郭桂霞，任廣躍，鄭藝強

（1.河南省糧食干燥技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，鄭州萬谷機械有限公司，河南鄭州　450064；2.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南洛陽　471023）

大型糧食烘干機工藝技術(shù)特點及經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)勢

郭桂霞1，任廣躍2，鄭藝強1

（1.河南省糧食干燥技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，鄭州萬谷機械有限公司，河南鄭州450064；2.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南洛陽471023）

從大型糧食烘干機的生產(chǎn)能力、工藝設(shè)計配置、結(jié)構(gòu)特點、自動化程度、熱風(fēng)爐尾氣和烘干廢氣處理、余熱的回收利用、投資成本、烘干作業(yè)成本等方面，敘述了大型糧食烘干機的工藝技術(shù)特點及經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)勢，以期為糧食烘干機的設(shè)計及實地作業(yè)提供理論與技術(shù)支撐。

大型糧食烘干機；工藝技術(shù)特點；經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)勢

我國的糧食烘干機從上世紀50年代初期引進前蘇聯(lián)小型糧食烘干機開始，經(jīng)歷了一個從無到有、從簡單到復(fù)雜、從仿制到自我創(chuàng)新設(shè)計、逐步走向成熟完善的發(fā)展過程。到目前為止，在糧食烘干機的設(shè)計制造方面，已經(jīng)形成了一套能夠適合不同地區(qū)特點、不同糧食品種、不同使用客戶要求、系列完整的糧食烘干機設(shè)備體系，部分廠家糧食烘干機的設(shè)計制造水平和主要技術(shù)指標已達到或接近國際先進技術(shù)水平。在糧食機械化烘干的應(yīng)用發(fā)展方面，經(jīng)歷了農(nóng)戶從不了解到認可，從少數(shù)產(chǎn)糧大省到全國各地普遍推廣，從農(nóng)戶、倉儲單位、加工企業(yè)自賣自用到出現(xiàn)專門的糧食烘干企業(yè)，而產(chǎn)生新的產(chǎn)業(yè)型式——糧食烘干加工產(chǎn)業(yè)。

同時，糧食烘干機的生產(chǎn)能力近年來正朝大型和小型兩端分化發(fā)展。一方面，容積為15～30 m3的小型循環(huán)式低溫糧食烘干機廣泛應(yīng)用在以南方地區(qū)為主的水稻主產(chǎn)區(qū)，年銷售量成倍增長；另一方面，日處理量在500 t及以上的大型糧食烘干機生產(chǎn)和銷售量也在迅速增加。以鄭州萬谷機械有限公司為例，在2015年度，大型糧食烘干機的銷售量在臺數(shù)上已經(jīng)達到35%以上，銷售額上達到60%以上。而且，單機的生產(chǎn)能力也在不斷增大，鄭州萬谷機械有限公司生產(chǎn)在東北和新疆地區(qū)安裝使用的大型玉米烘干機，在-20℃的環(huán)境溫度下，降水幅度為15%時，其日處理能力可達到1 400 t。對于降水幅度較低的大豆類烘干機，日處理量可達3 000 t以上。大型烘干機的銷售區(qū)域也從東北、內(nèi)蒙古、新疆擴大到全國各個省份。大型糧食烘干機以前一般只用在大型的糧食倉儲企業(yè)，近年來逐步擴展推廣至糧食加工企業(yè)、糧食購銷經(jīng)紀人和一些種糧大戶，特別是專門進行糧食烘干作業(yè)的糧食烘干企業(yè)，市場應(yīng)用前景廣闊。

