電蓄熱糧食干燥專用熱風爐工藝參數(shù)測試與數(shù)據(jù)分析

劉國輝，王 赫，任麗輝，趙學工

（1．遼寧省糧食科學研究所，沈陽遼寧 110032；2．國家糧食—玉米干燥工程中心，沈陽遼寧 110032）

電蓄熱糧食干燥專用熱風爐工藝參數(shù)測試與數(shù)據(jù)分析

劉國輝1，2，王 赫1，2，任麗輝1，2，趙學工1，2

（1．遼寧省糧食科學研究所，沈陽遼寧 110032；2．國家糧食—玉米干燥工程中心，沈陽遼寧 110032）

通過對電蓄熱糧食干燥專用熱風爐進行生產(chǎn)運行工藝參數(shù)測試及數(shù)據(jù)分析，證明了電蓄熱熱風爐作為糧食干燥機的新干燥熱源，熱風溫度波動范圍≤±3℃、熱轉(zhuǎn)換率≥95%、無污染物排放，達到了糧食干燥熱風輸出溫度和熱量的精準控制水平，解決了長期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴重超標的難題。并通過工藝參數(shù)的選擇，確定了理論工況下電蓄熱熱風爐的配置功率。

電蓄熱；糧食干燥；參數(shù)測試；新熱源

電熱儲能技術(shù)是將夜間閑置的、廉價的低谷電或棄用風電轉(zhuǎn)換成熱能儲存起來，然后通過溫度調(diào)控裝置將電蓄熱熱風爐內(nèi)的高溫熱能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的、滿足糧食干燥需求的熱風輸出，具有節(jié)能環(huán)保、平衡優(yōu)化電網(wǎng)、消納棄用風電等特點。

課題組在新能源利用方面進行了有效的探索，運用此項技術(shù)開發(fā)糧食干燥新熱源，成功研發(fā)了電蓄熱糧食干燥專用熱風爐，成功地將10 kV以上高電壓大功率電蓄熱熱風技術(shù)應用于糧食干燥領域。填補了國內(nèi)外糧食干燥行業(yè)技術(shù)空白。

2016年3月課題組對電蓄熱糧食干燥專用熱風爐進行了工藝參數(shù)生產(chǎn)試驗，全面測試了電蓄熱熱風爐系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量、工藝指標、各項經(jīng)濟技術(shù)指標、能耗、物耗以及主要設備的能力和運行狀況。通過本次測試，證明電蓄熱熱風爐作為糧食干燥機的干燥熱源，解決了常規(guī)電熱爐功率小的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了大規(guī)模的供熱能力，達到了糧食干燥熱風輸出溫度和熱量的精準控制水平，解決了長期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴重超標的難題。

1 材料與方法

1．1 電蓄熱糧食干燥專用熱風爐

1．1．1 電蓄熱熱風爐主要技術(shù)指標

適用電壓范圍：10～66 kV

最大儲熱能力：400 MW／3 000 000 kWh單臺

熱能輸出方式：100～300℃的常壓熱風

熱轉(zhuǎn)換：≥95%

設備運行方式：自動／手動／遠程

1．1．2 電蓄熱熱風爐工作原理圖、結(jié)構(gòu)示意圖和控制界面

電蓄熱熱風爐工作原理圖見圖1、圖2、圖3。

圖1 電蓄熱熱風爐工作原理圖

圖2 電蓄熱熱風爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電蓄熱熱風爐控制界面

1．2 材料與設備

玉米：當?shù)禺斈戤a(chǎn)玉米，水分23．4%；糧食干燥機：每小時處理量15 t；電蓄熱熱風爐：功率2 000 kW。

1．3 測試條件

電蓄熱熱風爐正常運行，達到滿足糧食干燥機使用要求和溫度穩(wěn)定的熱風；糧食干燥機連續(xù)正常運行10個班次以上；環(huán)境溫度、相對濕度以及大氣壓力應符合電蓄熱熱風爐和糧食干燥機正常工作對環(huán)境條件的要求；糧食水分不均勻度不大于3%，含雜率不大于2%，發(fā)芽（生活力）率大于等于80%。測試儀器、儀表在檢驗有效期內(nèi)并檢驗合格。

