劉國輝

（遼寧省糧食科學研究所，沈陽 110032）

糧食干燥是糧食生產(chǎn)和流通過程中耗能最高的環(huán)節(jié)，也是造成該過程環(huán)境污染的重要原因。實施資源節(jié)約與環(huán)境友好的綠色干燥方式，是國內(nèi)外干燥技術發(fā)展長期堅持的基本方針。根據(jù)《遼寧省人民政府關于印發(fā)遼寧省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動方案》（遼政發(fā)〔2018〕31號）等文件精神，約占90%以上傳統(tǒng)的以燃煤為熱源糧食干燥工藝面臨巨大沖擊，急需尋求一種環(huán)保、安全、運行和改造成本低的新型清潔能源，以及與其匹配的供熱工藝技術和設備，以取代現(xiàn)有燃煤熱風爐，解決長期困擾糧食干燥行業(yè)能耗高、熱效率低、污染物排放嚴重超標的瓶頸難題，滿足新形勢下糧食干燥領域高質(zhì)量發(fā)展技術需求。

1 國內(nèi)外同類技術發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家使用燃油、燃氣干燥糧食，不需換熱裝置，無煙塵排放，熱效率高達90%以上。我國糧食干燥的熱源供給工藝還停留在20世紀90年代的水平，以燃燒原煤為主要熱源，采用往復爐排燃煤熱風爐供熱，煙氣經(jīng)過換熱器與冷風進行熱交換，產(chǎn)生適用溫度的熱風用于糧食烘干。因往復爐排燃煤熱風爐燃燒效率受燃煤質(zhì)量、煤層厚度、鼓風風量、爐排轉(zhuǎn)速等多因素影響，燃煤燃燒不充分，燃氣溫度波動較大，燃燒效率較低，一般為70%左右，造成一定的能源浪費；由于現(xiàn)有的糧食干燥工藝多數(shù)熱風爐未配置脫硫脫硝裝置，即使配備也因投資成本和生產(chǎn)成本高及操作繁瑣等原因，使用效果不理想，燃煤供熱工藝產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物等有害氣體未經(jīng)處理直接排放，無法滿足環(huán)保新標準的排放要求。

2 高電壓、大功率電熱儲能換熱工藝技術的研究

2.1 高壓控制技術

在預設的電網(wǎng)低谷時段或風力發(fā)電的棄風電時段，自動控制系統(tǒng)接通高壓開關，高壓電網(wǎng)為高壓電發(fā)熱體供電，高壓電發(fā)熱體將電能轉(zhuǎn)換為熱能同時被高溫蓄熱體不斷吸收，當高溫蓄熱體的溫度達到設定的上限溫度或電網(wǎng)低谷時段或風力發(fā)電的棄風電時段結(jié)束時，自動控制系統(tǒng)切斷高壓開關，高壓電網(wǎng)停止供電，高壓電發(fā)熱體停止工作。

2.2 熱量存儲技術

（1）發(fā)熱體：高壓電發(fā)熱體加熱部分選用Cr20Ni30電熱合金絲繞制成型。電熱合金絲安裝在鎂磚搭建的整體架構(gòu)內(nèi)，它具有電氣物理特性穩(wěn)定、高溫力學性能好，焊接性能牢固，在輸入電壓10 kV的正常工況下，反復加熱壽命達20 000 h以上。

（2）保溫材料及結(jié)構(gòu)：保溫系統(tǒng)采用陶瓷纖維類保溫材料，具有良好的保溫性能，在導熱系數(shù)、容重、使用溫度、熱惰性系數(shù)等方面具有眾多的優(yōu)勢，且使用壽命長。三層保溫結(jié)構(gòu)：內(nèi)板采用不銹鋼板，反彈輻射熱，蓄能體的傳導熱，由于與保溫墻有400 mm間隙無熱量損耗，空氣比熱容較小可忽略不計。

2.3 高效換熱技術

加熱儲能體通過循環(huán)放熱風機送出300～500℃的高溫熱風進入高溫熱交換器，室外空氣通過鼓風機作用于混風器，再由混風器作用于高溫熱交換器，高溫熱交換器中的高溫熱風轉(zhuǎn)變?yōu)闊犸L，送出后進入空氣分配器，安裝自動控制器的混風器作用于溫度控制器，溫度控制器中的溫度調(diào)節(jié)器通過風溫檢測器檢測到的數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)溫度，使空氣分配器送出溫度穩(wěn)定的干燥熱風，干燥熱風通過熱風機吹向烘干塔。