1　大型糧食烘干機的工藝特點及經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)勢

1.1生產(chǎn)能力大

大型糧食烘干機的首要特點就是處理量大。烘干機的大型、中型、小型類別目前并沒有正規(guī)統(tǒng)一的劃分標準，習(xí)慣上將處理量100 t/d以下的烘干機稱為小型烘干機，100～500 t/d之間稱為中型烘干機，大于等于500 t/d的烘干機就稱為大型烘干機。但這種單獨按日處理量來對烘干機的大小進行分類的方法并不科學(xué)，衡量烘干機的大小除處理量外，還應(yīng)該考慮糧食在烘干過程中的降水幅度，將烘干機的處理量和降水幅度一起進行綜合評價。為此，現(xiàn)行的國家標準規(guī)定了“干燥能力”這一烘干機的技術(shù)指標，“干燥能力”的計算公式如下［1］：

式中：P——烘干機的干燥能力，t/h；

G——進機濕糧質(zhì)量，t；

△M——降水幅度，%；

T——烘干時間，h。以常用的玉米和水稻烘干機為例，一般將玉米烘干降水15%，水稻烘干降水8%，處理量為每日500 t及以上的烘干機才歸類為大型糧食烘干機。根據(jù)上述公式，計算出對應(yīng)的糧食烘干機干燥能力為玉米烘干機330 t/h，水稻烘干機180 t/h。

1.2生產(chǎn)線工藝設(shè)計配置完善

糧食烘干生產(chǎn)線是一個較為復(fù)雜的烘干系統(tǒng)，除了實現(xiàn)基本的糧食烘干功能外，根據(jù)需要還需配備各種不同的附屬設(shè)備以滿足不同的用戶工藝需求。大型糧食烘干機的生產(chǎn)線設(shè)計配置一般都較為完善，生產(chǎn)線從進濕糧開始到出干糧，包括了濕糧接收、清理、輸送、烘干、熱源、糧食的溫度和濕度監(jiān)測、可視監(jiān)控、電氣控制、熱風(fēng)爐尾氣處理、烘干廢氣處理、濕糧暫存、干糧暫存等各個系統(tǒng)和設(shè)施，整個工藝路線全封閉無縫連接，功能齊備完善，使用方便。烘干后的干糧，一般不需再進行其他處理即可入庫儲存或進入下一道生產(chǎn)加工系統(tǒng)。

大型糧食烘干機工藝流程見圖1。

1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理

目前，大型糧食烘干機的干燥方法均采用對流熱風(fēng)干燥法，即利用加熱后的熱空氣直接和糧食接觸，熱風(fēng)中所含的熱量以對流的方式傳遞給糧食，使糧食籽粒溫度升高，籽粒內(nèi)部的水分氣化蒸發(fā)，達到干燥的目的。烘干機型式以混流、順逆流和順混流連續(xù)式烘干為主，其他方式較少采用。

大型糧食烘干機結(jié)構(gòu)見圖2。

烘干機結(jié)構(gòu)包含有多個烘干段、多個緩蘇段、換向段（部分廠家產(chǎn)品）、2～3個冷卻段、儲糧段、排糧段、廢氣沉降室等。多段式烘干和多段式緩蘇的烘干方式有利于糧食在干燥過程中糧粒內(nèi)部自身進行濕熱平衡，外層的熱量向內(nèi)層轉(zhuǎn)移，內(nèi)層的水分向外層轉(zhuǎn)移，進而使糧粒的內(nèi)外溫度、濕度趨于一致，使糧粒降水更加均勻。另一方面，糧食烘干作業(yè)時熱風(fēng)溫度的高低直接影響糧食烘干機的烘干效率和烘干處理能力，熱風(fēng)溫度越高，烘干機的烘干效率和烘干處理能力也就相應(yīng)提高，烘干成本也就越低。烘干機采用多段式烘干結(jié)構(gòu)時，從上向下，各個烘干段內(nèi)的糧食水分逐步下降，各不相同，可以根據(jù)烘干機內(nèi)各烘干段內(nèi)糧食水分的不同而使用不同溫度的烘干熱風(fēng)，在最大限度的保證烘干糧食理化品質(zhì)的前提下提高烘干機的烘干效率和烘干機的產(chǎn)量。設(shè)置的換向段可以使糧食在從上向下的烘干流動過程中在水平截面上改變糧流的運動方向和位置，以降低糧食烘干的不均勻度。

