文 _ 王琦 王明慧 王強(qiáng) 中競(jìng)同創(chuàng)能源環(huán)境科技集團(tuán)股份有限公司

我國是世界糧食生產(chǎn)和消費(fèi)大國，每年要收獲和儲(chǔ)存大批的糧食。新鮮的糧食中含有大量的水分，在特定的環(huán)境中水分會(huì)不斷地蒸發(fā)，同時(shí)導(dǎo)致糧食出現(xiàn)霉變等缺陷。而且糧食收獲后的儲(chǔ)存也需要進(jìn)行定期干燥降水以保證安全水分，為此每年需要消耗大量的能源進(jìn)行糧食干燥，而糧食加工和干燥過程中存在能耗過高，干燥溫度偏高等問題，造成較大的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。目前國內(nèi)糧食干燥系統(tǒng)消耗的能源品種主要為電和煤?，F(xiàn)有的干燥設(shè)備熱效率低，能源消耗過高，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，如何有效降低糧食干燥過程中能源的消耗，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)糧食干燥過程中的節(jié)能減排以及較低溫度可再生能源的規(guī)?；_發(fā)利用，已成為糧食儲(chǔ)存過程節(jié)能減排的重要途徑。

由于糧食干燥過程中影響因素比較復(fù)雜，目前對(duì)糧食干燥的多場(chǎng)耦合協(xié)同干燥技術(shù)與工藝的研究缺少理論研究。但是采用多場(chǎng)耦合協(xié)同原理對(duì)糧食進(jìn)行干燥，能有效提高能源的利用效率，加快一些低品位能源的使用，符合國際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)，與國際糧食干燥技術(shù)接軌，整體提高我國糧食干燥技術(shù)水平，效益非常顯著。

為了提高糧食干燥過程的能源利用效率，降低能源消耗，經(jīng)過對(duì)國內(nèi)主流具有代表性的對(duì)流傳熱干燥設(shè)備干燥過程的長期研究，總結(jié)歸納出糧食干燥的能效評(píng)估方法，確定了能源利用水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及指標(biāo)獲得方法，對(duì)獲取能效評(píng)價(jià)指標(biāo)所需參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并開發(fā)了在線監(jiān)測(cè)評(píng)估軟件，通過采集能效指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算能效指標(biāo)，對(duì)糧食干燥過程的能效給予準(zhǔn)確的分析和科學(xué)的評(píng)價(jià)，驗(yàn)證評(píng)估方法的可操作性。

1 糧食干燥能效指標(biāo)

根據(jù)糧食干燥系統(tǒng)的能耗計(jì)算方法以及相關(guān)行業(yè)評(píng)估方法，選取糧食干燥系統(tǒng)的系統(tǒng)能耗指標(biāo)（單位降水耗熱量、單位降水耗電量、單位降水耗能量）、熱源能效指標(biāo)（熱源效率）、干燥機(jī)能效指標(biāo)（單位降水耗熱量、單位降水耗電量、干燥機(jī)熱效率、干燥機(jī)熱?效率）共3個(gè)大類、8個(gè)小類作為糧食干燥系統(tǒng)的能效評(píng)估指標(biāo)。

各能效指標(biāo)對(duì)比評(píng)價(jià)采用特定的折算方法將實(shí)際測(cè)試計(jì)算出的各能效指標(biāo)折算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下（選取試驗(yàn)點(diǎn)為順流干燥機(jī)，采用該標(biāo)準(zhǔn)折算）。

標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗熱量（系統(tǒng)）=現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件工況下單位降水耗熱量/標(biāo)準(zhǔn)條件下的單位耗熱量折算系數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗電量（系統(tǒng)）=(單位降水耗熱量的測(cè)定值/標(biāo)準(zhǔn)條件下的處理量折算系數(shù))×(測(cè)試條件下糧食降水率/標(biāo)準(zhǔn)條件下糧食降水率)。

標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗能量（系統(tǒng)）=標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗熱量×燃料發(fā)熱量折標(biāo)系數(shù)+標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗電量×電力折標(biāo)煤系數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗能量的折算值（干燥機(jī)）=標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗熱量的折算值×熱源效率（正平衡效率）。

標(biāo)準(zhǔn)條件工況下單位降水耗電量的折算值（干燥機(jī)）=(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件工況下單位降水耗熱量的測(cè)定值（干燥機(jī)）/標(biāo)準(zhǔn)條件下的處理量折算系數(shù)）×（測(cè)試條件下糧食降水率/標(biāo)準(zhǔn)條件下糧食降水率）。

2 糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要是對(duì)大型連續(xù)式順逆流和混流干燥機(jī)進(jìn)行能效評(píng)估，選取實(shí)驗(yàn)對(duì)象為“中央儲(chǔ)備糧撫順直屬庫國家糧食儲(chǔ)備局鄭州科學(xué)研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的500T/D玉米烘干系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)目的是驗(yàn)證糧食干燥能效評(píng)估方法學(xué)體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)手動(dòng)錄入及歷史數(shù)據(jù)查詢，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)該等玉米烘干系統(tǒng)的能耗，能效指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。為保證該系統(tǒng)的有效運(yùn)行，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)糧食烘干系統(tǒng)進(jìn)行必要改造，加裝一些必要的計(jì)量器具如智能電表、溫濕度傳感器、計(jì)數(shù)器等，并接入出料變頻器的實(shí)時(shí)頻率數(shù)據(jù)，從而來實(shí)現(xiàn)該糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.1 參數(shù)獲取

