基于立式筒倉移動式谷冷系統(tǒng)的應用研究

◎ 溫宏杰，王 磊，閆發(fā)宣，史緯琦

（山東港口集團青島港董家口分公司，山東 青島 266000）

糧食的低溫儲藏一般分為2 類，①通過自然低溫條件實現(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糧溫度，并采取隔熱保冷措施，以有效延長糧溫回升期，確保糧食在筒倉儲藏期間維持一定的低溫狀態(tài)，提升糧食自身儲藏的穩(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糧技術(shù)，最適合糧食筒倉的冷源是谷冷機控溫，具有顯著降溫功效，人員工作強度小、經(jīng)濟投入成本低，是立式筒倉降溫的重要措施之一。

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

為解決上述問題，本文采取新型設備予以實現(xiàn)，即移動式谷冷系統(tǒng)。具體是將降溫調(diào)濕后的空氣送入糧堆，從而對筒倉整體降溫。谷冷機在工作時不受環(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化程度，能夠精確控制出風時的溫濕度，使糧食儲存達到最佳，是一項具有科學性、可靠性的儲糧技術(shù)。

1 設計方案

1.1 工作原理

谷物冷卻機是一個能夠連續(xù)使空氣降溫調(diào)濕的新型設備，其主要工作原理基于環(huán)境空氣在風機的帶動下，通過濾網(wǎng)進入制冷系統(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]。該設備具有適應能力強、制冷量大、控制精度高等特點。

1.2 系統(tǒng)設計及組成

基于筒倉降溫時常見的一些問題，本文研究使用一種新型設備對筒倉有效降溫調(diào)濕，即移動式谷冷系統(tǒng)。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，谷冷機自身特點符合董家口港區(qū)氣候特點以及實際情況，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 臺移動式谷冷機向筒倉內(nèi)送冷風，同時開啟4 臺倉頂排風機排風相結(jié)合的谷冷方式。谷冷系統(tǒng)與通風系統(tǒng)共用倉底送風管和通風分配器。谷冷機名義制冷量不低于85 kW，最大風壓不低于3 000 Pa，出風溫度控制精度為0.5 ℃。適用環(huán)境溫度范圍為0～55 ℃，環(huán)境相對濕度范圍為10%～100%。

圖1 通風谷冷系統(tǒng)流程圖

圖2 倉頂通風平面圖

圖3 倉底通風平面層圖

移動式谷冷機由可移動機架、制冷系統(tǒng)、過濾器、離心風機、自動控制系統(tǒng)等組成。具體系統(tǒng)設計有以下幾個方面：

（1）制冷系統(tǒng)由壓縮機、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：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。配有電機保護裝置、壓力控制保護單元確保壓縮機的安全運轉(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空氣，使空氣降溫。風管四周設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機排出，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)谷物冷卻機的出風溫濕度要求，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，提高出風溫度，實現(xiàn)不同的出風溫濕度。

（2）谷冷系統(tǒng)與通風系統(tǒng)共用倉底送風管和通風分配器。當通風系統(tǒng)向糧堆輸送空氣，動力為離心式風機，配有風量調(diào)節(jié)裝置，通過控制通風風機的變頻控制器使得風量與制冷量隨時自動匹配，輸出恒溫恒濕空氣。另外，倉底共用送風管需采用不小于30 mm厚的橡塑保溫材料進行保溫[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、高低壓保護開關(guān)、延時元件等電氣元件組成，分別有2 種控制模式：自動和手動。

操作人員只需根據(jù)糧食狀況，設定好糧食冷卻機相應出風溫度、濕度。在環(huán)境溫度變化時，設備工況能自動調(diào)節(jié)，確保所設定的出風溫度、濕度穩(wěn)定維持在設定范圍內(nèi)。其中，輸出冷風的實際溫度，由設在出風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。整個控制系統(tǒng)精確嚴密，操作簡單。

（4）移動式機架為整體框架結(jié)構(gòu)，下部裝有4 只車輪，前部轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向靈活，整機移動方便，平整路面3 人即可推動行走，機動車在平整的庫區(qū)拖動時，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)原有筒倉通風系統(tǒng)，糧食在筒倉需要嚴格控制溫度和濕度，這樣出現(xiàn)環(huán)節(jié)繁雜，設備參與多、能耗高，人工、時間成本高，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)在以下幾個方面：

2.1 降低運行能耗

采用經(jīng)常通風及倒倉等常規(guī)儲藏方法，每年投入都會產(chǎn)生一筆直接保管費；采用谷物冷卻機儲藏的方法，節(jié)省了倒倉等常規(guī)操作費用支出，降低了人員作業(yè)強度以及時間成本。

2.2 避免糧食損耗

采用谷物冷卻機儲藏的方式，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)濟損失，提高公司運營效益。

2.3 提升整體效率

谷物冷卻機移動方便，機組底架采用可移動滑輪設計，可以在多個糧倉之間輪流使用，設備利用率高。在電控系統(tǒng)方面，采用PLC、觸摸屏全自動控制，通過中控室實時監(jiān)控糧倉溫度和濕度，操作簡單方便，有效降低人員的工作強度，提高整體作業(yè)效率。

2.4 提高糧食品質(zhì)

經(jīng)谷物冷卻機儲藏的糧食，完全滿足儲存溫度及濕度的要求，提高了糧食品質(zhì)，在后續(xù)加工時，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存，本文采用了移動式谷冷系統(tǒng)對筒倉進行控溫，通過結(jié)合自身所在港區(qū)的各種作業(yè)特點，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)的儲存環(huán)境。預計投產(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值。