基于尾氣環(huán)流應(yīng)用的氮?dú)鈿庹{(diào)工藝優(yōu)化

摘要：氮?dú)鈿庹{(diào)在儲(chǔ)糧害蟲(chóng)防治、延緩糧食品質(zhì)變化方面都取得較好效果，為了進(jìn)一步降低氣調(diào)儲(chǔ)糧的費(fèi)用，提高儲(chǔ)糧效益，選取三明直屬庫(kù)的兩個(gè)高大平方倉(cāng)作為試驗(yàn)倉(cāng)，將氣調(diào)過(guò)程中排出的尾氣引入倉(cāng)內(nèi)氣囊外空間，來(lái)延緩氣囊內(nèi)氮?dú)馑p速度。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)使倉(cāng)房氮?dú)鉂舛冗_(dá)到98%所用時(shí)間更短，且保持效果更好，維持效果更長(zhǎng)，達(dá)到了降低成本、節(jié)能降耗的要求。通過(guò)對(duì)氮?dú)鈿庹{(diào)尾氣利用應(yīng)用方案的探索，為未來(lái)降低氮?dú)鈿庹{(diào)使用成本、氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)的普及使用提供相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：氮?dú)鈿庹{(diào)；尾氣利用；節(jié)能降耗；綠色儲(chǔ)糧

中圖分類(lèi)號(hào)：S379.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240414

Optimization of nitrogen modified atmosphere process based on exhaust circulation application

Xie Zhoude1，2， Zhao Jinqi3， Zhang Dongdong3， Wu Wenqiang1，2， Fan Yankai1，2

（ 1. Sinograin Sanming Depot Co.， Ltd.， Sanming， Fujian 365000； 2. National Grain Industry Skill Top Talent Studio， Sanming， Fujian 365000； 3. School of Food and Strategic Reserves， Henan University of Technology， Zhengzhou， Henan 450001 ）

Abstract： Nitrogen Modified Atmosphere Storage （NMAS） had shown promising results in controlling grain pests and delaying changes in grain quality. To further reduce the cost of NMAS and enhance the efficiency of grain storage， thus achieving the goal of reducing the cost of NMAS and saving energy consumption， this study selected two large square warehouses from Sinograin Sanming Depot Co.， Ltd. as experimental units. During the NMAS process， the exhaust gas discharged was introduced into the space outside the gas bag inside the warehouse to slow down the decay rate of nitrogen gas inside the gas bag. Experimental results indicated that this technique shortened the time required for the nitrogen gas concentration in the warehouse to 98% and maintained a better and longer-lasting effect， meeting the requirements of cost reduction and energy conservation. The exploration of the application scheme for utilizing exhaust gas from nitrogen gas treatment provided valuable experience for future efforts to reduce the cost of NMAS and promote its widespread adoption.

Key words： nitrogen modified atmosphere storage； utilization of exhaust gas； energy conservation and consumption reduction； green grain storage

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食總產(chǎn)量居世界首位，每年因蟲(chóng)害造成的糧食損失約3%[1]，損失量巨大。儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的繁殖與活動(dòng)，容易促使糧堆發(fā)熱、霉變，直接造成糧食損失；同時(shí)，儲(chǔ)糧害蟲(chóng)破壞糧食籽粒品質(zhì)，引起糧食籽粒發(fā)芽率的下降甚至完全喪失、糧食食用品質(zhì)降低[2-3]。因此，探尋如何科學(xué)有效地防控儲(chǔ)糧害蟲(chóng)對(duì)安全儲(chǔ)糧至關(guān)重要[4]。二十世紀(jì)六七十年代磷化鋁的推廣使用，有效保障了糧食的儲(chǔ)藏安全[5]，但是隨著磷化鋁的長(zhǎng)期使用，害蟲(chóng)的抗藥性增強(qiáng)，給害蟲(chóng)防治帶來(lái)新的難題，且磷化鋁為劇毒藥劑，在運(yùn)輸、保管、熏蒸過(guò)程，都存在嚴(yán)重的安全隱患，熏蒸散氣后，藥渣處理是否規(guī)范、合理、安全，也是亟需要解決的問(wèn)題[6]。近年來(lái)，隨著氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)在中儲(chǔ)糧系統(tǒng)直屬庫(kù)內(nèi)試行到全面推廣應(yīng)用，逐步減少磷化氫熏蒸殺蟲(chóng)，提高了綠色儲(chǔ)糧比例，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[7]。而氮?dú)鈿庹{(diào)對(duì)倉(cāng)房氣密性明顯提出更高要求，倉(cāng)房氣密性能是實(shí)現(xiàn)氣調(diào)儲(chǔ)糧是否成功的根本保證[8-9]，除淺圓倉(cāng)、圓筒倉(cāng)等本身氣密性良好外，其他倉(cāng)型利用氣調(diào)儲(chǔ)糧成本整體仍處于高位[10]，一定程度上影響了氣調(diào)儲(chǔ)糧的推廣應(yīng)用[11]。如何降低能耗，提高氣調(diào)儲(chǔ)糧效能成為急需解決的課題。

