粮食钢板筒仓机械通风技术的应用

机械通风技术在我国储粮应用中已有多年,实践证明它对粮食降温降水、除湿增湿调质、散气、环流熏蒸、平衡粮温、粮食输送清理以及除尘防爆中都发挥了十分显著的作用。在国家储备粮库建设中,它作为高大平房仓和粮食钢板筒仓储粮管理的一项主要技术,对解决仓房跨度大、粮堆高、单仓容量大、储粮难的问题起到了关键的作用。同时与环流熏蒸配套使用,更显示了它在储粮应用中的重要地位。

   因此,对钢板筒仓配置安装通风系统,可以排除粮堆内的积热、缩小钢板筒仓内外温差,防止湿热扩散、粮食水分转移、分层、结露,进行粮食降温降水,熏蒸杀虫等,从而提高钢板筒仓储粮的稳定性、安全性、效益性。

   关于通风系统的分类很多资料上已有介绍,但随着储粮技术的不断发展、创新、应用及我国钢板筒仓和高大平房仓的大批建设,机械通风技术得到了快速发展和广泛应用,对原分类的理解及应用范围存在一定的局限性。当然,对通风系统的分类,不同的学者有不同的分类标准和方法。因此,笔者对此仅提出个人观点和看法,以便交流。

   1按风道类型分类

   1.1槽类

   主要指地槽通风系统,即在粮仓或货位的地平下设有固定槽形通风道的通风系统。它一般应用于平底仓,较适合浅圆仓。美国比勒公司圆筒仓通风系统采用Farmland工业通风系统(图1所示),以地槽为主,GSI公司的钢板筒仓也一般采用等截面地槽通风系统;郑州粮油设计院设计的圆筒仓通风系统中,有的采用变截面地槽通风系统:2004年日照港单仓容量15 000t的装配式钢板仓通风系统,采用了双“工”字形(图1d)等截面地槽通风系统,钢板筒仓规格为Φ32m×H26m,仓容量太大,通风效果不是很好。我国地槽通风技术在房式仓应用方面比较成熟,1998年以后,我国兴建的一大批浅圆仓和高大房式仓大多采用地槽或地上笼通风系统。

   地槽通风系统中,地槽一般用混凝土、沥青沙浆、油毡垒砌铺设而成(图3所示)。地槽的横断面有方形、梯形、三角形、U形、V形等。风道的布置方式有放射形(图2b)、梳形(图2a、c)、环形、“工”或“二”字形、“圭”字形、Y形、F形等;在槽形风道上面有铺设冲有长方形或圆形孔的筛板,有的则安置若干个空气分配器,风道口延伸到仓壁外与风机连接。在我国圆筒仓通风系统设计中,地槽通常采用放射形、梳形、“工”字形等。

   根据地槽结构,一般有等截面地槽和变截面地槽之分,如:变截面、各空气分配器面积由小到大送风道;等截面、管道表面铺有钢丝网送风道;变截面(等风速)、各空气分配器面积由小到大送风道,变截面(等静压)、各空气分配器面积相等的送风道;等截面、各空气分配器面积由大到小送风道等。我国“七五”攻关项目中,曾对这几种具有代表性的地槽通风道通风降温效果进行了试验、分析、研究。结果表明:以上几种代表性地槽通风道进行降温通风的单位能耗,均低于《通风规程》中的单位能耗:Et≤0.075kWh/℃。从系统阻力、均匀送风、单位能耗、降温速率、降温幅度和均匀性、降温效益、施工造价及施工难度等方面分析,以上几种风道形式均能达到降温目的,但从择优选用的原则及实用性方面来看,风道性能最好的是变截面(等风速)、各空气分配器面积由小到大送风道,其次是变截面(等静压)、各空气分配器面积相等的送风道,最后是等截面送风道。

