糧食平房倉(cāng)低溫改造的探討

韓 赟，張 浩，丁文江，高志航，褚陽(yáng)陽(yáng)，陳傳波

1.無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035) 2.成都市大茂豐糧油貿(mào)易有限公司 (成都 610305) 3.成都糧食集團(tuán)有限公司 (成都 610305)

在我國(guó)，低溫儲(chǔ)糧的歷史悠久，但在歷史上無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外主要利用自然低溫儲(chǔ)糧。近幾十年來(lái)，隨著儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展與推廣，機(jī)械通風(fēng)低溫儲(chǔ)藏和機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏已經(jīng)成為廣泛使用的儲(chǔ)糧技術(shù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和研究，認(rèn)為15 ℃是糧食低溫儲(chǔ)藏的理想溫度，可以有效地限制糧堆中生物體的生命活動(dòng)，延緩儲(chǔ)糧品質(zhì)的變化。本實(shí)驗(yàn)以糧食平房倉(cāng)低溫改造為例，檢驗(yàn)低溫儲(chǔ)糧效果，提高科技儲(chǔ)糧水平。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設(shè)備

WS-2000I型表盤(pán)式溫濕度計(jì)；糧情測(cè)控系統(tǒng)，單廒間均布測(cè)溫電纜56根，四周距離墻壁0.5 m，每根測(cè)溫電纜均布4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，共224個(gè)測(cè)溫點(diǎn)；AS-852B型紅外測(cè)溫儀；DTS3705型電能表；冷卻循環(huán)水管網(wǎng)，經(jīng)調(diào)試沖洗合格；L5D型水冷糧面低溫控溫機(jī)組；GLA85型移動(dòng)式單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組。

1.1.1水冷糧面低溫控溫機(jī)組

制冷量5 kW，送風(fēng)量1 900 m3/h，全壓430 Pa，裝機(jī)功率1.76 kW，單廒間配置4臺(tái)。機(jī)組分室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分，室內(nèi)機(jī)配置可調(diào)角度的球形噴口送風(fēng)，根據(jù)設(shè)備布置位置、倉(cāng)內(nèi)空間等調(diào)整送風(fēng)角度和方向，保證冷風(fēng)均勻分布。機(jī)組運(yùn)行時(shí)將倉(cāng)內(nèi)空氣低溫處理后通過(guò)風(fēng)口均勻送至倉(cāng)內(nèi)，換熱后經(jīng)回風(fēng)口回到機(jī)組處理以此循環(huán)冷卻，直到將倉(cāng)溫和糧溫降至設(shè)定溫度機(jī)組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)倉(cāng)溫高于設(shè)定溫度后，機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行。

1.1.2移動(dòng)式單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組

制冷量85 kW，送風(fēng)量5 500 m3/h，機(jī)外余壓≥980 Pa，裝機(jī)功率27.5 kW，自動(dòng)調(diào)質(zhì)功能，單廒間配置2臺(tái)機(jī)組和1臺(tái)移動(dòng)式冷卻塔(流量50 m3/h，裝機(jī)功率7.0 kW)。谷物冷卻機(jī)組由控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、溫濕度調(diào)控系統(tǒng)組成，運(yùn)行時(shí)將機(jī)組回風(fēng)口、送風(fēng)口分別與倉(cāng)房回風(fēng)管、通風(fēng)口用保溫風(fēng)管連接。冷風(fēng)經(jīng)倉(cāng)房通風(fēng)口、地上籠風(fēng)道均勻穿過(guò)糧層，然后由糧面上部的回風(fēng)管回到機(jī)組處理以此循環(huán)冷卻，直到將整倉(cāng)糧溫降至設(shè)定溫度后機(jī)組停機(jī)。采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，送風(fēng)機(jī)配置變頻器，根據(jù)出風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)不同的風(fēng)量和風(fēng)壓，可確保對(duì)糧堆進(jìn)行均勻降溫，避免溫度過(guò)低或過(guò)高影響糧食的品質(zhì)、水分變化以及能耗等。采用水源進(jìn)行換熱，具有換熱效率高、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便、投資省等特點(diǎn)。

1.2 測(cè)試倉(cāng)房基本情況

本次選擇兩個(gè)倉(cāng)房進(jìn)行測(cè)試，詳見(jiàn)表1。

表1 倉(cāng)房?jī)?chǔ)糧情況

庫(kù)區(qū)原平房倉(cāng)單廒間跨度24 m，長(zhǎng)度27 m，拱板下弦板高8 m，堆糧高6 m。墻體為490 mm厚組合墻，屋頂為鋼筋混凝土拱板屋蓋，門(mén)窗為常規(guī)保溫密閉門(mén)窗。倉(cāng)內(nèi)布置2組地上籠風(fēng)道，風(fēng)道直徑0.4 m，采用“圭”形布置，風(fēng)管間距4 m，兩邊距墻1.55 m，冷通方式為壓入式。