中儲(chǔ)糧三明直屬庫(kù)有限公司結(jié)合糧食保管工作實(shí)際，基于現(xiàn)有的儲(chǔ)糧條件和儲(chǔ)糧工藝，本著實(shí)用、有效的原則，在倉(cāng)房常規(guī)氣密性技術(shù)改造應(yīng)用外，將氮?dú)鈿庹{(diào)工藝中原需排出的濃度較高的尾氣，通過(guò)管道引入作業(yè)倉(cāng)氣囊外空間，以提高倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛龋泳彋饽覂?nèi)氮?dú)馑p，延長(zhǎng)氣囊內(nèi)有效濃度時(shí)間，以達(dá)到降低儲(chǔ)糧能耗、降低儲(chǔ)糧成本的目的，為氮?dú)鈿庹{(diào)的普及、綠色儲(chǔ)糧的推廣提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房

選取022倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)，021倉(cāng)為對(duì)照倉(cāng)，兩座倉(cāng)房均為2003年建成并投入使用的高大平房倉(cāng)。兩倉(cāng)寬度23.6 m，長(zhǎng)度35.6 m，設(shè)計(jì)堆糧高度6 m，單位倉(cāng)容3 692 t。倉(cāng)內(nèi)所有縫隙孔洞地籠口都按規(guī)范防滲漏防潮隔熱保溫處理，6 m堆糧線以下都采用4.0 cm阻燃型聚氨酯板施工，倉(cāng)內(nèi)堆糧線上2 m空間安裝聚氨酯板+硅酸鈣板吊頂，倉(cāng)房?jī)?nèi)可布置糧情測(cè)控系統(tǒng)。022倉(cāng)和021倉(cāng)兩倉(cāng)空倉(cāng)500 Pa半衰期試驗(yàn)分別為45、47 s，符合倉(cāng)房氣密性要求。

1.2 供試糧食

試驗(yàn)倉(cāng)、對(duì)照倉(cāng)儲(chǔ)藏的糧食均為2019年12月江西產(chǎn)晚秈稻谷，兩倉(cāng)都由同一保管員管理，儲(chǔ)糧條件、倉(cāng)房朝向基本一致，主要數(shù)據(jù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備和儀器

1.3.1 藥劑

硫酰氟（純度99%）：翔糧能源（連云港）有限公司；磷化鋁（含量56%）：濟(jì)寧圣城化工實(shí)驗(yàn)有限責(zé)任公司。

1.3.2 儀器

sky 2000 硫酰氟濃度報(bào)警儀：北京佳良設(shè)備有限公司、便攜式硫酰氟濃度檢測(cè)儀：北京佳良設(shè)備有限公司；糧情檢測(cè)系統(tǒng)：浙江鑫良倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備有限公司；氣體度檢測(cè)裝置：廈門(mén)普生電子科技有限公司；快速水分檢測(cè)儀：廈門(mén)普生電子科技有限公司。

1.4 半衰期

022倉(cāng)和021倉(cāng)兩倉(cāng)氣囊密閉后，采用200 Pa降到100 Pa負(fù)壓氣密性檢測(cè)，分別為315、310 s，達(dá)到氣調(diào)儲(chǔ)糧所需密閉基本條件。

