劉國(guó)輝，王 赫，任麗輝，趙學(xué)工

（1．遼寧省糧食科學(xué)研究所，沈陽(yáng)遼寧 110032；2．國(guó)家糧食—玉米干燥工程中心，沈陽(yáng)遼寧 110032）

電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐工藝參數(shù)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

劉國(guó)輝1，2，王 赫1，2，任麗輝1，2，趙學(xué)工1，2

（1．遼寧省糧食科學(xué)研究所，沈陽(yáng)遼寧 110032；2．國(guó)家糧食—玉米干燥工程中心，沈陽(yáng)遼寧 110032）

通過(guò)對(duì)電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行工藝參數(shù)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析，證明了電蓄熱熱風(fēng)爐作為糧食干燥機(jī)的新干燥熱源，熱風(fēng)溫度波動(dòng)范圍≤±3℃、熱轉(zhuǎn)換率≥95%、無(wú)污染物排放，達(dá)到了糧食干燥熱風(fēng)輸出溫度和熱量的精準(zhǔn)控制水平，解決了長(zhǎng)期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴(yán)重超標(biāo)的難題。并通過(guò)工藝參數(shù)的選擇，確定了理論工況下電蓄熱熱風(fēng)爐的配置功率。

電蓄熱；糧食干燥；參數(shù)測(cè)試；新熱源

電熱儲(chǔ)能技術(shù)是將夜間閑置的、廉價(jià)的低谷電或棄用風(fēng)電轉(zhuǎn)換成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，然后通過(guò)溫度調(diào)控裝置將電蓄熱熱風(fēng)爐內(nèi)的高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換成穩(wěn)定的、滿足糧食干燥需求的熱風(fēng)輸出，具有節(jié)能環(huán)保、平衡優(yōu)化電網(wǎng)、消納棄用風(fēng)電等特點(diǎn)。

課題組在新能源利用方面進(jìn)行了有效的探索，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)糧食干燥新熱源，成功研發(fā)了電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐，成功地將10 kV以上高電壓大功率電蓄熱熱風(fēng)技術(shù)應(yīng)用于糧食干燥領(lǐng)域。填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外糧食干燥行業(yè)技術(shù)空白。

2016年3月課題組對(duì)電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐進(jìn)行了工藝參數(shù)生產(chǎn)試驗(yàn)，全面測(cè)試了電蓄熱熱風(fēng)爐系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量、工藝指標(biāo)、各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、能耗、物耗以及主要設(shè)備的能力和運(yùn)行狀況。通過(guò)本次測(cè)試，證明電蓄熱熱風(fēng)爐作為糧食干燥機(jī)的干燥熱源，解決了常規(guī)電熱爐功率小的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的供熱能力，達(dá)到了糧食干燥熱風(fēng)輸出溫度和熱量的精準(zhǔn)控制水平，解決了長(zhǎng)期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴(yán)重超標(biāo)的難題。

1 材料與方法

1．1 電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐

1．1．1 電蓄熱熱風(fēng)爐主要技術(shù)指標(biāo)

適用電壓范圍：10～66 kV

最大儲(chǔ)熱能力：400 MW／3 000 000 kWh單臺(tái)

熱能輸出方式：100～300℃的常壓熱風(fēng)

熱轉(zhuǎn)換：≥95%

設(shè)備運(yùn)行方式：自動(dòng)／手動(dòng)／遠(yuǎn)程

1．1．2 電蓄熱熱風(fēng)爐工作原理圖、結(jié)構(gòu)示意圖和控制界面

電蓄熱熱風(fēng)爐工作原理圖見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 電蓄熱熱風(fēng)爐工作原理圖

圖2 電蓄熱熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電蓄熱熱風(fēng)爐控制界面

1．2 材料與設(shè)備

玉米：當(dāng)?shù)禺?dāng)年產(chǎn)玉米，水分23．4%；糧食干燥機(jī)：每小時(shí)處理量15 t；電蓄熱熱風(fēng)爐：功率2 000 kW。

1．3 測(cè)試條件

電蓄熱熱風(fēng)爐正常運(yùn)行，達(dá)到滿足糧食干燥機(jī)使用要求和溫度穩(wěn)定的熱風(fēng)；糧食干燥機(jī)連續(xù)正常運(yùn)行10個(gè)班次以上；環(huán)境溫度、相對(duì)濕度以及大氣壓力應(yīng)符合電蓄熱熱風(fēng)爐和糧食干燥機(jī)正常工作對(duì)環(huán)境條件的要求；糧食水分不均勻度不大于3%，含雜率不大于2%，發(fā)芽（生活力）率大于等于80%。測(cè)試儀器、儀表在檢驗(yàn)有效期內(nèi)并檢驗(yàn)合格。

