膜分离制氮设备在横向与竖向通风仓的应用研究

高彬彬，金建德，张云峰，季雪根，王会杰，沈 波，张飞豪

(1.浙江省储备粮管理有限公司技能拔尖人才工作室，浙江 杭州 310006；2.浙江省粮食局直属粮油储备库，浙江 杭州 310006；3.浙江衢州省级粮食储备库，浙江 衢州 324000)

横向通风技术是新“四合一”储藏技术内容之一，以其风道上墙、全程覆膜、高效冷却、负压通风、系统均匀等诸多优点，越来越受到粮食仓储行业的青睐，气调储粮作为绿色储粮的重要手段，已经成为科技储粮的必备技术，为将2项储粮新技术有机结合起来，达到提速增效，生态储粮、绿色储粮的目的，在浙江省粮食局直属粮油储备库(下称直属库)开展了横向气调实验[2]。通过对横向气调工艺与竖向气调工艺相对比，比较两者的优缺点，为气调作业在仓储行业中的选择应用提供了技术支持。

1 材料与方法

1.1 仓房

选用直属库P22、P43作为本次实验仓房，仓房基本情况详见表1。

表1 仓房情况

1.2 风道

P22号仓为竖向风网系统，东西各2个通风口，为一机三道地上笼通风道，支风道开孔率30%，支风道长25 m，堆粮高度5 m，风道间距2.4 m，途径比1.2。

P43号仓为横向通风风网系统，在仓房檐墙(南北两侧)各开4个通风孔，在仓内沿墙(南北)地坪上各铺设一条四分之一圆主风道，并相隔一定尺寸开支风道口，在支风道口自下而上安装铺设支风道，并紧贴、固定在檐墙上。支风道长4 m，整仓共铺设支风道36条。途径比为1.15，详见图1。

图1 横向通风风网布置图

1.3 粮情

表2 储粮基本情况

1.4 仓内害虫检查情况与虫笼布置

P22、P43按要求各筛检16个点，从筛检结果看，2个仓房粮食都属于基本无虫粮。分别在每个仓房四角距墙1 m处与粮面中心各设置一个共5个虫笼，埋置于粮面下20 cm处。每个虫笼放入100 g该仓小麦，同时分别放入赤拟谷盗、锈赤扁谷盗、玉米象、谷蠹各10头。

1.5 检测点布置

2个仓房检测点布置相同，分别在粮堆南北方向分3个截面，南截面从东到西设A、B、C三个点，中截面为D、E、F，北截面为G、H、I，共9个点，每个点分3层(见图2)。粮面四角离墙0.5 m处和粮面中间设5点。

图2 检测点布置示意图

1.6 制氮机、环流机安装及粮面管道布置

P22号仓制氮机出气口粮面管为T字型，环流机进气口粮面管为圭字型。管道直径均为110 mm，开孔率均为20%。

P43号仓制氮机与环流机安装见图3。

图3 环流机及制氮机安装示意图

1.7 选用设备

选用DM290-70的膜分离制氮机，浓度99%时产氮气量为70 m3/h。其余设备为：C900正压空气呼吸器3套，测氧仪2台，报警仪2台，数字压力仪，人工气候培养箱。

1.8 气调储粮工艺

1.8.1 竖向气调储粮工艺

整个实验过程分4个阶段进行。

第1阶段：制氮机大流量低浓度氮气循环置换阶段。将制氮机进口流量控制在130～140 m3/h，出口浓度设定为94%，产气量115～120 m3/h，将仓内氮气浓度均匀升高到91%～92%[1]；

第2阶段：制氮机小流量高浓度氮气循环纯化阶段。将制氮机进口流量控制在120～130 m3/h，出口浓度设定为98%，产气量设定为100～105 m3/h，将仓内氮气浓度均匀升高到94%～95%；

第3阶段：制氮机小流量高浓度氮气充膜保持阶段。将制氮机出口浓度设定在98%以上，产气量60 m3/h，将膜充起至顶到屋顶，仓内氮气浓度维持在96%以上；

第4阶段：静置与补气阶段。当气囊下瘪到一定程度时，开启制氮设备进行补气作业；

第1、第2循环阶段，氮气从粮面进入粮堆，经地上笼、风道回到制氮机；从粮面进入环流风机，经风道回到环流风机。第三阶段为鼓气囊阶段，充氮机只充不排，环流机保持环流状态。

1.8.2 横向气调储粮工艺

膜分离气调储粮工艺在整个实验过程中，分为5个阶段：

第1阶段：低浓度高流量充环阶段。将制氮机气体进出口与仓库南北两侧风道进出口相连接，形成闭合的回路，设定95%氮气纯度的环流充注。通过对回流气体的流量控制，始终维持仓内压力为-5～-10 Pa，保持粮堆内呈微负压状态，当检测到回流气体氮气浓度为93%时，第1阶段结束[2]。

