高粮堆粮食立筒仓通风设计的探讨

徐鹏程，裘骏凯，徐玉斌

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

粮食立筒仓是重要的粮食周转设施，有些企业也作为粮食的仓储设施使用，为此需设有机械通风装置，用于对储粮的降温和筒仓内粮堆的空气环境改善，确保安全储粮。粮食立筒仓由于粮堆相对较高，有自身的特点，如：进粮分级严重，筒仓中心部位粉状杂质较多；受温差影响，仓内空气微循环使水分容易局部聚集；高粮堆通风阻力大，需选用单位通风量小，粮堆冷却相对困难；如果粮堆出现局部发热等，处理手段有限。因此筒仓的安全储粮比平房仓要困难。

本文讨论的是实际设计中的一个案例，筒仓粮堆较高，如采用压入上行时通风，空气通过风机温升较高，作为降温通风时会严重影响通风效果，甚至出现粮温上升的有害通风，应充分重视。

1 工程基本情况

粮食食立筒仓直径D为10.1 m，直筒段高度47 m，锥斗高度9.3 m，设计储存量2 700 t(以小麦计)。本工程位于广州市附近，冬季设计通风温度为8 ℃。筒仓通风剖面示意见见图1。

1.1 筒仓通风的方式

按通风机位置和空气在粮堆流动方向，筒仓机械通风一般可分为如下方式：

(1) 压入上行式通风：仓外空气→通风机→仓外通风管→地上笼→粮堆→空气从仓顶排出仓外。风机温升对粮堆冷却通风效果有影响。

(2) 吸出式上行式通风：仓外空气→通风管→地上笼→粮堆→仓顶通风机→空气从仓顶排出仓外。风机温升对粮堆冷却通风效果没有影响，但需复核仓顶结构的强度。

(3) 吸出式下行式通风：仓外空气→仓顶通风管→粮堆→地上笼→仓外通风管→通风机→空气从仓底排出仓外。风机温升对粮堆冷却通风效果没有影响，但需复核仓锥斗结构强度。

1.2 通风阻力计算

按《粮食立筒仓设计规范》，立筒仓冷却通风单位通风量一般为q=4～10 m3/h·t[1]。由于粮层较高，取q=4、5、6 m3/h·t，分别计算粮层阻力见表1。

H粮层=Φ9.8ah(v粮层)b

式中：Φ为压实系数，取1.55；a、b为系数，按小麦，a=681.399、b=1.321；h为粮层高度，取值50.1，m；v粮层为通风表观风速[2]。

图1 筒仓通风剖面图

表1 不同单位通风量的通风系统阻力

注：按小麦2 700 t计算风量；风道阻力为估算，计算过程略。

通过计算，高粮层通风阻力，即使取规程要求最小的通风量q=4 m3/h·t，通风系统阻力也高达7 119 Pa，按风压系数1.1计算，要求风机选型风压为7 831 Pa，该风压不仅常规使用风机(如4-72系列风机)无法达到，还带来其他问题，如空气通过风机的温升不容忽视。

1.3 空气通过风机温升的计算

空气通过风机的温升△t，可按下式式计算：

式中：H为风机全压，Pa；η为电动机安装位置修正系数，电动机安装在气流外时，η=η2=0.85；η1为风机全压效率，按4-72风机取η1=0.75；η2为电动机效率。

按分别计算q=4、5、6 m3/h·t风机温升，计算结果见表2。

表2 不同单位通风量的空气温升

注：风机选型风压，按风压系数1.1计算。

按《储粮机械通风技术规程》(LS/T 1202/2002)允许降温通风条件：

开始通风时：t1-t2≥8 ℃ (亚热带地区：t1-t2≥6 ℃)

式中：t1为仓外大气温度，℃；t2为粮堆平均温度，℃。

按公式，即使满足t1-t2≥8 ℃条件，在筒仓采用压入上行式通风，有时通风不仅没有效果，还会是有害通风。用于粮层较低通风系统阻力小时，风机温升可忽略(如粮食平房仓通风一般风机全压≤1 200 Pa，空气通过风机温升△t≤1.3 ℃)，但对于采用风压较高风机，应计算风机温升，修正后的允许降温通风条件如下：

t1-t2≥(8+△t) ℃

2 高粮层筒仓通风设计的建议

2.1 合理的确定筒仓高度

对具有粮食储存功能的筒仓，不仅要考虑筒仓容量，还应考虑安全储粮工艺的需要，因此需限制储粮高度。如压入压入上行式通风，应按限制空气通过风机的温升，以实现通风降温目的和通风的经济性。 不同温升对应的粮层阻力见表3。

表3 不同温升对应的通风粮层阻力

注：通风系统其它阻力指通风系统总阻力去除粮层阻力的阻力，含风道空气分配器等，为方便比较，设定为200 Pa和350 Pa；粮层阻力和高度按小麦计算。

在设定通风机温升条件下，可计算出具体仓型适用的单位通风量下允许的粮堆高度，为筒仓确定合理高度提供依据。

2.2 对结构允许的筒仓可使用吸出下行式通风

由于空气通过风机温升后排入仓外，吸出下行式通风降温通风条件可采用t1-t2≥8 ℃ (亚热带地区：t1-t2≥6 ℃)，与压入上行式通风相比降低了通风条件，提高了通风的时效。但吸出下行式通风在配置风压较大时，应核算筒仓结构的强度，避免筒仓结构出现安全问题，特别是粮食钢板筒仓不应在负压下运行[3]。对高粮堆冷却通风吸出下行式机械通风也存在风机风压偏高导致的能耗偏高和效果不理想问题。

本文讨论的设计案例中，项目地处华南热带地区，室外气温高通风时间有限，为避免通风时空气温升的不利影响，采用了吸出下行式通风，按单位通风量q=3.5 m3/h·t设计，选用通风机型号为9-26No6A高压风机，风机风量10 265 m3/h，风机全压8 036 Pa，风机装机功率30 kW。设计采用较小的单位通风量，兼顾通风效果和通风能耗间的平衡。

2.3 筒仓通风的创新——径向通风

筒仓径向机械通风流程为：仓外空气→筒仓中心空气分布管→仓内粮堆→仓内分段排风穿孔管→仓外风道仓→吸出风机→空气排至仓外。

筒仓径向机械通风冷却空气在粮堆流通路线短，在相同的单位通风量下显著降低了粮堆阻力，虽然增加通风道和空气穿孔板的阻力，但高粮堆通风系统总阻力还是大幅下降，不仅改善了通风冷却效果，也降低了能耗。

如本文所举案例对直径D=10.1 m的筒仓，冷却空气在粮堆流动距离最远为6.7 m(最近距离为5 m)，按单位通风量为q=4 m3/h·t，粮堆阻力约630 Pa(计算略)，通风系统总阻力约980 Pa(计算略)，选用4-72No6C风机，装机功率5.5 kW即可满足要求。风机引起的空气温升约为1.2 ℃，可忽略。

通过计算分析，在单位通风量基本相同条件下，采用筒仓径向机械通风风机装机功率下降了81.7%，大幅降低了能耗，由于通风途径短，通风冷却效果得以保证，缩短了通风时间，粮堆的区域温差变小。

筒仓径向机械通风缺点是：需满仓通风，否则容易造成送风和排风的短路；需设置中心送风管，结构相对复杂；通风系统的投资相对较高等。目前有类似装置在运行，仍需总结提高。

3 总结

高粮层筒仓有多种通风方式，应重视通风风机温升对通风效果的影响，通过比较和优化，选择合理的通风方案，在确保粮堆冷却效果的同时，降低通风能耗，实现好的经济收益。