水稻機械化烘干不同熱源成本比較試驗

陸建 陸小鑫 吳貴茹 盧少穎 曹亮

摘要：糧食烘干機械采用的熱源不同，其作業(yè)成本差異較大。選用生物質(zhì)、柴油及蒸汽3種熱源的低溫循環(huán)式糧食烘干機，將初始含水率不同的稻谷烘干至安全儲存含水率（15%），核算烘干作業(yè)能源成本。結(jié)果表明：每千克稻谷含水率下降1%，生物質(zhì)熱源烘干機作業(yè)平均能源成本為0.004 2 元/kg，柴油熱源烘干機為0.006 8 元/kg，蒸汽熱源烘干機為0.002 1 元/kg。

關(guān)鍵詞： 糧食烘干機械;水稻;熱源;成本

中圖分類號：S226.6? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）05-0017-03

我國是糧食生產(chǎn)和消費大國，受天氣原因影響，每年都會因無法晾曬或未達到安全水分儲存導致部分糧食變質(zhì)，造成損失。使用糧食烘干機機械對糧食進行烘干，弱化天氣因素帶來的影響，是降低糧食收儲環(huán)節(jié)損失的一個重要手段，對于保障糧食安全、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動強度及促進農(nóng)民增收具有非常重要的意義。南通市水稻年種植面積約17萬hm2，產(chǎn)量超過150萬t。近年來，全市加大糧食生產(chǎn)機械化裝備能力建設(shè)力度，各地通過統(tǒng)籌規(guī)劃，新建成多家糧食烘干點（中心），產(chǎn)地烘干能力得到很大提高。

糧食烘干機械采用的熱源不同，設(shè)備投入成本及烘干作業(yè)成本有明顯差異。在節(jié)能減排和環(huán)保要求下，燃煤熱風爐型烘干機將被限制使用并逐步轉(zhuǎn)型升級。本課題借助糧食烘干點（中心），選擇柴油、生物質(zhì)、蒸汽3種應用較為廣泛的低溫循環(huán)型糧食烘干機械，進行多批次水稻烘干成本核算試驗，分析成本差異原因，為用戶選擇適用的烘干機械熱源類型提供事實依據(jù)，以探索全市糧食產(chǎn)地烘干能力良性發(fā)展方向，促進糧食烘干產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為糧食生產(chǎn)安全提供保障。

1 材料與方法

1.1 不同熱源烘干機

1.1.1 柴油熱源烘干機 柴油熱源烘干機配備柴油燃燒器，燃燒器安裝于烘干機底座內(nèi)。柴油燃燒后產(chǎn)生高溫煙氣加熱周圍空氣，作為干燥介質(zhì)的空氣吸熱后溫度升高，從熱風出口輸送至烘干機干燥部加熱谷物。通常加裝自動控溫裝置。

1.1.2 生物質(zhì)熱源烘干機 生物質(zhì)熱源烘干機配備生物質(zhì)熱風爐，熱風爐安裝于烘干機座外側(cè)，由爐膛、排煙風機、換熱器列管、冷氣進風口、熱氣出風口等組成。生物質(zhì)顆粒在爐膛內(nèi)充分燃燒，產(chǎn)生的熱量和煙氣在排煙風機引導下將換熱器列管加熱，由熱風爐冷氣進風口進入的空氣在流經(jīng)換熱器列管外壁四周時被加熱，在烘干機引風機的作用下進入烘干機干燥部加熱谷物。

1.1.3 蒸汽熱源烘干機 蒸汽熱源烘干機配備蒸汽散熱片，散熱片安裝于烘干機底座內(nèi)。外部產(chǎn)生的高溫蒸汽進入散熱片，將周圍空氣加熱，作為干燥介質(zhì)的空氣與糧食表面接觸，實現(xiàn)糧食干燥。蒸汽由外部產(chǎn)生，需通過密封管路輸送，為防止在輸送過程中熱量損失，蒸汽管路輸送距離不宜過長，且蒸汽管路需外包隔熱層。