圖1　大型糧食烘干機工藝流程

圖2　大型糧食烘干機結(jié)構(gòu)

烘干機配備的廢氣沉降室用于對烘干廢氣進行集中收集和初步沉降，可將烘干廢氣中所含的較大顆粒物分離收集，改善烘干作業(yè)的工作環(huán)境，在環(huán)保條件要求不高的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)烘干尾氣的直接排放。

排糧段由排糧葉輪、排糧驅(qū)動機構(gòu)等組成。大型烘干機的排糧驅(qū)動基本上均采用變頻調(diào)速電機，能夠方便地調(diào)節(jié)排糧葉輪的轉(zhuǎn)速和糧食干燥機的排糧量，以適應(yīng)被烘干物料的品種和水分變化。

1.4更適合高水分糧的處理

由于大型糧食烘干機均為塔式結(jié)構(gòu)，并采用多段式烘干和多段式緩蘇的連續(xù)式烘干工藝，理論上烘干段和緩蘇段的數(shù)量可根據(jù)需要設(shè)置，即糧食烘干的流程長短可根據(jù)烘干糧食的降水幅度增減，并且根據(jù)各烘干段內(nèi)糧食水分地不同而使用不同溫度的烘干熱風(fēng)，在每個烘干段后設(shè)置適當時間的緩蘇，使得糧粒內(nèi)部的水分得以充分的向糧粒表面轉(zhuǎn)移擴散，使得糧粒整體的降水均勻一致，所以能夠在保證烘后糧食品質(zhì)的前提下實現(xiàn)糧食烘干過程中較大幅度的降水?，F(xiàn)在，部分廠家所設(shè)計制造的大型糧食烘干機在烘干玉米和水稻時，其降水幅度可達21%以上，經(jīng)檢測烘后糧食品質(zhì)仍達到國家標準規(guī)定要求。同小型循環(huán)式糧食烘干機烘干高水分糧相比較，由于沒有了烘干過程中糧食的多次循環(huán)，就大大降低了烘后糧食的破碎率和裂紋率；烘干水稻時，還可以有效地降低水稻的谷外糙率。

1.5自動化程度高

大型糧食烘干機一般都設(shè)計配備有功能齊全的糧食烘干機在線糧食溫濕度檢測系統(tǒng)和烘干機電氣自動控制系統(tǒng)，在烘干機的運行過程中在線自動實時檢測糧食溫度、水分、熱風(fēng)溫度及熱風(fēng)爐溫、料位的高低，采用PLC邏輯控制程序，顯示各運行參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)和控制熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)量、排糧速度以及各配套設(shè)備，實現(xiàn)烘干全生產(chǎn)線的自動控制，并可具備網(wǎng)絡(luò)遠程診斷控制、與現(xiàn)代企業(yè)管理軟件ERP系統(tǒng)的互聯(lián)功能。該機操作方便、自動化程度高，既節(jié)省了人力，又能保證烘后糧食的品質(zhì)。

1.6配備較為完善的熱風(fēng)爐尾氣和烘干廢氣處理系統(tǒng)

1.6.1熱風(fēng)爐尾氣處理系統(tǒng)

大型糧食烘干機由于烘干處理量大，降水幅度高，消耗的熱量巨大，以日處理量為1 000 t、降水幅度為15%的玉米烘干機為例，所需的熱量在4× 107kJ/h以上，必須配備大功率的熱源設(shè)備。目前大型糧食烘干機供熱系統(tǒng)采用燃煤熱風(fēng)爐較多，一般都配備有熱風(fēng)爐尾氣處理系統(tǒng)，對熱風(fēng)爐尾氣進行除塵和脫硫處理后排放。熱風(fēng)爐尾氣處理系統(tǒng)的型式根據(jù)用戶的要求和排放區(qū)域的大氣排放指標而不同，目前主要側(cè)重于尾氣中的固型顆粒物，也就是灰塵和SO2收集與處理，常用的處理方式可分為濕法處理方式和干濕法組合處理方式2種。

