电热储能式粮食干燥热风炉工艺参数生产试验研究

王 赫，任丽辉，刘国辉，赵学工

(辽宁省粮食科学研究所∥国家粮食-玉米干燥工程中心，辽宁 沈阳 110032)

电热储能式粮食干燥热风炉工艺参数生产试验研究

王 赫，任丽辉，刘国辉，赵学工

(辽宁省粮食科学研究所∥国家粮食-玉米干燥工程中心，辽宁 沈阳 110032)

粮食干燥作为我国粮食行业最大的耗能环节，是粮食行业“节能减排”的重点。通过对电热储能式粮食干燥热风炉生产运行进行全面考核及分析，证明了电热储能炉作为粮食烘干机的新干燥热源取代现有燃煤热风炉是可行的，并通过工艺参数的选择，确定了正常工况下电热储能炉的配置功率。

粮食干燥；电热储能；生产测试；新热源

粮食干燥作为我国粮食行业最大的耗能环节，是粮食行业“节能减排”的重点。按照国家粮食局《“十二五”粮食流通基础设施建设规划》中提出的节能减排和绿色储粮的要求，我们在新能源利用方面进行了有效的探索，成功研发了电热储能式粮食干燥热风炉。电热储能式粮食干燥热风炉利用电热储能技术将电网夜间闲置、廉价的低谷电或弃用电转换成热能存储在储能炉内，经温度调节装置将储能炉内300～500℃的热空气转换成稳定的、适合粮食干燥的热风输出，取代高能耗、重污染、费人工的燃煤热风炉，将电热储能技术应用于粮食干燥领域，开发了粮食干燥新热源，填补了行业技术空白。

2016-03，我们对电热储能式粮食干燥热风炉进行了生产运行考核，全面测试了电热储能炉系统的产品质量、工艺指标、各项经济技术指标、能耗、物耗及主要设备的能力和运行状况。整个测试过程中，电热储能炉设备运行稳定，干燥运行成本为47.3元/t(同期同一试验点燃煤热风炉运行成本为43.9元/t)，且无任何废气、废水、废渣产生，实现了二氧化碳零排放，电热储能炉的热效率在95%以上，具备清洁、低碳、环保的特点。本测试证明,电热储能炉作为粮食烘干机的干燥热源，取代现有的高能耗、重污染、费人工的燃煤热风炉是可行的。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

玉米：当地、当年产玉米，水分23.4%。

粮食干燥机：处理量300 t/d。

电热储能式粮食干燥热风炉：功率2 000 kW。

1.2 测试条件

电热储能炉正常运行，达到可以为粮食烘干机提供满足使用要求、温度稳定的热风；粮食烘干机连续正常运行10个班次以上；环境温度、相对湿度及大气压力应符合电热储能炉及粮食烘干机正常工作对环境条件的要求；粮食水分不均匀度不大于3%、含杂率不大于2%、发芽(生活力)率大于等于80%。测试仪器、仪表在检验有效期内并检验合格。

1.3 测试方法

(1)根据标准GB/T 6970—2007《粮食干燥机试验方法》[1]，测试期间准确测定并记录进机湿粮水分、出机干粮水分、外部环境温度、电热储能炉温度、热风温度、热风动压值。

(2)准确记录每工作日电热储能炉作业时间、粮食烘干机作业时间。

(3)测点布置根据标准GB/T 1236—2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》[2]，使用皮托静压管测定热风流量，皮托静压管的头部中心定位在沿着热风管道3个对称分布的直径上依次间隔的24个测点上，如图1所示。

图1 测点位置分布图

2 结果与讨论

2.1 工作环境与系统工艺参数

根据GB/T 6970—2007《粮食干燥机试验方法》[1]要求，测试并记录了以下3个时间点的工作环境及系统工艺参数，见表1。

经过多组数据的测试，证明电热储能炉可为粮食干燥机提供稳定的热风。

表1 工作环境与系统工艺参数记录表

2.2 电热储能炉工作时风量、风压测定

根据GB/T 1236—2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》[2]，确定了热风管内各测点并测定其动压，再按下列公式分别计算出同时间点的气体密度、风速、容积风量、质量风量，结果见表2。

气体密度ρ=355/(273+t)，kg/m3；

风速v=(2H动/ρ)0.5，m/s；

容积风量V=3 600vA，m3/h；

质量风量L=ρV，kg/h;

式中，t为热风温度，℃；A为风管截面积，m2。

表2 电热储能炉热风风压测定记录计算表

注：热风管内截面内尺寸为0.503 m2。

2.3 提供给烘干塔总热量

由2.1和2.2节测定、记录的数据，根据公式Qr=L·(t-th)，计算出提供给烘干塔的总热量Qr为：

Qr= 19 659×(107- 9.3) = 1 920 684 kJ/h，式中，Qr为烘干塔总热量，kJ/h；L为质量风量，kg/h；t为热风温度，℃；th为环境温度，℃。

2.4 电热储能炉释放的热量

根据经验[3]，电热储能炉温度在400～500℃时，储能炉蓄热体比热容为1.1 kJ/(kg·℃)，质量为175 t，在9:30起4 h的测试时间内，电热储能炉温度下降了55℃，电热储能炉热效率按95%计算，根据公式Q=c·m·Δt，计算电热储能炉释放的热量为2 514 531 kJ/h，计算结果见表3。

表3 电热储能炉释放的热量计算表

测定项目平均值电储能炉储能固体比热容c/kJ·(kg·℃)-11.1电储能炉固体质量m/t175.0电储能炉温差△t/℃55.0储能炉单位时间释放热量Q/kJ·h-12514531

