智能通风在粮食保水降湿通风中的运用价值
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冬季降温通风是应用较为广泛和成熟的储粮技术,引入的大气温度和绝对湿度决定控温、控湿的效果,但大气温湿度不断变化,难以捕捉合适的通风时机.解决此问题,需具备较高储粮技术水平的工作人员根据大气温湿度和粮情的变化情况进行开机和关机,而通风机会多集中于夜间,需工作人员长时间值守.技术水平的欠缺、工作的繁琐和长时间值守造成的疲惫,可能导致开机时机把握不准,错过最佳通风时机,停机时机把握不准形成低效通风、无效通风和有害通风.因此,智能通风因其优势逐渐取代了人工控制的保水降温通风. 2012年~2013年,在中储粮云南分公司的指导下,曲靖库对库内10栋仓房进行了智能化通风系统改造,2013年4月投入使用,2013年9月~2014年1月,按照试验方案,在19、20、21、24、25号仓进行了智能通风保水降温试验.与对照1号仓相比,智能通风在降低粮温、防止通风过程中造成的大量水分损失、节能降耗、提高通风效率、降低劳动强度等方面取得了较好的效果. 1材料与方法 曲靖地区全年平均气温18℃,最高温度很少超过30℃,最低温度-2℃,年温差小、日温差大、空气干燥等高原气候特点显着.每年11月到翌年2月全年气温最低,平均气温在10℃以下的时间约有45d左右,是冬季保水降温通风的最佳时机. 1.1试验仓房及设备 试验仓19、20、21、24号仓和对照仓1号仓的通风网为一机两道 "∪"形地上笼,通风道间距4m(25仓为5m);仓房前后两端各安装有1台轴流风机 (0.55kW,1450r/min,8667m3/h,169Pa),共4台,用于冬季降温通风和夏季排除积热.因21号仓有2台轴流风机损坏、23仓有1台轴流风机损坏,故在试验中未使用.试验仓和对照仓仓房和设备基本情况见表1. 1.2试验粮食 (见表2) 1.3智能通风系统 智能通风仓改造除安装自动控制设备外,还安装了风速仪、转速仪和进出风口温湿度传感器.智能通风系统使用粮情测控系统全天候定时监测采集即时粮情数据,包括粮温、仓温、仓间相对湿度、粮食水分和大气温湿度.粮食扦样水分为人工录入的实验室检测值,通风中系统以流入、流出气体的湿含量差和实际流量计算扦样时间点至当前的水分变量,从而确定当前水分.按不同通风目的构建的控温控湿模型,主要包括引入气体温度边界条件、结露控制边界条件、水分控制边界条件等. 2方法 2.1通风方法 按云南分公司业务处制定的控温方案,冬季通风控温分三阶段进行.第一阶段9月底至10月初利用夜间冷空气排除积热,控制仓温和表层粮温,实现表层粮温18℃以下;第二阶段在11月至12月间全仓控湿降温,实现平均粮温13℃以下;第三阶段抓住翌年1月至2月的低温时机全仓控湿降温,实现平均粮温9℃以下.试验仓和对照仓均采用轴流风机吸出式通风.试验中,根据降温效果和水分变化优化模型和参数设置,力求实现降温效果最佳、能耗最低、水分减量最小. 2.2数据处理 除工作人员设置试验仓参数和关注运行情况外,计算机通过智能通风系统自动控制整个降温过程,自动记录试验数据;试验结束后,从系统数据库中导出数据进行处理分析. 1号仓由通风经验丰富的保管员专人负责,根据测温系统提供的数据及天气情况,人工开启通风装置通风,同时记录通风时间;试验结束后,从测温系统导出通风过程的粮温变化数据进行分析处理. 2.3水分检测 根据储粮品质检验的规定,粮面设置12个取样点,分上、中、下三层,上层距粮面50cm,中层取粮堆高1/2处,下层距离地面50cm,通风前和通风后各测定粮食水分1次. 3结果与分析 3.1通风过程中全仓平均粮温变化通风作业中气温、平均粮温和流出气温的变化情况见图1~图5. 从图1~图5可以看出,智能通风自动捕捉到的通风时机,粮温与气温始终保持一定的差距,未发生吸入高温气体造成粮温回升现象;通风一定时间后,平均粮温均下滑,流出气温也随平均粮温下滑且远高于大气温度.表明智能通风成功避免了有害通风和无效通风. 19、20、21、24号仓流出气温接近甚至高于平均粮温,说明冷空气在仓内吸热充分.而25号仓风机使用配置数太高 (463t粮/台),冷空气在粮堆内流速太快吸热不充分,流出气温低于平均粮温. 