不同種類谷物烘干機技術特征與合理選擇

韓長生，佟 童，姜 巖，許才花

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

隨著時代的快速發(fā)展，社會生產(chǎn)生活對于糧食的需求量持續(xù)提升，貯存質(zhì)量對于糧食品質(zhì)的保持和糧食價值發(fā)揮產(chǎn)生了巨大影響。在大批量糧食集中貯存的條件下，糧食烘干質(zhì)量成為決定糧食貯存品質(zhì)的關鍵因素，尤其在我國全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的新形勢下，糧食的快速集中收獲對于谷物烘干機的工作能力提出了前所未有的新要求，促進了谷物烘干機向大型化、高效化、自動化方向發(fā)展。截至2020年底，我國的谷物烘干機保有量達到13.6萬臺，除傳統(tǒng)的10～20 t中小型谷物烘干機外，黑龍江、吉林、山東、浙江、安徽、江蘇等農(nóng)業(yè)較發(fā)達地區(qū)針對中大型谷物烘干機加強了設備建設和技術引進，各地區(qū)在公務烘干作業(yè)的過程中也呈現(xiàn)出多樣化特點。

1 谷物烘干機技術優(yōu)勢

糧食烘干是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后期的重要工作，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常采用自然晾曬的方式烘干糧食，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的增加，對與糧食的烘干效率和烘干質(zhì)量要求更高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的糧食烘干也向著機械化方向轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)階段，應用于糧食烘干的機械設備統(tǒng)一稱作谷物烘干機，其能夠用于水稻、黃豆、玉米、小麥等多種農(nóng)作物的烘干。谷物烘干機對糧食的烘干包括多種技術方式，現(xiàn)階段使用的谷物烘干機大多采用熱量傳遞方式進行烘干，即利用某種加熱技術對糧食進行持續(xù)增溫，并將溫度維持在適當水平，再通過氣流循環(huán)流動或潮濕空氣自然散發(fā)等方式，將谷物中排出的潮濕空氣帶離，使烘干機的內(nèi)部始終維持較低濕度。隨著谷物烘干機技術的不斷升級，谷物的增溫技術向多樣化發(fā)展，包括熱氣對流、熱傳導、熱輻射、微波等多種技術。

谷物烘干機的應用，有效優(yōu)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件。1)烘干機采用立體烘干技術，能夠極大地縮小對于烘干場地的面積需求，使烘干過程更多利用高層空間。2)糧食的烘干品質(zhì)得到了更好的保證，谷物烘干機能夠自動監(jiān)測糧食烘干過程的含水率變化，保證糧食烘干達到最佳含水率標準。3)谷物的烘干過程在密封環(huán)境中進行，能有效避免空氣潮濕、陰雨等造成的烘干質(zhì)量影響。4)烘干機烘干后的糧食能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間的儲存要求，并避免霉變造成的烘干損失。

2 谷物烘干機的種類及特征

現(xiàn)階段，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的谷物烘干機主要以熱氣對流技術為主，這也是谷物烘干機的傳統(tǒng)技術，隨著谷物烘干機技術的發(fā)展很多新型的谷物烘干機得到應用和推廣。

2.1 傳統(tǒng)技術與機型

熱氣對流谷物烘干機是谷物烘干機的傳統(tǒng)機型，其根據(jù)谷物與氣流之間的運動方向差異，可將烘干機分為橫流型、混流型、順流型、逆流型及其他多種類型。

2.1.1 橫流型

橫流型谷物烘干機在我國應用很早，其利用篩孔式的結(jié)構進行烘干，由干燥段和冷卻段兩大部分組成。具有結(jié)構簡單、建設成本低，使用過程技術要求低等優(yōu)勢。但不適用于大型烘干設備，一次性烘干過多糧食可能出現(xiàn)烘干的均勻性不足問題，同時也存在能耗偏高問題。現(xiàn)階段，橫流型谷物烘干機更多應用于小型的循環(huán)式烘干設備。

2.1.2 混流型

混流型谷物烘干機是現(xiàn)階段我國應用最多的谷物烘干機，其采用角狀盒式烘干結(jié)構，將角狀盒交錯排列從而形成塔狀糧柱結(jié)構，根據(jù)糧柱數(shù)量的不同，可分為“單塔”和“多塔”(并聯(lián)式)等形式(圖1)。與橫流型谷物烘干機相比，氣流的流向與糧食運動方向呈多向混合關系，既有同向、反向氣流，還包括垂直的其他角度的氣流?；炝餍凸任锖娓蓹C對于糧食的適應能力強，烘干的均勻性更好，且安裝過程類似于模塊化堆疊，可適應不同糧食干燥量的需求，缺點是總體的控制技術和結(jié)構復雜，成本較高。

圖1 混流型谷物烘干機

2.1.3 順流型與逆流型

順流型谷物烘干機現(xiàn)階段也占據(jù)著一定的市場份額，其特點是氣流的主體方向與糧食運動方向相同，能夠?qū)τ跐穸容^大的糧食進行快速烘干。在順流烘干機烘干糧食的過程中，干燥的熱風首先與濕度和溫度較低的糧食接觸，并與糧食一同向下方運動，隨著熱風溫度降低，氣流中的濕度逐漸增加，糧食在水分快速蒸發(fā)的同時，在烘干完成，進入冷卻段時的糧食溫度相對較低。順流型谷物烘干機多采用多級烘干的模式，能夠有效利用熱源熱量實現(xiàn)快速降低糧食含水率，但整機存在能耗高、結(jié)構復雜的弊端。逆流型谷物烘干機在我國的應用較少，逆向氣流更多用于熱氣對流的綜合應用。