原倉(cāng)房主要是常溫儲(chǔ)存散裝原糧，為滿(mǎn)足改造后低溫儲(chǔ)糧的墻體、屋蓋、門(mén)窗、穿墻管道等的熱阻性能，需對(duì)原倉(cāng)房相應(yīng)位置進(jìn)行保溫改造，具體如下：外墻增設(shè)30 mm CPC雙面水泥基硬泡聚氨酯復(fù)合板；拱板下弦板上部現(xiàn)場(chǎng)噴涂30 mm硬泡聚氨酯，拱板下弦板下部增設(shè)50 mm CPC雙面水泥基硬泡聚氨酯復(fù)合板；倉(cāng)房大門(mén)及糧情檢查門(mén)內(nèi)表面增設(shè)50 mm CPC雙面水泥基硬泡聚氨酯復(fù)合板；原窗戶(hù)及通風(fēng)孔等均增設(shè)內(nèi)密閉保溫門(mén)(內(nèi)設(shè)50 mm聚氨酯)；地上籠通風(fēng)口及回風(fēng)口增設(shè)外保溫門(mén)(內(nèi)設(shè)50 mm聚氨酯)；穿墻管外包30 mm石棉保溫管和保護(hù)層。經(jīng)上述改造，墻體、屋蓋、門(mén)窗、穿墻管等的熱阻性能均能滿(mǎn)足要求。

1.3 方法

1.3.1水分含量的測(cè)定

采用105 ℃恒重法。在倉(cāng)內(nèi)糧食谷冷降溫前、中期和結(jié)束后分別對(duì)糧食表層、上層、中層、下層取樣檢測(cè)。

1.3.2糧溫的測(cè)定

采用糧情測(cè)控系統(tǒng)，測(cè)試安排情況見(jiàn)表2。

表2 測(cè)試安排情況

糧堆表層控溫效果測(cè)定方法：保持4臺(tái)L5D型水冷糧面低溫控溫機(jī)組處于自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)，每4 h記錄1次倉(cāng)溫、糧溫、氣溫等數(shù)據(jù)，連續(xù)7 d檢測(cè)表層糧溫?cái)?shù)據(jù)。

糧堆內(nèi)部降溫效果及低溫節(jié)能效果測(cè)定方法：通過(guò)單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組對(duì)糧堆內(nèi)部進(jìn)行降溫，每4 h記錄1次倉(cāng)溫、糧溫、氣溫、回風(fēng)溫度、送風(fēng)溫度、平均糧溫、用電量等數(shù)據(jù)。整理糧堆內(nèi)部降溫效果實(shí)驗(yàn)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按照《儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》LS/T 1202—2002中，附錄C第C.1.1中(C.1)式計(jì)算低溫節(jié)能效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 糧堆表層控溫效果的測(cè)定

連續(xù)9 d對(duì)14號(hào)倉(cāng)進(jìn)行測(cè)試，倉(cāng)內(nèi)4臺(tái)L5D型水冷糧面低溫控溫機(jī)組設(shè)定制冷溫度為18 ℃，保持自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)，表層糧溫變化情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 14號(hào)倉(cāng)表層糧溫變化情況圖

由圖1可知，表層平均糧溫從22.3 ℃降至18 ℃用時(shí)50 h，連續(xù)7 d表層平均糧溫均控制在18 ℃及以下，倉(cāng)內(nèi)空間溫度和糧食表層溫度均控制在機(jī)組的設(shè)定溫度以?xún)?nèi)，實(shí)際運(yùn)行效果良好，滿(mǎn)足倉(cāng)房改造的設(shè)計(jì)要求。

倉(cāng)房的溫度上升主要從屋頂、墻體等熱傳導(dǎo)至倉(cāng)內(nèi)，且從屋頂熱傳導(dǎo)至倉(cāng)內(nèi)的熱量遠(yuǎn)高于其他部位，因此控制倉(cāng)內(nèi)糧面上部空間溫度是保持糧食維持低溫的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。此次配置的水冷糧面低溫控溫機(jī)組的機(jī)型、規(guī)格和數(shù)量較為合理，機(jī)組的制冷量、風(fēng)量滿(mǎn)足控溫的要求。

2.2 糧堆內(nèi)部降溫效果及低溫節(jié)能效果的測(cè)定

連續(xù)6 d對(duì)4號(hào)倉(cāng)進(jìn)行測(cè)試，2臺(tái)GLA85型單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組和1臺(tái)移動(dòng)式冷卻塔均保持自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)，糧溫變化情況詳見(jiàn)圖 2。

