随着粮食种植的规模化和产量作业需求，粮食在快速机械化收割和晾晒过程中混入有机、无机杂质，需要采用清理设备清理后方可入仓存储。长期以来，我国的粮食清理设备一直处于档次低、产量小、性能差的生产和使用状况，在粮食清理环节作业时现场粉尘大，严重影响工作环境和作业人员身体健康，生产企业面临巨大压力。
根据粮食清理作业方式及现有清理设备应用现状，将振动筛选、比重风选、旋风分离、脉冲除尘和闭环气流循环等除杂除尘技术融为一体，研制出高效无尘清理筛，经过在中储粮荆门直属库和襄阳直属库试验验证，既提高粮食入库效率，保障粮食入库质量，减轻劳动强度，减少粮食产后损失，又实现了节能减排，降低杂质中粉尘对环境的污染，解决了粮食清理入仓时产量、效益及环保的矛盾。
1 材料和方法
1.1 实验材料
试验用粮为优质晚籼稻，为当季收购入库稻谷，于2020年9月—11月在中储粮襄阳、荆门直属库对清理筛、高效无尘清理筛分别进行入仓抑尘试验测试。
1.2 实验设备
1.2.1 设备除尘抑尘工艺
以往粮库原粮入仓所使用的清理筛基本未进行专门的除尘设计，设备工艺落后，清理过程中扬尘现象严重，且灰尘直接露天排放，时常导致原粮收购入库现场灰尘满天，严重影响了粮库及其周边的环境质量、工作人员及粮库周边居民的身体健康。为了满足我国无尘化粮库的建设需求，提升原粮清理效率，降低清理过程中出现的扬尘，本研究融合多种除尘抑尘工艺对原粮清理筛进行再次设计，重点解决原粮清理中产量、效益与环保需求的矛盾。
如图 1所示，设备主要组成系统有：进料集尘系统、出料集尘系统、多管旋风分离沉降系统、振动筛选清理系统、比重风选系统、脉冲除尘系统。本研究中设计的高效无尘清理筛将振动筛选与风选相结合，对原粮中的大杂、小杂、轻杂等各种杂质进行分离与清理。原粮首先经过振动清理装置分离出其中的大杂、小杂，然后通过风选装置对原粮中的粉尘及轻杂进行清理，为了保证扬尘的处理效果，设备采用多管旋风分离降尘和脉冲除尘相结合的处理工艺，提升对清理过程中扬尘的捕捉、收集能力。设备中各种除尘抑尘装置分布如图2所示。
图1 高效无尘清理筛系统组成
Fig.1 Composition of high-efficiency dust-free cleaning sieve system
1.进料集尘系统；2.出料集尘系统；3.多管旋风分离沉降系统；4.振动筛选清理系统；5.比重风选系统；6.脉冲除尘系统
1.Feed dust collection system; 2.Discharge dust collection system; 3.Multi-tube cyclone separation and sedimentation system;4.Vibration screening and cleaning system; 5.Specific gravity air separation system; 6.Pulse dust removal system
图2 高效无尘清理筛除尘抑尘装置分布
Fig.2 Distribution of high-efficiency dust-free cleaning screens and dust suppression devices
1.输送进料集尘器；2.全封闭进料斗；3.进料集尘器；4.出料集尘器；5.多管旋风分离除尘器；6.脉冲除尘器；7.振动箱体；8.比重风选器；9.全封闭出料输送机
1.Conveying feed dust collector; 2.Fully enclosed hopper;3.Feed dust collector; 4.Discharge dust collector; 5.Multi-tube cyclone separation dust collector; 6.Pulse dust collector; 7.Vibration box; 8.Specific gravity Winner; 9.Fully enclosed discharge conveyor
1.2.2 设备技术特点
设备将振动筛选、比重风选、旋风分离沉降、脉冲除尘和闭环气流循环等除杂除尘技术融为一体，对入仓散粮进行清理，清选后的粮食含杂率可控制在0.7%以下，远低于我国粮食入仓含杂率1%的标准。
高效无尘清理筛根据粮食和杂质等物料颗粒的空气动力学特性差异，运用其比重、沉降速度和惯性速度不同，将原粮中粗大的茎秆叶杂质（称之为大元杂质）和细小轻的扬尘性颗粒杂质（称之为小元杂质）在比重风选和旋风分离环节中进行分离沉降，然后进入除杂绞龙进行统一的收集清除。通过选择和调整气流速度，可针对性去除原粮中皮屑、泥沙等轻质杂质。在比重风选中捕捉的含尘空气，将通过除尘风机送入经过专门适配优化的多管离心除尘器中，在正压气流流场中实现粉气分离，分离沉降的粉尘进入绞龙闭风收集系统进行统一收集和输送。同时，由多管除尘器逸入绞龙输送系统的气流所引起的二次扬尘，将再次通过除尘风机进行二次除尘。
为了提高振动清理效果及产量，对清理筛的筛片进行改良，缩小了孔直径与孔间距，使筛孔排列更加紧密，从而提高筛面的利用率，筛面参数如图3所示。
