膜分離制氮設備在橫向與豎向通風倉的應用研究

高彬彬，金建德，張云峰，季雪根，王會杰，沈 波，張飛豪

(1.浙江省儲備糧管理有限公司技能拔尖人才工作室，浙江 杭州 310006；2.浙江省糧食局直屬糧油儲備庫，浙江 杭州 310006；3.浙江衢州省級糧食儲備庫，浙江 衢州 324000)

橫向通風技術是新“四合一”儲藏技術內(nèi)容之一，以其風道上墻、全程覆膜、高效冷卻、負壓通風、系統(tǒng)均勻等諸多優(yōu)點，越來越受到糧食倉儲行業(yè)的青睞，氣調(diào)儲糧作為綠色儲糧的重要手段，已經(jīng)成為科技儲糧的必備技術，為將2項儲糧新技術有機結合起來，達到提速增效，生態(tài)儲糧、綠色儲糧的目的，在浙江省糧食局直屬糧油儲備庫(下稱直屬庫)開展了橫向氣調(diào)實驗[2]。通過對橫向氣調(diào)工藝與豎向氣調(diào)工藝相對比，比較兩者的優(yōu)缺點，為氣調(diào)作業(yè)在倉儲行業(yè)中的選擇應用提供了技術支持。

1 材料與方法

1.1 倉房

選用直屬庫P22、P43作為本次實驗倉房，倉房基本情況詳見表1。

表1 倉房情況

1.2 風道

P22號倉為豎向風網(wǎng)系統(tǒng)，東西各2個通風口，為一機三道地上籠通風道，支風道開孔率30%，支風道長25 m，堆糧高度5 m，風道間距2.4 m，途徑比1.2。

P43號倉為橫向通風風網(wǎng)系統(tǒng)，在倉房檐墻(南北兩側(cè))各開4個通風孔，在倉內(nèi)沿墻(南北)地坪上各鋪設一條四分之一圓主風道，并相隔一定尺寸開支風道口，在支風道口自下而上安裝鋪設支風道，并緊貼、固定在檐墻上。支風道長4 m，整倉共鋪設支風道36條。途徑比為1.15，詳見圖1。

圖1 橫向通風風網(wǎng)布置圖

1.3 糧情

表2 儲糧基本情況

1.4 倉內(nèi)害蟲檢查情況與蟲籠布置

P22、P43按要求各篩檢16個點，從篩檢結果看，2個倉房糧食都屬于基本無蟲糧。分別在每個倉房四角距墻1 m處與糧面中心各設置一個共5個蟲籠，埋置于糧面下20 cm處。每個蟲籠放入100 g該倉小麥，同時分別放入赤擬谷盜、銹赤扁谷盜、玉米象、谷蠹各10頭。

1.5 檢測點布置

2個倉房檢測點布置相同，分別在糧堆南北方向分3個截面，南截面從東到西設A、B、C三個點，中截面為D、E、F，北截面為G、H、I，共9個點，每個點分3層(見圖2)。糧面四角離墻0.5 m處和糧面中間設5點。

圖2 檢測點布置示意圖

1.6 制氮機、環(huán)流機安裝及糧面管道布置

P22號倉制氮機出氣口糧面管為T字型，環(huán)流機進氣口糧面管為圭字型。管道直徑均為110 mm，開孔率均為20%。

P43號倉制氮機與環(huán)流機安裝見圖3。

圖3 環(huán)流機及制氮機安裝示意圖

1.7 選用設備

選用DM290-70的膜分離制氮機，濃度99%時產(chǎn)氮氣量為70 m3/h。其余設備為：C900正壓空氣呼吸器3套，測氧儀2臺，報警儀2臺，數(shù)字壓力儀，人工氣候培養(yǎng)箱。

1.8 氣調(diào)儲糧工藝

1.8.1 豎向氣調(diào)儲糧工藝

整個實驗過程分4個階段進行。

第1階段：制氮機大流量低濃度氮氣循環(huán)置換階段。將制氮機進口流量控制在130～140 m3/h，出口濃度設定為94%，產(chǎn)氣量115～120 m3/h，將倉內(nèi)氮氣濃度均勻升高到91%～92%[1]；

第2階段：制氮機小流量高濃度氮氣循環(huán)純化階段。將制氮機進口流量控制在120～130 m3/h，出口濃度設定為98%，產(chǎn)氣量設定為100～105 m3/h，將倉內(nèi)氮氣濃度均勻升高到94%～95%；

第3階段：制氮機小流量高濃度氮氣充膜保持階段。將制氮機出口濃度設定在98%以上，產(chǎn)氣量60 m3/h，將膜充起至頂?shù)轿蓓?，倉內(nèi)氮氣濃度維持在96%以上；

第4階段：靜置與補氣階段。當氣囊下癟到一定程度時，開啟制氮設備進行補氣作業(yè)；

第1、第2循環(huán)階段，氮氣從糧面進入糧堆，經(jīng)地上籠、風道回到制氮機；從糧面進入環(huán)流風機，經(jīng)風道回到環(huán)流風機。第三階段為鼓氣囊階段，充氮機只充不排，環(huán)流機保持環(huán)流狀態(tài)。

1.8.2 橫向氣調(diào)儲糧工藝

膜分離氣調(diào)儲糧工藝在整個實驗過程中，分為5個階段：

第1階段：低濃度高流量充環(huán)階段。將制氮機氣體進出口與倉庫南北兩側(cè)風道進出口相連接，形成閉合的回路，設定95%氮氣純度的環(huán)流充注。通過對回流氣體的流量控制，始終維持倉內(nèi)壓力為-5～-10 Pa，保持糧堆內(nèi)呈微負壓狀態(tài)，當檢測到回流氣體氮氣濃度為93%時，第1階段結束[2]。