    在实际应用中发现,如在空气分配器上面加上锥形风罩,其降温速率和均匀性有所提高,对降低能耗、降低成本、提高通风效果作用十分明显。新型的空气分配器采用双层空腔,形成缓冲空间,减小了阻力,提高了开孔率,具有均匀送风性能和明显的降温效果。如铁岭国储库和辽化国储库试验仓房均为标准浅圆仓,机械通风网络系统均是由2组放射性全开孔地槽风道组成,每座浅圆仓有4个副进风口,采用“一机一口”的方式同时通风,试验过程中对大气温湿度、风网总阻力、风机风量、粮堆表观风速、储粮温度变化、粮食水分变化、电耗、粮食品质等指标进行了跟踪测定。通风后铁岭国储库试验仓平均粮温降低了13℃,辽化国储库试验仓平均粮温降低了9.9℃。

   在通风的均匀度方面,空气穿过粮堆时,除靠近仓壁部分风速较低外,其他各部分风速基本均匀。其单位降温能耗分别为《通风规程》中规定参数值的75.5%和47.2%。

   另外,中央储备粮广东新沙港直属库圆筒仓储粮通风系统采用的是地槽通风系统和地上笼通风系统,其风道布置方式为放射形、梳形(图2)。据反映,使用效果良好。曹阳等对此圆筒仓通风系统和环流熏蒸系统组合使用效果进行了实验,实验数据表明使用效果较好。

   1.2管类通风系统

   有单管通风、双管通风、多管通风、双层管通风、环形风管通风系统等单管通风系统。

   1.2.1单管通风系统

   随着粮油仓储技术的不断发展,关于对单管通风系统的理解,可认为有广义理解和狭义理解。

   目前对单管通风系统的理解是一种移动式通风降温设备,由带电机的小型通风机和一根通风管组成(如图4)。风管插入粮堆的方法有2种:①种是人工插入法,需在锥形头上焊接螺旋叶片,旋转风管,稍加压力即可将风管插入粮堆:②是采用机械插入法,即用取样器取样的方法将风管插入粮堆。实际应用中,一般用几套单管通风设备组合使用,插入部位按等边三角形排列。广义的单管通风系统还包括固定式单风管通风系统,它由固定式风管、移动式或固定式风机组成,有时还可与环流熏蒸组合使用。对小直径立筒仓的中央风管径向通风系统也可看作是广义上的单管通风系统(图5a、b)。杭州南星桥粮库的Φ4m×Hl8.8m砖圆仓压入式通风实验,采用如图5a的形式,结果表明:在粮层表观风速为0.14m/s情况下,通风阻力随着粮层高度的增加而成线性上升。

   (图5a、b)。影响其通风效果的主要因素有温差、空气交换次数、通风量。影响效果见图6a、b。

   单管通风系统一般采用吸出式通风,也属于局部通风,通风后粮堆上、中层降温降湿效果显著,下层则相对较差。它主要用于:①利用冬季低温空气降低粮温;②处理粮堆局部发热;③降低夏季入库高温粮的温度或水分。江浙太湖区域常用这种方法来处理入库早季稻,效果较好。在圆筒仓通风应用中,采用上吸式单管通风系统(图5b、图7a)能耗少,费用低,一般选用低压风机,适当延长通风时间对筒仓群组通风较好。下吹式即压入式单管通风系统通过实验,虽然通风时间短、效果也较好,但能耗大,一般不采用,但对夏季入库的早季稻降温、降湿处理效果较好。另外江苏锡山市、杭州的南星桥粮库、江苏六合规格中Φ6m×8Hm的钢板仓采用上吸式和下吹式单管通风系统进行试验,试验结果也验证了上述结论。但是,单管通风系统易受位置和深度的影响,造成通风不彻底或重复通风,而且使用移动式时劳动强度大。

    1.2.2双管通风系统

   圆筒仓双管通风系统两条风管在筒仓内固定,仓外两台风机,风机可以移动或固定,此种方式在前苏联有应用,这与地域、气候条件有关。也可采用两机仓底压入式、两机仓顶吸出式或一机压入式一机吸出式组合应用。关于这类通风形式在我国应用较少,也没有相应的实验数据进行验证(图5c)。

