谷物冷却机降温通风粮温变化规律实验研究

郑焱诚, 屈登辉, 朱延光, 刘胜强, 陈 戈

(中国储备粮集团管理有限公司1,北京 100039) (中储粮成都分公司2,成都 610042) (中储粮成都储藏研究院有限公司3,成都 610091) (成都中储粮储备有限公司4,成都 610502)

谷物冷却技术是一项成熟的粮食储藏技术,1992年开始,原国家商业部在黑龙江、福建、四川、北京等粮库使用,获得了良好效果;1999年,原国家粮食局在北京、沈阳、合肥等地区开展谷物冷却机低温储粮实验,证明了谷物冷却机低温储粮的可行性;到2001年底,中央储备粮库谷物冷却机基本配备到位[1],并相继在浅圆仓、高大平房仓、立筒仓等多仓型,玉米、稻谷、小麦和大豆等多品种中开展相关研究[2-7]。经过30多年的发展,谷物冷却技术与机械通风、粮情测控、环流熏蒸组成的“四合一”储粮技术,已广泛应用于粮食储备企业,用以处理粮堆高温、高湿等异常粮情,延缓粮食品质劣变,使之安全度夏,获得了2010年国家科技进步一等奖[8]。

由于谷物冷却机灵活、操作方便、运行稳定、作业时间长,能满足各类仓型和粮食品种要求,国内粮库对谷物冷却机的使用率高,但多数粮库使用谷物冷却机存在过度通风、使用不科学等情况,既缩短了设备使用寿命,也没有有效控制作业成本,浪费了资源能源[9,10]。在国家碳达峰、碳中和的节能减排背景下,探索谷物冷却机通风变化规律,有助于在确保储粮安全的前提下实现企业降本增效和高质量发展。本研究通过在夏季高温天气使用谷物冷却机对实验仓房进行冷却通风,探究浅圆仓和平方仓通风过程中的冷气扩散及粮堆温度变化规律,以期为粮库合理使用谷物冷却机进行通风降温提供参考。

1 材料与设备

1.1 供试仓房

供试仓房8、11、14号为超高大平房仓,35、37号为浅圆仓。仓房均配置有环流熏蒸、粮情监测、机械通风及谷物冷却“四合一”储粮技术,平房仓为3组“一机三道”地上笼,鱼鳞孔板开孔率30%,8号仓通风途径比为1.2∶1,11和12号仓通风途径比1.23∶1,浅圆仓仓底安装有3圈环形通风地槽,地槽之间间距4 m,通风途径比1.09∶1。供试仓房基本情况见表1与表2,通风前粮温情况见表3。

表1 浅圆仓基本情况表

表2 平房仓基本情况表

表3 实验仓粮温情况/℃

1.2 设备器材

GLA130F谷冷机,谷冷机基本参数信息见表4;浅圆仓测温软硬件系统:CGSR-GDCS IV多指标粮情集成智能控制系统;CSR-TDC 8M5P-JK平房仓测温电缆。

表4 谷物冷却机情况

2 实验方法及原理

2.1 测温电缆布设

按照LS/T1809—2017《粮情测控通用技术要求》布设测温电缆。浅圆仓测温电缆按环形布置,分为大中小3圈布点,其中小圈4根,中圈8根,大圈12根共24根测温电缆,每根电缆有8层测温传感器,外圈电缆离墙约1.8米,布设情况见图1;平房仓温电缆按矩形布置,呈6排8列5层布点形式,共48个测温电缆,每根电缆有6层测温传感器,最外层电缆离墙约0.6米,平房仓测温电缆布设情况见图2。

图1 浅圆仓测温电缆布设图

图2 平房仓测温电缆布设图

2.2 温度监测与收集

2.2.1 温度检测

利用多指标粮情集成智能控制系统软件对5个实验仓粮温数据进行监测、收集与处理,该系统具有温湿度检测与记录功能,可通过远端电脑实现对仓内温度、湿度、水分等参数的检测、查看,并利用所收集数据进行趋势分析,能直观反应仓内温度变化趋势。

2.2.2 浅圆仓温度收集

浅圆仓按照图1测温电缆布点布局,沿环形垂直剖面分为里中外3层(如图3),小圈为第1层,中圈为第2层,大圈为第3层,对3层温度进行温度云场模拟并记录。

图3 浅圆仓环形垂直剖面示意图

2.2.3 平房仓温度收集

平房仓按照图2测温电缆布点,沿宽度方向垂直剖面方向分为6层(如图4),靠近谷冷机通风口的墙面为第1层根据距离远近为2～5层,对6层温度进行温度云场模拟并记录。

图4 宽度方向垂直剖面示意图

2.3 通风过程

谷冷机通过软管连接仓房底端通风口,风机将冷气压入仓内,谷冷机制冷温度设置为13 ℃,24 h进行连续通风。35号和37号浅圆仓谷冷机通风开始时间均为2022年6月3日上午,结束时间均为2022年6月13日上午,通风240 h,采取隔天记录粮温数据的方式收集数据;8号平房仓谷冷机通风开始时间为2022年7月22日上午,结束时间为2022年7月25日上午,通风72 h;11号平方仓谷冷机通风开始时间为2022年8月11日上午,结束时间为2022年8月15日上午,通风96 h;14号平方仓2022年8月11日上午,结束时间为2022年8月15日上午,通风96 h。

