基于立式筒倉移動(dòng)式谷冷系統(tǒng)的應(yīng)用研究

◎ 溫宏杰，王 磊，閆發(fā)宣，史緯琦

（山東港口集團(tuán)青島港董家口分公司，山東 青島 266000）

糧食的低溫儲(chǔ)藏一般分為2 類，①通過自然低溫條件實(shí)現(xiàn)低溫存糧。②通過人工冷源[1]。本文是通過第二類方式降低儲(chǔ)糧溫度，并采取隔熱保冷措施，以有效延長(zhǎng)糧溫回升期，確保糧食在筒倉儲(chǔ)藏期間維持一定的低溫狀態(tài)，提升糧食自身儲(chǔ)藏的穩(wěn)定性，減緩糧食的劣變，減弱糧食的呼吸作用，抑制蟲害的發(fā)生[2]。其中，人工冷源是一種控溫儲(chǔ)糧技術(shù)，最適合糧食筒倉的冷源是谷冷機(jī)控溫，具有顯著降溫功效，人員工作強(qiáng)度小、經(jīng)濟(jì)投入成本低，是立式筒倉降溫的重要措施之一。

目前，糧食筒倉須對(duì)溫度進(jìn)行控制，傳統(tǒng)的控溫系統(tǒng)是通過筒倉的通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)倉內(nèi)糧堆進(jìn)行有效降溫，但機(jī)械通風(fēng)時(shí)間較短，對(duì)于倉內(nèi)濕度來說影響不大。糧食在此狀態(tài)下儲(chǔ)藏時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致霉變、糧堆發(fā)熱，因而對(duì)儲(chǔ)糧安全存在巨大威脅[3]。另外，通過對(duì)筒倉溫控設(shè)備的運(yùn)行情況、人員配比以及能耗問題調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在倒倉作業(yè)時(shí)，存在環(huán)節(jié)繁雜，設(shè)備參與多、能耗高，人工、時(shí)間成本高等特點(diǎn)，直接影響了其作業(yè)效率。

為解決上述問題，本文采取新型設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)，即移動(dòng)式谷冷系統(tǒng)。具體是將降溫調(diào)濕后的空氣送入糧堆，從而對(duì)筒倉整體降溫。谷冷機(jī)在工作時(shí)不受環(huán)境條件的限制，不管冬季還是夏季均可降溫調(diào)濕[4]。該系統(tǒng)整體具有較高的自動(dòng)化程度，能夠精確控制出風(fēng)時(shí)的溫濕度，使糧食儲(chǔ)存達(dá)到最佳，是一項(xiàng)具有科學(xué)性、可靠性的儲(chǔ)糧技術(shù)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 工作原理

谷物冷卻機(jī)是一個(gè)能夠連續(xù)使空氣降溫調(diào)濕的新型設(shè)備，其主要工作原理基于環(huán)境空氣在風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下，通過濾網(wǎng)進(jìn)入制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，再利用蒸發(fā)器降溫，利用后加熱器進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)，最終制冷后的空氣經(jīng)管道送入糧堆[5]。該設(shè)備具有適應(yīng)能力強(qiáng)、制冷量大、控制精度高等特點(diǎn)。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及組成

基于筒倉降溫時(shí)常見的一些問題，本文研究使用一種新型設(shè)備對(duì)筒倉有效降溫調(diào)濕，即移動(dòng)式谷冷系統(tǒng)。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，谷冷機(jī)自身特點(diǎn)符合董家口港區(qū)氣候特點(diǎn)以及實(shí)際情況，并能夠在糧食筒倉內(nèi)部的高溫高濕環(huán)境下高效運(yùn)行。

結(jié)合圖1、圖2、圖3 可以看出，谷冷系統(tǒng)每座筒倉采用2 臺(tái)移動(dòng)式谷冷機(jī)向筒倉內(nèi)送冷風(fēng)，同時(shí)開啟4 臺(tái)倉頂排風(fēng)機(jī)排風(fēng)相結(jié)合的谷冷方式。谷冷系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)共用倉底送風(fēng)管和通風(fēng)分配器。谷冷機(jī)名義制冷量不低于85 kW，最大風(fēng)壓不低于3 000 Pa，出風(fēng)溫度控制精度為0.5 ℃。適用環(huán)境溫度范圍為0～55 ℃，環(huán)境相對(duì)濕度范圍為10%～100%。

圖1 通風(fēng)谷冷系統(tǒng)流程圖

圖2 倉頂通風(fēng)平面圖

圖3 倉底通風(fēng)平面層圖

移動(dòng)式谷冷機(jī)由可移動(dòng)機(jī)架、制冷系統(tǒng)、過濾器、離心風(fēng)機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)方面：

（1）制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、貯液罐、氣液分離器、控制閥、過濾器及系統(tǒng)管路等組成。

壓縮機(jī)：具有高能效比、低噪音、體積小、質(zhì)量輕、可靠性高、使用成本低的優(yōu)點(diǎn)。配有電機(jī)保護(hù)裝置、壓力控制保護(hù)單元確保壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，并加裝能量調(diào)節(jié)裝置，確保有效調(diào)節(jié)制冷效果和制冷量。

蒸發(fā)器：采用銅管銅翅片結(jié)構(gòu)，制冷劑由蒸發(fā)器銅管內(nèi)流過，將冷量傳給銅管外側(cè)散熱翅片之間的流動(dòng)空氣，使空氣降溫。風(fēng)管四周設(shè)有高性能隔熱保溫材料，冷卻空氣所產(chǎn)生的冷凝水由下方帶水封的排水管排出。