   1.2.3多管通风系统(图7b)

   在筒仓内固定两根以上平行风管,各风管下面通过半圆形风管连接,配置两台中高压风机。一般采用压入通风,较适合于南方夏季入库粮食的保管与降温降湿或同环流熏蒸组合使用,关于这类形式应用较少,也没有相应的实验数据验证其效果。

   1.2.4双层管通风系统(图8b)

   这类通风系统在高大平房仓应用较广,效果也较好,尤其同环流熏蒸组合使用,更显出其性能的优越性。在四川某粮库高大房式仓中,对双层管通风系统结合熏蒸系统的使用效果进行了实验,结果表明,使用效果较好。在筒仓方面,对双层管通风系统应用少,缺少实验数据,应用效果尚待实验验证。

   1.2.5环形风管通风系统(图7b、图8a、b)

    钢板仓仓外环形风管通风系统(图8a)为锥斗下环形风管通风系统,这种单层环形管通风系统降温慢、时间长,较适用于小直径、短期性周转仓。采用双层环形风管时,降温散湿效果较好且利于同熏蒸系统共用等。美国的钢板筒仓有的采用图7b的形式,即内环形主风管与垂直支风管的组合形式,在两侧半圆形主风管上面按一定间距放置一定数量的垂直支风管,这种形式的通风效果也较好。

   清理除尘、熏蒸过程中的独立风网和组合风网:风网风管的截面形式有圆形、矩形、方形、三角形、不规则形状等,一般按支状或复合形布置,这类布置方式除了根据功能、计算要求外还要根据现场的设备布置情况来安排风管的位置,布置方式较复杂。

   1.3板类

   板类通风系统有孔板通风系统、通风栅板系统、地板通风系统(适用于小型浅圆仓)。

   1.3.1冲孔板

   铺设在地槽上面或用做地上笼,其材料一般采用镀锌版,通过冲压设备将板材冲压成一定面积和按一定规则排列的一系列小孔(即通风小孔)。孔的形状有长方形、圆形等,孔的排列有一般采用鱼鳞式,有时采用矩阵式。孔的大小应根据通风要求计算确定,但实际应用中采用鱼鳞孔的较多,其大小一般长宽为18mm×2mm,计算出开孔率后,通过开孔数量来满足开孔面积的要求。有时,将做成一定规格的方形或圆形冲孔板,按一定间距排列放置在平底仓下面或安装在风道上面(如安装在地槽上面,中央垂直风管上、全仓底通风系统中等)。

   1.3.2通风栅板系统

   圆筒仓底部安装架空栅板,在栅板上面铺设冲孔板或钢丝网,钢丝网通过焊接或编织而成。这种形式的通风系统有地板式栅板通风系统和假底筛网通风系统,一般用于小型仓。假底栅板通风系统又分为全仓底通风系统和局部仓底栅板通风系统。

   1.3.3地板通风系统

   有金属孔板地板、多点风口地板、透气砖地板通风系统。

   (1)金属孔板地板通风系统是利用打孔金属板作仓底进行通风,是一种负荷小、风量分布效果较好的通风方法,在钢板筒仓中应用较普遍,但造价高、适用于仓容量小的粮仓。

   (2)多点风口地板通风系统是在仓底地板上按一定规则排列放置方形或圆形金属孔板的地板通风系统,是一种部分通风地板来代替全仓底通风地板的经济方法。方形或圆形金属孔板的布置面积约占仓底面积的40%时,效果较好。

   (3)透气砖地板通风系统是用两层砖排在水泥或沥青地坪上,上面一层砖排砌较紧,底层的砖彼此之间留有12~25mm的缝隙,主风道砌在沿墙一边与底层砖通风室紧密相接。这种透气砖地板每1.2m约需100块砖,在经济与取材上足可以与采用地坪上金属风管通风系统相竞争,但这种通风系统对空气的阻力是较大的,约为250N/m2。

