谷物冷卻機控制優(yōu)化

鄭澤順

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東揭陽 522000）

谷物冷卻機控制優(yōu)化

鄭澤順

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東揭陽 522000）

介紹一種谷物冷卻機及其控制原理，結(jié)合機組全天候運行特點提出節(jié)能方法，并對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，達(dá)到降低運行能耗目的。

谷物冷卻機；優(yōu)化；節(jié)能

0 概述

低溫儲糧是一種國際通行的綠色儲糧方式，可以抑制害蟲和微生物生長，減少糧食損失，延緩糧食陳化。谷物冷卻機是低溫儲糧的關(guān)鍵設(shè)備，1998年我國自主開發(fā)成功后并應(yīng)用于500億斤國家儲備糧庫項目。由于種種主、客觀原因，谷物冷卻機的應(yīng)用效益未得到應(yīng)有的發(fā)揮[1]。為提高我國糧食倉儲技術(shù)，更好的應(yīng)用谷物冷卻機低溫儲糧技術(shù)，有關(guān)部門先后組織制訂了谷物冷卻機相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程[2-4]，為設(shè)備的考核、選型、運行提供依據(jù)和指導(dǎo)。由于糧食基數(shù)大，雖然設(shè)備性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，實際的用電量還是相當(dāng)可觀。GB/T 18835對名義工況性能指標(biāo)提出要求，實際上設(shè)備的耗電量除跟設(shè)備本身效率、使用環(huán)境和使用方式密切相關(guān)。作為一種長時間連續(xù)使用的多功能全新風(fēng)機組，要降低降溫能耗，需要保持設(shè)備在各種使用環(huán)境下都能高效運行，這需要設(shè)備生產(chǎn)商、使用方共同努力。本文分析設(shè)備特點，從設(shè)備角度分析經(jīng)濟運行的可能性，并結(jié)合使用工藝特點對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，使其更智能化，在保障出風(fēng)溫濕度前提下，提高設(shè)備的綜合能效比，達(dá)到經(jīng)濟運行目的。

1 谷物冷卻機的特點、工作原理和處理流程

圖1 系統(tǒng)原理圖

谷冷機為全新風(fēng)低送風(fēng)恒溫恒濕機組，其功能是向糧倉提供高靜壓的溫濕度恒定的空氣，實現(xiàn)谷物的低溫儲藏、調(diào)濕保質(zhì)。包括送風(fēng)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、再熱調(diào)濕系統(tǒng)及控制系統(tǒng)（如圖1）?？刂葡到y(tǒng)包括可編程控制器、觸摸屏、變頻器、可控硅調(diào)節(jié)器、傳感器、執(zhí)行器等。

空氣處理過程如下（圖2）：新風(fēng)（狀態(tài)點A）經(jīng)過高靜壓風(fēng)機產(chǎn)生一定溫升（狀態(tài)點B），通過蒸發(fā)器后被降溫除濕（狀態(tài)點C），此時相對濕度可高達(dá)95%，通過冷凝熱或電加熱升溫降低相對濕度（狀態(tài)點D），使出風(fēng)溫濕度達(dá)到要求。

圖2 空氣處理流程

2 控制系統(tǒng)的配置及主要功能

為滿足設(shè)備全天候可靠高效運行、精確送風(fēng)（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18835規(guī)定出風(fēng)溫度最大變動幅±1℃，平均變動幅±0.3℃，相對濕度最大變動幅±5%，平均變動幅±3%[2]）、功能多樣特點，選用高性能PLC控制器，包括主控單元（含RS485接口，可增加以太網(wǎng)接口）、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏（見圖3）。

控制功能包括：

（1）遠(yuǎn)近控開關(guān)機；

（2）溫濕度自動控制：自動調(diào)節(jié)壓縮機加卸載及再熱系統(tǒng)，適應(yīng)環(huán)境工況變化，控制蒸發(fā)后溫度、出風(fēng)溫濕度達(dá)到要求；

（3）故障處理：實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)并對故障進行處理，如制冷不良、風(fēng)壓異常（過高或過低）、制冷劑泄漏、電源故障、風(fēng)機故障、變頻故障、壓縮機故障等，保護設(shè)備安全；

（4）機組功率顯示；

（5）配置RS485接口、以太網(wǎng)接口方便與糧庫監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；

（6）數(shù)據(jù)處理：參數(shù)設(shè)置、動態(tài)曲線、數(shù)據(jù)分析及保存。通過觸摸屏可以方便的了解機組運行情況和各種參數(shù)設(shè)置。