3 结果与分析

3.1 浅圆仓冷气扩散规律

从得到的35号仓(图5)与37号仓(图6)温度云图来看,35号仓与37号仓在连续用谷冷机通风11 d后,分别在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日进行6次粮温检测,发现2个供试浅圆仓仓内整体粮温均能得到有效降低,平均下降1.3 ℃,且各层粮温变化一致,通风过程中“降温前沿”均呈现出整体上移的趋势且最高温逐渐减小,结束通风时层粮堆各层粮温均匀,通风效果良好。35仓整仓平均粮温从最高19.6 ℃降低到18.0 ℃,高温部分从浅圆仓底部逐渐上移,直至消失需约11 d,冷空气扩散速率约为1.7 m/d。37仓云图第3层存在明显的通风冷心,平均粮温从最高18.5 ℃降低到17.3 ℃,高温部分从浅圆仓底部处直至上移消失约10 d,冷空气扩散速率约为1.9 m/d。

浅圆仓通风效果较好,可能是建仓阶段已将环形通风道科学布设至仓底,通风均匀性好,确保了通风效果。根据实验结果,浅圆仓熏蒸后可以采用谷物冷却机进行通风散气,不仅可以保持基础粮温,同时也能有效降低散气时间,提高散气效率。浅圆仓夏季高温天气入仓时使用谷物冷却机通风可以有效降低粮堆温度,达到储粮安全度夏的目的。浅圆仓经过冬季蓄冷后,若非出现大面积发热等异常粮情,尽量使用单管风机、内环流系统或小功率风机缓速通风,降低运行能耗;若采用谷冷机整仓制冷,为实现经济运行,可在制冷通风的前期,将送风温度调整在粮堆冷心温度左右,在中后期,将谷冷机连接回风管道,采用回风模式实现节能降耗。

3.2 平房仓仓冷气扩散规律

从8号仓得到的温度云图来看(图7),在2022年6月22日与2022年6月25日进行2次粮温检测后发现,平房仓连续通风4 d后可有效降低仓内均温,平均粮温从最高14.2 ℃降低到13.0 ℃,第四层局部冷心降温较慢,比周围粮堆冷心温度高,且风力强度从第3、4层向四周逐步递减,仓内仍存在部分高温点位,通风未通透。

图5 35号仓通风阶段温度云图

图6 37号仓通风阶段温度云图

从11号仓得到的温度云图来看(图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次粮温检测后发现,平房仓连续通风5 d后,仓内平均粮温从最高19.0 ℃,降低到16.3 ℃,第1层冷心变小,第3层固定高温点为测温电缆异常所致,第5层粮堆冷心被冲散,各层粮温均呈现下降趋势。

从14号仓得到的温度云图来看(图9),在8月11日与8月15日2次粮温检测后发现,平房仓连续通风5 d后,仓温得到了有效控制,下层温度迅速降低,仓内平均粮温从最高19.0 ℃,降低到17.3 ℃,仓内依然存在高温点位,通风未通透,冷心有所减少,且被冲散。

平房仓个别点位降温效果不佳,一方面可能是受“一机三道”通风方式和粮食水分不均匀或杂质聚集等因素综合影响,致使地上笼风道冷空气吹出未能均匀分布至整个仓房,影响了降温效果;另一方面可能是由于川渝地区今年遭遇极端高温天气影响,实验时正值酷暑,实验平房仓仓墙隔热性较差,降温过程加大了墙体内外温差,墙体传热速度过快,导致仓墙四周粮温下降缓慢。

谷物冷却机通风适用于降低整仓粮温或处理整仓发热等异常粮情。平房仓仓墙四周或局部出现高温点位,利用单管风机通风可达到局部精准降温的目的,高温天气会降低谷物冷却机制冷效率,延长通风时间、增加能耗,同时可能会造成冷心破坏。入粮前在仓墙四周加装“热皮环流”装置,做好仓房的保温隔热改造,可有效降低仓墙四周粮温[11],减少通风死角。

图7 8号仓通风阶段温度云图

图8 11号仓通风阶段温度云图

3.3 冷却能耗情况

从表5可知,浅圆仓夏季通风降温的实验仓单位能耗范围为1.99～2.48 kW·h/(℃·t),吨粮耗电费用在2.42～2.58元/t。平房仓夏季通风降温的实验仓单位能耗为0.45～0.77 kW·h/(℃·t),吨粮耗电费用在0.72～0.88元/t。浅圆仓实验仓单位能耗高以及吨粮费用约为平房仓实验仓的2倍,这是由于浅圆仓存储品种为新入仓稻谷,入仓时基础粮温较高且整仓水分不均匀,需要长时间通风均匀水分并降低粮温。加之实验时四川地区处于极端高温天气,通风时间有所延长,增大了通风能耗与成本。

表5 谷冷机耗能情况表

4 结论

浅圆仓利用谷物冷却机连续通风11 d后,仓内整体粮温得到有效降低。随着冷却通风的进行,粮堆温度呈现整体上移趋势,无通风死角,通风效果良好。35号浅圆仓平均粮温从最高19.6 ℃降低到18 ℃,冷空气扩散速率约为1.7 m/d,37号浅圆仓平均粮温从最高18.5 ℃降低到17.3 ℃,冷空气扩散速率约为1.9 m/d。谷物冷却机连续11 d作业即可实现整仓粮堆降温。

8号、11号、14号平房仓分别利用谷物冷却机连续通风4、5、5 d后,仓内整体粮温得到有效降低,8号浅圆仓平均粮温从最高14.2 ℃降低到13.0 ℃,11号浅圆仓平均粮温从最高19.0 ℃降低到16.3 ℃,14号浅圆仓平均粮温从最高19.0 ℃降低到17.3 ℃。仓墙四周及底部部分点位与整仓相比温度变化较慢,降温效果从第3、4层向四周逐步递减,无法实现整仓粮温均匀降低。平房仓通风效果受风道布置和粮堆水分杂质分布影响较大,易形成通风死角,打乱粮堆原始冷心,减少冷心范围。