稻谷熱泵干燥機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與發(fā)展現(xiàn)狀

葉開愚，趙錫和，曾小輝

（1.廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司，廣州 510630；2.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

0 引言

自古以來農(nóng)業(yè)一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)[1]，稻谷產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)農(nóng)業(yè)中至關(guān)重要的組成部分。隨著近代科技、技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，農(nóng)機(jī)化水平的不斷提高和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，糧食機(jī)械化干燥已經(jīng)成為糧食生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[2]，人們也越來越能感受到機(jī)械化干燥帶來的便捷和高效。2016年我國(guó)稻谷總產(chǎn)量為20 700萬t，位居世界第一，約占世界總產(chǎn)量的40%[3]。但因?yàn)槿鄙俦匾母稍飩}儲(chǔ)設(shè)備，稻谷常年產(chǎn)后損失1 000萬t以上，相當(dāng)于133.33萬hm2（占總種植面積6%以上）的水稻產(chǎn)量，折合人民幣200億元以上[4]。因此，研究開發(fā)低成本、低能耗、低污染、高效率的稻谷干燥設(shè)備迫在眉睫，它能有效解決稻谷產(chǎn)后干燥問題，減少產(chǎn)后損失，對(duì)保證國(guó)家糧食安全具有重大的戰(zhàn)略意義。稻谷熱泵干燥機(jī)是新興機(jī)械化干燥設(shè)備中舉足輕重的設(shè)施裝備，它具有節(jié)能高效、安全環(huán)保、數(shù)字化操控等特點(diǎn)[5]。

1 研究發(fā)展稻谷熱泵干燥機(jī)的必要性

1.1 各類干燥機(jī)的特點(diǎn)

1.1.1 燃煤型稻谷干燥機(jī)

燃煤型稻谷干燥機(jī)使用成本低、干燥效率中等，缺點(diǎn)是溫度難以控制，稻谷爆腰率高，同時(shí)煤渣、燒灰的清理過程繁雜，需要一定人工費(fèi)。燃燒后排放的廢氣、粉塵、廢渣污染大，有明火，安全性差。

1.1.2 燃油型稻谷干燥機(jī)

燃油型稻谷干燥機(jī)優(yōu)點(diǎn)是投入較低，缺點(diǎn)是使用成本高，而且干燥后會(huì)有污染物殘留在稻谷表面，燃燒后會(huì)排放大量廢氣污染大氣，且同樣有明火，安全性差。

1.1.3 熱泵型稻谷干燥機(jī)

熱泵型稻谷干燥機(jī)優(yōu)點(diǎn)是高效、節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行成本低，干燥過程中不產(chǎn)生任何廢氣廢渣，無污染物殘留。爆腰率低、無明火且全自動(dòng)化控制，不需要人工專程看守。缺點(diǎn)是前期投入高，難以推廣普及，需專業(yè)人員進(jìn)行維修。

1.2 稻谷熱泵干燥機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.2.1 稻谷熱泵干燥機(jī)工作原理

稻谷熱泵干燥機(jī)主要由干燥箱、熱泵機(jī)組和風(fēng)機(jī)組成，是利用熱泵原理，另附加送風(fēng)系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)等組合而成的裝置。承載其核心技術(shù)的裝置是熱泵，熱泵機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等組成[6]，工作原理是：干燥過程中，稻谷吸熱蒸發(fā)的水分使干燥塔內(nèi)空氣濕度增大，濕空氣通過熱泵的蒸發(fā)器冷卻降溫之后排出冷凝水，制冷工質(zhì)在冷凝器處釋放出之前來自蒸發(fā)器內(nèi)濕空氣的熱能（包括壓縮機(jī)功率轉(zhuǎn)換的熱能），加熱且脫濕后的熱空氣從冷凝器流出又回到干燥箱繼續(xù)干燥稻谷[7]。熱泵技術(shù)是一種“電熱之間轉(zhuǎn)換的增值技術(shù)”[8]，它根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，消耗少量的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行后，通過傳熱工質(zhì)吸收自然界低溫?zé)嵩粗袩o法利用的低品熱能，且將其吸收回來的熱能提升至可用的高品位熱能[9]。在此過程當(dāng)中，消耗了1份的能量（電能），同時(shí)從自然空氣中吸收轉(zhuǎn)移了3份的熱量（熱能）到干燥介質(zhì)中，節(jié)約了三分之二的電能。