圖3 控制系統(tǒng)原理圖

3 節(jié)能措施

3.1 風(fēng)機變頻控制

離心風(fēng)機采用變頻調(diào)速以滿足不同糧倉類型風(fēng)壓要求，提高單位功率送風(fēng)量，同時使機組能夠更好的適用各種氣候環(huán)境，提高出風(fēng)控制精度。風(fēng)機頻率控制在傳統(tǒng)的PID控制方法基礎(chǔ)上，根據(jù)回風(fēng)狀態(tài)、谷倉類型及出風(fēng)狀態(tài)對初值進行預(yù)設(shè)，減少頻率調(diào)節(jié)的收斂時間，使風(fēng)機頻率迅速達(dá)到要求。

為適用不同類型糧倉，谷物冷卻機配置大功率送風(fēng)機。以GLA78機型為例，名義工況輸入功率39.8 kW，匹配風(fēng)機功率達(dá)18.5 kW。通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，提供不同的風(fēng)量風(fēng)壓，實際使用時應(yīng)注意選擇相應(yīng)的谷倉類型，避免出風(fēng)靜壓過高，造成不必要的溫升和耗功。風(fēng)機的耗功跟風(fēng)量、出風(fēng)靜壓成正比，風(fēng)量增加1倍，糧倉阻力約為原來的2.5倍，風(fēng)機耗功約為原來5倍[5]。實際使用證明，采用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機可以節(jié)能30%以上[6]。如果對降溫速度要求不高，可以降低風(fēng)壓作業(yè)（相當(dāng)降低堆糧的通風(fēng)風(fēng)速，不包括一機多口情況），從而提高單位功率送風(fēng)量。

采用軸流風(fēng)機通風(fēng)比離心風(fēng)機節(jié)能[7]，主要原因是由于小風(fēng)量時阻力極小，對風(fēng)機余壓要求很低，還存在出風(fēng)溫度受環(huán)境溫度影響不可控制的缺點。設(shè)備降頻使用，同樣可以達(dá)到降低出風(fēng)余壓目的，可以同時兼顧耗功和效率。

風(fēng)機降頻使用可降低整機消耗功率，在配電容量有限的情況下可以使用，但限幅不能過低，以免影響制冷系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。

控制系統(tǒng)提供快速降溫模式和節(jié)能運行模式供選擇，最大風(fēng)量和最大風(fēng)壓限定功能，可以通過觸摸屏方便設(shè)置。

3.2 變冷量控制

為滿足全新風(fēng)機組負(fù)荷變化大使用要求，采用多個高效渦旋壓縮機及旁通卸載混合使用方式，提高能量調(diào)節(jié)級數(shù)，適應(yīng)環(huán)境溫度變化。由于壓縮機卸載時效率會降低[8]，采用多級制冷系統(tǒng)使機組在部分負(fù)荷時各個系統(tǒng)壓縮機仍保持滿載運行，冷凝風(fēng)機啟動臺數(shù)直接受冷凝壓力控制，使機組在部分負(fù)荷時仍能保持高效運行。

3.3 熱回收及無級調(diào)節(jié)技術(shù)

谷冷機采用冷卻除濕后再熱辦法降低出風(fēng)相對濕度，系統(tǒng)采用回收冷凝熱作為熱源以節(jié)約能源。同時采用少量電加熱作為補充，采用可控硅調(diào)功器無級調(diào)節(jié)，保障最少的加熱量和控制精度。

再熱降低相對濕度造成冷熱量互相抵消，且機組效率隨出風(fēng)溫度降低而下降。以名義工況為例，出風(fēng)相對濕度要求為75%，再熱量約為6 kW，制冷量損失約7%。低濕工況考慮限制再熱，控制系統(tǒng)檢測相對濕度，出風(fēng)濕度過低時自動修正提高蒸發(fā)后溫度，從而降低甚至取消再熱，提高低濕工況控制精度。濕度超出預(yù)設(shè)范圍可自動切換為再熱控制模式。

3.4 防霜設(shè)計

結(jié)霜后機組效率會迅速降低，除霜時出風(fēng)溫度難免出現(xiàn)波動。增加蒸發(fā)壓力檢測功能，根據(jù)壓力變化趨勢判斷是否結(jié)霜。相對簡單采用熱氣旁通調(diào)節(jié)壓力方式，更加準(zhǔn)確。通常做法是低壓壓力低于設(shè)定值時旁通閥打開，相當(dāng)損失壓縮機機冷量方式保持機組正常運行。蒸發(fā)壓力檢測，蒸發(fā)壓力低于設(shè)定值時優(yōu)先調(diào)整風(fēng)量，達(dá)到風(fēng)量限值再考慮制冷系統(tǒng)卸載，避免蒸發(fā)壓力過低并保持機組高效運行。

