淺圓倉大豆儲存中不同通風(fēng)方式的探究

◎ 馬國平，李龍飛，楊穎頔，何雅楠

（1.中央儲備糧新鄭直屬庫有限公司，河南 新鄭 451100；2.河南工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450001）

進口大豆有出油率高、蛋白質(zhì)含量高、雜質(zhì)率較高的特點[1]。淺圓倉的糧堆大、糧層厚，在糧堆內(nèi)外因素的影響下，易出現(xiàn)熱量聚積、水分轉(zhuǎn)移、發(fā)熱和結(jié)拱掛壁等現(xiàn)象，尤其是在儲藏進口大豆過程中，因大豆發(fā)熱升溫速度較快，會造成大豆走油赤變、霉變、生蟲、結(jié)塊等儲糧劣變情況。且淺圓倉儲糧受自動分級影響，通風(fēng)死角嚴(yán)重，通風(fēng)期間需耗費大量的人力、物力進行局部處理，通風(fēng)效率低，通風(fēng)時間長，給儲糧安全造成極大隱患[2-3]，因此采取合適的通風(fēng)方式勢在必行[4]。機械通風(fēng)在儲糧中的應(yīng)用是利用風(fēng)機產(chǎn)生的壓力[5]，將外界低溫低濕的空氣用機械輸入糧堆，促進糧堆內(nèi)外氣體之間進行濕熱交換，降低糧堆的溫度和水分，以達到安全儲糧。新鄭市處于暖溫帶和亞熱帶的過渡地帶，位于河南省中部、華北平原西緣、鄭州市東南部，介于北緯34°16′～34°39′，東經(jīng)113°30′～113°54′。新鄭屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明、雨熱同期。

本試驗主要通過對比兩種通風(fēng)方式下糧溫、水分及單位能耗的變化情況，分析、研究負(fù)壓通風(fēng)和負(fù)壓通風(fēng)結(jié)合內(nèi)環(huán)流通風(fēng)這兩種通風(fēng)方式的通風(fēng)效果，為找出適合淺圓倉進口大豆安全儲存的低成本、高效通風(fēng)方法提供參考。

1 通風(fēng)試驗

1.1 倉房條件及配套設(shè)施

中央儲備糧新鄭直屬庫有限公司儲糧倉房為淺圓倉，倉房直徑30.00 m，裝糧線高20.00 m。倉房墻體、倉頂和地面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；通風(fēng)系統(tǒng)采用梳形地槽結(jié)構(gòu)，倉底對稱分布共4個地槽通風(fēng)口，倉壁外側(cè)對稱分布2個回風(fēng)管作為谷物冷卻、環(huán)流熏蒸和氮氣氣調(diào)的倉外循環(huán)通道，倉頂分布4個自然通風(fēng)口和4個軸流通風(fēng)口。倉房示意圖如圖1所示。

圖1 淺圓倉房示意圖

1.2 試驗設(shè)備

4.0 kW的軸流風(fēng)機4臺（表1）、18.5 kW的離心風(fēng)機2臺（表1）、數(shù)字式糧情測控系統(tǒng)、快速水分測定儀。

表1 風(fēng)機類型和性能參數(shù)表

1.3 試驗倉房

根據(jù)儲糧及通風(fēng)情況，選擇11號倉和63號倉作為試驗倉，表2為兩倉的基本儲量情況。

表2 試驗倉儲量基本情況表

1.4 通風(fēng)方案

11號倉大豆于2020年7月30日入庫，同年11月23日開始進行倉頂負(fù)壓通風(fēng)，之后于12月18日進行內(nèi)環(huán)流通風(fēng)，在2021年1月7日停止。63號倉大豆于2020年8月1日入庫，同年11月23日開始倉頂負(fù)壓通風(fēng)直至2021年1月11日停止。

倉頂負(fù)壓通風(fēng)。保證倉頂4個自然通風(fēng)口均處于關(guān)閉狀態(tài)，倉底4個地槽風(fēng)口均處于開啟狀態(tài)，利用倉頂軸流風(fēng)機進行吸出式通風(fēng)，保證外界冷空氣能夠從地槽風(fēng)口進入糧堆，糧堆內(nèi)熱空氣逐步通過軸流風(fēng)機的吸出排出倉外，實現(xiàn)糧堆溫度的逐步降低,輔以單管風(fēng)機吸出式通風(fēng)用于處理通風(fēng)死角和中心雜質(zhì)區(qū)高溫聚集。