1．4 測(cè)試方法

根據(jù)GB／T 5497—1985《糧食、油料檢驗(yàn)水分測(cè)定法》，準(zhǔn)確測(cè)定測(cè)試期間進(jìn)機(jī)濕糧水分、出機(jī)干糧水分。

根據(jù)GB／T 6970—2007《糧食干燥機(jī)試驗(yàn)方法》，準(zhǔn)確測(cè)定并記錄測(cè)試期間外部環(huán)境溫度、電蓄熱熱風(fēng)爐蓄熱體溫度、熱風(fēng)輸出溫度、處理量。

根據(jù)GB／T 1236—2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》，準(zhǔn)確測(cè)定并記錄測(cè)試期間實(shí)際工況下的熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)動(dòng)壓值，并計(jì)算風(fēng)量。

準(zhǔn)確記錄每工作日電蓄熱熱風(fēng)爐作業(yè)時(shí)間、糧食干燥機(jī)作業(yè)時(shí)間。

熱風(fēng)管道測(cè)點(diǎn)布置。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB／T 1236—2000，使用皮托靜壓管測(cè)定熱風(fēng)流量，皮托靜壓管的頭部中心定位在沿著熱風(fēng)管道三個(gè)對(duì)稱分布的直徑上依次間隔的24個(gè)測(cè)點(diǎn)上，如圖4。

圖4 熱風(fēng)管道測(cè)點(diǎn)位置分布圖

2 結(jié)果與分析

2．1 工作環(huán)境與系統(tǒng)工藝參數(shù)

經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)的測(cè)試，證明電蓄熱熱風(fēng)爐提供熱風(fēng)輸出穩(wěn)定，選取以下3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的工作環(huán)境和系統(tǒng)工藝參數(shù)記錄如表1。

表1 工作環(huán)境與系統(tǒng)工藝參數(shù)

2．2 出機(jī)糧食水分測(cè)定計(jì)算

連續(xù)5 h出機(jī)糧食水分測(cè)定與計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 出機(jī)糧食水分測(cè)定記錄計(jì)算結(jié)果

表2結(jié)果證明，應(yīng)用電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐代替燃煤熱風(fēng)爐的干燥系統(tǒng)控制精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定，完全滿足糧食干燥系統(tǒng)要求。

2．3 處理量測(cè)定計(jì)算

干燥系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)行處理量測(cè)定，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 干燥機(jī)處理量測(cè)定記錄計(jì)算結(jié)果

表3測(cè)試結(jié)果與對(duì)應(yīng)烘干周期的處理量相吻合，證明用電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐可以滿足糧食干燥系統(tǒng)要求，保證干燥系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，完全可以代替燃煤熱風(fēng)爐。

2．4 單位耗電量測(cè)定

干燥系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，從9：30至11：30的4 h內(nèi)出機(jī)干糧重量為56．92 t，折合進(jìn)機(jī)濕糧63．76 t；這段時(shí)間內(nèi)根據(jù)電蓄熱熱風(fēng)爐蓄熱體溫度的變化折算出耗電量為7 625 kWh，平均耗電量為119．6 kWh／t糧。

2．5 電蓄熱熱風(fēng)爐工作工況下風(fēng)量風(fēng)壓測(cè)定計(jì)算

通過(guò)測(cè)定熱風(fēng)管內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)壓，按下列公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果記錄至表4。

氣體密度ρ＝355／（273＋t），kg／m3；

風(fēng)速v＝（2H動(dòng)／ρ）0．5，m／s；

容積風(fēng)量V＝3 600vA，m3／h；

質(zhì)量風(fēng)量L＝ρV，kg／h。

式中：t—熱風(fēng)溫度，℃；A—熱風(fēng)管截面積，m2；A＝0．503 m2。

表4 電蓄熱熱風(fēng)爐熱風(fēng)風(fēng)壓測(cè)定記錄計(jì)算結(jié)果

2．6 干燥機(jī)系統(tǒng)所需總熱量計(jì)算

式中：L—質(zhì)量風(fēng)量，kg／h；t—熱風(fēng)溫度，℃；th—環(huán)境溫度，℃，見(jiàn)表1。

2．7 電儲(chǔ)能爐放熱量計(jì)算

根據(jù)原材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，電蓄熱熱風(fēng)爐蓄熱體溫度在400至500℃時(shí)，蓄熱體比熱容為1．1 kJ／（kg·℃），質(zhì)量為175 t，在9：30起4 h的測(cè)試時(shí)間內(nèi)電蓄熱熱風(fēng)爐溫度下降55℃，電蓄熱熱風(fēng)爐熱效率按95%計(jì)算，根據(jù)公式Q＝c·m·Δt，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 電蓄熱熱風(fēng)爐儲(chǔ)熱能力計(jì)算結(jié)果

