粮食干燥机能效在线评估系统设计

文 _ 王琦 王明慧 王强 中竞同创能源环境科技集团股份有限公司

我国是世界粮食生产和消费大国，每年要收获和储存大批的粮食。新鲜的粮食中含有大量的水分，在特定的环境中水分会不断地蒸发，同时导致粮食出现霉变等缺陷。而且粮食收获后的储存也需要进行定期干燥降水以保证安全水分，为此每年需要消耗大量的能源进行粮食干燥，而粮食加工和干燥过程中存在能耗过高，干燥温度偏高等问题，造成较大的能源浪费和环境污染。目前国内粮食干燥系统消耗的能源品种主要为电和煤。现有的干燥设备热效率低，能源消耗过高，严重污染环境。因此，如何有效降低粮食干燥过程中能源的消耗，提高能源利用效率，实现粮食干燥过程中的节能减排以及较低温度可再生能源的规模化开发利用，已成为粮食储存过程节能减排的重要途径。

由于粮食干燥过程中影响因素比较复杂，目前对粮食干燥的多场耦合协同干燥技术与工艺的研究缺少理论研究。但是采用多场耦合协同原理对粮食进行干燥，能有效提高能源的利用效率，加快一些低品位能源的使用，符合国际干燥技术的创新发展趋势，与国际粮食干燥技术接轨，整体提高我国粮食干燥技术水平，效益非常显著。

为了提高粮食干燥过程的能源利用效率，降低能源消耗，经过对国内主流具有代表性的对流传热干燥设备干燥过程的长期研究，总结归纳出粮食干燥的能效评估方法，确定了能源利用水平的评价指标以及指标获得方法，对获取能效评价指标所需参数进行监测，并开发了在线监测评估软件，通过采集能效指标和技术参数，实时计算能效指标，对粮食干燥过程的能效给予准确的分析和科学的评价，验证评估方法的可操作性。

1 粮食干燥能效指标

根据粮食干燥系统的能耗计算方法以及相关行业评估方法，选取粮食干燥系统的系统能耗指标（单位降水耗热量、单位降水耗电量、单位降水耗能量）、热源能效指标（热源效率）、干燥机能效指标（单位降水耗热量、单位降水耗电量、干燥机热效率、干燥机热㶲效率）共3个大类、8个小类作为粮食干燥系统的能效评估指标。

各能效指标对比评价采用特定的折算方法将实际测试计算出的各能效指标折算到标准环境条件下（选取试验点为顺流干燥机，采用该标准折算）。

标准条件工况下单位降水耗热量（系统）=现场试验条件工况下单位降水耗热量/标准条件下的单位耗热量折算系数。

标准条件工况下单位降水耗电量（系统）=(单位降水耗热量的测定值/标准条件下的处理量折算系数)×(测试条件下粮食降水率/标准条件下粮食降水率)。

标准条件工况下单位降水耗能量（系统）=标准条件工况下单位降水耗热量×燃料发热量折标系数+标准条件工况下单位降水耗电量×电力折标煤系数。

标准条件工况下单位降水耗能量的折算值（干燥机）=标准条件工况下单位降水耗热量的折算值×热源效率（正平衡效率）。

标准条件工况下单位降水耗电量的折算值（干燥机）=(现场试验条件工况下单位降水耗热量的测定值（干燥机）/标准条件下的处理量折算系数）×（测试条件下粮食降水率/标准条件下粮食降水率）。

2 粮食干燥能效评估系统

本系统主要是对大型连续式顺逆流和混流干燥机进行能效评估，选取实验对象为“中央储备粮抚顺直属库国家粮食储备局郑州科学研究设计院设计的500T/D玉米烘干系统”，该系统主要设计目的是验证粮食干燥能效评估方法学体系，可实现对现场仪表实时数据采集、参数运算、数据统计分析、数据存储、数据手动录入及历史数据查询，最终实现对该等玉米烘干系统的能耗，能效指标进行计算，并对其进行对比评价。为保证该系统的有效运行，结合现场实际，需对现场粮食烘干系统进行必要改造，加装一些必要的计量器具如智能电表、温湿度传感器、计数器等，并接入出料变频器的实时频率数据，从而来实现该粮食干燥能效评估系统的运行。

