徐鵬程，裘駿凱，徐玉斌

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

糧食立筒倉(cāng)是重要的糧食周轉(zhuǎn)設(shè)施，有些企業(yè)也作為糧食的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施使用，為此需設(shè)有機(jī)械通風(fēng)裝置，用于對(duì)儲(chǔ)糧的降溫和筒倉(cāng)內(nèi)糧堆的空氣環(huán)境改善，確保安全儲(chǔ)糧。糧食立筒倉(cāng)由于糧堆相對(duì)較高，有自身的特點(diǎn)，如：進(jìn)糧分級(jí)嚴(yán)重，筒倉(cāng)中心部位粉狀雜質(zhì)較多；受溫差影響，倉(cāng)內(nèi)空氣微循環(huán)使水分容易局部聚集；高糧堆通風(fēng)阻力大，需選用單位通風(fēng)量小，糧堆冷卻相對(duì)困難；如果糧堆出現(xiàn)局部發(fā)熱等，處理手段有限。因此筒倉(cāng)的安全儲(chǔ)糧比平房倉(cāng)要困難。

本文討論的是實(shí)際設(shè)計(jì)中的一個(gè)案例，筒倉(cāng)糧堆較高，如采用壓入上行時(shí)通風(fēng)，空氣通過風(fēng)機(jī)溫升較高，作為降溫通風(fēng)時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響通風(fēng)效果，甚至出現(xiàn)糧溫上升的有害通風(fēng)，應(yīng)充分重視。

1 工程基本情況

糧食食立筒倉(cāng)直徑D為10.1 m，直筒段高度47 m，錐斗高度9.3 m，設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量2 700 t(以小麥計(jì))。本工程位于廣州市附近，冬季設(shè)計(jì)通風(fēng)溫度為8 ℃。筒倉(cāng)通風(fēng)剖面示意見見圖1。

1.1 筒倉(cāng)通風(fēng)的方式

按通風(fēng)機(jī)位置和空氣在糧堆流動(dòng)方向，筒倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)一般可分為如下方式：

(1) 壓入上行式通風(fēng)：倉(cāng)外空氣→通風(fēng)機(jī)→倉(cāng)外通風(fēng)管→地上籠→糧堆→空氣從倉(cāng)頂排出倉(cāng)外。風(fēng)機(jī)溫升對(duì)糧堆冷卻通風(fēng)效果有影響。

(2) 吸出式上行式通風(fēng)：倉(cāng)外空氣→通風(fēng)管→地上籠→糧堆→倉(cāng)頂通風(fēng)機(jī)→空氣從倉(cāng)頂排出倉(cāng)外。風(fēng)機(jī)溫升對(duì)糧堆冷卻通風(fēng)效果沒有影響，但需復(fù)核倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

(3) 吸出式下行式通風(fēng)：倉(cāng)外空氣→倉(cāng)頂通風(fēng)管→糧堆→地上籠→倉(cāng)外通風(fēng)管→通風(fēng)機(jī)→空氣從倉(cāng)底排出倉(cāng)外。風(fēng)機(jī)溫升對(duì)糧堆冷卻通風(fēng)效果沒有影響，但需復(fù)核倉(cāng)錐斗結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1.2 通風(fēng)阻力計(jì)算

按《糧食立筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，立筒倉(cāng)冷卻通風(fēng)單位通風(fēng)量一般為q=4～10 m3/h·t[1]。由于糧層較高，取q=4、5、6 m3/h·t，分別計(jì)算糧層阻力見表1。

H糧層=Φ9.8ah(v糧層)b

式中：Φ為壓實(shí)系數(shù)，取1.55；a、b為系數(shù)，按小麥，a=681.399、b=1.321；h為糧層高度，取值50.1，m；v糧層為通風(fēng)表觀風(fēng)速[2]。

