高大平房仓粮温均衡及降温通风预防结露实验

王旭峰 1 ,梁兆岷 2

(1. 德州职业技术学院 粮油食品工程系,山东 德州 253000;2. 中储粮聊城直属库有限公司冠县分公司,山东 聊城 252500)

摘 要: 对新收获的小麦,入仓后在高温季节利用大风量轴流风机均衡粮温、水分,后期利用排风扇缓速通风降温并采取在粮面覆盖麻袋吸湿的方法控制粮堆表层结露。实仓实验结果表明:大风量轴流风机入仓后均衡粮温和水分可以有效地减轻后期秋冬季在机械通风中表层结露现象的产生,配合后期缓速通风形式和覆盖麻袋吸湿,可以有效地降低粮温并防止表层结露,操作简单方便,能够降低机械通风成本,具有一定实用价值。

关键词: 平房仓;均温均水;通风降温;缓速通风;防结露

储粮机械通风技术是我国粮食储藏重要的新技术之一,具有投资少,能耗低,简单易行等特点,在粮食仓储企业广泛应用。近年来,对于储粮机械通风的研究有很多,取得了一定的成果 [1-3] 。中储粮聊城直属库冠县分库属暖温带季风气候,降水集中、雨热同季,春秋短暂,冬夏较长,最低气温出现在1月份,最高气温一般在7月。小麦收购一般在6~7月份,正值气温最高的时期,入库后的粮温一般在30 ℃以上,入库后为了防止害虫,需要进行不少于1个月的封仓密闭。较长时间的高温密闭储粮,给粮食的安全储藏带来了不利影响。在实际工作中,通风降温操作不仅受入库时间和密闭熏蒸的制约,还要兼顾降温效率和效益,温差越大,降温效率越高,但会导致粮堆表层出现结露等问题,甚至导致粮食霉变或品质劣变。为了解决这一实际问题,针对聊城地区的气候条件,结合平常工作经验,设计了储粮机械通风方案,对高大平房仓新收获小麦做了机械通风均衡粮温及结露预防实地实验,根据获得的相关数据和通风情况提出解决措施,为粮油仓储企业提供一定的经验支持。

1 材料与方法

1.1 仓房及实验小麦

实验于2017年7月在中央储备粮聊城直属库冠县分库7号仓进行,实验仓为1999年建砖混结构的高大平房仓,仓内长59.7 m,宽20.2 m,粮堆高度为5.96 m,仓容为5 424 t,实际装粮5 614 t。 供试小麦为2017年聊城本地产硬质冬小麦,容重786 g/L,入库平均水分12.5%,杂质含量0.6%,不完善粒5.4%,色泽气味正常。相同条件的8号仓作为对照仓,通风降温时表层不铺设麻袋,以便验证粮堆表层铺设麻袋防止结露的可行性。

1.2 仪器设备

GGS型粮情监控管理平台:北京金良安科技有限公司研制;CZTY-315型节能型强力轴流通风机(额定功率2.2 kW,额定风压290~790 Pa,额定风量5 100~6 100 m³/h):河南未来机电工程有限公司;粮食深层扦样器;电容式粮食水分测定仪。

1.3 通风系统

通风道形式为一机四道,布置形式如图1所示,为钢板冲孔地上笼,通风道间距3.78 m,空气途径比为1.32。仓房山墙一侧配置两台0.75 kW轴流风机,风量6 000 m³/h,全压260 Pa组成通风系统。地上笼与地面固定,两段之间严密连接、连接可靠,确保在粮食入仓过程中位置不变,不漏粮,通风畅通。管道布置完成后,调节各管道阻力,使各管道风量一致。

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图1 通风系统布置示意图

1.4 实验方法

1.4.1 前期准备工作

粮食入库严格按照储粮技术规范进行,对仓房进行彻底清理,入仓过程中及时清除麦糠等轻型杂质,防止自动分级,避免形成杂质区而导致通风阻力增加 [4] 。入库后,及时平整粮面,严格按照《粮油储藏粮情测控系统》GB/T 26882.1—2011的要求布置测温电缆,全仓设置13列,每列设置5根测温电缆,每根电缆分上、中上、中下、底层4个测温点,共计260个测温点,见图2。在布置测温电缆的同时对全仓粮情进行全面检查,记录各点粮食水分、害虫等情况,掌握第一手资料,为后期通风降温奠定基础。