2.4 干燥介質(zhì)溫度控制技術

該設備設置干燥介質(zhì)自動控制系統(tǒng)，配備空氣分配器、混風器、溫度調(diào)節(jié)器、降溫器、氣流控制器以及循環(huán)風機等裝置，通過對溫度調(diào)節(jié)器、氣流控制器及循環(huán)風機工作參數(shù)的自動調(diào)整保證干燥介質(zhì)溫度的精度，誤差范圍±0.5℃。

3 大容量高壓固態(tài)儲熱式糧食干燥裝備的研制

3.1 技術方案的確定

根據(jù)原有糧食干燥系統(tǒng)燃煤熱風爐發(fā)熱量、輸出熱風流量和熱風溫度等工藝參數(shù)，結(jié)合收集的該地區(qū)峰谷用電時段、常年日照量以及風力電能的利用能力等具體數(shù)據(jù)，計算出合理的大容量高壓固態(tài)儲熱式糧食干燥裝備的蓄熱能量值，確定該裝備的合理供熱比例，計算裝備容量，確定裝備型號及規(guī)格尺寸。繪制裝備制造及原有烘干工藝熱風通道改造圖紙。在確定糧食干燥系統(tǒng)燃煤熱風爐工藝參數(shù)、項目點“供電線路容量”的基礎上，研究設計、優(yōu)化新型儲能爐設計參數(shù)與總體技術方案，完成工藝與裝備的結(jié)構(gòu)設計。見圖1、圖2。

圖1 大容量高壓固態(tài)儲熱式糧食干燥工藝流程

圖2 大容量高壓固態(tài)儲熱式糧食干燥裝備總裝

3.2 裝備性能參數(shù)測試試驗及優(yōu)化

2015年11月，在項目示范點進行大容量高壓固態(tài)儲熱式糧食干燥裝備工藝技術研究及性能測試，跟蹤監(jiān)測記錄外部環(huán)境溫度、電熱儲能爐房室內(nèi)環(huán)境溫度、蓄熱體溫度、爐體表面溫度、風機表面溫度、蓄熱體供風溫度等技術指標，總結(jié)試驗過程中的經(jīng)驗教訓，發(fā)現(xiàn)裝備及工藝中的不足，提出改進意見。主要優(yōu)化內(nèi)容如下：蓄熱體換熱工藝由一次換熱更改為三次換熱；對內(nèi)循環(huán)風機外表面進行加固保溫；接入防凍液對風機進行循環(huán)降溫；密封換熱器進風口及電熱爐進風管道；對完全暴露于室外的熱風管道進行保溫處理。見圖3。

圖3 蓄熱體換熱工藝優(yōu)化示意圖

3.3 裝備工藝技術驗證試驗

2016年3月，課題組對該進行了工藝參數(shù)生產(chǎn)驗證試驗，全面測試了改進后的系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量、工藝指標、各項經(jīng)濟技術指標、能耗、物耗及主要設備的能力及運行狀況。通過試驗驗證了工藝與設備的結(jié)構(gòu)設計合理性，確定設備蓄熱能力與供熱效率。進行模塊式組合裝配式設計，單臺儲熱能力為4 MW/6MW/10 MW/20 MW（單臺最大儲熱能力400 MW），確定裝備運行可根據(jù)需求在自動/手動/遠程等方式間切換，形成了系列產(chǎn)品，以適應不同烘干物料、不同處理量的糧食干燥機需求。

4 總結(jié)

該設備是在保留和繼承多項成熟技術的基礎上，融入了先進的高壓控制技術和儲能保溫技術，選用了新型的固體儲能材料和新型電加熱材料。該裝置將夜晚電網(wǎng)閑置的低谷電、風力發(fā)電或太陽能發(fā)電的電能轉(zhuǎn)換成熱能儲存起來，通過冷熱風混合調(diào)節(jié)裝置全天24 h連續(xù)釋放，實現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模供熱能力，可以完全替代目前廣泛使用的燃煤型熱風爐。目前，該裝備已在遼寧昌圖糧食儲備庫有限公司完成了玉米干燥工藝負載試驗，生產(chǎn)機械運行結(jié)果表明，該設備連續(xù)釋放供熱，自動運行穩(wěn)定，沒有任何廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生，實現(xiàn)了SO2、CO2零排放，熱效率在95%以上，具備清潔、低碳、環(huán)保的特點；從生產(chǎn)試驗品質(zhì)跟蹤檢測結(jié)果來看，烘后玉米品質(zhì)良好。因此，該項目符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，適合當前企業(yè)需求，具有較大的推廣應用價值。