倉底內(nèi)環(huán)流通風(fēng)。利用倉外回風(fēng)管，將淺圓倉上部空間、糧堆和下部風(fēng)道間構(gòu)成一閉合回路[6-8]。環(huán)流時在風(fēng)機推動下，可促使倉內(nèi)氣體均布、糧溫均衡或補冷均溫，減少糧食水分的過量損失，提高儲糧穩(wěn)定性。

倉頂負(fù)壓通風(fēng)與倉底環(huán)流通風(fēng)的通風(fēng)方案的詳細(xì)信息如下。

（1）倉頂負(fù)壓通風(fēng)。使用設(shè)備：軸流風(fēng)機（功率為4.0 kW）4臺；開始條件：t2-t1≥8.0 ℃，Ps1≤Ps2；進行條件：t2-t1≥4.0 ℃；結(jié)束條件：t1-t2≤4.0 ℃，最高糧溫低于20.0 ℃，平均糧溫低于15 ℃。

注：t1-大氣溫度；t2-糧堆溫度；Ps1-大氣絕對濕度（%）；Ps2-當(dāng)前糧溫t2下的糧食絕對濕度（%）。

（2）倉底環(huán)流通風(fēng)。使用設(shè)備：離心風(fēng)機（功率為18.5 kW）2臺；開始條件：t2-t1≥8.0 ℃，Ps1≤Ps2；進行條件：t2-t1≥4.0 ℃；結(jié)束條件：t1-t2≤4.0 ℃，最高糧溫低于20.0 ℃，平均糧溫低于10.0 ℃。

注：t1-大氣溫度；t2-糧堆溫度；Ps1-大氣絕對濕度（%）；Ps2-當(dāng)前糧溫t2下的糧食絕對濕度（%）。

1.5 水分測定方法

用谷物快速水分測定儀測定。

1.6 糧溫測定方法

全倉測溫電纜分三圈分布，內(nèi)圈有4根測溫電纜，中圈有10根測溫電纜，外圈16根測溫電纜，中間雜質(zhì)區(qū)增設(shè)5根手動測溫電纜。每根測溫電纜垂直方向均有11個檢查測點。具體分布見圖2。

圖2 溫度檢測點平面分布圖

2 結(jié)果與分析

2.1 倉溫變化結(jié)果分析

11倉和63倉試驗期間的倉溫變化如圖3所示。由圖3可知，在試驗期間，11倉和63倉的倉溫在通風(fēng)后，整體倉溫降低。根據(jù)11倉和63倉倉溫與外溫的變化趨勢，可以看出倉溫會受到外溫的影響，但影響較小。截至2021年1月7日，11倉的倉溫從8.7 ℃下降至5.5 ℃，63倉的倉溫從8.2 ℃下降至3.2 ℃。63倉降溫的幅度大于11倉，并且63倉的倉溫較為穩(wěn)定，受外溫的影響較小。淺圓倉的倉溫變化會受到外溫的影響，通風(fēng)方式的合理選擇可以降低外溫對倉溫的影響。

圖3 11倉和63倉倉溫變化圖

2.2 倉濕變化結(jié)果分析

11倉和63倉在試驗期間的倉濕變化情況，見圖4。由圖4可知，隨著倉外濕度的變化，兩個倉的倉濕也發(fā)生了變化，其中63倉的倉濕變化趨勢和外濕的變化趨勢相似，11倉的倉濕變化趨勢與外濕的變化趨勢不同。試驗期間，11倉的倉濕從75%升高到90%，63倉的倉濕從76%降低至54%。這表明了內(nèi)環(huán)流通風(fēng)技術(shù)可以在降溫的同時有效減少糧堆水分的散失。

圖4 11倉和63倉倉濕變化圖

2.3 糧溫變化結(jié)果分析

2.3.1 雜質(zhì)區(qū)平均糧溫對比分析

11倉和63倉的中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度變化如圖5所示。由圖5可知，在2020年12月17日之前，11倉中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度下降速率低于63倉中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度下降速率。在2020年12月20日之后，11倉中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度下降速率高于63倉中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度下降速率。中間雜質(zhì)區(qū)含有大量的雜質(zhì)，極易形成通風(fēng)死角，嚴(yán)重降低通風(fēng)效率。由圖5可知，倉頂負(fù)壓通風(fēng)后期采用內(nèi)環(huán)流通風(fēng)較單純使用倉頂負(fù)壓通風(fēng)，更有利于中間雜質(zhì)區(qū)溫度的降低。