1.4.2 水分测点设置

为掌握在通风过程中的水分变化情况,布置了5个固定的水分检测点,如图2中◆所示。根据以往经验,结露一般发生在表层,所以每个测点选择表层与距粮面30 cm处两个测点,每天检测一次。对照仓8号仓也在同样的位置设置水分检测点。

1.4.3 通风方案及时机

实验分为三个阶段,第一阶段主要目的是均衡粮温、排除湿热空气。入库完成后,利用四台2.2 kW、额定风量为5 100~6 100 m³/h的轴流风机对整仓小麦进行短时间的快速通风,起到均衡全仓粮温和水分的作用,消除由于小麦后熟引起的粮食乱温和粮食水分不均衡,并将粮堆内部湿热的空气排出;第二阶段在10月份左右进行,利用仓房山墙上配备的两台0.75 kW的轴流风机进行缓速降温操作;第三阶段在12月末进行,将粮温降低到10 ℃左右。在第二、三阶段通风过程中,为消除由于温差而引起的表层结露,采取在粮堆表面铺设一层麻袋的方法,将冷热交界面由粮堆表面转移到麻袋表面,麻袋具有一定的吸湿性,能够降低在通风降温过程中导致的结露现象。

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★表示测温电缆,◆代表测水点

图2 测温、测水点布置示意图

具体通风操作为:第一阶段均衡粮温主要在夜间进行,通风量较大,单位通风量为3.92 m³/h × t,小于机械通风储粮技术规程(Q/ZCL T2—2007)规定的≤6 m³/h × t,换气次数为3次/h [5] ;第二、三阶段通风由于采取了防止粮堆结露的措施,同时入仓粮食质量较好、杂质较少,通风操作优先考虑通风效率,在储粮机械通风技术规程规定条件的基础上,适当扩大范围。根据粮食水分结露温差关系表得出:只要内外温差不大于10~12 ℃,外界湿度小于80%即可进行降温操作。通风过程中,及时检测外界温湿度,根据天气情况开启或关闭风机。

2 结果与分析

2.1 粮温变化情况分析

第一阶段粮温均衡操作从7月19日开始,7月23日结束,均衡粮温前后粮温情况分别见表1和表3,通风时间、粮温情况及外界空气温湿度情况见表2。通风前,最高粮温33.2 ℃,最低粮温23.5 ℃,最大温差为9.7 ℃;为了比较通风前后的粮温分布情况,对各点粮温做了标准差分析,标准差数值越大,表示温度分布越不均匀,数值越小,表示温度分布越均匀。上层、中上、中下和底层的标准差分别为0.86、0.86、0.82和2.23,总体260个温度测点的标准差为2.0;从温度梯度来看,通风前自上向下温度梯度分别为:1.67、0.36和0.24 ℃/m。

经过第一阶段79 h的均温通风,260个温度测点的标准差为2.05,比通风前略有上升,但各层粮温的均匀程度有所提高,上层、中上、中下和底层的标准差分别为0.73、0.77、0.75和1.85,相比通风前分别降低了0.13、0.09、0.07和0.38。而且通过比较仓内湿度,发现通风后仓内湿度有所下降,仓湿由通风前的85%降低为通风后的76%。从各层温度梯度来看,通风后1.62、0.3和0.9 ℃/m,中层以上温度梯度有所下降,下层温度梯度有所上升,分析原因主要由于小麦热容量较大升温较慢。均衡通风完成后,全仓平均粮温有所上升。第一阶段均温结束后,采取在夜间天气良好的情况下开启排风扇,排除仓顶积热(8月15~9月13日密闭熏蒸)。