1.2.2 稻谷熱泵干燥機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

一般的稻谷干燥設(shè)備通常采用煤炭、油類或木材作為燃燒材料，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧及廢氣，對(duì)環(huán)境及干燥物造成很大的污染，且耗時(shí)耗力，在能源與人工上需投入大量資金。與之相比, 稻谷熱泵干燥機(jī)具有高效、節(jié)能環(huán)保、干燥溫度低、脫水效率高和衛(wèi)生安全等特點(diǎn)[10]。隨著能源價(jià)格的上漲，運(yùn)行費(fèi)用在用戶選擇干燥設(shè)備中會(huì)起到重要影響作用，熱泵干燥設(shè)備的提質(zhì)增效、節(jié)能優(yōu)勢(shì)也會(huì)越來越明顯[11]。熱泵干燥技術(shù)是一種緩和的、接近自然的干燥方式，能最大限度地保留干燥物內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)成分且不破壞其原有結(jié)構(gòu)，更適合大部分農(nóng)產(chǎn)品、藥材等熱敏性物料的干燥。因?yàn)樗璧母稍飼r(shí)間較短，所以對(duì)稻谷發(fā)芽率影響低，對(duì)稻谷的爆腰率影響也較其他稻谷干燥機(jī)低[12]。使用熱泵系統(tǒng)干燥，杜絕了因燃燒而產(chǎn)生的廢氣、廢渣污染，能保障稻谷的質(zhì)地，更天然，更為綠色環(huán)保。而且它的控制系統(tǒng)可以精確控制干燥恒溫房溫度、全自動(dòng)化運(yùn)行的干燥程序及數(shù)據(jù)監(jiān)控與故障反饋，也可根據(jù)用戶要求設(shè)置干燥濕度，到達(dá)后自動(dòng)停機(jī)，減少了人工成本的投入，有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。這類設(shè)備只有大型化、系列化才能擁有市場(chǎng)，滿足糧庫等用戶的需要[6]。稻谷產(chǎn)后加工需要的設(shè)備（如初清篩、振動(dòng)篩等）大部分為電能驅(qū)動(dòng)，稻谷熱泵干燥機(jī)比之其他干燥機(jī)更容易融入到稻谷的產(chǎn)后生產(chǎn)線。近年來自動(dòng)控制、信息技術(shù)、模擬技術(shù)等的發(fā)展，為稻谷熱泵干燥機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件[13]。楊先亮[14]進(jìn)行了太陽能驅(qū)動(dòng)熱泵式谷物干燥機(jī)與電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明太陽能驅(qū)動(dòng)熱泵式谷物干燥機(jī)比電機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵干燥機(jī)節(jié)能40%。所以，在優(yōu)化稻谷熱泵干燥機(jī)性能的道路上我們還有很長(zhǎng)一段路要走。

1.3 各種干燥形式成本情況及試驗(yàn)結(jié)果

譚丁勇[15]進(jìn)行了稻谷機(jī)械化干燥與傳統(tǒng)人工晾曬成本對(duì)比試驗(yàn)研究，得出人工晾曬成本為0.29元/kg。祝富華[16]將熱泵型稻谷干燥機(jī)與燃油型稻谷干燥機(jī)、燒煤型稻谷干燥機(jī)做了能耗成本對(duì)比試驗(yàn)得出表1。

表1 各類型干燥機(jī)干燥稻谷成本對(duì)比表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，稻谷熱泵干燥機(jī)比燃油型稻谷干燥機(jī)節(jié)能約80%以上，比燃煤型稻谷干燥機(jī)節(jié)能約50%以上，比人工晾曬成本節(jié)約83%以上。這種高效節(jié)能的干燥設(shè)備正符合我國(guó)當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的政策需要，與可持續(xù)發(fā)展理念相契合。

2 國(guó)內(nèi)部分稻谷熱泵干燥機(jī)技術(shù)參數(shù)及性能比較

由于市場(chǎng)上大部分公司側(cè)重于生產(chǎn)燃料式稻谷干燥機(jī)，研發(fā)生產(chǎn)熱泵式谷物干燥機(jī)的公司還很少，所以僅以廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司生產(chǎn)的GRJ-10型與寧波天海制冷設(shè)備有限公司生產(chǎn)的5HXRG-120型兩種型號(hào)的設(shè)備作為對(duì)比，參數(shù)見表2。

從表2分析可知， GRJ-10機(jī)型的干燥速率高于5HXRG-120，能耗也比它低。5HXRG-120的干燥不均勻度是稍稍優(yōu)于GRJ-10的，總體參數(shù)差距不是特別大。

表2 稻谷熱泵干燥機(jī)參數(shù)比較

3 結(jié)論

目前稻谷熱泵干燥機(jī)還處于取得初步成果階段，仍需投入大量精力加以改善升級(jí)。隨著電氣技術(shù)的提升，可以融入更多的智能化設(shè)備進(jìn)去降低故障率，能與其它干燥方式聯(lián)合干燥使用，從而提高干燥效率，如微波等。著重開發(fā)更高等級(jí)的綠色能源驅(qū)動(dòng)，如地?zé)?、太陽能等。我?guó)是能源短缺的發(fā)展中國(guó)家，稻谷熱泵干燥機(jī)能大幅度節(jié)省資源消耗，消除廢氣、廢渣污染，符合當(dāng)下國(guó)情。熱泵機(jī)組從工作原理上講就是制冷機(jī)，其干燥過程中排放的冷氣可以與冷藏裝置有效利用，結(jié)合組成加工冷藏一體化裝備后更加節(jié)能高效。初期投資成本高昂，是農(nóng)戶、合作社對(duì)稻谷熱泵干燥機(jī)可望而不可及的主要原因，所以降低制造成本，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是當(dāng)務(wù)之急，另一方面也希望國(guó)家能加大政策扶持力度，提高購機(jī)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，讓更多普通農(nóng)民百姓能使用到高科技、高效益的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，也能提高用戶的環(huán)保意識(shí)。