1.5 試驗(yàn)過(guò)程

1.5.1 技術(shù)改造

在試驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)外地籠口上方氣調(diào)強(qiáng)排口處另行安裝一個(gè)三通閥門(mén)，三通閥門(mén)一側(cè)預(yù)留口便于尾氣強(qiáng)排到倉(cāng)外；三通閥門(mén)另一側(cè)用口徑75 mm不銹鋼管道連接到倉(cāng)內(nèi)空間（倉(cāng)內(nèi)槽管上方30 cm處）即通過(guò)此口，將尾氣排入倉(cāng)內(nèi)薄膜上方（圖1）；對(duì)照倉(cāng)則仍然沿用舊的運(yùn)行模式，將氣囊內(nèi)尾氣直接排出。

1.5.2 冬季降溫處理過(guò)程

在冬季，同時(shí)選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫，通過(guò)通風(fēng)將倉(cāng)內(nèi)平均糧溫降至12 ℃左右。在條件允許情況下，盡可能地將糧溫降低，因?yàn)榈蜏貎?chǔ)糧環(huán)境更有利于延緩稻谷品質(zhì)陳化。

1.5.3 隔熱保溫氣密性處理過(guò)程

在3月初，對(duì)試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)采用泡沫板、薄膜等對(duì)倉(cāng)房門(mén)、窗、通風(fēng)口、檢糧門(mén)等孔洞進(jìn)行密閉隔熱，開(kāi)展糧面氣囊壓蓋密閉。

1.5.4 氮?dú)鈿庹{(diào)過(guò)程

試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)的氣調(diào)時(shí)間基本保持一致，均采用下充上排強(qiáng)充強(qiáng)排模式。022試驗(yàn)倉(cāng)，每次氣調(diào)排氣時(shí)，將排出的尾氣通過(guò)管道導(dǎo)回倉(cāng)內(nèi)空間，以提高倉(cāng)內(nèi)空間氮?dú)鉂舛群浚?21對(duì)照倉(cāng)將強(qiáng)排的尾氣直接排出倉(cāng)外。

1.5.5 注意事項(xiàng)

導(dǎo)入倉(cāng)內(nèi)空間尾氣有可能夾帶糧堆內(nèi)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)空間，對(duì)后期揭膜感染儲(chǔ)糧害蟲(chóng)有影響，所以試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在導(dǎo)入孔倉(cāng)內(nèi)位置安裝60目的防蟲(chóng)布袋；另外，試驗(yàn)過(guò)程，為使試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)空間盡可能保持較高的氮?dú)鉂舛?，檢糧門(mén)用薄膜密封，盡可能保證倉(cāng)內(nèi)空間密閉，無(wú)特殊情況保管人員不進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)。采用“倉(cāng)內(nèi)無(wú)線PH3與O2濃度檢測(cè)”系統(tǒng)，隨時(shí)掌握倉(cāng)內(nèi)空間氮、氧氣含量；同時(shí)，為了掌握各檢測(cè)點(diǎn)是否均衡，除在糧面中心點(diǎn)布置氮濃度檢測(cè)點(diǎn)外，在氣囊內(nèi)離入氣口最遠(yuǎn)處增加設(shè)置了濃度跟蹤檢測(cè)點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)倉(cāng)氣囊內(nèi)保持氮?dú)鉂舛葧r(shí)長(zhǎng)、均衡性相對(duì)對(duì)照倉(cāng)有一定優(yōu)勢(shì)，殺蟲(chóng)效果更加徹底。說(shuō)明供氣方法相同情況下，試驗(yàn)倉(cāng)的氣調(diào)效果更具優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)第5天，試驗(yàn)倉(cāng)最遠(yuǎn)檢測(cè)點(diǎn)氮?dú)鉂舛缺３衷?7.5%，相比較對(duì)照倉(cāng)的96.8%高0.7個(gè)百分點(diǎn)，在試驗(yàn)第10天，試驗(yàn)倉(cāng)最遠(yuǎn)檢測(cè)點(diǎn)氮?dú)鉂舛热钥梢员３衷?7.2%，而此時(shí)對(duì)照倉(cāng)的最遠(yuǎn)檢測(cè)點(diǎn)氮?dú)鉂舛纫呀抵?5.0%，比試驗(yàn)倉(cāng)低了2.2個(gè)百分點(diǎn)（表2）。另外，經(jīng)過(guò)環(huán)流，試驗(yàn)倉(cāng)氣囊保持96%高濃度氮?dú)獗葘?duì)照倉(cāng)延長(zhǎng)4d（表3）。