第2阶段：高浓度低流量充环阶段。达到氮气设定93%浓度后，制氮机自动进入第2个阶段，设定98%氮气浓度的环流充注。始终维持仓内压力为-5～-10 Pa，保持粮堆内呈微负压状态，当检测到回流气体纯度为97%时，第2阶段结束[2]。

第3阶段：高浓度低流量充气阶段。该阶段主要目的是将粮堆上部的气囊充起，关闭回流阀，设定99%氮气纯度给气囊充气至6 Pa后，设备自动关闭进气阀，充氮完成。

第4阶段：气囊静置平衡阶段。结束上面3个阶段后，进入到静置平衡与杀虫阶段。在这个阶段内制氮机不运行，粮堆内部各点氮气浓度进一步平衡，并且由于粮食本身的呼吸作用，在这个阶段内氧气浓度进一步下降。

第5阶段：直充补气阶段。当检测到仓房内气囊瘪到一定程度时，开启制氮设备进行补气。

2 结果与分析

2.1 气调能耗统计

气调能耗统计结果如表3。

表3 气调能耗统计

2.2 各截面气体浓度变化

P22号仓、P43号仓各阶段各截面平均气体浓度变化情况如表4、表5、图4、图5。

表4 P22号仓各截面平均气体浓度 %

表5 P43号仓各截面平均气体浓度 %

图4 P22号仓各截面平均浓度变化图

图5 P43号仓各截面平均浓度变化图

2.3 检查粮堆内害虫情况

8月26日与9月2日，分别对2个仓房虫笼和仓内进行检查，发现气调前布置的16个检查点中，P22号仓在北边第二灯下发现2头锯谷盗，害虫死亡率为99%；P43号仓未发现害虫，虫笼中害虫也全部死亡。同时将16个测点样品与虫笼内粮食置于25 ℃，75%湿度的人工气候箱内培养30 d，观测2批样品均无活虫出现。

2.4 效能评价

2.4.1 能耗与成本评价

能耗与成本的计算公式如式(1)

(1)

式中，Ec为吨粮成本，元/t;Fc为吨粮能耗，kW·h/t;∑W为充氮气调实际累计耗电量，kW·h;G为粮食质量，t;r为按峰谷计算的综合电价，0.671元/kW·h。

P22号仓能耗与成本：

=1.01×0.671=0.68(元/t)

P43号仓能耗与成本：

=0.79×0.671=0.53(元/t)

2.4.2 气体浓度均匀性

气体浓度均匀计算公式如式(2)。

(2)

P22号仓气体浓度均匀性：

=99.75%

P43号仓气体浓度均匀性：

=100%

2.4.3 氮气浓度上升速率

氮气浓度上升速率的计算公式如式(3)。

(3)

P22号仓氮气浓度上升速率：

P43号仓氮气浓度上升速率

2.5 结果分析

2.5.1 杀虫效果

经过对仓内虫害检查与设置虫笼的杀虫效果测试表明，竖向气调技术和横向通风模式下的智能型膜分离气调技术均能有效杀死粮堆内的常见害虫种类。相比较而言，横向气调技术杀虫更彻底，效果更明显，更能有效达到防治害虫、安全储粮的目的。

2.5.2 浓度均匀性

经分析检测数据、各截面浓度变化图与气体浓度均匀性计算，在气调作业结束时，横向气调与竖向气调各点浓度均匀性分别达到100%与99.75%，说明运用2项不同的气调技术，气体均能在粮堆内均匀分布，达到气调储粮的目的。

2.5.3 浓度上升速率

运用横向气调技术时，氮气浓度在第2个阶段中即28 h内就能达到96%的要求浓度，上升速率为0.65%/h；竖向气调在第2个阶段结束即96 h内浓度达到96%，上升速率为0.15%/h。说明横向气调技术能更快的达到有效浓度。

2.5.4 单位能耗

通过计算，运用智能型膜分离设备进行横向通风气调储粮，吨粮耗电量为0.79 kW·h，吨粮成本为0.53元，而运用竖向气调技术时，吨粮耗电量为1.01 kW·h，吨粮成本为0.68元。相比较结果表明，横向气调耗电量低，大大节省了保管费用。

3 结论

通过对竖向和横向2种气调方式的对比，横向气调技术有着杀虫效果明显、均匀度较好、浓度上升速率快、单位能耗低的优点，可以与目前日益成熟的横向通风储粮新技术进行综合运用。

[1]金建德,沈波,刘益云.膜分离富氮低氧环流技术在横向通风系统中的应用试验[J].粮油仓储科技通讯,2016(1):19-21

[2]沈波,应玲红,余永红.膜下富氮低氧环流工艺在横向通风系统中的应用[J].粮油仓储科技通讯,2015(s1):61-63●