图3 高效无尘清理筛筛片图
Fig.3 High-efficiency dust-free cleaning screen sieve diagram
1.2.3 设备技术参数
实验装备及相关主要参数信息见表1。
表1 实验装备技术参数
Table 1 Experimental equipment information table
序号 设备名称 设备型号 生产厂家 设备参数1 清理筛 YW239# 湖北叶威 设备尺寸：4 900×3 090×3 310 mm；整机质量：4 330 kg；筛面尺寸：2 300×2 000 mm；处理能力：稻谷30～60 t/h；清理后原粮含杂率：0.8%～1.2%；粗杂去除率：75%～85%2 高效无尘清理筛 YW608# 湖北叶威 设备尺寸：6 080×4 520×3 980 mm；整机质量：6 700 kg；筛面尺寸：2 300×2 000 mm；处理能力：稻谷60～90 t/h；清理后原粮含杂率：0.6%～1%；粗杂去除率：85%～95%3 粉尘测量仪 CCZ1000 光力科技 典型测定范围：0.01～1 000 mg/m3（全尘）；0.01～100 mg/m3（呼吸性粉尘）；采样时间可通过程序设定，自动保持恒速（15 L/min）采样；环境适应性：温度：–10～40 ℃；大气压力：86～110 kPa；相对湿度：≤95%（25 ℃时）4 输送设备 WSYW65 湖北叶威 带宽：550～1 100 mm；输送长度：10～30 m；输送量：80～180 t/h 5 接卸设备 QJYW650湖北叶威 带宽：550～1 100 mm；卸料高度：1.1～1.5 m；卸粮量：80～150 t/h
1.3 实验方法
实验工艺流程：散装原粮车辆→接卸设备→输送设备→高效无尘清理筛→输送设备→入仓。
分别使用清理筛、高效无尘清理筛进行原粮入库试验。
每批次原粮入库清理试验中每隔 0.5 h使用粉尘测量仪测定清理中心前、后、左、右四个方向5、15、25 m处粉尘浓度值，取其平均值作为设备作业范围内粉尘浓度值。
每批次原粮入库清理试验完成后进行综合扦样并检测杂质含量。
纪录每批次原粮入库清理试验从卸车至原粮入库完成时间，得出每小时清理量。
2 结果与分析
2.1 清理筛试验结果
襄阳直属库和荆门直属库清理筛试验结果见表2，襄阳直属库试验清理原粮共计4 624 t，产量为45 t/h，5 m处粉尘浓度170.5 mg/m3，15 m处粉尘浓度69.6 mg/m3，25 m处粉尘浓度24.3 mg/m3，入仓粗杂去除率>82%，小杂去除率>70%，轻除去除率>81%，含杂率<1%，符合国家原粮入库标准。荆门直属库试验清理原粮共计4 567 t，产量为48 t/h，5 m处粉尘浓度169.9 mg/m3，15 m处粉尘浓度71 mg/m3，25 m处粉尘浓度24 mg/m3，入仓粗杂去除率>82%，小杂去除率>70%，轻除去除率>82%，含杂率<1%，符合国家原粮入库标准。
表2 清理筛在中储粮荆门、襄阳直属库试验记录
Table 2 Test records of the cleaning screen in the Jingmen and Xiangyang warehouses directly under China grain
试验地点 序号 日期(2020年) 入库量/t 检测时间 5 m 15 m 25 m 粗杂去除率/%粉尘检测点及平均粉尘浓度/(mg/m³) 入仓后综合扦样杂质检测结果小杂去除率/%轻杂去除率/%清理后含杂量/%产量/(t/h)1 9月3日 38214:00 178.60 70.70 25.4084 70 81 0.99 45 14:30 178.30 69.90 24.00 15:00 185.50 69.40 18.70 15:30 169.30 70.70 28.90 2 9月4日 46814:00 187.40 76.40 29.50 14:30 176.00 69.40 19.20 15:00 164.10 65.60 27.80 82 71 81 0.99 46 15:30 163.60 61.40 28.80 3 9月5日 4779:00 175.50 77.50 29.60 9:30 171.30 75.00 20.80 10:00 165.40 68.80 23.90 85 69 79 0.98 44 10:30 162.60 65.80 22.60 4 9月6日 4529:00 176.60 62.80 28.20 9:30 177.20 60.40 25.10 10:00 171.30 77.50 28.50 82 70 79 1 53 10:30 162.80 66.10 24.30 5 9月7日 498 85 71 81 0.99 41中储粮襄阳直属库9:00 164.60 64.10 18.20 9:30 175.40 70.40 20.60 10:00 