1．4 測試方法

根據(jù)GB／T 5497—1985《糧食、油料檢驗水分測定法》，準確測定測試期間進機濕糧水分、出機干糧水分。

根據(jù)GB／T 6970—2007《糧食干燥機試驗方法》，準確測定并記錄測試期間外部環(huán)境溫度、電蓄熱熱風爐蓄熱體溫度、熱風輸出溫度、處理量。

根據(jù)GB／T 1236—2000《工業(yè)通風機用標準化風道進行性能試驗》，準確測定并記錄測試期間實際工況下的熱風溫度和熱風動壓值，并計算風量。

準確記錄每工作日電蓄熱熱風爐作業(yè)時間、糧食干燥機作業(yè)時間。

熱風管道測點布置。根據(jù)標準GB／T 1236—2000，使用皮托靜壓管測定熱風流量，皮托靜壓管的頭部中心定位在沿著熱風管道三個對稱分布的直徑上依次間隔的24個測點上，如圖4。

圖4 熱風管道測點位置分布圖

2 結(jié)果與分析

2．1 工作環(huán)境與系統(tǒng)工藝參數(shù)

經(jīng)過多組數(shù)據(jù)的測試，證明電蓄熱熱風爐提供熱風輸出穩(wěn)定，選取以下3個時間點的工作環(huán)境和系統(tǒng)工藝參數(shù)記錄如表1。

表1 工作環(huán)境與系統(tǒng)工藝參數(shù)

2．2 出機糧食水分測定計算

連續(xù)5 h出機糧食水分測定與計算結(jié)果見表2。

表2 出機糧食水分測定記錄計算結(jié)果

表2結(jié)果證明，應用電蓄熱糧食干燥專用熱風爐代替燃煤熱風爐的干燥系統(tǒng)控制精準、運行穩(wěn)定，完全滿足糧食干燥系統(tǒng)要求。

2．3 處理量測定計算

干燥系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，進行處理量測定，計算結(jié)果見表3。

表3 干燥機處理量測定記錄計算結(jié)果

表3測試結(jié)果與對應烘干周期的處理量相吻合，證明用電蓄熱糧食干燥專用熱風爐可以滿足糧食干燥系統(tǒng)要求，保證干燥系統(tǒng)運行穩(wěn)定，完全可以代替燃煤熱風爐。

2．4 單位耗電量測定

干燥系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，從9：30至11：30的4 h內(nèi)出機干糧重量為56．92 t，折合進機濕糧63．76 t；這段時間內(nèi)根據(jù)電蓄熱熱風爐蓄熱體溫度的變化折算出耗電量為7 625 kWh，平均耗電量為119．6 kWh／t糧。

2．5 電蓄熱熱風爐工作工況下風量風壓測定計算

通過測定熱風管內(nèi)各測點的動壓，按下列公式進行計算，結(jié)果記錄至表4。

氣體密度ρ＝355／（273＋t），kg／m3；

風速v＝（2H動／ρ）0．5，m／s；

容積風量V＝3 600vA，m3／h；

質(zhì)量風量L＝ρV，kg／h。

式中：t—熱風溫度，℃；A—熱風管截面積，m2；A＝0．503 m2。

表4 電蓄熱熱風爐熱風風壓測定記錄計算結(jié)果

2．6 干燥機系統(tǒng)所需總熱量計算

式中：L—質(zhì)量風量，kg／h；t—熱風溫度，℃；th—環(huán)境溫度，℃，見表1。

2．7 電儲能爐放熱量計算

根據(jù)原材料供應商提供的數(shù)據(jù)，電蓄熱熱風爐蓄熱體溫度在400至500℃時，蓄熱體比熱容為1．1 kJ／（kg·℃），質(zhì)量為175 t，在9：30起4 h的測試時間內(nèi)電蓄熱熱風爐溫度下降55℃，電蓄熱熱風爐熱效率按95%計算，根據(jù)公式Q＝c·m·Δt，計算結(jié)果見表5。

