糧食烘干技術簡析與發(fā)展趨勢

吳 煜，黃盛杰，趙 旺

（1.江蘇沃得高新農業(yè)裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.江蘇省農業(yè)機械試驗鑒定站，江蘇 南京 210017）

0 引 言

隨著我國農業(yè)生產規(guī)?；叭虣C械化的發(fā)展，糧食的收獲進程不斷加快，收獲期愈加集中，造成短時間內大量糧食堆積，及時高效的烘干對我國糧食增產、農民增收具有戰(zhàn)略性意義。據統(tǒng)計，我國大部分地區(qū)在糧食烘干時，由于未達到安全儲存水分而導致霉變及發(fā)芽變質等問題，總損失量可達我國糧食總收獲量的5%左右，我國每年因烘干問題造成的糧食損失達800 萬t 以上[1]。因此，解決糧食烘干的關鍵技術，推廣糧食烘干機的廣泛應用是未來農業(yè)機械化發(fā)展的關鍵。

糧食烘干機械作為獨立的研究領域在我國已發(fā)展30 余年，雖不及發(fā)達國家的烘干技術，但也取得了階段性的進步。至2020 年，我國糧食烘干機已投入14 萬臺左右，其中江蘇、安徽、浙江等地的投入量占全國總投入量的50%左右[2]，是促進糧食烘干機械高效發(fā)展的大省。目前烘干機的種類可分為連續(xù)式烘干機以及批式循環(huán)烘干機兩種，熱源主要采用燃煤、天然氣、電加熱等，隨著人們環(huán)保意識的增加，未來將重點研究電加熱以及生物質作為糧食烘干機的主要熱源[3]。本文將對糧食烘干技術的發(fā)展概況、烘干機種類以及烘干機的關鍵技術進行概述，總結出糧食烘干技術的未來發(fā)展趨勢，為促進糧食烘干技術的高效健康發(fā)展提供理論參考。

1 糧食烘干機發(fā)展現狀

國外早在1940 年左右便開始了對糧食烘干技術的研究，經近20 年的發(fā)展就已實現了機械化糧食烘干，從60 年代到80 年代就實現了自動化糧食烘干到智能化糧食烘干的跨越，目前國外的糧食烘干技術不僅實現了系統(tǒng)化、標準化，而且糧食烘干機的保有量也達到了95%以上[4]。而國內研究糧食烘干技術的時間較短，導致烘干技術的發(fā)展整體上缺乏規(guī)劃性，直到20 世紀90 年代我國農業(yè)經濟的規(guī)?；l(fā)展，大型糧食生產基地的建立，才有了對糧食烘干機械研發(fā)推廣的大力支持[5]。目前我國糧食烘干機械的保有量已達14 萬臺左右，取得了階段性的進步，但也存在糧食烘干技術研發(fā)落后、烘干設備投入大烘干成本高、政府重視程度不足及相關投資低等問題，制約了糧食烘干技術的發(fā)展。

2 糧食烘干機種類簡介

2.1 批式循環(huán)烘干機

批式循環(huán)烘干機（如圖1 所示）是我國最早開始研發(fā)使用的一款糧食烘干機械，其包括運輸系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、排糧系統(tǒng)等部件，批式循環(huán)烘干機的工作過程是一個相對復雜的過程，首先將待烘干的糧食放入儲糧箱內，然后通過提升系統(tǒng)將糧食提升運輸至烘干機頂部，再通過輸送系統(tǒng)將頂部的糧食輸送至糧塔的甩盤上，接著通過甩盤將糧食送至烘干機二層，通過撥糧輪的轉動將糧食運送至烘干機下方，最后通過提升系統(tǒng)將糧食提上至烘干機上部，以上步驟使得糧食在烘干機中不斷往復循環(huán)運動，在此過程中糧食與熱風之間進行熱交換，最終使糧食中的水分不斷降低至安全儲水標準。利用此類烘干設備將糧食進行烘干時會經過緩蘇、烘干、冷卻、除塵、測溫等數次循環(huán)處理，糧食經過多次循環(huán)水分逐漸降低，直至達到安全儲存水分[6]。批式循環(huán)烘干機更加適合于烘干較少量的糧食，作業(yè)相對穩(wěn)定，不易出現爆腰或烘干不均等問題，但其能耗高、成本大、降水速率慢。

圖1 批式循環(huán)烘干機示意圖

2.2 連續(xù)式烘干機

連續(xù)式烘干機（如圖2 所示）根據糧食與氣流之間的相對運動方向可分為橫流式烘干機、混流式烘干機、順流式烘干機以及逆流式烘干機[7]。連續(xù)式烘干機是我國近些年開始研發(fā)使用的糧食烘干機，其主要工作流程包括卸糧、清理、烘干、緩蘇、出倉、二次烘干等，首先將糧食通過烘干機頂部進入，以自重向下緩慢移動，移動過程中熱風通過大風量的離心通風機經熱風風道送入兩層糧柱中間，并穿透糧柱，糧食在與熱風進行熱交換后水分逐漸蒸發(fā)并隨熱風排出，干燥后的糧食再儲存于緩蘇倉內，經過10 h左右的緩蘇使水分趨于平衡，經水分檢測后若糧食內的水分達到安全儲水標準則烘干完成。