冷凝器：采用銅管銅翅片結(jié)構(gòu)，高溫高壓制冷劑由銅管流過，空氣流過銅管外側(cè)及散熱翅片，被加熱的空氣由冷凝器風(fēng)機(jī)排出，冷卻后的制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)制冷劑回流入液罐。

熱力膨脹閥：采用外平衡式熱力膨脹閥，制冷劑經(jīng)過閥門，壓力降低，并維持蒸發(fā)溫度與吸氣溫度保持一定的過熱度。

熱氟加熱器：根據(jù)谷物冷卻機(jī)的出風(fēng)溫濕度要求，在一定的蒸發(fā)溫度下，可以改變熱氣加熱調(diào)節(jié)閥開啟度，將一部分高溫高壓制冷劑氣體送至后加熱盤管，提高出風(fēng)溫度，實(shí)現(xiàn)不同的出風(fēng)溫濕度。

（2）谷冷系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)共用倉底送風(fēng)管和通風(fēng)分配器。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)向糧堆輸送空氣，動(dòng)力為離心式風(fēng)機(jī)，配有風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，通過控制通風(fēng)風(fēng)機(jī)的變頻控制器使得風(fēng)量與制冷量隨時(shí)自動(dòng)匹配，輸出恒溫恒濕空氣。另外，倉底共用送風(fēng)管需采用不小于30 mm厚的橡塑保溫材料進(jìn)行保溫[6]。

（3）在電控系統(tǒng)方面，控制系統(tǒng)由溫度傳感器、壓力傳感器、高低壓保護(hù)開關(guān)、延時(shí)元件等電氣元件組成，分別有2 種控制模式：自動(dòng)和手動(dòng)。

操作人員只需根據(jù)糧食狀況，設(shè)定好糧食冷卻機(jī)相應(yīng)出風(fēng)溫度、濕度。在環(huán)境溫度變化時(shí)，設(shè)備工況能自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保所設(shè)定的出風(fēng)溫度、濕度穩(wěn)定維持在設(shè)定范圍內(nèi)。其中，輸出冷風(fēng)的實(shí)際溫度，由設(shè)在出風(fēng)口的溫度傳感器采集后輸入控制系統(tǒng)，并在顯示屏上同步顯示。整個(gè)控制系統(tǒng)精確嚴(yán)密，操作簡(jiǎn)單。

（4）移動(dòng)式機(jī)架為整體框架結(jié)構(gòu)，下部裝有4 只車輪，前部轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向靈活，整機(jī)移動(dòng)方便，平整路面3 人即可推動(dòng)行走，機(jī)動(dòng)車在平整的庫區(qū)拖動(dòng)時(shí)，限速5 km/h。

2 效益分析

以山東省青島市董家口港區(qū)為例，根據(jù)原有筒倉通風(fēng)系統(tǒng)，糧食在筒倉需要嚴(yán)格控制溫度和濕度，這樣出現(xiàn)環(huán)節(jié)繁雜，設(shè)備參與多、能耗高，人工、時(shí)間成本高，而且在倒倉等操作環(huán)節(jié)上需要支出額外的操作費(fèi)用，直接影響了作業(yè)生產(chǎn)效率。因此，基于立式筒倉，采用移動(dòng)式谷冷系統(tǒng)，不僅能提高效率，還能降低成本，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 降低運(yùn)行能耗

采用經(jīng)常通風(fēng)及倒倉等常規(guī)儲(chǔ)藏方法，每年投入都會(huì)產(chǎn)生一筆直接保管費(fèi)；采用谷物冷卻機(jī)儲(chǔ)藏的方法，節(jié)省了倒倉等常規(guī)操作費(fèi)用支出，降低了人員作業(yè)強(qiáng)度以及時(shí)間成本。

2.2 避免糧食損耗

采用谷物冷卻機(jī)儲(chǔ)藏的方式，能夠減少糧食呼吸干物質(zhì)損耗、水分減量損耗和倒倉損耗，可直接避免由此造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高公司運(yùn)營(yíng)效益。

2.3 提升整體效率

谷物冷卻機(jī)移動(dòng)方便，機(jī)組底架采用可移動(dòng)滑輪設(shè)計(jì)，可以在多個(gè)糧倉之間輪流使用，設(shè)備利用率高。在電控系統(tǒng)方面，采用PLC、觸摸屏全自動(dòng)控制，通過中控室實(shí)時(shí)監(jiān)控糧倉溫度和濕度，操作簡(jiǎn)單方便，有效降低人員的工作強(qiáng)度，提高整體作業(yè)效率。

2.4 提高糧食品質(zhì)

經(jīng)谷物冷卻機(jī)儲(chǔ)藏的糧食，完全滿足儲(chǔ)存溫度及濕度的要求，提高了糧食品質(zhì)，在后續(xù)加工時(shí)，不管是從感觀質(zhì)量還是食用品質(zhì)，都非常接近用新鮮糧食加工出的產(chǎn)品。

3 結(jié)語

基于立式筒倉的糧食儲(chǔ)存，本文采用了移動(dòng)式谷冷系統(tǒng)對(duì)筒倉進(jìn)行控溫，通過結(jié)合自身所在港區(qū)的各種作業(yè)特點(diǎn)，綜合考慮存糧、倒倉的各方面因素，并結(jié)合常見問題，從根本上優(yōu)化了相關(guān)從業(yè)工藝流程，可降低人員的工作強(qiáng)度，并減少作業(yè)人員的投入及成本投入，為筒倉創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)存環(huán)境。預(yù)計(jì)投產(chǎn)使用后，其在成本效益方面能夠取得較為滿意的使用效果，具有較高的推廣使用價(jià)值。