表5 電蓄熱熱風爐儲熱能力計算結(jié)果

2．8 干燥系統(tǒng)熱效率

式中：η—干燥系統(tǒng)熱效率，%；Qr—干燥系統(tǒng)所需總熱量，kJ／h；Q—電蓄熱熱風爐放熱量，kJ／h。

2．9 理論工況電蓄熱熱風爐裝機容量計算

2．9．1 干燥機主要工藝參數(shù)設定

處理量：15 t／h；進機濕糧水分：30．0%；出機干糧水分：14．5%；降水幅度：15．5%；環(huán)境溫度：－20℃

2．9．2 有關(guān)計算

小時水分蒸發(fā)量

式中：W—在一次干燥過程中糧食小時水分蒸發(fā)量，kg／h；w1—出機糧食含水率，%；w3—進機糧食含水率，%。

烘干機所需總熱量

其中，水的比熱容為4．2 kJ／kg·℃，100℃時的汽化潛熱為2 257．2 kJ／kg

式中：Q1—一次干燥過程中糧食小時水分蒸發(fā)需要的熱量；Q2—10℃水變?yōu)?0℃水蒸氣需要的熱量。

2．9．3 電蓄熱熱風爐裝機容量

根據(jù)經(jīng)驗［1］，電蓄熱熱風爐的熱轉(zhuǎn)換率為95%，糧食干燥機系統(tǒng)的熱效率按75%計算，則按照以上工藝參數(shù)的選擇，正常工況下電蓄熱熱風爐需要為糧食干燥機提供的熱量為：

因此，使用電蓄熱熱風爐作為熱源，為處理量15 t／h干燥機提供熱量時，其裝機容量應不小于3 000 kW。

2．10 經(jīng)濟效益分析

2．10．1 設備投資情況

處理量為15 t／h的糧食干燥機需配套的電蓄熱糧食干燥專用熱風爐總裝機容量（即蓄熱能力）為3 000 kW，一次性投資為240萬元左右。

同等供熱能力的燃煤型熱風爐其熱風室前工作單元裝機容量為40．5 kW，投資為100萬元左右；脫硫和除塵單元裝機容量一般為50 kW左右，投資40萬元／套。

2．10．2 生產(chǎn)運行成本

生產(chǎn)運行成本僅計算煤、電的成本，操作人員工資，脫硫除塵成本。設備配件、維護等其他費用僅作對比，不按天計入生產(chǎn)運行成本。詳見表6。

表6 電蓄熱糧食干燥專用熱風爐與燃煤熱風爐生成運行成本對比分析

3 結(jié)論

在整個試驗過程中，電蓄熱熱風爐連續(xù)釋放供熱，設備自動運行穩(wěn)定，沒有任何廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生，實現(xiàn)了二氧化碳零排放，電蓄熱熱風爐的熱效率在95%以上，具備清潔、低碳、環(huán)保的特點。如果執(zhí)行遼寧省《全省“煤改電”試點工作方案》對應用煤改電的清潔能源進行電價補貼，電蓄熱熱風爐的運行成本低于燃煤熱風爐，節(jié)約運行費用、降低運行成本，具有較大的推廣應用前景。

［1］中國儲備糧管理總公司，遼寧省糧食科學研究所編．糧食干燥系統(tǒng)實用技術(shù)［M］．沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，2005．

Process parameters test and data analysis of electric heat－storage air heater for grain drying

LIU Guo－h(huán)ui1，2，WANG He1，2，REN Li－h(huán)ui1，2，ZHAO Xue－gong1，2
（1．Liaoning Grain Science Research Institute，Shenyang Liaoning 110032；2．National Engineering Center of Grain－Corn Drying，Shenyang Liaoning 110032）

The electric heat－storage air heater as a new drying heat source for grain dryer was proved by comprehensive evaluation and data analysis of the production process parameters．The fluctuate of hot air temperature range≤±3℃ and thermal conversion rate≥95%without pollutant emission reached the accurate control level of output temperature and heat quantity，and solved the problems of high energy consumption，low thermal efficiency and serious pollutant emission．The allocating power of electric storage heaters for grain drying under the normal condition was determined by selection of process parameters．

electric heat－storage；grain drying；parameter test；new heat source

S 379．5

A

1007－7561（2017）02－0095－04

2016－08－01

2014年國家糧食行業(yè)公益科研專項（201413006）

劉國輝，1971年出生，男，工程師．

王赫，1983年出生，女，工程師，碩士研究生．