到96%的要求濃度，上升速率為0.65%/h；豎向氣調在第2個階段結束即96 h內濃度達到96%，上升速率為0.15%/h。說明橫向氣調技術能更快的達到有效濃度。

2.5.4 單位能耗

通過計算，運用智能型膜分離設備進行橫向通風氣調儲糧，噸糧耗電量為0.79 kW·h，噸糧成本為0.53元，而運用豎向氣調技術時，噸糧耗電量為1.01 kW·h，噸糧成本為0.68元。相比較結果表明，橫向氣調耗電量低，大大節省了保管費用。

3 結論

通過對豎向和橫向2種氣調方式的對比，橫向氣調技術有著殺蟲效果明顯、均勻度較好、濃度上升速率快、單位能耗低的優點，可以與目前日益成熟的橫向通風儲糧新技術進行綜合運用。

[1]金建德,沈波,劉益云.膜分離富氮低氧環流技術在橫向通風系統中的應用試驗[J].糧油倉儲科技通訊,2016(1):19-21

[2]沈波,應玲紅,余永紅.膜下富氮低氧環流工藝在橫向通風系統中的應用[J].糧油倉儲科技通訊,2015(s1):61-63●