（1）濕法處理方式。使用一套濕式脫硫除塵裝置來對尾氣進行脫硫和除塵處理，常用的設(shè)備為水膜除塵器。熱風(fēng)爐排出的尾氣在風(fēng)機的作用下進入水膜除塵器，其中較大灰塵顆粒首先在離心力的作用下被分離收集落入除塵器底部；除去較大灰塵顆粒后尾氣進入噴淋區(qū)，和霧化的堿性循環(huán)水混合，尾氣中所含的SO2被中和生成硫基化合物沉入除塵器底部，和灰塵顆粒一起被循環(huán)水帶入循環(huán)沉降水池。

（2）干濕法組合處理方式。在干濕法組合處理方式中，配置了尾氣干法處理設(shè)備和尾氣濕法處理設(shè)備，2套設(shè)備串聯(lián)使用并發(fā)揮不同的作用。干法處理設(shè)備對尾氣進行除塵處理，濕法處理設(shè)備對尾氣進行脫硫處理。干法處理設(shè)備可采用多管除塵器或布袋除塵器，濕法處理設(shè)備一般采用脫硫塔。熱風(fēng)爐尾氣首先通過除塵設(shè)備除去尾氣中的固型顆粒物后，再進入濕法處理設(shè)備對其中所含的SO2進行中和處理。相比較單一的濕法處理方式，干濕法組合處理方式對尾氣的處理效果更好，循環(huán)水更換的周期更長。

1.6.2烘干廢氣處理系統(tǒng)

大型糧食烘干機的烘干廢氣數(shù)量大，日處理量為1 000 t，降水幅度為15%的玉米烘干機其烘干廢氣排放量可達250 000 m3/h。當烘干機自帶的沉降室處理無法滿足當?shù)丨h(huán)保排放要求時，根據(jù)現(xiàn)場情況和用戶要求可分別采取以下幾種情況處理：

（1）使用大風(fēng)量的離心式除塵器進行機械式除塵。因為廢氣風(fēng)量大，一般用多臺除塵器并聯(lián)使用。機械式除塵占地面積小，除塵效果基本滿足要求，缺點是投資成本較高、用電量較大。

（2）使用具備噴淋功能的噴淋沉降室處理。噴淋沉降室投資成本低，除塵效果基本滿足要求，用電量小，缺點是占地面積大、處理過程中產(chǎn)生的廢水需要進行再次處理。

（3）采用特殊設(shè)計的脈沖布袋除塵室處理。脈沖布袋除塵室的工作原理與脈沖布袋除塵器的工作原理相同，但為房式結(jié)構(gòu)，濾袋的過濾面積大，具備了大風(fēng)量處理的能力。脈沖布袋除塵室的除塵效果可完全滿足環(huán)境排放的要求，不足之處是投資成本較高。

1.7余熱的回收利用

糧食烘干機以對流熱力干燥方式對糧食進行烘干時，以具有一定溫度的熱風(fēng)作為干燥介質(zhì)，在和糧食進行熱量交換后變?yōu)楹娓蓮U氣排出烘干機外。所排出的烘干廢氣仍具有一定的溫度，一般在35～40℃。同時，對烘干后糧食進行冷卻的過程中吸收被冷卻糧食的熱量溫度升高，也可達到30～40℃。烘干廢氣和冷卻廢氣統(tǒng)稱為烘干廢氣，其所含的余熱理論上都可以進行回收利用。