與批式循環(huán)烘干機相比，連續(xù)式烘干機無需數次加熱緩蘇冷卻的循環(huán)作業(yè)，可以連續(xù)不間斷作業(yè)，烘干量大，烘干時間相對較短，效率高且熱能利用率高，但其設備占地面積巨大，價格昂貴且作業(yè)不穩(wěn)定，易出現碎米、爆腰、烘干不均等問題。

3 糧食烘干機的關鍵技術

3.1 糧食烘干機理的研究

糧食烘干機的工作過程涉及極為復雜的傳熱傳質過程，不僅要求將糧食中的水分降至安全儲水標準，還要保證糧食的品質不受影響，所以在烘干時要考慮所處環(huán)境的溫濕度，合理控制烘干溫度與時間，準確熟知糧食烘干機理和干燥模型，研發(fā)出預測糧食含水率的數學模型。

3.2 糧食烘干機熱源及傳熱介質的研究

利用烘干機對糧食進行烘干時，是通過熱源產生熱風與糧食進行熱交換，以此達到烘干的目的。而烘干機的熱源多采用燃煤、燃油、天然氣、電加熱等，目前隨著人們環(huán)保意識的增加，逐漸研發(fā)了利用生物質作為烘干機熱源，因此研發(fā)更多種類的環(huán)保類熱源，提高熱源的使用效率是未來研究的重點[8]。同時熱風與糧食之間進行熱交換，其傳熱介質的應用直接影響了烘干的效率與品質，所以研究出傳熱介質模型，針對不同烘干機得出最優(yōu)傳熱介質的應用，對于提高烘干效率與品質具有重要意義。

3.3 人工智能與糧食烘干相結合

目前將人工智能技術與農業(yè)機械相結合是未來發(fā)展的一大趨勢，在糧食烘干中，錯誤的人為操作通常會造成碎米、爆腰及烘干不均等問題，所以將人工智能與糧食烘干相結合，實現糧食烘干機械智能化。從糧食入料、溫度控制、水分檢測、冷卻除塵等方面實現人機交互，利用計算機網絡技術與物聯網控制系統(tǒng)等實現對糧食烘干的遠程在線調控。

4 糧食烘干機的發(fā)展趨勢

4.1 研發(fā)智能化糧食烘干機

目前隨著我國農業(yè)機械化水平的不斷提高，智能化農機裝備的研發(fā)是未來農業(yè)領域的新趨勢，在糧食烘干技術方面，智能化調控技術的使用是未來研究的重點方向，例如周攀等[9]研發(fā)了一款基于FDC2214芯片的新型糧食水分實時檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，準確率高，提高了烘干機的工作效率。張凱鋒等[10]研發(fā)了一款烘干機監(jiān)控云平臺，使用者可以通過手機APP 隨時查看烘干機的運行參數以及作業(yè)狀態(tài)。由此可見我國應加大對糧食烘干機科研方面的投入，適當的發(fā)放科研獎勵以促進智能化糧食烘干機的發(fā)展。同時大力宣傳糧食烘干機械的推廣使用，完善相關購買補貼政策，調動農戶的使用積極性，促進糧食烘干機械的快速發(fā)展。

4.2 研發(fā)高效節(jié)能性糧食烘干機

目前我國更加注重國民節(jié)能減排、低碳環(huán)保的意識培養(yǎng)，在當前社會發(fā)展環(huán)境下，糧食烘干機實現可持續(xù)發(fā)展的前提是實現高效節(jié)能烘干作業(yè)。在設備制作成本上利用科學的設計實現降低成本。在熱源選擇上多利用生物質或稻谷殼等環(huán)保熱源，以減少對環(huán)境的污染以及資源的浪費。在工作效率上合理設計烘干機內部結構，充分利用緩蘇等工藝實現高效率作業(yè)。并培養(yǎng)專業(yè)人才對烘干機的熱效率問題進行深入研究，以達到理想的節(jié)能高效作業(yè)效果[11]。

4.3 完善相關政策機制，合理布局規(guī)劃

目前制約我國糧食烘干機械高速發(fā)展的主要原因一方面是相關政策機制不夠完善，相關部門的宣傳推廣工作不到位，導致農戶對糧食烘干機的認識不足，烘干機投入成本過高導致農戶對其購買積極性不高[12]。另一方面我國糧食烘干機械缺乏全面的規(guī)劃與合理的布局，導致各個地區(qū)投入烘干機不均衡制約了糧食烘干機械的發(fā)展，所以我國應統(tǒng)一規(guī)劃布局糧食烘干機的投入，根據各個地區(qū)的糧食分布特征與地理位置建立區(qū)域性糧食烘干中心，上級政府統(tǒng)一規(guī)劃安排以防重復建設導致投入資金浪費。

4.4 改善糧食烘干機械的經營模式，完善糧食烘干的服務性工作

糧食烘干機械的經營模式要堅持因地制宜的原則，將農戶、家庭農場以及合作社等都可以發(fā)展成為糧食烘干的經營者[13]，并鼓勵開展對外服務，確保各家各戶都能用上糧食烘干機。另外政府應定期派遣相關專業(yè)人員到經營地講解糧食烘干機的使用與價值，解決農戶使用糧食烘干機時遇到的難題，確保售后服務性工作的完善，消除購買糧食烘干機的顧慮。