164.50 75.50 29.60 10:30 160.80 79.40 26.40 6 9月8日 4219:00 172.40 72.70 27.50 9:30 178.40 69.20 27.70 10:00 162.00 74.00 20.10 80 70 81 0.99 45 10:30 162.20 66.50 18.40 7 9月9日 5659:00 166.10 69.30 27.70 11:00 168.10 76.50 26.10 14:00 165.20 65.80 21.20 83 70 82 0.98 41 16:00 179.50 73.80 19.90 8 9月10日 3529:00 165.20 78.00 26.70 9:30 161.50 67.90 18.80 10:00 165.80 70.40 26.00 81 71 81 0.98 45 10:30 167.70 63.00 20.80 9 9月11日 48514:00 173.80 60.90 25.20 14:30 171.40 60.20 20.40 15:00 162.40 65.30 24.30 82 70 83 0.99 42 15:30 177.80 79.50 22.20 10 9月12日 52414:00 177.80 68.00 24.20 14:30 169.00 71.90 26.90 15:00 168.90 61.90 19.10 84 70 83 1 51 15:30 175.30 75.90 28.70合计 4 624 170.50 69.60 24.30 >82 >70 >81 <1 45
续表2
试验地点 序号 日期(2020年) 入库量/t 检测时间 5 m 15 m 25 m 粗杂去除率/%粉尘检测点及平均粉尘浓度/(mg/m³) 入仓后综合扦样杂质检测结果小杂去除率/%轻杂去除率/%清理后含杂量/%产量/(t/h)1 10月8日 3859:00 160.30 79.70 21.5081 70 82 1 43 9:30 167.20 79.10 18.90 10:00 174.40 74.40 28.60 10:30 166.90 76.80 26.00 2 10月9日 4709:00 160.20 76.00 28.30 9:30 176.50 70.80 26.50 10:00 171.70 64.20 23.60 81 71 83 0.98 48 10:30 178.70 72.80 23.60 3 10月10日 45614:00 169.80 65.20 21.50 14:30 161.20 76.40 22.30 15:00 178.80 68.00 23.70 80 69 81 0.99 51 15:30 174.00 63.20 25.70 4 10月11日 4309:00 165.80 73.80 27.30 9:30 163.30 64.50 29.00 10:00 163.50 71.10 20.20 81 70 83 0.99 45 10:30 165.30 76.10 20.00 5 10月12日 518 83 71 82 1 55中储粮荆门直属库9:00 173.80 70.20 20.10 9:30 168.30 72.00 30.00 10:00 177.00 74.10 20.20 10:30 164.80 66.50 28.90 6 10月13日 3809:00 165.00 73.30 23.50 9:30 166.20 63.10 28.00 10:00 171.70 78.50 22.00 82 70 81 1 42 10:30 165.00 75.80 22.30 7 10月14日 54914:00 173.20 63.00 28.10 14:30 162.50 78.70 21.40 15:00 179.10 70.20 19.70 84 70 82 0.98 52 15:30 161.40 69.90 20.40 8 10月15日 38914:00 176.90 74.60 21.20 14:30 178.60 71.00 22.80 15:00 179.00 63.90 21.30 85 71 83 0.99 53 15:30 175.80 67.90 29.00 9 10月16日 4609:00 176.60 61.70 27.60 9:30 165.70 64.00 27.10 10:00 165.50 74.90 20.50 84 70 82 1 53 10:30 163.30 64.00 23.60 10 10月17日 5309:00 175.30 72.30 19.00 9:30 162.50 79.40 24.70 10:00 178.10 71.60 25.70 82 70 82 0.99 42 10:30 174.80 67.70 27.00合计 4 567 169.9 71 24 >82 >70 >82 <1 48