2．8 干燥系統(tǒng)熱效率

式中：η—干燥系統(tǒng)熱效率，%；Qr—干燥系統(tǒng)所需總熱量，kJ／h；Q—電蓄熱熱風(fēng)爐放熱量，kJ／h。

2．9 理論工況電蓄熱熱風(fēng)爐裝機(jī)容量計(jì)算

2．9．1 干燥機(jī)主要工藝參數(shù)設(shè)定

處理量：15 t／h；進(jìn)機(jī)濕糧水分：30．0%；出機(jī)干糧水分：14．5%；降水幅度：15．5%；環(huán)境溫度：－20℃

2．9．2 有關(guān)計(jì)算

小時(shí)水分蒸發(fā)量

式中：W—在一次干燥過(guò)程中糧食小時(shí)水分蒸發(fā)量，kg／h；w1—出機(jī)糧食含水率，%；w3—進(jìn)機(jī)糧食含水率，%。

烘干機(jī)所需總熱量

其中，水的比熱容為4．2 kJ／kg·℃，100℃時(shí)的汽化潛熱為2 257．2 kJ／kg

式中：Q1—一次干燥過(guò)程中糧食小時(shí)水分蒸發(fā)需要的熱量；Q2—10℃水變?yōu)?0℃水蒸氣需要的熱量。

2．9．3 電蓄熱熱風(fēng)爐裝機(jī)容量

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)［1］，電蓄熱熱風(fēng)爐的熱轉(zhuǎn)換率為95%，糧食干燥機(jī)系統(tǒng)的熱效率按75%計(jì)算，則按照以上工藝參數(shù)的選擇，正常工況下電蓄熱熱風(fēng)爐需要為糧食干燥機(jī)提供的熱量為：

因此，使用電蓄熱熱風(fēng)爐作為熱源，為處理量15 t／h干燥機(jī)提供熱量時(shí)，其裝機(jī)容量應(yīng)不小于3 000 kW。

2．10 經(jīng)濟(jì)效益分析

2．10．1 設(shè)備投資情況

處理量為15 t／h的糧食干燥機(jī)需配套的電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐總裝機(jī)容量（即蓄熱能力）為3 000 kW，一次性投資為240萬(wàn)元左右。

同等供熱能力的燃煤型熱風(fēng)爐其熱風(fēng)室前工作單元裝機(jī)容量為40．5 kW，投資為100萬(wàn)元左右；脫硫和除塵單元裝機(jī)容量一般為50 kW左右，投資40萬(wàn)元／套。

2．10．2 生產(chǎn)運(yùn)行成本

生產(chǎn)運(yùn)行成本僅計(jì)算煤、電的成本，操作人員工資，脫硫除塵成本。設(shè)備配件、維護(hù)等其他費(fèi)用僅作對(duì)比，不按天計(jì)入生產(chǎn)運(yùn)行成本。詳見(jiàn)表6。

表6 電蓄熱糧食干燥專用熱風(fēng)爐與燃煤熱風(fēng)爐生成運(yùn)行成本對(duì)比分析

3 結(jié)論

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，電蓄熱熱風(fēng)爐連續(xù)釋放供熱，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有任何廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放，電蓄熱熱風(fēng)爐的熱效率在95%以上，具備清潔、低碳、環(huán)保的特點(diǎn)。如果執(zhí)行遼寧省《全省“煤改電”試點(diǎn)工作方案》對(duì)應(yīng)用煤改電的清潔能源進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)貼，電蓄熱熱風(fēng)爐的運(yùn)行成本低于燃煤熱風(fēng)爐，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用、降低運(yùn)行成本，具有較大的推廣應(yīng)用前景。

［1］中國(guó)儲(chǔ)備糧管理總公司，遼寧省糧食科學(xué)研究所編．糧食干燥系統(tǒng)實(shí)用技術(shù)［M］．沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005．

Process parameters test and data analysis of electric heat－storage air heater for grain drying

LIU Guo－h(huán)ui1，2，WANG He1，2，REN Li－h(huán)ui1，2，ZHAO Xue－gong1，2
（1．Liaoning Grain Science Research Institute，Shenyang Liaoning 110032；2．National Engineering Center of Grain－Corn Drying，Shenyang Liaoning 110032）

The electric heat－storage air heater as a new drying heat source for grain dryer was proved by comprehensive evaluation and data analysis of the production process parameters．The fluctuate of hot air temperature range≤±3℃ and thermal conversion rate≥95%without pollutant emission reached the accurate control level of output temperature and heat quantity，and solved the problems of high energy consumption，low thermal efficiency and serious pollutant emission．The allocating power of electric storage heaters for grain drying under the normal condition was determined by selection of process parameters．

electric heat－storage；grain drying；parameter test；new heat source

S 379．5

A

1007－7561（2017）02－0095－04

2016－08－01

2014年國(guó)家糧食行業(yè)公益科研專項(xiàng)（201413006）

劉國(guó)輝，1971年出生，男，工程師．

王赫，1983年出生，女，工程師，碩士研究生．