刚开始通风时,流出气温迅速上升,平均粮温稍有上升,是因仓温、表层粮温在10月~11月未通风受气温影响降幅大所致.中途停机后再次作业,流出气温较前次停机时大幅下降,故停机期间在仓温、表层粮温降至高温层粮堆气体露点前,应寻求机会作业,缩小温差. 3.2通风中的层温变化 通风中各层平均粮温、全仓最高粮温变化见图6~图10. 图6~图10表明:通风中大气温度始终低于最低层的粮温,成功避免了有害通风和无效通风;轴流风机缓速降温是层温推动降温的过程,下方粮温大幅下降,带动上方粮温的下降,层温差1.8℃以内才结束通风.至12月31日,25号仓层温差4.54℃且表层粮温降幅小,需继续通风. 19号仓最高粮温降幅稍大,其它仓均较小,研究通风记录发现,最高粮温均处于第四层通风道间的通风死角.第四层粮温先快速下降,在温差缩小后,不但不降反而回升,降低最高粮温需更长时间通风和热平衡. 25号仓第四层粮温快速反弹与风道间距较大且堆粮高度较低有关. 3.3通风后的粮温和水分 因人工通风不能完全避免无效通风和有害通风所致,对照仓通风后粮温比试验仓粮温最高值高1.15℃,比试验仓粮温平均值7.61℃高2.04℃. 试验 仓 最 高 层 温 差0.9℃ ~1.68℃, 对 照 仓 为2.98℃,智能通风降温后粮温均匀性优于人工通风降温. 3.4能耗对比 对照仓单位能耗是试验仓的1.5倍~3倍,说明智能通风较人工通风节能. 25号仓与对照仓相比,储粮吨位、轴流风机配置均相近,而对照仓单位能耗是25号仓的1.5倍;降温幅度是25号仓的1.26倍,与通风时间是25号仓的1.83倍严重不对称;25号 仓 内 外 平 均 温 差 由5.18℃下 降 到3.77℃,而 对 照 仓 内 外 平 均 温 差7.9℃下 降4.74℃.证明人工通风时机把握不准是造成单位能耗高、降温效果差的主要原因. 试验结果表明,轴流风机配置越高,单位能耗越高.轴流风机配置以800t/台~1000t/台较为适宜.配置太低,冷资源利用不充分,粮温单位降幅小;配置太高,冷空气在粮堆中滞流时间短,吸热不充分. 3.5降温通风过程中粮食保水效果比较 从表5可以看出:通风中内外温差、原始水分对水分变量影响明显,内外温差越高,水分减量越大;原始水分越高,水分减量越大.在曲靖相对干燥的条件下,所有水分减量都在2‰以内,基本实现了保水的效果. 4问题与讨论 4.1因曲靖特殊的气候和夏季全仓密闭储藏,储粮度夏后除表层粮温22℃~23℃偏高外,其余各层粮温13℃~18℃和全仓平均粮温17℃左右均偏低,而9月底至10月初,夜间最低气温低于13℃的机会极少,故以排除仓间积热为主,避免气温下降引起的仓间结露.但应把握降温幅度,避免上下层因温差高而结露. 4.2因380V动力电故障造成第二阶段通风延后和云南冻雨天气造成第三阶段通风提前,通风开始时内外温差较大,造成水分损失较预计稍高,如19号仓最大温差达到13.4℃. 4.3粮情和大气温湿度才是决定是否通风作业的根本依据.年温变化规律虽相似,但在时间上有特殊性,通风只能顺势而为. 4.4因曲靖气候干燥,空气绝对湿度较低,完全不失水难度太大,故通风目的选择控湿降温通风,通过设置水分损失的极限范围确定通风中空气绝对湿度的变化范围,捕捉通风时机,事实证明是科学的. 4.5试验仓通风中流出气温与仓温、表层粮温相近,而与气温关联性较小,如图11所示.通风中,流出温度与气温相近但与表层粮温差距甚大,说明门窗漏气,需要做严格的检查处理,否则会影响降温效果. 5结论 在冬季气温较低且持续时间不长的地区,高效利用智能通风系统,捕捉通风时机,避免无效通风和有害通风的发生,不仅比人工通风节能降耗,而且还能控制内外温差在8℃以内,可以避免大量失水,达到降温、保水、节能降耗的目的. 参考文献 1中国储备粮管理总公司.Q/ZCL11-2011:智能通风技术规程,2011 2陈德发,秦维平等.智能通风技术在高大平房仓中的实践 [J].粮油仓储科技通讯,2014 (1) 3 刘庆利,王添波 等.高大平房仓智能缓速通风试验[J].粮油仓储科技通讯,2013 (2) 4 陈德发,秦维平等.改进型智能通风系统实仓应用效果 [J].粮油仓储科技通讯,2013 (3)
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