2.2 成本計(jì)算

以中儲(chǔ)糧三明直屬庫(kù)有限公司現(xiàn)有已改造高大平房為例，單倉(cāng)氣調(diào)尾氣改造費(fèi)用在1 500元左右。據(jù)測(cè)算，扣除改造費(fèi)用，每噸糧直接管理用電可節(jié)省0.15～0.20元，氣調(diào)應(yīng)用成本下降了15%～20%；該項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單，投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.3 分析與討論

目前高大平房倉(cāng)改用茂金絲氣囊，一定程度緩解氧氣滲透到氣囊內(nèi)，但是，還是存在氧氣滲透問(wèn)題，而且密閉過(guò)程，仍有可能存在“死角”；為了有效降低氧氣進(jìn)入氣囊內(nèi)，利用氣調(diào)過(guò)程排出“尾氣”（氧含量相對(duì)空氣中少），返回氣調(diào)倉(cāng)空間，提高倉(cāng)內(nèi)空間氮?dú)夂浚鄬?duì)降低了氧氣含量，達(dá)到了減少氧氣回滲到氣囊內(nèi)的目的。

從實(shí)際應(yīng)用成效看，著力解決了以下兩方面問(wèn)題：

一是有效延緩糧堆內(nèi)濃度衰減。地坪及倉(cāng)墻經(jīng)過(guò)改造，再投入儲(chǔ)糧，氣密性基本上是固定的，唯一可變的只有氣囊透氣性及槽管之間及與墻體相互的連接縫；氣調(diào)時(shí)，氣囊內(nèi)處于全封閉狀態(tài)，氣囊外的部分混合氣體隨著溫度上升，壓力增大，向氣囊內(nèi)、倉(cāng)外滲漏；同時(shí)，因氮?dú)鈿饽覂?nèi)外濃度差，氮?dú)庥筛呦虻推胶?，?nèi)外濃度差值越大，表現(xiàn)更為明顯，加速糧堆氮濃度衰減，加大了管理成本和管理難度。而當(dāng)倉(cāng)氣調(diào)尾氣利用研究，目的就是減緩氮?dú)鉂舛冉档停岣叱涞省?/p>

二是降低管理成本。原有氣調(diào)方式，因倉(cāng)房空間大，氮濃度基本上是大氣氮含量，利用氣囊排出的高濃度尾氣，提高倉(cāng)內(nèi)空間濃度，減少衰減速度，可以有效降低倉(cāng)儲(chǔ)管理成本，減少充氮次數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 討論與展望

中儲(chǔ)糧三明直屬庫(kù)有限公司結(jié)合實(shí)際，基于現(xiàn)有的儲(chǔ)糧條件，本著實(shí)用、有效的原則，通過(guò)常規(guī)氣密性技術(shù)改造外，探索將氣調(diào)原需排出的濃度較高的尾氣，通過(guò)管道，引入當(dāng)倉(cāng)氣囊外空間以提高濃度，延緩氣囊內(nèi)氮?dú)馑p，保證氣囊內(nèi)有效濃度時(shí)間，達(dá)到降低能耗的目的，為我國(guó)氣調(diào)儲(chǔ)藏的普及以及綠色儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

在未來(lái)將更深一步探討不同糧種、不同水分、不同糧溫，通過(guò)氮?dú)鈿庹{(diào)尾氣利用所達(dá)到的氣調(diào)效果與成本情況；另外，目前我國(guó)糧庫(kù)使用的普通空調(diào)陸續(xù)改裝為糧倉(cāng)專(zhuān)用空調(diào)，專(zhuān)用空調(diào)送風(fēng)量比普通空調(diào)更大，對(duì)比分析普通空調(diào)與專(zhuān)用空調(diào)在氮?dú)鈿庹{(diào)尾氣利用方面的影響與差異，為我國(guó)糧食安全提供數(shù)據(jù)支持是很有必要的。

參 考 文 獻(xiàn)

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