尾氣回收充氮工藝對(duì)作業(yè)能耗的影響分析*

張 景 翁勝通 向 征 劉建輝

(中央儲(chǔ)備糧廣東新沙港直屬庫(kù)有限公司 523000)

隨著人民生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,食品安全和環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越受到人們的重視。因此使用儲(chǔ)糧防護(hù)劑及化學(xué)殺蟲藥劑也受到越來越嚴(yán)格的限制,并有逐步淘汰的趨勢(shì)。氣調(diào)儲(chǔ)糧是通過置換糧堆內(nèi)儲(chǔ)糧環(huán)境氣體的成分,從而起到殺蟲防蟲、抑制霉菌、延緩糧食品質(zhì)劣變的作用;避免或減少了糧食的化學(xué)污染以及害蟲抗藥性的產(chǎn)生;避免污染環(huán)境并改善了倉(cāng)儲(chǔ)人員的工作環(huán)境[1]。

氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧作為綠色儲(chǔ)糧技術(shù)[2],越來越受到人們的重視和青睞。該技術(shù)在我國(guó)南方已形成規(guī)?；膽?yīng)用,并取得了一定的效果,但也存在著設(shè)備投資大、應(yīng)用成本高等缺點(diǎn)。為貫徹“創(chuàng)新、綠色、節(jié)能”的新發(fā)展理念,本次試驗(yàn)通過創(chuàng)新充氮方式,調(diào)整以往單倉(cāng)充氮方式為“一倉(cāng)充氮、一倉(cāng)回收尾氣充氮”,從而提高了氮?dú)獾木C合利用率,有效降低了充氮成本,為企業(yè)提質(zhì)增效發(fā)揮積極作用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房

試驗(yàn)倉(cāng)房為中央儲(chǔ)備糧廣東新沙港直屬庫(kù)有限公司淺圓倉(cāng)533倉(cāng)、544倉(cāng)、547倉(cāng)。倉(cāng)房為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),直徑25 m,檐高16 m,裝糧線高15.6 m,設(shè)計(jì)倉(cāng)容6500 t。倉(cāng)內(nèi)布置測(cè)溫電纜23條,三組環(huán)狀布置。倉(cāng)內(nèi)設(shè)兩組“梳”形通風(fēng)地槽,對(duì)稱分布。通風(fēng)地槽通過主風(fēng)道與通風(fēng)口及外環(huán)流系統(tǒng)相連。

1.2 試驗(yàn)倉(cāng)儲(chǔ)糧情況

三個(gè)試驗(yàn)倉(cāng)所存均為進(jìn)口大豆,具體糧情如表1所示。

表1 試驗(yàn)倉(cāng)儲(chǔ)糧情況統(tǒng)計(jì)

1.3 試驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)房氣密性檢測(cè)

采用壓力衰減法檢測(cè)糧倉(cāng)氣密性[3]。記錄倉(cāng)內(nèi)壓力從500 Pa降至250 Pa所需時(shí)間,試驗(yàn)三次取平均值。測(cè)試結(jié)果如表2所示。倉(cāng)房氣密性達(dá)到《氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)規(guī)程》(Q/ZCL T8-2009)的要求。

表2 試驗(yàn)倉(cāng)氣密性檢測(cè)結(jié)果

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

制氮設(shè)備:NP995-350B氮?dú)獍l(fā)生裝置,產(chǎn)氣量:350 Nm3/hr,整機(jī)功率91.2 kW,氮?dú)饧兌?≥99.5%;氧氣檢測(cè)設(shè)備;離心風(fēng)機(jī):功率0.75 kW,風(fēng)量1000 m3/h,風(fēng)壓1000 Pa。連接倉(cāng)與倉(cāng)之間用于尾氣利用的PVC管,直徑110 mm。

2 試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)及糧情需要,選取533倉(cāng)與547倉(cāng)作為對(duì)照倉(cāng)按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行單倉(cāng)氮?dú)鈿庹{(diào),選取544倉(cāng)回收533倉(cāng)充氮尾氣為一組試驗(yàn)倉(cāng)。首次充氮目標(biāo)濃度均設(shè)定為98.0%。

2.1 對(duì)照組充氣操作方法

對(duì)照倉(cāng)533倉(cāng)與547倉(cāng)分別采用傳統(tǒng)“上充下排”的方式進(jìn)行充氮。即氮?dú)鈴沫h(huán)流管道上部進(jìn)倉(cāng),穿過糧堆后由對(duì)側(cè)通風(fēng)地槽通過通風(fēng)口自然排出。當(dāng)濃度檢測(cè)≥98%時(shí)關(guān)閉制氮設(shè)備,做好各項(xiàng)作業(yè)記錄。

2.2 試驗(yàn)組充氣操作方法

2.2.1 533倉(cāng)選取“上充下排”充氮方式,并在排氣口使用變徑連接0.75 kW風(fēng)機(jī)將尾氣通過直徑110 mm PVC管回收排(充)入544倉(cāng)。

2.2.2 544倉(cāng)采用“下充上排”的充氣方式,即533倉(cāng)尾氣通過地槽通風(fēng)口充入544倉(cāng)內(nèi),由對(duì)側(cè)倉(cāng)頂通風(fēng)口排出。在充氣過程中,監(jiān)測(cè)544倉(cāng)內(nèi)壓力,需維持在120 Pa以內(nèi);若544倉(cāng)內(nèi)自然排氣阻力過大,則依次嘗試環(huán)流風(fēng)機(jī)排氣或外接0.75 kW風(fēng)機(jī)排氣。