   1.4地上笼通风系统

   各粮仓内摆放笼形通风道的通风系统称为地上笼通风系统(图7a)。从某种意义上讲,应该属于地坪上风管通风系统。这种方式在旧仓通风系统改造和熏熬应用中更显出其优越性,便于较大规模的通风降温降湿和熏蒸。其笼形风道的截面有圆形、半圆形、矩形、方形和三角形,各种形状的风道通风降水效果见图9。从图9可以看出,不同截面形式的地上笼通风系统降水效果基本一致,其降水速率以圆形较好;但通风后水分总体标准偏差为0.2406,最大水分梯度为0.5,因此三种形状的风道降水速率相差不大;从系统阻力上讲以三角形风道压入式通风为最小。江苏锡山市圆筒仓采用如图7a的形式进行上吸式通风降温实验结果表明:上吸式通风电耗少,费用低,选用低压风机时,适当延长通风时间,对筒仓群通风效果较好。地上笼通风技术适用范围广,材料可以使用碳钢板、镀锌版、不锈钢板等,有时还使用竹子编织,它的布置方式比较灵活,除了地槽布置的方式外还可以按风管垂直布置,有水平和垂直组合布置等多种方式。由于地上笼高出地面,不便于筒仓进出粮作业,且易损坏,尤其对大直径平底仓粮食进出仓机械作业影响大,但其开孔面积大,通风效果好。

    1.5支路通风系统

   即在主风道上安装一定数量的通风支管,可分为地平上支路通风系统和地平下支路通风系统。这种形式只是为了增强通风的均匀性和提高通风效果。地平上支路通风系统主要有焊接钢丝网/麻袋支管系统、倒U形V形通支管系统、打孔金属支管系统;地平下支路通风系统一般采用地槽或地平下预埋金属风管,有时也采用通风栅板或透气砖,在实际设计应用中,支路地槽一般为等宽的矩形或梯形,地槽深度采用渐减的形式以达到均匀送风的目的。倒U形密封支管系统中的支管,顶部密封、开口朝下,其特点是安装费用低,具有足够的结构强度,在计算导管的表面面积时应考虑到谷物的自流角和通径比。倒V形密封支管,又称三角形支管,在工程设计上风管截面三角形要求等底,高度渐减,一般来自风机的气流首先进入矩形主风管后分配到三角形支路风管,再进入粮堆。打孔金属支管系统有在金属板上冲有长孔与圆孔的支管系统与半圆形波纹通风导(支)管系统。

   1.6全仓底通风系统、仓底多点风口通风系统全仓底通风系统具有分配空气均匀的特点,是机械通风和自然通风结合较理想的通风方法,习惯称作假底通风系统或带孔通风底板式空气分配系统。新仓和旧仓都能铺设,出仓和清仓都很方便,为了防止气流沿仓壁短路通过或直接漏出,因此靠近仓壁环形区域内的仓底板不开孔。在这种系统中的底版距地坪高度一般大于40cm、圆孔直径不大于2.4mm、长方形孔的宽度不大于2mm。江苏规格为Φ6m×H8m的钢板仓采用全仓底通风系统,通风实验结果表明钢板仓配置通风系统,对粮食储藏十分有利。仓底多点风口通风系统是在仓底中央区域内以部分通风地板、孔板或带有铁丝网的栅板代替全仓底通风的一种经济办法。