如圖1所示要計(jì)算得出系統(tǒng)、熱源、干燥機(jī)的各能效指標(biāo)，需要得到一些特定的參數(shù)值，如糧食處理量，電量消耗量等，而這些參數(shù)的獲取主要來源于4個(gè)方面。

圖1 各指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方法示意圖

（1）直接從現(xiàn)場(chǎng)采集得到（比如：系統(tǒng)用電量等）。

（2）通過運(yùn)算得到（如：燃料消耗量=監(jiān)測(cè)到的用煤斗數(shù)×每斗煤的重量）。

（3）查表得出。

（4）人工輸入（如：燃料的熱值，折標(biāo)系數(shù)）。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中通過RS485通信與外部相關(guān)儀表、傳感器進(jìn)行通信，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

具體到中儲(chǔ)糧撫順糧庫項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況由現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)平板電腦通過COM口與傳感器相連，也可通過網(wǎng)關(guān)采集器傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)的功能見圖3。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3 糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)主要功能

糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)主要功能主要有：設(shè)備監(jiān)測(cè)功能，能效指標(biāo)計(jì)算功能，指標(biāo)對(duì)比評(píng)價(jià)功能，用戶權(quán)限管理功能及一些特定的附加功能。

2.3.1 設(shè)備監(jiān)測(cè)功能

設(shè)備監(jiān)測(cè)功能對(duì)烘干系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能源消耗數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)歸檔處理，避免了人工記錄時(shí)的誤差，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)于后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、配置生產(chǎn)工藝提供了便利條件。同時(shí)，實(shí)時(shí)采集的參數(shù)為系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)的計(jì)算提供支持，保證了數(shù)據(jù)源頭的真實(shí)性，通過圖形化分析工具，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行圖形化顯示。詳見圖4。

2.3.2 能效指標(biāo)計(jì)算功能

能效指標(biāo)計(jì)算功能屬于核心功能，可以計(jì)算烘干系統(tǒng)在特定時(shí)間的能效指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的各類數(shù)據(jù)及參數(shù)，通過有效的計(jì)算方法可實(shí)時(shí)計(jì)算烘干系統(tǒng)在特定時(shí)間的能效指標(biāo)，詳見圖5。特定時(shí)間段可根據(jù)工作需求通過設(shè)置窗口進(jìn)行修改。評(píng)估系統(tǒng)默認(rèn)對(duì)糧食干燥系統(tǒng)的能效指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)算（如間隔時(shí)間為8h），運(yùn)算結(jié)果自動(dòng)存檔，可通過列表、曲線等查詢。

表1 2007～2016年光伏發(fā)電累計(jì)和新增裝機(jī)容量（萬kW）

2.3.3 指標(biāo)對(duì)比評(píng)價(jià)功能

能效指標(biāo)計(jì)算出后只能表示出烘干設(shè)備在當(dāng)前狀態(tài)下的能源消耗情況，并不能客觀的表示出該烘干系統(tǒng)的能效指標(biāo)在當(dāng)前“順流糧食干燥機(jī)”中處于什么階段。如要進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，需將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)放在同一標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)比評(píng)價(jià)，將實(shí)際測(cè)試計(jì)算出的能效指標(biāo)折算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下（選取試驗(yàn)點(diǎn)為順流干燥機(jī)，采用該標(biāo)準(zhǔn)折算）。糧食干燥機(jī)折算標(biāo)條件如表1所示。

圖4 設(shè)備監(jiān)測(cè)查詢表

圖5 能效指標(biāo)計(jì)算表

2.3.4 參數(shù)配置

通過參數(shù)配置功能對(duì)能效指標(biāo)計(jì)算中的一些特定參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，如能效指標(biāo)自動(dòng)運(yùn)算間隔時(shí)間、糧食種類、每斗煤的重量、煤的熱值、燃料和電的折標(biāo)系數(shù)、排量機(jī)對(duì)應(yīng)排量系數(shù)等參數(shù)，并存入數(shù)據(jù)庫。

2.3.5 附加功能

附加功能包括“系統(tǒng)運(yùn)行記錄表”、“設(shè)備維修記錄表”、“生產(chǎn)記錄表”，便于用戶更好的使用該烘干系統(tǒng)，其中“系統(tǒng)運(yùn)行記錄表”和“生產(chǎn)記錄表”根據(jù)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和用戶手動(dòng)維護(hù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，“設(shè)備維修記錄表”根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備維修情況記錄生成，這3個(gè)功能是根據(jù)糧食烘干系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的需要而編制的，即方便了糧食烘干設(shè)備的管理，又便于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保存。

3 總結(jié)

糧食干燥能效評(píng)估系統(tǒng)能有效地對(duì)大型糧食烘干系統(tǒng)的能效指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其能效指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，客觀的反映出糧食烘干系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的能源消耗情況，為分析研究、改進(jìn)糧食烘干系統(tǒng)的用能效率提供支持。

[1]李長友,馬興灶等.糧食熱風(fēng)干燥熱能結(jié)構(gòu)與解析法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014, 30(9): 220-228.

[2]李長友.糧食熱風(fēng)干燥系統(tǒng)?評(píng)價(jià)理論研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012, 28(12): 1-6.

[3]GB/T 21162-2007,順流糧食干燥機(jī)單位耗熱量與處理量折算規(guī)則[S].

[4]曹崇文.干燥機(jī)單位熱耗和干燥能力折算的研究[J].干燥技術(shù)與設(shè)備 2008，6(1): 9-12, 23.