2.2.3 當(dāng)533倉(cāng)檢測(cè)濃度≥98%時(shí)關(guān)閉533倉(cāng)所有進(jìn)出閥門,即533倉(cāng)完成充氣;同時(shí),切換544倉(cāng)的充氣工藝,改用“上充下排”的充氣方式,氮?dú)庵苯舆M(jìn)入544倉(cāng)。

2.2.4 當(dāng)544倉(cāng)氮?dú)鉂舛取?8%時(shí)關(guān)閉制氮設(shè)備,完成充氣,做好相關(guān)作業(yè)記錄。

2.3 檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置及濃度檢測(cè)

在各倉(cāng)氮?dú)獬隹谔幵O(shè)置濃度檢測(cè)點(diǎn),充氮開始后每8 h進(jìn)行一次濃度檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 整體濃度變化

試驗(yàn)倉(cāng)533倉(cāng)與544倉(cāng)的聯(lián)合充氮作業(yè)于2018年6月28日早上9:00開始,7月2日9:00結(jié)束。對(duì)照倉(cāng)533倉(cāng)和547倉(cāng)的單倉(cāng)充氮作業(yè)分別于2018年3月和11月進(jìn)行。作業(yè)過程中氮?dú)鉂舛茸兓唧w見表3。

表3 充氮過程的濃度變化 (單位:%)

由表3可以看出,試驗(yàn)組整體所用的充氮時(shí)間大于對(duì)照組單倉(cāng)所用充氮時(shí)間,但小于對(duì)照組兩個(gè)倉(cāng)所用時(shí)間之和。在充氣倉(cāng)533倉(cāng)濃度達(dá)到設(shè)定值98%時(shí),同步檢測(cè)尾氣回收倉(cāng)544倉(cāng)濃度已達(dá)89.9%。533倉(cāng)在兩次不同充氮工藝作業(yè)過程中充氮速度相差甚微,可見利用尾氣回收充氮工藝對(duì)充氣倉(cāng)作業(yè)效率的影響可以忽略。

3.2 試驗(yàn)倉(cāng)濃度變化對(duì)比

試驗(yàn)期間各試驗(yàn)倉(cāng)的氮?dú)鉂舛茸兓闆r見圖1。

圖1 試驗(yàn)倉(cāng)濃度變化曲線

由圖1可以看出,533倉(cāng)氮?dú)鉂舛仍? h后逐步上升,在24 h～32 h時(shí)段上升速度最快,并在56 h達(dá)到設(shè)定濃度。分析原因主要是由于隨著倉(cāng)內(nèi)氣體的交換,高濃度的氮?dú)庠趥}(cāng)內(nèi)擴(kuò)散,在充氣24 h后高濃度氮?dú)鈹U(kuò)散至檢測(cè)口使檢測(cè)濃度上升較快。544倉(cāng)在充氮16 h后,濃度開始緩慢上升至83.1%,在40 h后濃度上升速度較快,此時(shí)533倉(cāng)已有較高的氮?dú)鉂舛?94.7%),排出的高濃度氮?dú)馔奖?44倉(cāng)再次利用,并使544倉(cāng)的氮?dú)鉂舛瓤焖偕仙?3.7%。544倉(cāng)在56 h～64 h時(shí)段上升速度最快,其原因是充氣56 h后,533倉(cāng)達(dá)到設(shè)定濃度結(jié)束充氣,調(diào)整閥門直接將高純度氮?dú)獬淙?44倉(cāng),使544倉(cāng)濃度迅速上升,最終在充氮96 h后兩個(gè)倉(cāng)均達(dá)到了設(shè)定目標(biāo)濃度。

3.3 作業(yè)能耗對(duì)比

記錄試驗(yàn)組533倉(cāng)、544倉(cāng)以及對(duì)照組533倉(cāng)、547倉(cāng)充氮至98%的總用電量,得出表4能耗數(shù)據(jù)。

表4 充氮作業(yè)能耗對(duì)比

通過表4可以看出,充氮至98%傳統(tǒng)充氮方式比尾氣回收節(jié)能充氮工藝在充氮時(shí)間上長(zhǎng)24 h,在總耗電量上多約2040 kW·h,在噸糧能耗上多約18.6%。

4 結(jié)果與討論

4.1 本次試驗(yàn)中,使用尾氣回收節(jié)能充氮工藝相比普通單倉(cāng)充氮可節(jié)約近18.6%的噸糧能耗,顯著降低了充氮作業(yè)成本,且該工藝在節(jié)能降耗方面的作用已在后續(xù)的生產(chǎn)實(shí)踐中得到進(jìn)一步驗(yàn)證,可操作性強(qiáng),值得推廣應(yīng)用。

4.2 利用尾氣回收節(jié)能充氮工藝時(shí),應(yīng)時(shí)刻注意充氣倉(cāng)內(nèi)壓力,防止壓力過高破壞倉(cāng)房氣密性,維護(hù)結(jié)構(gòu)完整;注意充氣倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛?當(dāng)濃度達(dá)到目標(biāo)值時(shí),應(yīng)及時(shí)切換閥門使氮?dú)庵苯舆M(jìn)入回收倉(cāng),避免出現(xiàn)“過度充氮”浪費(fèi)能耗。

4.3 氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)藏雖然儲(chǔ)藏成本高于常規(guī)儲(chǔ)藏,但可以通過不斷摸索新工藝、新模式,如3～4個(gè)倉(cāng)為一組的循環(huán)回收工藝,進(jìn)一步降低儲(chǔ)藏成本,符合我國(guó)糧食儲(chǔ)藏的發(fā)展方向[4]。