第2階段：高濃度低流量充環(huán)階段。達到氮氣設定93%濃度后，制氮機自動進入第2個階段，設定98%氮氣濃度的環(huán)流充注。始終維持倉內(nèi)壓力為-5～-10 Pa，保持糧堆內(nèi)呈微負壓狀態(tài)，當檢測到回流氣體純度為97%時，第2階段結束[2]。

第3階段：高濃度低流量充氣階段。該階段主要目的是將糧堆上部的氣囊充起，關閉回流閥，設定99%氮氣純度給氣囊充氣至6 Pa后，設備自動關閉進氣閥，充氮完成。

第4階段：氣囊靜置平衡階段。結束上面3個階段后，進入到靜置平衡與殺蟲階段。在這個階段內(nèi)制氮機不運行，糧堆內(nèi)部各點氮氣濃度進一步平衡，并且由于糧食本身的呼吸作用，在這個階段內(nèi)氧氣濃度進一步下降。

第5階段：直充補氣階段。當檢測到倉房內(nèi)氣囊癟到一定程度時，開啟制氮設備進行補氣。

2 結果與分析

2.1 氣調(diào)能耗統(tǒng)計

氣調(diào)能耗統(tǒng)計結果如表3。

表3 氣調(diào)能耗統(tǒng)計

2.2 各截面氣體濃度變化

P22號倉、P43號倉各階段各截面平均氣體濃度變化情況如表4、表5、圖4、圖5。

表4 P22號倉各截面平均氣體濃度 %

表5 P43號倉各截面平均氣體濃度 %

圖4 P22號倉各截面平均濃度變化圖

圖5 P43號倉各截面平均濃度變化圖

2.3 檢查糧堆內(nèi)害蟲情況

8月26日與9月2日，分別對2個倉房蟲籠和倉內(nèi)進行檢查，發(fā)現(xiàn)氣調(diào)前布置的16個檢查點中，P22號倉在北邊第二燈下發(fā)現(xiàn)2頭鋸谷盜，害蟲死亡率為99%；P43號倉未發(fā)現(xiàn)害蟲，蟲籠中害蟲也全部死亡。同時將16個測點樣品與蟲籠內(nèi)糧食置于25 ℃，75%濕度的人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)30 d，觀測2批樣品均無活蟲出現(xiàn)。

2.4 效能評價

2.4.1 能耗與成本評價

能耗與成本的計算公式如式(1)

(1)

式中，Ec為噸糧成本，元/t;Fc為噸糧能耗，kW·h/t;∑W為充氮氣調(diào)實際累計耗電量，kW·h;G為糧食質(zhì)量，t;r為按峰谷計算的綜合電價，0.671元/kW·h。

P22號倉能耗與成本：

=1.01×0.671=0.68(元/t)

P43號倉能耗與成本：

=0.79×0.671=0.53(元/t)

2.4.2 氣體濃度均勻性

氣體濃度均勻計算公式如式(2)。

(2)

P22號倉氣體濃度均勻性：

=99.75%

P43號倉氣體濃度均勻性：

=100%

2.4.3 氮氣濃度上升速率

氮氣濃度上升速率的計算公式如式(3)。

(3)

P22號倉氮氣濃度上升速率：

P43號倉氮氣濃度上升速率

2.5 結果分析

2.5.1 殺蟲效果

經(jīng)過對倉內(nèi)蟲害檢查與設置蟲籠的殺蟲效果測試表明，豎向氣調(diào)技術和橫向通風模式下的智能型膜分離氣調(diào)技術均能有效殺死糧堆內(nèi)的常見害蟲種類。相比較而言，橫向氣調(diào)技術殺蟲更徹底，效果更明顯，更能有效達到防治害蟲、安全儲糧的目的。

2.5.2 濃度均勻性

經(jīng)分析檢測數(shù)據(jù)、各截面濃度變化圖與氣體濃度均勻性計算，在氣調(diào)作業(yè)結束時，橫向氣調(diào)與豎向氣調(diào)各點濃度均勻性分別達到100%與99.75%，說明運用2項不同的氣調(diào)技術，氣體均能在糧堆內(nèi)均勻分布，達到氣調(diào)儲糧的目的。

2.5.3 濃度上升速率

運用橫向氣調(diào)技術時，氮氣濃度在第2個階段中即28 h內(nèi)就能達到96%的要求濃度，上升速率為0.65%/h；豎向氣調(diào)在第2個階段結束即96 h內(nèi)濃度達到96%，上升速率為0.15%/h。說明橫向氣調(diào)技術能更快的達到有效濃度。

2.5.4 單位能耗

通過計算，運用智能型膜分離設備進行橫向通風氣調(diào)儲糧，噸糧耗電量為0.79 kW·h，噸糧成本為0.53元，而運用豎向氣調(diào)技術時，噸糧耗電量為1.01 kW·h，噸糧成本為0.68元。相比較結果表明，橫向氣調(diào)耗電量低，大大節(jié)省了保管費用。

3 結論

通過對豎向和橫向2種氣調(diào)方式的對比，橫向氣調(diào)技術有著殺蟲效果明顯、均勻度較好、濃度上升速率快、單位能耗低的優(yōu)點，可以與目前日益成熟的橫向通風儲糧新技術進行綜合運用。

[1]金建德,沈波,劉益云.膜分離富氮低氧環(huán)流技術在橫向通風系統(tǒng)中的應用試驗[J].糧油倉儲科技通訊,2016(1):19-21

[2]沈波,應玲紅,余永紅.膜下富氮低氧環(huán)流工藝在橫向通風系統(tǒng)中的應用[J].糧油倉儲科技通訊,2015(s1):61-63●