2.1 参数获取

如图1所示要计算得出系统、热源、干燥机的各能效指标，需要得到一些特定的参数值，如粮食处理量，电量消耗量等，而这些参数的获取主要来源于4个方面。

图1 各指标基础数据获取方法示意图

（1）直接从现场采集得到（比如：系统用电量等）。

（2）通过运算得到（如：燃料消耗量=监测到的用煤斗数×每斗煤的重量）。

（3）查表得出。

（4）人工输入（如：燃料的热值，折标系数）。

2.2 系统网络

粮食干燥能效评估系统在实际运行过程中通过RS485通信与外部相关仪表、传感器进行通信，通讯网络结构由图2所示。

图2 系统网络结构图

具体到中储粮抚顺粮库项目根据实际情况由现场工业平板电脑通过COM口与传感器相连，也可通过网关采集器传入计算机系统。

2.3 系统功能结构

粮食干燥能效评估系统的功能见图3。

图3 系统功能结构图

2.3 粮食干燥能效评估系统主要功能

粮食干燥能效评估系统主要功能主要有：设备监测功能，能效指标计算功能，指标对比评价功能，用户权限管理功能及一些特定的附加功能。

2.3.1 设备监测功能

设备监测功能对烘干系统运行过程中的能源消耗数据和工艺参数进行监测，并自动归档处理，避免了人工记录时的误差，保证了数据的准确性，对于后期数据统计、配置生产工艺提供了便利条件。同时，实时采集的参数为系统能耗数据的计算提供支持，保证了数据源头的真实性，通过图形化分析工具，对各种参数进行图形化显示。详见图4。

2.3.2 能效指标计算功能

能效指标计算功能属于核心功能，可以计算烘干系统在特定时间的能效指标。根据现场实时采集的各类数据及参数，通过有效的计算方法可实时计算烘干系统在特定时间的能效指标，详见图5。特定时间段可根据工作需求通过设置窗口进行修改。评估系统默认对粮食干燥系统的能效指标进行连续运算（如间隔时间为8h），运算结果自动存档，可通过列表、曲线等查询。

表1 2007～2016年光伏发电累计和新增装机容量（万kW）

2.3.3 指标对比评价功能

能效指标计算出后只能表示出烘干设备在当前状态下的能源消耗情况，并不能客观的表示出该烘干系统的能效指标在当前“顺流粮食干燥机”中处于什么阶段。如要进行对比评价，需将设备运行数据放在同一标准下对比评价，将实际测试计算出的能效指标折算到标准环境条件下（选取试验点为顺流干燥机，采用该标准折算）。粮食干燥机折算标条件如表1所示。

图4 设备监测查询表

图5 能效指标计算表

2.3.4 参数配置

通过参数配置功能对能效指标计算中的一些特定参数进行预设，如能效指标自动运算间隔时间、粮食种类、每斗煤的重量、煤的热值、燃料和电的折标系数、排量机对应排量系数等参数，并存入数据库。

2.3.5 附加功能

附加功能包括“系统运行记录表”、“设备维修记录表”、“生产记录表”，便于用户更好的使用该烘干系统，其中“系统运行记录表”和“生产记录表”根据设备监测数据和用户手动维护数据自动生成，“设备维修记录表”根据生产设备维修情况记录生成，这3个功能是根据粮食烘干系统现场实际运行的需要而编制的，即方便了粮食烘干设备的管理，又便于关键数据的保存。

3 总结

粮食干燥能效评估系统能有效地对大型粮食烘干系统的能效指标进行计算，并对其能效指标进行对比评价，客观的反映出粮食烘干系统在实际应用中的能源消耗情况，为分析研究、改进粮食烘干系统的用能效率提供支持。

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