   2通风范围

   按通风范围可以分为全面通风和局部通风。

   2.1全面通风

   做为储粮仓尤其是圆筒仓,设计全面通风工艺是必要的。全面通风包括使用多种通风形式和通风方法,使粮堆各部位都能达到通风效果,如前面的地上笼与风管的结合等。

   2.2局部通风

   根据储粮实际需要(如粮堆某部位发热或水分偏高需进行局部降温或降水等处理)对粮堆进行特殊处理的方法(如狭义的单管通风法)。

   3送风方式按送风方式分为:压入式、吸出式及压入式和吸出式的有机结合。

   3.1压入式

   又可理解为鼓风法或上行式。由于风机运转时,叶片与空气摩擦生热,进入粮堆的空气沿粮堆上行而略有升温,温度一般上升3℃～4℃。据研究表明:若温度升高2℃,相对湿度可降低9%。因此这种方式对粮食降水比较有利。圆筒仓的顶部粮温较高,采用这种方式效果显著。但对钢板仓而言,在寒冷季节采用压入式迎风法,可能会产生冷粮“返潮”现象。

   3.2吸出式

   常规意义上讲,是指气流从粮面进入粮堆,自上而下穿过粮层,又称作下行式。但对圆筒仓而言,在顶部安装通风机或轴流风机,采用吸出式通风一般还是上行式。如果采用下行式,会使筒仓中低部的冷粮层产生回热,引起粮层水分转移,一般不宜采用。

   3.3压入式和吸出式的有机结合

   第一种形式为筒仓仓顶轴流风机或排风扇吸风与仓底离心风机组合的上行式通风系统,二者也可以独立使用。第二种形式是在筒仓的粮堆中部设置风管,仓外固定风机,风机可在仓底或仓顶固定,对上部粮层来讲通风气流是下行式,对下部粮层而言通风气流是上行式,可以避免整仓上行式的缺点,同时通风粮层厚度减小、系统阻力降低,压力损失减小。另外,第三种形式中,在主风管与支风管接合处采用三通,上下部位也可以单独进行通风。

   4通风目的

   按通风目的分为:降温通风、平衡粮温通风、降水通风、调质通风、以除尘防爆为目的的通风、以熏蒸为目的的环流通风、散发仓内毒气或清除其他异味的通风等。

   4.1降温通风

   降温通风是以降低粮食温度为目的的通风,如防止入库新粮,表层结露而降低粮温冷冻性通风。进行降温通风时,粮堆的平衡绝对湿度必须不小于大气的绝对湿度:通风前,△T(见图6注释)≥8℃;通风进行中,△T≥6℃;当满足△T≤4℃(亚热带地区则△T≤3℃)、粮堆温度梯度≤l℃/m粮层厚度、粮堆水分梯度≤3%水分/m粮层厚度条件时,应结束降温通风。

   4.2平衡粮温通风

   高温季节,粮堆的上层、表层温度较高而中下部温度相对低;寒冷季节正好相反。这样粮堆的整体温度不均衡,易引起湿热变化、水分转移,造成粮食霉变、生虫发热甚至腐烂等现象,采用通风来平衡粮温是必要的。

   4.3降水通风

   由于刚收获入库的新粮呼吸作用旺盛、水分偏高或不稳定,或者由于仓内湿热变化引起局部粮食水分偏高,或者粮层表面结露等原因,造成粮食水分偏高,不利于粮食的安全储藏,必须进行通风降水。进行通风降水时,粮堆平均温度必须大于外界空气的露点温度:平衡绝对湿度(粮食水分减l%,且粮食温度等于大气温度时的平衡湿度值)须大于外界空气的绝对温度;当满足粮层湿度区前沿的湿气移出粮面或粮堆底面、粮堆温度梯度≤l℃/m粮层厚度、粮堆水分梯度≤0.5%水分/m粮层厚度条件时,应结束降水通风。

   4.4调质通风

   为了提高粮食尤其是稻谷、小麦加工后的食用品质、加工产品的精度,减少机械磨损等,需要对储藏后加工前的粮食湿度进行调整,一般是指粮食增湿。进行调质通风时,温度条件要满足降温通风的温度条件、通风后粮堆的最高温度应小于该批粮食增加水分后的安全储存温度;湿度条件满足降水通风的湿度条件;当粮食水分达到预期的目的,同时粮堆温度梯度≤l℃/m粮层厚度、粮堆水分梯度≤0.5%水分/m粮层厚度条件时,应结束调质通风。调质通风也是处理贸易粮常用的方法。