圖1 筒倉(cāng)通風(fēng)剖面圖

表1 不同單位通風(fēng)量的通風(fēng)系統(tǒng)阻力

注：按小麥2 700 t計(jì)算風(fēng)量；風(fēng)道阻力為估算，計(jì)算過程略。

通過計(jì)算，高糧層通風(fēng)阻力，即使取規(guī)程要求最小的通風(fēng)量q=4 m3/h·t，通風(fēng)系統(tǒng)阻力也高達(dá)7 119 Pa，按風(fēng)壓系數(shù)1.1計(jì)算，要求風(fēng)機(jī)選型風(fēng)壓為7 831 Pa，該風(fēng)壓不僅常規(guī)使用風(fēng)機(jī)(如4-72系列風(fēng)機(jī))無法達(dá)到，還帶來其他問題，如空氣通過風(fēng)機(jī)的溫升不容忽視。

1.3 空氣通過風(fēng)機(jī)溫升的計(jì)算

空氣通過風(fēng)機(jī)的溫升△t，可按下式式計(jì)算：

式中：H為風(fēng)機(jī)全壓，Pa；η為電動(dòng)機(jī)安裝位置修正系數(shù)，電動(dòng)機(jī)安裝在氣流外時(shí)，η=η2=0.85；η1為風(fēng)機(jī)全壓效率，按4-72風(fēng)機(jī)取η1=0.75；η2為電動(dòng)機(jī)效率。

按分別計(jì)算q=4、5、6 m3/h·t風(fēng)機(jī)溫升，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同單位通風(fēng)量的空氣溫升

注：風(fēng)機(jī)選型風(fēng)壓，按風(fēng)壓系數(shù)1.1計(jì)算。

按《儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》(LS/T 1202/2002)允許降溫通風(fēng)條件：

開始通風(fēng)時(shí)：t1-t2≥8 ℃ (亞熱帶地區(qū)：t1-t2≥6 ℃)

式中：t1為倉(cāng)外大氣溫度，℃；t2為糧堆平均溫度，℃。

按公式，即使?jié)M足t1-t2≥8 ℃條件，在筒倉(cāng)采用壓入上行式通風(fēng)，有時(shí)通風(fēng)不僅沒有效果，還會(huì)是有害通風(fēng)。用于糧層較低通風(fēng)系統(tǒng)阻力小時(shí)，風(fēng)機(jī)溫升可忽略(如糧食平房倉(cāng)通風(fēng)一般風(fēng)機(jī)全壓≤1 200 Pa，空氣通過風(fēng)機(jī)溫升△t≤1.3 ℃)，但對(duì)于采用風(fēng)壓較高風(fēng)機(jī)，應(yīng)計(jì)算風(fēng)機(jī)溫升，修正后的允許降溫通風(fēng)條件如下：

t1-t2≥(8+△t) ℃

2 高糧層筒倉(cāng)通風(fēng)設(shè)計(jì)的建議

2.1 合理的確定筒倉(cāng)高度

對(duì)具有糧食儲(chǔ)存功能的筒倉(cāng)，不僅要考慮筒倉(cāng)容量，還應(yīng)考慮安全儲(chǔ)糧工藝的需要，因此需限制儲(chǔ)糧高度。如壓入壓入上行式通風(fēng)，應(yīng)按限制空氣通過風(fēng)機(jī)的溫升，以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)降溫目的和通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性。 不同溫升對(duì)應(yīng)的糧層阻力見表3。

表3 不同溫升對(duì)應(yīng)的通風(fēng)糧層阻力

注：通風(fēng)系統(tǒng)其它阻力指通風(fēng)系統(tǒng)總阻力去除糧層阻力的阻力，含風(fēng)道空氣分配器等，為方便比較，設(shè)定為200 Pa和350 Pa；糧層阻力和高度按小麥計(jì)算。

在設(shè)定通風(fēng)機(jī)溫升條件下，可計(jì)算出具體倉(cāng)型適用的單位通風(fēng)量下允許的糧堆高度，為筒倉(cāng)確定合理高度提供依據(jù)。

2.2 對(duì)結(jié)構(gòu)允許的筒倉(cāng)可使用吸出下行式通風(fēng)