大型糧食烘干機的烘干廢氣數(shù)量大，所含的余熱量值也大，所以也就具有了對烘干廢氣中的余熱進行回收利用的價值。因為烘干機的結(jié)構(gòu)型式為多段式烘干和多段式冷卻，為余熱的回收利用提供了技術(shù)上的可行性和方便性。在多段式烘干的烘干機中，烘干作業(yè)時各個烘干段所排出的廢氣其濕含量及廢氣的相對濕度各不相同，從上往下逐段降低，上部烘干段所排出的廢氣濕度大、溫度低，不適合進行余熱回收利用；下部的烘干段所排出的廢氣濕度較小、溫度高，可進行余熱回收利用。在多段式冷卻的烘干機中，烘干作業(yè)時各個冷卻段所排出的廢氣的溫度各不相同，從上往下逐段降低，下部的冷卻段所排出的廢氣溫度較低，進行余熱回收利用的實際意義不大。所以，在進行烘干廢氣的余熱回收利用時，可以將烘干機的最末烘干段和第一段冷卻段廢氣集中收集后進行余熱回收利用。

糧食烘干機余熱回收利用原理見圖3。

圖3　糧食烘干機余熱回收利用原理

烘干機中的部分烘干廢氣通過回收風(fēng)機進入供熱系統(tǒng)中的換熱器，替代一部分自然冷風(fēng)和同時進入換熱器的自然冷風(fēng)混合，通過換熱器加熱為烘干機提供熱風(fēng)。因為烘干廢氣溫度高于自然冷風(fēng)的溫度，所以烘干廢氣中所含的余熱就得以回收利用。

以安裝在東北地區(qū)日處理量1 000 t，降水幅度15%的玉米烘干機（配置為6烘干段+2冷卻段）為例，計算余熱回收利用熱量數(shù)值：

式中：Q——回收的熱量值，kJ/h；

c——烘干廢氣的定壓質(zhì)量比熱，kJ/kg·℃，取c=0.24；

△t——余熱回收過程中廢氣的溫差，℃。取廢氣的平均溫度為35℃，環(huán)境溫度為-10℃，則△t=35-（-10）=45℃；

L——用于余熱回收利用的烘干廢氣量，kg/h。

取烘干機下部2個烘干段和上部1個冷卻段的烘干廢氣進行余熱回收利用，該廢氣量為 111 480 kg/h；

所以Q=0.24×45×111 480=5×106kJ/h

相當于每1 h燃燒熱值為2×104kJ/kg的普通煤240 kg，達到烘干機設(shè)計供熱量的12.5%左右。

1.8單位處理量投資成本低

在糧食烘干機的投資成本方面，如以烘干機的單位處理量為基準進行對比，大型糧食烘干機的單位處理量投資成本要明顯低于中小型糧食烘干機。以降水幅度為15%，日處理量分別為200 t和1 000 t的玉米烘干機為例，只考慮清理系統(tǒng)、烘干塔、供熱系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)等生產(chǎn)線基本配置進行比較。

1.8.12種規(guī)格烘干機烘干塔（含冷熱風(fēng)管系統(tǒng)）的質(zhì)量比較

200 t/h烘干塔的自身質(zhì)量約為24 t，折合每噸處理量的質(zhì)量為0.12 t；1 000 t/h烘干塔的自身質(zhì)量約為95 t，折合每噸處理量的質(zhì)量為0.095 t。1 000 t/h烘干機是200 t/h烘干機的80%左右。

1.8.22種規(guī)格烘干機銷售價格的比較

按照烘干機每1 t處理量的售價進行比較，1 000 t烘干機的每1 t處理量設(shè)備售價大約只是200 t烘干機的65%～70%。

1.9烘干作業(yè)成本低

大型糧食烘干機的自動化程度高，正常工作時操作人員數(shù)量和中小型糧食烘干機相比并無增加，所以大型糧食烘干機的烘干作業(yè)人工成本明顯低于中小型糧食烘干機，單位電耗指標也要優(yōu)于中小型糧食烘干機，所以綜合烘干作業(yè)成本低于中小型糧食烘干機。