1.2 試驗方案

試驗全部選用天禹系列烘干機，以消除試驗設(shè)備不同對結(jié)果可能帶來的影響。3臺試驗用烘干機從作業(yè)機組中選擇并固定，另選3臺同型烘干機備用。選擇當年機械化收獲的稻谷進行烘干。由于成熟度及天氣條件有所不同，稻谷初始含水率差異較大，會造成不同含水率稻谷烘干作業(yè)至安全含水率時能源成本有差距，所以確定以每千克稻谷含水率下降1%作為成本核算標準。采用3種不同能源烘干機械同時作業(yè)，在相同時段分別進行多批次烘干，采集記錄數(shù)據(jù)。

1.3 試驗方法

嚴格按照烘干機說明書進行操作。采用地磅稱質(zhì)量，按照烘干機標定噸位加裝稻谷，記錄其總質(zhì)量。操作屏設(shè)定控制烘干溫度50 ℃，保證烘干后稻谷品質(zhì)。為平衡生物質(zhì)能源、柴油、蒸汽價格受市場波動帶來的影響，能源單價按當日價格計算;烘干作業(yè)過程中消耗的電能，以用電表實際消耗電能計入。生物質(zhì)能源試驗共進行10批次，試驗用水稻品種為南粳46號;柴油能源試驗共進行10批次，試驗用水稻品種為南粳46號;蒸汽能源試驗共進行9批次，試驗用水稻品種為5055、寧粳8號、9018、淮稻5號等。測定并記錄烘干前稻谷含水率、烘干稻谷質(zhì)量、消耗能源、消耗電能、作業(yè)時間等數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

式中：M為烘干稻谷質(zhì)量，kg;W1為烘干前稻谷含水率，%;W為烘干后稻谷含水率（安全含水率），%;W降為烘干前稻谷含水率下降值，W降=W1-W，%;C總為烘干總成本，元;C1為每千克稻谷烘干成本，元/kg;C2為每千克稻谷含水率下降1%烘干成本，元/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱源烘干機烘干成本比較結(jié)果

3種熱源糧食烘干機作業(yè)成本比較結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以看出：稻谷在含水率W1越接近安全儲存含水率W時，每千克稻谷烘干作業(yè)成本C1越低;但在試驗后期，稻谷含水率W1降低，每千克稻谷下降1%含水率烘干作業(yè)成本C2略升高，這是因為烘干作業(yè)速度和稻谷表面與空氣之間含水率差異有關(guān)，含水率低時下降難度增大。

2.2 成本差異分析

相關(guān)資料顯示：生物質(zhì)能源與柴油均采用燃燒方式產(chǎn)生熱量，生物質(zhì)能源熱值18 837 J/kg，普通柴油熱值42 552 J/kg;生物質(zhì)單價1 200.00元/t，普通柴油單價7.70元/kg（6.20元/L）。生物質(zhì)能源理論成本約15 697 J/元，柴油理論成本約5 526 J/元，所以采用柴油作為燃料成本高于生物質(zhì)能源成本。蒸汽能源成本為206.00元/t，進氣壓力為0.4 MPa，由于蒸汽為化工企業(yè)副產(chǎn)品，其價格低于市場價格，因此采用蒸汽作為熱源的低溫循環(huán)烘干機械能源成本較低。

3 結(jié)論

在烘干試驗中，生物質(zhì)能源作為熱源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.051 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約為0.004 2元/kg（不計人工）;柴油作為熱源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.082 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約0.006 8元/kg（不計人工）;蒸汽作為能源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.017 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約為0.002 1元/kg（不計人工）。

通過試驗發(fā)現(xiàn)：烘干成本與含水率下降百分比相關(guān)。不同含水率W1的稻谷，烘干至相同安全含水率W，其烘干成本差距較大。因此，以每千克稻谷含水率下降1%來核算烘干作業(yè)成本C2，比單純以每千克質(zhì)量稻谷烘干至相同安全含水率W作業(yè)成本C1作為標準更為準確。烘干作業(yè)成本還受外界環(huán)境因素影響，如空氣濕度及烘干車間溫度等。不同水稻品種對烘干作業(yè)成本無影響。

綜合來看，蒸汽作為熱源烘干成本約為0.002 1元/kg，遠低于生物質(zhì)能源和柴油。如果可以將烘干中心建設(shè)在正常蒸汽供應點附近，不僅能保證較低的烘干作業(yè)成本，而且無排放問題，值得推廣應用。

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