第二阶段通风操作于10月16日至10月25日进行,此时平均粮温28.4 ℃,下层平均粮温24.5 ℃,中下层平均粮温29.4 ℃,中上层平均粮温31 ℃,上层平均粮温28.6 ℃,外界气温为10℃~20 ℃,温差较大,降温效率高,降温效果较好。通风温湿度情况见表4,粮食水分变化见表5。

表1 均衡通风前粮温情况 ℃

位置列 12345678910111213 第1排上层32.332.032.031.531.631.332.833.132.231.531.031.029.7 中上30.629.029.328.728.629.129.529.729.130.128.227.527.3 中下28.328.828.229.029.229.027.726.828.028.526.727.528.6 下层25.829.027.130.029.529.026.325.326.727.525.727.829.5 第2排上层32.732.031.730.731.731.633.232.533.231.330.330.328.7 中上30.528.730.128.029.028.529.530.029.827.128.127.628.3 中下28.528.227.828.828.329.527.128.326.728.626.529.229.1 下层28.228.727.329.125.628.324.224.024.528.626.626.828.2 第3排上层32.031.732.231.631.831.732.132.332.531.330.831.030.5 中上29.329.130.628.128.628.828.530.129.727.328.028.528.1 中下28.128.228.328.328.229.627.028.027.327.827.726.827.7 下层26.327.329.730.028.328.624.223.524.525.526.724.731.2 第4排上层32.032.731.632.232.231.132.533.032.830.731.131.230.2 中上29.228.730.128.329.128.828.229.229.127.727.728.627.8 中下28.329.028.528.128.529.327.128.027.627.528.326.729.1 下层26.829.729.628.727.829.324.725.024.827.328.124.231.2 第5排上层31.631.631.831.332.831.330.731.732.331.231.131.530.6 中上29.328.529.030.028.328.330.028.528.330.129.027.828.1 中下29.829.629.227.828.829.328.228.529.529.227.729.128.3 下层28.130.832.027.831.030.726.131.331.030.630.830.729.8

表2 第一阶段通风情况 ℃

日期通风时间/h平均粮温/℃仓湿/%外温/℃外湿/% 7月19日1628.28533/2631/85 7月20日1628.48335/2627/84 7月21日1528.78035/2625/82 7月22日16297832/2626/79 7月23日1629.27635/2524/81

表3 均衡通风后粮温情况 ℃

位置列 12345678910111313 第1排上层32.232.032.031.831.631.532.633.132.231.731.131.130.2 中上30.629.229.829.329.029.730.330.029.330.228.628.027.7 中下28.729.228.729.329.529.328.227.728.328.827.127.729.1 下层26.327.626.728.12827.326.325.826.127.326.127.328.8 第2排上层32.832.131.831.331.731.733.032.633.131.530.831.129.3 中上30.729.130.128.529.128.829.529.829.727.528.227.828.6 中下28.728.628.229.028.529.727.528.227.128.626.829.829.6 下层28.526.826.327.125.526.524.524.024.526.525.725.827.7 第3排上层32.232.033.132.032.131.832.232.632.531.531.131.131.0 中上29.629.230.628.528.829.028.830.029.727.728.128.528.5 中下28.528.628.628.728.629.327.328.127.628.027.827.228.1 下层26.626.229.227.727.326.824.524.224.324.725.624.731.5 第4排上层32.132.731.832.332.231.232.332.832.631.231.131.330.8 中上29.52930.128.729.229.028.629.529.228.127.828.628.6 中下28.829.228.828.629.029.327.728.227.827.828.527.129.0 下层27.127.828.227.126.627.225.224.824.726.226.124.531.3 第5排上层32.331.832.731.632.731.631.032.032.331.631.331.830.5 中上29.829.029.330.528.828.729.829.329.230.129.228.528.4 中下29.329.829.228.529.129.628.529.129.629.528.329.329.3 下层28.329.631.527.729.729.626.329.829.529.129.529.529.5