由于空氣通過風(fēng)機(jī)溫升后排入倉(cāng)外，吸出下行式通風(fēng)降溫通風(fēng)條件可采用t1-t2≥8 ℃ (亞熱帶地區(qū)：t1-t2≥6 ℃)，與壓入上行式通風(fēng)相比降低了通風(fēng)條件，提高了通風(fēng)的時(shí)效。但吸出下行式通風(fēng)在配置風(fēng)壓較大時(shí)，應(yīng)核算筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，避免筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題，特別是糧食鋼板筒倉(cāng)不應(yīng)在負(fù)壓下運(yùn)行[3]。對(duì)高糧堆冷卻通風(fēng)吸出下行式機(jī)械通風(fēng)也存在風(fēng)機(jī)風(fēng)壓偏高導(dǎo)致的能耗偏高和效果不理想問題。

本文討論的設(shè)計(jì)案例中，項(xiàng)目地處華南熱帶地區(qū)，室外氣溫高通風(fēng)時(shí)間有限，為避免通風(fēng)時(shí)空氣溫升的不利影響，采用了吸出下行式通風(fēng)，按單位通風(fēng)量q=3.5 m3/h·t設(shè)計(jì)，選用通風(fēng)機(jī)型號(hào)為9-26No6A高壓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量10 265 m3/h，風(fēng)機(jī)全壓8 036 Pa，風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率30 kW。設(shè)計(jì)采用較小的單位通風(fēng)量，兼顧通風(fēng)效果和通風(fēng)能耗間的平衡。

2.3 筒倉(cāng)通風(fēng)的創(chuàng)新——徑向通風(fēng)

筒倉(cāng)徑向機(jī)械通風(fēng)流程為：倉(cāng)外空氣→筒倉(cāng)中心空氣分布管→倉(cāng)內(nèi)糧堆→倉(cāng)內(nèi)分段排風(fēng)穿孔管→倉(cāng)外風(fēng)道倉(cāng)→吸出風(fēng)機(jī)→空氣排至倉(cāng)外。

筒倉(cāng)徑向機(jī)械通風(fēng)冷卻空氣在糧堆流通路線短，在相同的單位通風(fēng)量下顯著降低了糧堆阻力，雖然增加通風(fēng)道和空氣穿孔板的阻力，但高糧堆通風(fēng)系統(tǒng)總阻力還是大幅下降，不僅改善了通風(fēng)冷卻效果，也降低了能耗。

如本文所舉案例對(duì)直徑D=10.1 m的筒倉(cāng)，冷卻空氣在糧堆流動(dòng)距離最遠(yuǎn)為6.7 m(最近距離為5 m)，按單位通風(fēng)量為q=4 m3/h·t，糧堆阻力約630 Pa(計(jì)算略)，通風(fēng)系統(tǒng)總阻力約980 Pa(計(jì)算略)，選用4-72No6C風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率5.5 kW即可滿足要求。風(fēng)機(jī)引起的空氣溫升約為1.2 ℃，可忽略。

通過計(jì)算分析，在單位通風(fēng)量基本相同條件下，采用筒倉(cāng)徑向機(jī)械通風(fēng)風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率下降了81.7%，大幅降低了能耗，由于通風(fēng)途徑短，通風(fēng)冷卻效果得以保證，縮短了通風(fēng)時(shí)間，糧堆的區(qū)域溫差變小。

筒倉(cāng)徑向機(jī)械通風(fēng)缺點(diǎn)是：需滿倉(cāng)通風(fēng)，否則容易造成送風(fēng)和排風(fēng)的短路；需設(shè)置中心送風(fēng)管，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；通風(fēng)系統(tǒng)的投資相對(duì)較高等。目前有類似裝置在運(yùn)行，仍需總結(jié)提高。

3 總結(jié)

高糧層筒倉(cāng)有多種通風(fēng)方式，應(yīng)重視通風(fēng)風(fēng)機(jī)溫升對(duì)通風(fēng)效果的影響，通過比較和優(yōu)化，選擇合理的通風(fēng)方案，在確保糧堆冷卻效果的同時(shí)，降低通風(fēng)能耗，實(shí)現(xiàn)好的經(jīng)濟(jì)收益。