2.1.4 其他類型

除傳統(tǒng)的橫流型、混流型、順流型機型外，農(nóng)機企業(yè)還設計生產(chǎn)了順逆流型、混逆流型、順混流型等谷物烘干機。新型的烘干機能夠?qū)M流型、混流型、順流型的技術特征進行整合，有利于在不增加熱量消耗的前提下提高烘干質(zhì)量，能夠更好地保證糧食的谷物品質(zhì)和含水率。

2.2 新技術與新機型

2.2.1 遠紅外谷物烘干機

隨著谷物烘干機增溫加熱技術的研究和發(fā)展，遠紅外輻射產(chǎn)生的能量能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻和快速的烘干效果。遠紅外谷物烘干機主要是利用波長在0.77～1 000 μm的電磁波進行烘干，遠紅外電磁波的波長介于無線電波和可見光之間，其特征是具有很強的熱作用效果。通過以遠紅外電波的形式傳遞能量，能夠使糧食谷物接受到大量的震動能量，并在糧食之間產(chǎn)生能量的快速傳遞。在遠紅外電磁波的作用下，糧食內(nèi)部因為高頻震動產(chǎn)生大量熱量，且溫度快速升高，使內(nèi)部水分得到蒸發(fā)，脫水效果十分理想。

2.2.2 微波谷物烘干機

微波谷物烘干機主要是利用微波加熱技術進行糧食烘干，其利用微波的輻射作用于糧食內(nèi)部的水分子，由于水分子具有明顯的極性特點，在受到微波作用是會產(chǎn)生快速的轉(zhuǎn)動、振動與相互摩擦，在水分子運動和摩擦的過程中，糧食內(nèi)部溫度迅速升高，導致水分逐漸散發(fā)。現(xiàn)階段使用較多的微波頻率在2.45 GHz左右，微波的波長介于可見光與紅外線之間，由于微波具有明顯的對水分子作用效果，利用微波烘干糧食，能夠保證高效的能源利用率，利用較少的能源產(chǎn)生更好的烘干效率。

2.3 機型之間的技術比對

針對上述機型設備的關鍵技術比對如表1所示?？傮w上看，傳統(tǒng)的熱風烘干技術存在加熱效率、可控性、能源利用率、高溫排氣等方面的不足，但購機成本和使用成本相對較低；新型的微波谷物烘干機、遠紅外谷物烘干機具有良好的可控性，對與烘干質(zhì)量易于精確掌控，但整機的購置和使用成本高，微波谷物烘干機可能出現(xiàn)輻射和過度加熱問題，遠紅外谷物烘干機可能引起周邊環(huán)境溫度過高，也能出現(xiàn)局部位置表層糧食焦糊問題。

表1 谷物烘干機機型技術對比

3 谷物烘干機的合理選型

3.1 根據(jù)生產(chǎn)條件選型

谷物烘干機的選型應從地區(qū)的生產(chǎn)實際出發(fā)，充分考慮場地條件、平均年作物產(chǎn)量、可利用熱源、電源情況、設備購置成本、人員配置和技術能力等。對于針對村屯使用的設備，若烘干量不高，應以橫流型設備或中小型遠紅外烘干設備為首選；對于烘干量大、熱源供給充沛但初期成本不足的地區(qū)，可以選用大型的混流型、順逆流型等熱風干燥設備；對于由排放要求或初期成本充裕的地區(qū)，可選用微波谷物烘干機、遠紅外谷物烘干機。

3.2 合理計算總供熱量

在確定谷物烘干機的類型后，還應針對機械性能進行細化分析與選擇，其中重要的一項就是考慮并計算烘干過程所需的總供熱量，總供熱量的大小決定了烘干能力是否達標。總供熱量Q的參考計算公式如式(1)

Q=Q1+Q2+Q3+Q4

(1)

式中Q1—糧食干燥過程吸收的熱量,kJ；

Q2—糧食水分轉(zhuǎn)化為水蒸氣所需熱量,kJ；

Q3—排出濕氣所需補充的熱分熱量,kJ；

Q4—散失到空氣中的熱損失,kJ；

3.3 合理設計機組數(shù)量

在完成總熱量的計算后，還應根據(jù)所選烘干機的技術特點合理設計機組的數(shù)量，以保證最佳的工作效率，機組數(shù)量N的參考計算公式如式(2)

N=Q/(ξh×Qs)

(2)

式中h—理論烘干用時,h；

Qs—單個機組制熱量,kJ；

ξ—比例系數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的谷物烘干技術已經(jīng)實現(xiàn)了快速發(fā)展，很多先進的技術在得到推廣的同時，烘干機產(chǎn)品的性能也得到了持續(xù)提升，各地在進行糧食烘干作業(yè)的過程中要重視對烘干機技術的掌握與對比，合理選擇與應用谷物烘干機，為糧食的高質(zhì)量貯存做好技術保障。