表4 第二阶段通风情况

日期通风时间/h仓温/℃仓湿/%外温/℃外湿/% 10月16日1218.569.719/1242/87 10月17日824.57516/1140/84 10月18日11267617/1035/82 10月19日10267520/931/85 10月20日1226.57622/1035/82 10月21日1026.57523/927/79 10月22日925.57518/728/80 10月23日8257318/625/76 10月24日1024.57219/723/82 10月25日823.57117/1020/80

第二阶段累计通风98 h,上层平均粮温由29.6 ℃降低到24.3 ℃,降幅为5.3 ℃,中上层平均粮温由31 ℃降低到20.9 ℃,降幅为10.1 ℃,中下层平均粮温由29.4 ℃降低到20.5 ℃,降幅为8.9 ℃,下层平均粮温由24.5 ℃降低到17.1 ℃,降幅为7.4 ℃,总体平均粮温由28.6 ℃降低至20.7 ℃,总体降幅为7.9 ℃,降温幅度明显。中下层与底层温度梯度为1.9 ℃/m,中上层与中下层的温度梯度为0.2 ℃/m,上层与中上层的温度梯度为1.9 ℃/m,考虑到上层温度会随着外界气温的降低而降低,同时上层温度稍高于仓温有利于表层水分向外界转移,下层温度会随着时间的推移逐渐升高,综合考虑通风费用,停止通风操作,改为开窗自然通风。

表5 第二阶段水分变化情况 %

位置日期 10.1610.1710.1810.1910.2010.2110.2210.2310.2410.25 1点实验仓表层12.412.412.412.412.512.512.512.512.612.6 上层12.612.612.612.612.612.612.512.512.512.5 对照仓表层13.113.213.513.513.413.413.313.313.213.2 上层12.512.612.612.612.612.612.512.512.512.5 2点实验仓表层12.512.512.512.512.512.512.512.612.612.7 上层12.512.512.512.512.612.612.512.512.512.5 对照仓表层13.013.113.313.413.413.413.313.313.213.2 上层12.512.512.512.612.612.612.612.512.512.5 3点实验仓表层12.512.512.512.512.512.612.612.712.712.7 上层12.612.612.612.612.712.712.612.612.612.6 对照仓表层13.213.613.613.513.513.513.413.413.313.3 上层12.512.512.512.612.612.612.512.512.512.5 4点实验仓表层12.412.412.412.412.412.412.412.512.512.5 上层12.512.512.512.512.512.512.612.612.612.6 对照仓表层13.113.313.413.513.513.513.413.413.313.2 上层12.512.512.512.512.512.612.612.512.512.5 5点实验仓表层12.512.412.412.512.512.512.512.612.612.6 上层12.512.512.512.512.512.512.512.612.612.6 对照仓表层13.313.613.613.613.513.513.513.513.413.4 上层12.512.512.512.612.612.612.612.612.512.5

由表3可以看出,实验仓表层水分和30 cm处粮食水分在整个降温通风过程中有所升高,但升幅不大,在0.1~0.2之间,处在粮食安全水分范围内;对照仓在降温通风的初期表层水分快速上升,最高达到13.6%,30 cm处与实验仓差别不大,随着通风的进行,表层水分略有下降,但仍然比表层铺设麻袋的实验仓高0.6%,证明在粮堆表层铺设麻袋可以有效的防止粮堆表层结露问题。

第三阶段通风于12月20日至12月28日进行,此时仓内平均粮温15.4 ℃,下层平均粮温12.2 ℃,中下层平均粮温16 ℃,中上层平均粮温16.1 ℃,上层平均粮温17.1 ℃,外界气温为–3~ 10 ℃。通风时间、仓内温湿度以及仓外温湿度情况见表6。