圖5 11倉和63倉中間雜質(zhì)區(qū)平均溫度變化圖

2.3.2 平均糧溫對比分析

11倉和63倉在試驗期間的平均糧溫變化如圖6所示。由圖6可知，11倉在試驗期間，平均糧溫從18.5 ℃下降至10.0 ℃，共下降了8.5 ℃。63倉在試驗期間，平均糧溫從19 ℃下降至6.2 ℃，共下降了12.8 ℃。11倉和63倉在試驗期間平均糧溫均在緩速下降，后期逐步趨于穩(wěn)定。2020年12月17日后，11倉采用內(nèi)環(huán)流的通風(fēng)方式后，較63倉的平均糧溫更加穩(wěn)定。采用倉頂負(fù)壓通風(fēng)利用倉外的冷量，使糧堆平均溫度降低到目標(biāo)溫度后，再采用內(nèi)環(huán)流通風(fēng)可以維持淺圓倉內(nèi)糧堆平均溫度的穩(wěn)定。

圖6 11倉和63倉平均糧溫折線圖

2.4 通風(fēng)前后水分對比結(jié)果分析

在儲糧過程中，機械通風(fēng)過程中易造成水分的散失，帶來水分的損耗。通風(fēng)期間水分的損耗情況見表3。由表3可知，11倉在通風(fēng)作業(yè)前后大豆的水分含量沒有變化，63倉在通風(fēng)作業(yè)后水分含量下降了0.3%。這表明倉頂負(fù)壓通風(fēng)結(jié)合內(nèi)環(huán)流的通風(fēng)方式較但對使用倉頂負(fù)壓負(fù)壓通風(fēng)的方式在儲糧保水減耗上的效果顯著，這與前面2.2中通風(fēng)后11倉的倉濕大于63倉的結(jié)果相呼應(yīng)。內(nèi)環(huán)流的通風(fēng)方式可以有效保持倉內(nèi)濕度，維持倉內(nèi)糧食的水分含量。

表3 通風(fēng)前后各倉水分變化表

2.5 通風(fēng)前后能耗對比結(jié)果分析

通風(fēng)期間主要的能耗費用項目是電費，試驗中11倉和63倉的能耗情況如表4所示。由表4可知，11倉的倉頂負(fù)壓通風(fēng)時長總計584 h、內(nèi)環(huán)流通風(fēng)的時長為487 h，63倉的通風(fēng)時長總計840 h。11倉大于63倉的總電耗。11倉內(nèi)環(huán)流通風(fēng)期間，總電耗量和單位能耗均為最大值。11倉噸糧在通風(fēng)期間的費用為1.418元/t，63倉的噸糧費用為0.924元/t。因受條件限制，試驗期間僅能采用離心風(fēng)機進行環(huán)流，而1臺離心風(fēng)機的功率相當(dāng)于4臺軸流風(fēng)機的功率，因此11倉的耗電量大于63倉，且其噸糧費用比11倉高。

表4 試驗中各倉能耗情況表

3 結(jié)論

（1）在冬季儲糧過程中，兩種類型的通風(fēng)方式均能降低糧溫，保證大豆的安全儲藏。負(fù)壓通風(fēng)結(jié)合內(nèi)環(huán)流的通風(fēng)方式能夠更好的均衡層溫，防止在秋冬季節(jié)轉(zhuǎn)換期，糧堆表層產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。負(fù)壓通風(fēng)結(jié)合內(nèi)環(huán)流的通風(fēng)方式的最高糧溫梯度差低于單一的負(fù)壓通風(fēng)方式，使大豆的糧溫處于更為均衡的狀態(tài)。

（2）倉頂負(fù)壓通風(fēng)降溫效果顯著，但是其儲糧的水分損失相對較大。倉頂負(fù)壓結(jié)合內(nèi)環(huán)流通風(fēng)降溫的方式，可以有效提高保水效果。

（3）本次試驗受條件限制，在內(nèi)環(huán)流通風(fēng)過程中用到的離心風(fēng)機功率較大，導(dǎo)致耗用電量大，噸糧費用稍高，若使用功率較小的離心風(fēng)機或者混流風(fēng)機進行環(huán)流通風(fēng)，則會相應(yīng)降低噸糧費用。

（4）在儲糧通風(fēng)過程中，可以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合倉頂負(fù)壓通風(fēng)與內(nèi)環(huán)流通風(fēng)，即降低儲糧的溫度，減少糧堆的水分損耗，又控制耗電量，控制噸糧費用。