2.2 高效无尘清理筛试验结果
襄阳直属库和荆门直属库高效无尘清理筛试验结果见表3，襄阳直属库试验清理原粮共计4 613 t，产量为75.2 t/h，5 m处粉尘浓度27.06 mg/m3，15 m处粉尘浓度 17.26 mg/m³，25 m 处粉尘浓度6.83 mg/m³，入仓粗杂去除率>90%，小杂去除率>75%，轻除去除率>85%，含杂率<0.6%，符合国家原粮入库标准。荆门直属库试验清理原粮共计4 607 t，产量为 76.2 t/h，5 m 处粉尘浓度 26.73 mg/m³，15 m处粉尘浓度17.28 mg/m³，25 m处粉尘浓度7.38 mg/m³，入仓粗杂去除率>90%，小杂去除率>75%，轻除去除率>85%，含杂率<0.6%，符合国家原粮入库标准。
表3 高效无尘清理筛在中储粮荆门、襄阳直属库试验记录
Table 3 Test records of high-efficiency dust-free cleaning screens in Jingmen and Xiangyang subordinate warehouses of China
试验地点 序号 日期(2020年) 入库量/t 检测时间 5 m 15 m 25 m 粗杂去除率/%粉尘检测点及平均粉尘浓度/(mg/m³) 入仓后综合扦样杂质检测结果小杂去除率/%轻杂去除率/%清理后含杂量/%1 9月15日 410产量/(t/h)9:00 25.51 21.71 6.7190 74 85 0.67 81 9:30 26.13 22.33 8.46 10:00 32.57 13.14 5.04 10:30 26.87 10.59 7.48 2 9月16日 5179:00 30.92 18.71 5.34 9:30 32.47 18.27 4.08 10:00 27.60 17.56 6.85 89 73 83 0.69 74 10:30 25.37 13.71 6.81 3 9月17日 46214:00 26.45 17.34 4.78 14:30 28.67 15.60 5.47 15:00 27.56 20.28 6.06 89 76 84 0.59 80 15:30 26.66 19.49 6.55 4 9月18日 3959:00 21.27 13.46 6.51 9:30 23.40 19.37 9.53 10:00 30.17 13.08 4.72 90 77 85 0.54 74 10:30 30.51 15.26 6.16 5 9月19日 524 90 76 84 0.67 76中储粮襄阳直属库9:00 20.12 13.60 8.81 9:30 29.97 23.33 4.39 10:00 23.10 18.61 9.18 10:30 22.88 18.30 6.84 6 9月20日 3929:00 29.09 22.29 6.04 9:30 22.61 23.07 5.93 10:00 31.64 13.62 9.06 91 78 85 0.55 82 10:30 28.70 22.00 5.49 7 9月21日 54614:00 29.41 11.34 4.10 14:30 25.81 15.65 9.67 15:00 29.43 16.26 8.35 90 78 85 0.58 75 15:30 29.28 17.07 6.30 8 9月22日 41614:00 30.81 21.20 5.65 14:30 23.60 16.80 6.03 15:00 23.97 18.75 7.51 91 76 85 0.70 72 15:30 25.68 21.75 8.58 9 9月23日 4679:00 31.70 21.02 8.34 9:30 25.51 10.25 4.64 10:00 27.22 14.53 5.30 92 74 86 0.53 70 10:30 21.82 10.20 7.19 10 9月24日 4849:00 27.35 15.50 8.29 9:30 24.22 16.83 9.94 10:00 27.70 22.71 7.13 90 73 86 0.52 71 10:30 28.74 15.89 9.89合计 4 613 27.06 17.26 6.83 >90 >75 >85 <0.6 75.2
续表3