第三阶段累计通风81 h,上层平均粮温由12.2 ℃降低到11.6 ℃,降幅为0.6 ℃,中上层平均粮温由16 ℃降低到7.4 ℃,降幅为8.5 ℃,中下层平均粮温由16.1 ℃降低到5.4 ℃,降幅为10.7 ℃,下层平均粮温由17.1 ℃降低到7.3 ℃,降幅为9.8 ℃,总体平均粮温由15.4 ℃降低至7.9 ℃,总体降幅为7.5 ℃。上层与中上层的温度梯度为2.3 ℃/m,其余各层温度梯度均小于1 ℃/m,上层温度稍高于中下层粮温,后期采用自然通风降温的方式降低上层粮温。此时全仓粮温基本处于10 ℃以下,基本达到降温目的,整个降温通风温度变化见图3。粮食水分变化经过检测发现表层水分最高为12.8%,大多在12.6%,经过后期的自然通风,粮食水分会逐步降低,粮食处于安全状态。

表6 第三阶段通风情况

日期通风时/h仓温/℃仓湿/%外温/℃外湿/% 12月20日84.2659/–418/76 12月21日814.06712/–216/80 12月22日815.26710/–322/78 12月23日916.0688/–320/82 12月24日1015.2679/–728/80 12月25日814.6689/–324/76 12月26日1213.5708/–625/82 12月27日811.76510/–328/80 12月28日1010.8608/–235/78

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图3 粮温变化情况

注:周数从7月17日开始为第1周

2.2 能耗与经济效益 [6]

本次降温通风第一阶段通风共计79 h,第二、三阶段通风累计179 h。第一阶段通风用四台2.2 kW轴流风机,按照风机额定功率计算,电耗为659.2 kW•h,第二、三阶段用两台0.75 kW轴流风机,电耗为268.5 kW•h,整个通风电耗共计927.7 kW•h,粮温降低17.7 ℃,单位能耗为0.009 kW•h/%.t。低于储粮机械通风技术规程(LS/T 1202—2002)规定降温通风能耗标准的0.04 kW•h/℃•T。由于条件原因,本实验未能对风机的实际功率与额定功率进行对比,可能存在一定的误差,但按照额定功率计算的能耗上看,本次降温通风实验是合理的,取得了较好的经济效益。

3 结论

对新收获的小麦在入仓后利用大风量轴流风机进行通风,可以有效的均衡粮温和小麦后熟而导致的乱温现象,排除粮堆内部的湿热空气,对于后期粮食的安全储藏奠定良好的基础。

在温差较大提高降温效率的情况下,在粮堆表面铺设一层麻袋可以有效避免在机械通风过程中由于温差而导致的粮堆表层结露问题,可以避免粮食由于结露而导致的霉变、发热,确保储粮安全。

利用轴流风机缓速降温,能耗较低,可以在温差较小时提前进行降温操作,增加通风时间,也可避免粮食结露的产生。

参考文献:

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[6] LS/T 1202—2002, 储粮机械通风技术规程[S]. width=7.9,height=8.05

Test of anti-condensation by reducing and uniform grain temperature in large horizontal warehouses

WANG Xu-feng 1 , LIANG Zhao-min 2

(1. Department of Grain and Oil Food Engineering, Dezhou Vocational and Technical College, Dezhou Shandong 253000; 2. Liaocheng Grain Depot Guanxian Branch Depot, China Grain Reserves Corporation, Liaocheng Shandong 252500)

Abstract: Newly harvested wheat were selected for the test. Temperature and moisture of the wheat were uniformed by axial fan at a large flow rate after being warehoused. Exhaust fans were used to cool the wheat with slow speed, and sacks were used to cover the wheat pile in order to avoid moisture condensation on the surface of wheat pile. The results of the real warehouse test indicated that the uniformed grain temperature and moisture could reduce effectively the condensation on the surface of wheat pile during cooling and ventilation in winter. The method was simple and convenient to operate, with lower cost of mechanical ventilation, which was of practical value.

Key words: large horizontal warehouse; uniform grain temperature and moisture; aeration-cooling; ventilation with slow speed; anti-condensation

DOI: 10.16210/j.cnki.1007-7561.2018.05.016

中图分类号: TS 205.9; S 379.5

文献标识码: A

文章编号: 1007-7561(2018)05-0086-06

收稿日期: 2018-02-23

作者简介: 王旭峰,1976年出生,男,讲师.