   4.5其它目的的通风

   另外还有以除尘防爆为目的的通风、以熏蒸为目的的环流通风、散发仓内毒气或消除其他异味的通风、预防大批潮粮因干燥不及时易变质的预防性通风、利用较高温度和较低相对湿度的空气或加热空气以干燥粮食为目的的通风等。

   5其他分类

   其他分类:垂直风管的径向通风系统、无风道通风系统等

   5.1径向通风

   径向通风亦称垂直通风,原来所讲的径向通风主要是指径向通风小型干燥仓干燥降温原理,这种仓主要由两个直径不同的同心圆筒组成,在内外筒之间填装粮食,干燥介质进入内筒中央后径向穿过粮层,达到降水目的。现代意义上的径向通风,即垂直通风如图5a/b/c、图7a/b的形式,在圆筒仓的中央竖直安装风管或在仓底主风道上面安装一定数量的垂直风管进行通风,可用于大直径仓的通风降温降湿。

   5.2无风道通风系统

   假底筛网通风系统、仓顶轴流风机或排风扇气流通风、地板通风系统等均属无风道通风系统。

   5.3排风扇气流通风

   根据设计要求,在平底仓或锥形仓底布置地上笼或地槽,仓檐下安装一定数量的排风扇进行吸风,密封较好的条件下,使仓内粮堆上部空间形成负压,迫使空气从仓底部通风口进入仓内并穿透粮堆,将粮堆内的湿热气体经排风扇排出仓外。如广东三水市的砖圆仓通风系统采用此种技术,实验结果表明:使用效果较好。

   6通风辅助熏蒸杀虫技术

   机械通风辅助环流熏蒸技术目前在我国应用比较广泛。它充分克服了两种技术各自的局限性,提高了设施的使用率,大大提高了毒气的扩散速度、挥发性、渗透力和使用安令性,通过通风气流的循环,提高气体分布的均匀度,减少了粮食对毒气的吸附和粮食污染,降低了劳动强度,减少用药量并延长药剂的持效期,具有经济性、效益性、安全性,使用效果显著。另法国根据本地的环境和气候条件,发明了一种风冷灭虫法。新收获谷物入仓后,启动大功率鼓风机吹风降温,温度降至15℃,能阻止害虫繁殖,每年10月底11月初,空间气温低于10℃时,再连续吹风20天,每天10h,到11月底,粮食温度维持在10℃以下,使仓内害虫处于休眠状态,濒临死亡。翌年1月,库内温度则降至4℃以下,80d内害虫将全部死亡。这为我国北方的储粮提供了一种绿色储粮方法。

   另外,通风辅助化学防霉技术、通风与谷物保护剂结合防虫技术等都已经在储粮实际中也得到了应用。

   7综述

    圆筒仓通风系统一般采用组合式,即几种方式的综合运用。如:仓下离心风机通风与仓顶轴流风机通风的结合(图7a、图8),水平风道或风管通风与径向通风的结合,双管通风中的压入式和吸出式的结合(图5c)、垂直通风与地上笼并用通风系统(图7a),多管通风与环形风管通风结合(图7b)等。无论采用何种通风方式,一般仓顶都设轴流风机和自然通风孔,有时也设排风扇进行气流通风。对钢板筒仓而言,配置通风系统十分有利于粮食储藏,尤其在仓顶设置轴流风机或排风扇,可以调节仓顶空间温度,散掉上层和表层的粮食湿热,防止上层和表层粮食受高温影响。但由于目前我国对圆筒仓通风系统设计选用的参数数据缺乏、计算公式尤其是阻力计算公式不完善等原因,为适应我国储粮要求的提高,圆筒仓通风设计计算方法和工艺亟待改进和完善。

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