中嘉城建设计有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150046
摘要：为了提高粮食的干燥效率、加快粮食的干燥速率及改善粮食的干燥品质，基于粮食水分结合能的变化特征，本文分析了粮食多场协同干燥系统设计与技术模式应用，能够强化粮食表面传热，实现了闪蒸降温干燥，改善了粮食干燥效果。
关键词：粮食；干燥；多场协同；技术模式
作为世界上最大的粮食生产和消费国，我国近年粮食总产量达到6．18亿t，但目前粮食干燥机械化程度仅为18．2%，粮食干燥机械化需求迫切。我国粮食种类多，地区间差异大，中原及南方粮食收获期气温较高，高湿粮食不耐储存，极易发芽霉变，因处理工艺方法及处理技术导致的粮食质量和数量损失都很大。在东北等高寒地区，收获的高湿粮食绝大多数是露天场地暂存，鼠害及雨雪导致的损失也很严重。据农业部调研测算，因产后处置不当农户每年损失粮食7%～11%。因此，紧密结合粮食产地区域特征及农业经营模式，设计优质、高效的粮食干燥装备，并采用适应产业需求的技术模式，是解决这些问题的重要环节。大量研究表明:与传统干燥相比，红外干燥具有均匀和高效的优势，但由于目前应用于粮食干燥机上辐射源为电能，辐射能转换效率低，能量消耗较高，同时由于红外辐射的直射和反射特性，物质被照射部分升温快而没有照射部分升温慢，导致目前应用于粗大或堆积物料的大批量粮食干燥时效果不理想。
一、干燥系统设计原理
1.系统设计的技术流程。
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系统设计的技术流程如图1所示
2．粮食多场协同干燥系统设计原理。高湿粮食由提升机提升到干燥机的顶部，从进料口处落入干燥机本体;干燥机装满后，按顺序开启引风机、提升机、机下皮带机和排粮装置;粮食在干燥机内完全依赖自重，顺着向下缓慢流动;与此同时，热风炉中的烟气在引风机引力的作用下，流经换热器、比例阀、膨胀室后，进入远红外线发生装置，把其携带的部分余热转化成远红外辐射能。由于远红外线发生装置设计在干燥机内，周围被松散流动的粮食所包围，因此远红外线发生装置对干燥机内粮食的总辐射角系数等于1，即远红外线发生装置外表面产生的辐射能会全部被粮食吸收，补充了粮食的内能，改善了粮食的组织功能。逆混流引风方式在排气角盒与缓苏段间会自然形成较大的负压差，粮食在该段内经历的是伴随连续向下流动降压的同时，连续吸收辐射能的过程。在该过程中，当压力低于其所对应的饱和温度时，高湿粮食内的自由水就要消耗粮食的内能发生闪蒸，从而使粮食的温度迅速降低，从而实现了高湿粮食在远红外线辐射场中的降压闪蒸干燥。这种干燥方式既能大幅度强化干燥过程，又保证粮食自身的干燥温度不超限;同时，也能利用远红外线的调节作用，改良粮食的组织功能，提高粮食的干燥品质。
二、干燥系统的技术模式
不同于东北、新疆高寒地区军垦和农垦系统采用大面积集中种植的生产模式，我国中原及南方地区的粮食生产规模较小，种植模式也正在由责任制、单家独户的分散经营向规模化和集约化生产发展，因此大型连续式集中干燥模式在这些地区并不适用。而简单的采用小型批次循环干燥机，由于日处理能力受机内容量限制，适应性较差，容易导致收获期的粮食不能得到及时干燥的情况;同时其年作业期短，利用率低，并不符合粮食干燥机械化可持续发展的要求。该粮食多场协同干燥装备属于批次处理循环干燥机，采用双干燥主塔联机作业的技术模式，其单机容量为25t，采用联机作业模式时总容量可达50t。在突破制约干燥质量控制最本质的工艺过程解析法及能效评价方法共性技术的基础上，从粮食物性基础，沿解析法、能效评价理论研究，形成了装备系统技术开发准则，从检测技术→自适应控制→工艺系统→机械设计→除尘与能量回收→成套技术设备→形成单机与联机作业的技术模式。该技术模式在高效节能、保证干燥品质的基础上，有效地提升了粮食多场协同干燥装备的适应性、通用性及处理能力的伸缩量。因此，其更能适应分散种植的产业需求，可以更好地对应中原、南方地区粮食收获期气温相对较高、高湿粮食的保质储存时间短、品种多且分散收获导致的日收获量变动巨大等情况，实现稻谷的及时干燥，同时达到模式节能的目的，是我国中原及南方粮食产区适合发展的集中干燥技术模式。
三、试验验证
为了验证稻谷多场协同干燥系统的干燥性能以及可靠性，在某经济开发区中联重科股份有限公司的干燥试验现场，对其进行现场试验验证。
1.试验材料与方法。（1）试验材料。现场试验的稻谷是收购于安徽芜湖地区的类珍珠稻。该稻谷的初始湿基含水率的范围为17%～45%，平均湿基含水率为33%左右，极差在30%左右，稻谷的总质量约为5 000kg(湿重)。（2）试验方法。将多场协同干燥系统调到稳定运行的状态后，通过提升机将经过清选除杂后的稻谷输送到干燥机本体内;稻谷装满后，启动干燥机，对稻谷开始进行循环干燥。试验过程通过钟表记录下干燥过程的时间;通过自主研发的粮食水分在线检测仪测量干燥过程稻谷的含水率值;通过温湿度仪测量干燥系统运行期间环境温湿度变化;通过粮温传感器测量干燥系统内稻谷温度变化;通过风温传感器测量进入干燥系统内的热风温度。
2.试验结果与分析。在进行干燥试验的过程中，干燥系统内的稻谷依赖自身质量缓慢连续向下流动，在流动的过程中实现缓苏、干燥。稻谷通过干燥段的时间为10min左右，缓苏时间50min左右，即稻谷干燥过程的缓苏与干燥的时间比为5:1。试验过程干燥参数的记录如表1所示。由表1数据可以看出:干燥系统试验过程中，初期热风温度最高为80℃，后期基本保持在80℃以下;稻谷依靠自身质量向下缓慢流动，依次经过储粮缓苏段、降压闪蒸干燥段、热风干燥段，吸收了来源于红外发生装置发射的全部红外辐射能与热风介质的能量，同时在负压引风的作用下，稻谷的温度快速的上升;由于稻谷的内外表面形成了较大的温度梯度与压力梯度，从而加快去除稻谷的内部水分，稻谷的含水率快速降低;稻谷经过约为6h的循环干燥后，稻谷的湿基含水率降到15．81%，经计算稻谷每小时的平均湿基去水速率为2．92%;整个循环干燥过程中，稻谷的温度基本保持在35℃以下。可见，该干燥系统具有快速去水、高效节能、低温循环干燥的效果，实现了设计目标。
表1干燥过程参数记录表
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合理利用粮食干燥过程中的多种势场，通过利用烟气余热引入红外辐射辅助干燥工艺，采用逆混流引风的方式，设计了粮食多场协同干燥系统。采用双干燥主塔联机的模式形成干燥装备，实现优质、高效及节能干燥。形成降压闪蒸干燥段，消除了干燥系热惯性。在试验条件下，稻谷的含水率由33%w．b．降至15．81%w．b．/h，平均去水速率达到2．95%w．b．/h，较传统的横流干燥提高2倍以上，与传统的鼓风干燥相比提高30%以上。干燥过程中粮温始终维持在35℃以下，实现了低温干燥，避免了稻谷的过热损伤，干燥爆腰增率低于1%，提高了干燥品质。
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