圖2 4號(hào)倉(cāng)糧溫變化情況圖

由圖2可知，降溫幅度△t=9.9 ℃，降溫時(shí)間△h=92 h，溫度梯度 0.88 ℃/m(根據(jù)糧情測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)倉(cāng)溫降至14 ℃時(shí)，糧食表層均溫為16.8 ℃，糧食底層均溫為11.5 ℃，并結(jié)合裝糧高度6 m計(jì)算所得)，平均降溫速度v=0.108 ℃/h，整倉(cāng)均溫降達(dá)溫度14 ℃，機(jī)組耗電量∑W=5 285.71 kW·h，單位能耗Et=0.205 4 kW·h/(℃·t)。整倉(cāng)平均糧溫降溫曲線(xiàn)較為均勻，各時(shí)間點(diǎn)溫度降低幅度相差較小，實(shí)際運(yùn)行效果良好，整倉(cāng)的降溫幅度、降溫時(shí)間、溫度梯度、平均降溫速度、能耗等低溫指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求。

其中實(shí)測(cè)單位能耗比《四川省糧食低溫儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目使用效果專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中要求的Et≤0.35 kW·h/℃·t(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為0.5 kW·h/℃·t)低的多，僅為要求的58.69%。

此次配置的單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組的機(jī)型、規(guī)格和數(shù)量較為合理，機(jī)組的制冷量、風(fēng)量、風(fēng)壓滿(mǎn)足冷卻原糧的要求，適合本次平房倉(cāng)低溫改造的倉(cāng)型、儲(chǔ)糧數(shù)量及當(dāng)?shù)貧夂驐l件。

由于單冷型水源熱泵谷物冷卻機(jī)組自重和配置的電纜重量較重，移動(dòng)和使用不便，在設(shè)備制造做相應(yīng)改進(jìn)，考慮增加自行行走機(jī)構(gòu)和纏繞線(xiàn)盤(pán)，方便設(shè)備運(yùn)行管理。

2.3 糧堆內(nèi)部降溫過(guò)程中糧食水分變化的測(cè)定

在降溫前、中期和結(jié)束后檢測(cè)水分，監(jiān)控糧堆每層以及全倉(cāng)平均水分變化，詳見(jiàn)圖3。

圖3 4號(hào)倉(cāng)糧堆內(nèi)部降溫過(guò)程中糧食水分變化情況圖

由圖3可知，降溫階段下層水分降低較為明顯，其他糧層水分有升有降，水分變化幅度不大，全倉(cāng)綜合水分略有下降，下降幅度≤0.5%，總體變化不大。

谷冷機(jī)在降溫的同時(shí)可以保持和適量調(diào)整糧食水分，具有保持水分冷卻通風(fēng)的功能，通過(guò)合理調(diào)控送入倉(cāng)內(nèi)冷卻空氣的溫度和濕度，達(dá)到降低儲(chǔ)糧溫度，保持糧食水分的目的。

2.4 降溫結(jié)束后糧溫變化情況

在對(duì)整倉(cāng)糧食谷冷降溫后的兩個(gè)月內(nèi)，對(duì)糧溫進(jìn)行了跟進(jìn)檢測(cè)，詳見(jiàn)圖4。

圖4 4號(hào)倉(cāng)降溫結(jié)束后兩個(gè)月的糧溫變化情況圖

由圖4可知，在對(duì)整倉(cāng)糧食谷冷降溫后的兩個(gè)月內(nèi)，對(duì)糧溫進(jìn)行了跟進(jìn)檢測(cè)，平均糧溫上升約2.7 ℃，其中底層糧溫回升幅度較大，中層糧溫回升幅度較小，表層糧溫變化最小，靠近向陽(yáng)面墻體的糧溫回升幅度大于靠近背陰面墻體的糧溫回升幅度。

糧堆內(nèi)部底層和中層的溫度回升幅度不同主要是谷冷后糧堆內(nèi)部存在溫度梯度導(dǎo)致的冷熱量傳遞，表層糧溫變化最小主要是糧面控溫設(shè)備起到維持倉(cāng)溫的關(guān)鍵作用?？拷煌鎵w的糧溫回升幅度不同主要是因?yàn)橄蜿?yáng)面及背陰面墻體吸收的熱量以及熱傳導(dǎo)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的熱量不同，不同面的墻體保溫層的設(shè)置在以后的低溫改造設(shè)計(jì)中還需進(jìn)一步完善。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次倉(cāng)房低溫改造及制冷設(shè)備配置等均取得了良好的效果，同時(shí)也收集相關(guān)運(yùn)行問(wèn)題，進(jìn)一步完善低溫改造設(shè)計(jì)和改進(jìn)機(jī)械制冷設(shè)備功能等低溫儲(chǔ)糧技術(shù)，以求實(shí)現(xiàn)良好的低溫運(yùn)行效果，提高糧食儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，達(dá)到安全儲(chǔ)糧和綠色儲(chǔ)糧的目的，同時(shí)降低能耗提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。