仍以降水幅度為15%，日處理量分別為200 t和1 000 t的玉米烘干機為例，在只考慮清理系統(tǒng)、烘干塔、供熱系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)等生產(chǎn)線基本配置的前提下，對其烘干作業(yè)成本進行比較。

烘干機烘干作業(yè)成本見表1。

表1　烘干機烘干作業(yè)成本

由表1可知，烘干玉米時噸糧烘干成本日處理量1 000 t的烘干機烘干玉米是200 t烘干機的82.5%。

2　結(jié)論

雖然從上世紀90年代以來，我國的糧食烘干行業(yè)有了長足的發(fā)展進步，特別是近年來的發(fā)展速度尤為迅猛，但全國總體上仍然存在機干率偏低、糧食產(chǎn)后損失巨大的情況。我國是全球最大的糧食生產(chǎn)國和消費國，根據(jù)《國家統(tǒng)計局關(guān)于2015年糧食產(chǎn)量的公告》［2］，2015年我國糧食產(chǎn)量達到62 143.5× 104t，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，我國糧食收獲后，因氣候原因不能及時干燥和未達到安全水分造成的霉變與發(fā)芽的損失高達4%～5%，損失巨大。雖然近幾年國內(nèi)糧食烘干機保有量快速攀升，但每年我國糧食干燥的機干率指標仍然不到15%，與發(fā)達國家機械糧食烘干的機干率達到90%以上還有巨大差距。而且，近年來由于大批青壯年進城務(wù)工而造成農(nóng)村中勞動力缺乏、勞動力價格上升，再加上土地的流轉(zhuǎn)集中、大量機收濕糧的產(chǎn)生、可供糧食晾曬的空地減少、以及多發(fā)的不利天氣等，傳統(tǒng)的田間自然干燥和人工晾曬干燥的方式受到制約，糧食機械化干燥的方式已被廣大農(nóng)戶、糧食加工和倉儲企業(yè)所接受。所以，隨著農(nóng)民收入的不斷增加和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，糧食烘干技術(shù)和糧食烘干設(shè)備還將有著廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。而大型糧食烘干機具有上面所述的明顯經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)勢，也將得到進一步的發(fā)展和應(yīng)用，日處理量更大的糧食烘干機也將會問世。

The Technology Characteristics and Economic and Technical Performance Advantages of Large Grain Dryer

GUO Guixia1，REN Guangyue2，ZHENG Yiqiang1
（1.Zhengzhou Wan'gu Machinery Co.，Ltd.，He'nan Engineering&Technology Research Center for Grain Drying Technology and Equipment，Zhengzhou，He'nan 450064，China；2.Food and Biology Engineering College，He'nan University& Technology，Luoyang，He'nan 471023，China）

This paper introduces the technology characteristics and economic and technical performance advantages of large grain dryer from the following several aspects：production capacity，process design，structure features，degree of automation，emissions treatment，recovery and utilization of waste heat，investment cost，and drying operation cost.This paper work would be providing theoretical and technical support for the grain dryer design and operation.

large grain dryer；technology characteristics；economic and technical performance advantages

S226.6

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.041

1671-9646（2016）08b-0043-04

2016-07-06

河南省重大科技專項“糧食產(chǎn)后干燥關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研究及示范”（121199110110）；河南省高?？萍紕?chuàng)新團隊支持計劃“農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)”（16IRTSTHN009）。

郭桂霞（1973— ），女，本科，工程師，研究方向為糧食烘干工藝和設(shè)備的研究與設(shè)計。

［1］黑龍江省農(nóng)副產(chǎn)品加工機械化研究所，黑龍江省哈美達烘儲設(shè)備有限公司.GB/T 6970—2007糧食干燥機試驗方法 ［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［2］國家統(tǒng)計局關(guān)于2015年糧食產(chǎn)量的公告 ［EB/OL］. 2015-12-09.http://news.xinhuanet.com/politics/2015-12/08/ c_128510189.htm.◇