2.5 干燥系统热效率

由2.3和2.4节计算出提供给烘干塔的总热量及电热储能炉释放的热量，根据公式η=Qr/Q×100% ，计算干燥系统热效率为：

η=1 920 684÷2 514 531×100%=76.3%，

式中,η为干燥系统热效率，%；Qr为提供给烘干塔总热量，kJ/h；Q为电热储能炉释放的热量，kJ/h。

2.6 电热储能炉配置功率

此次电热储能式粮食干燥热风炉项目，由于时间、资金和场地所限，电热储能炉的配置功率偏小；因此，通过以上测试结果，计算出满足处理量300 t/d的烘干塔连续运转的电热储能炉装机容量。

2.6.1 烘干塔主要工艺参数

根据东北地区工况，烘干塔主要工艺参数设定为：处理量15 t/h，进机湿粮水分30.0%，出机干粮水分14.5%，降水幅度15.5个百分点，环境温度-20℃。

2.6.2 有关计算

单位时间水分蒸发量W为：

W=1 000T·(w1-w3)/(100-w3)

=1 000×15 ×( 30-14.5)/(100-14.5)

=2 719.2 kg/h，

式中，W为在一次干燥过程中粮食单位时间水分蒸发量，kg/h；T为处理量，kg/h；w1为出机粮食含水率，%；w3为进机粮食含水率，%。

烘干机所需总热量Qr为：

Qr=Q1+Q2=2719.2×4.2×

[100-(-20)]+2 257.2×2 719.2

=7 508 255 kJ/h，

式中,水的比热容为4.2 kJ/(kg·℃)，100℃时的汽化潜热为2 257.2 kJ/kg；Q1为次干燥过程中粮食小时水分蒸发需要的热量，kJ；Q2为100℃水变为100℃水蒸气需要的热量，kJ。

2.6.3 电热储能炉装机容量

根据经验[3]，电储能炉的热转换率为95%，粮食烘干机系统的热效率按75%计算，则按照以上工艺参数的选择，正常工况下电热储能炉需要为粮食烘干机提供的热量Q为：

Q=Qr/(95%×75%)=7 508 255÷(95%×75%)=10 575 007 kJ/h。

电热储能炉的装机容量N为：

N=Q/3 600=2 937 kW。

因此，使用电热储能炉作为热源，为处理量为300 t/d烘干机提供热量时，其装机容量应不小于3 000 kW。

2.7 经济效益分析

2.7.1 设备投资情况

电热储能式粮食干燥热风炉总装机容量(即蓄热能力)为3 000 kW，样机一次性投资为240万元左右。

2.7.2 生产运行成本

生产运行成本仅计算煤、电的成本及操作人员工资。设备配件、维护等其他费用仅作对比，不按天计入生产运行成本。

2.7.2.1 电费

根据能源部国家物价局能源经[1992]473号文件《关于东北电网实行峰谷分时电价的批复》规定，谷时段电费(晚上22:00到第2天早晨5:00)在平时段电费0.83元/(kW·h)的基础上下浮50%，即0.43元/(kW·h)。

电热储能炉利用夜间谷电，在生产的同时蓄热9 h，可满足白天16～20 h生产供热需求，此时耗电量为：3 000×7+3 000×2=21 000 kW·h/d+6 000 kW·h/d。

分别按规定执行谷时段电费0.43元/(kW·h)和平时段电费0.83元/(kW·h)，电费支出为：0.43×21 000+0.83×6 000=14 010元/d。

按处理量300 t/d计算，单位处理量的电费支出为：14 010÷300=46.7元/t。

2.7.2.2 人员工资

电热储能式粮食干燥热风炉运行时只需要1名操作工，工资按180元/d计，单位处理量的人员工资为：180/300=0.6元/t。

执行低谷电价时电热储能式粮食干燥热风炉运行成本为47.3元/t。

电热储能式热风炉加热元件使用年限为20 a以上，正常使用时无后期维护费用。

3 结论

综上所述，电热储能式粮食干燥热风炉作为新一代粮食干燥热源供给设备，实现了换热工艺技术的原始创新和热风干燥能量转换设备的集成创新，该项技术的研究与应用解决了长期困扰粮食干燥行业环保超标难题，既缓解了电力的供需矛盾，又促进了能源的合理利用和环境保护，更为实现粮食干燥机系统的智能控制提供支持，有效提升了现有粮食干燥装备技术水平，必将推动未来粮食干燥热源的环保升级换代。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.粮食干燥机试验方法:GB/T 6970—2007[S]．北京：中国标准出版社，2007.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工业通风机 用标准化风道进行性能试验:GB/T 1236—2000[S]．北京：中国标准出版社，2000.

[3] 中国储备粮管理总公司，辽宁省粮食科学研究所 编．粮食干燥系统实用技术[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2005．

(责任编辑：俞兰苓)

Process parameters of the production of electric storage heaters for grain drying

WANG He，REN Li-hui，LIU Guo-hui，ZHAO Xue-gong

(Liaoning Grain Science Research Institute;National Grain-Corn Drying Engineering Research Center，Shenyang 110032，China)

As the largest energy consuming link in China's grain industry，grain drying is the key point of "energy-saving and emission reduction". Based on comprehensive assessment and analysis of production and operation of electric storage heaters for grain drying, we proved that as a new drying heat source, it was feasible that electric storage heaters for grain drying replaced the existing coal-hot-air furnace, and through the selection of process parameters, we determined the allocation of power under normal condition for electric storage heaters.

grain drying; electric energy storage; production test; new heat source

2016-10-20；

2017-04-28

2014年国家粮食局公益性行业科研专项“电热储能式粮食干燥热风炉的研制”(201413006)。

王 赫(1983-)，女，工程师，主要从事粮油机械与粮食储藏技术研究工作。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.05.004

S379.2

A

1003-6202(2017)05-0013-03