3.5 用戶定制功能

自動開關(guān)機功能：根據(jù)預(yù)設(shè)溫度值在環(huán)境溫度高時停機、在夜間溫度低時自動開機，適應(yīng)糧堆間歇冷卻要求。

降溫曲線定制功能：冷卻通風(fēng)過程除了降溫外，還對濕度產(chǎn)生影響，冷風(fēng)經(jīng)過堆糧后溫度升高、相對濕度下降，吸濕能力也在變化，具體與堆糧的溫度及含濕量、冷風(fēng)溫度及相對濕度有關(guān)。不同的冷卻作業(yè)目的要求不同的冷卻方式，并導(dǎo)致單位能耗不同。提高出風(fēng)溫度或濕度，均可提高機組效率：起始糧溫越高時，谷物冷卻機設(shè)定的出風(fēng)溫度可以相對較高，單位能耗就越低；在確保安全儲藏的前提下，糧食水分越高，谷物冷卻機設(shè)定的出風(fēng)相對濕度就比較高，其冷風(fēng)量也越大，降溫速度越快，單位能耗越低[3]。堆糧降溫是一個相對緩慢的過程，通常需要上百小時才能達(dá)到要求溫度，固定出風(fēng)參數(shù)時降溫速度是前快后慢，單位能耗是前高后低[9]。合理分段設(shè)定谷物冷卻機的送風(fēng)參數(shù)，可以控制降溫速度（如圖4）、減少糧食水分損失、降低冷卻通風(fēng)能耗，還可以起到減小冷卻通風(fēng)中糧食水分損失的作用。提供的降溫曲線定制功能滿足此冷卻工藝要求，機組配備的實時功率檢測功能和數(shù)據(jù)存儲功能，操作人員可以根據(jù)實際作業(yè)消耗電量情況選擇最節(jié)能的降溫方式。

圖4 不同送風(fēng)溫度時堆糧降溫趨勢對比

4 結(jié)論

谷冷機作為一種長時間連續(xù)使用的多功能全新風(fēng)機組，要降低降溫能耗，需要保持設(shè)備在各種使用環(huán)境、各種使用模式下都能高效運行。通過分析各種經(jīng)濟運行的可能性，結(jié)合冷卻工藝特點對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而提高設(shè)備的綜合能效，達(dá)到經(jīng)濟運行目的。

［1］邢勇.國家儲備糧庫項目谷物冷卻機應(yīng)用情況綜述［J］.糧油食品科技，2003，11（5）：21-23.

［2］GB/T 18835-2002.谷物冷卻機［S］.

［3］Q/ZCL T4-2007.谷物冷卻機經(jīng)濟運行技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB/T 29374-2012.糧油儲藏谷物冷卻機應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］楊國鋒，宋偉，楊大明.儲糧機械通風(fēng)中的節(jié)能，中國糧油學(xué)報［J］.2004，12（6）：67-70.

［6］張華昌，郭道林，楊龍德，等.谷物冷卻機復(fù)冷降溫儲糧生產(chǎn)性試驗報告［J］.糧食儲藏，2001（5）：26-31.

［7］宋敏捷，李恩生，祈志明，等.儲糧過程中糧食保水通風(fēng)降溫節(jié)能技術(shù)研究［J］.倉儲技術(shù)，2010（2）：13-16.

［8］張秀平，田旭東，鐘根仔，等.水冷冷水機組能效特性變化規(guī)律的研究［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2008，36（10）：54-57.

［9］曾卓，周延智，李松偉，等.華南地區(qū)淺圓倉谷冷降溫試驗［J］.糧食儲藏，2010（1）：38-41.

Optimization Design of Grain Chiller Control System

ZHENG Ze-shun
（Guangdong Jirong Air-conditioning Co.，Ltd.，Jieyang522000，China）

This paper introduce a grain chiller and its control principle,put forward some energy saving methods combining with the characteristics of all-weather operation and optimize the control system to reduce power consumption.

grain chiller；optimization；energy-saving

TP29

A

1009－9492(2014)07－0134－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.039

鄭澤順，男，1976年生，廣東揭陽人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：制冷設(shè)備。已發(fā)表論文1篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－07