试验地点 序号 日期(2020年) 入库量/t 检测时间 5 m 15 m 25 m 粗杂去除率/%粉尘检测点及平均粉尘浓度/(mg/m³) 入仓后综合扦样杂质检测结果小杂去除率/%轻杂去除率/%清理后含杂量/%产量/(t/h)1 10月19日 42114:00 25.24 17.40 5.0191 72 87 0.55 80 14:30 21.84 15.37 6.79 15:00 22.82 13.82 4.66 15:30 26.22 16.88 6.81 2 10月20日 45514:00 29.76 18.52 7.59 14:30 27.73 17.87 4.89 15:00 25.08 14.58 6.91 92 77 88 0.58 79 15:30 29.55 16.74 8.23 3 10月21日 5039:00 31.65 18.67 7.46 9:30 32.45 21.56 8.16 10:00 22.59 15.72 9.10 93 75 88 0.56 79 10:30 23.54 16.08 5.94 4 10月22日 4769:00 24.25 18.98 4.92 9:30 21.89 14.28 8.14 10:00 29.16 17.36 8.97 92 76 87 0.59 70 10:30 28.98 19.63 7.30 5 10月23日 530 93 76 89 0.64 76中储粮荆门直属库9:00 31.69 23.86 9.96 9:30 25.64 16.67 8.83 10:00 20.40 11.50 4.74 10:30 32.55 15.71 8.61 6 10月24日 3959:00 20.98 11.79 4.19 9:30 30.05 16.06 7.92 10:00 24.51 13.96 6.55 93 75 87 0.58 73 10:30 24.02 15.09 7.03 7 10月25日 4989:00 25.80 18.14 8.63 11:00 32.07 19.96 8.88 14:00 23.01 14.87 9.90 91 73 89 0.60 80 16:00 27.24 21.45 7.24 8 10月26日 3779:00 21.16 16.33 9.66 9:30 22.42 13.39 8.33 10:00 24.69 19.35 8.34 91 76 89 0.65 75 10:30 32.80 20.29 7.89 9 10月27日 45614:00 31.34 21.42 7.79 14:30 28.11 18.01 4.68 15:00 25.25 17.39 5.39 93 76 88 0.68 77 15:30 26.08 14.89 9.93 10 10月28日 49614:00 30.99 21.02 5.84 14:30 25.85 17.13 6.25 15:00 31.88 22.54 9.38 93 75 87 0.57 76 15:30 28.20 17.07 8.62合计 4 607 26.73 17.28 7.38 >90 >75 >85 <0.6 76.2
2.3 清理筛和高效无尘清理筛对比
清理筛和高效无尘清理筛在襄阳直属库和荆门直属库应用对比见表 4，由表 4可知，高效无尘清理筛各项指标均优于传统的清理筛。高效无尘清理筛与传统清理筛相比，原粮中大杂、小杂及轻杂的去除率均有提升；设备产量超过75 t/h，提升 50%以上；入库原粮含杂率<0.6%，原粮杂质含量降低了近40%；同时，数据表明，高效无尘清理筛可以大幅降低设备周围的粉尘浓度，最大降幅达90%以上。
表4 试验结果对比
Table 4 Comparison of test results
清理设备 清理筛 高效无尘清理筛images/BZ_244_906_1146_919_1205.png试验地点 襄阳直属库荆门直属库images/BZ_244_906_1207_919_1320.png襄阳直属库荆门直属库产量/(t/h) 45 48 75 76 5 m处粉尘浓度/(mg/m3) 170.5 169.9 27.06 26.73 15 m处粉尘浓度/(mg/m3) 69.6 71 17.26 17.28 25 m处粉尘浓度/(mg/m3) 24.3 24 6.83 7.38大杂去除率/% >82 >8 >90 >90小杂去除率/% >70 >70 >75 >75轻除去除率/% >81 >82 >85 >85入库原粮含杂率/% <1 <1 <0.6 <0.6
3 结语
综合两地直属库现场试验结果，高效无尘清理筛可把清理后粮食入仓含杂率控制在平均0.6%以内，完全可以满足我国入仓粮食含杂率1%标准，同时该设备的抑尘效果能保证设备作业范围5 m处粉尘浓度不高于30 mg/m3，15 m处不高于20 mg/m3，25 m处不高于10 mg/m3，同时产量为75 t/h(稻谷计)。
随着城镇化的快速发展，导致粮库与粮食加工企业附近就是居民区，一到收购季节“灰尘满天飞”，附近居民投诉量不断增加，库区工作员不堪其扰，但粮食储备关乎国计民生，从而产生了收购时产量、效益及环保的矛盾。高效无尘清理筛可有效解决此问题，大幅提高入仓效率，降低粮食颗粒清理后的含杂率，有效提升工作环境和保障作业人员身体健康，与现有市场上的清理产品相比，在清理效果、产量、环保性能、使用方便性、可靠性方面具有显著优势，符合我国建设环境友好型可持续发展社会的战略目标，为实现绿色、环保储粮提供了有效途径。
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