浅圆仓径向通风与常规通风技术对比分析*

申志成 陈建军 邱 辉 武传森

(中央储备粮日照仓储有限公司 276826)

浅圆仓作为一种储量大、机械化程度高的储粮仓型，具有直径大、粮堆高的特点，设计装粮高度一般在20 m及以上。受此特点影响，粮食入库过程中一般会在仓房中心区域形成较为严重的自动分级，尤其在储存进口大豆过程中，因大豆杂质含量及含油量较高，高温季节入库后，粮堆升温速度较快，自动分级又导致粮堆中心部位杂质聚集严重、孔隙度低，储粮及微生物呼吸作用产生的湿热气体难以排出粮堆，将逐渐产生发热现象并持续加剧，如果短时间内无法有效处理，极易造成粮堆局部板结、结块，甚至走油赤变，严重时可能会出现碳化等现象。因此，浅圆仓储存进口大豆时，对中心通风死角部位的通风降温效率要求极高。浅圆仓在常规机械通风条件下，需耗费大量人力、物力对中心杂质聚集区进行局部打管降温处理，通风过程中往往出现中心区域与周边粮堆降温速度不一致，造成整体通风时间长、通风效率低、水分丢失严重，给储粮安全保管造成不利影响。

针对浅圆仓常规机械通风过程中发现的问题，日照仓储公司立足实际，近年来积极开展浅圆仓径向通风技术研究，并围绕该技术对部分浅圆仓进行通风系统改造与径向通风试验研究，取得了良好的保水降温通风效果，有效降低了通风期间的人力、物力成本，使浅圆仓的通风均匀性和通风效率得到明显提升，为进口大豆的安全保管提供了有力保障，并为后期径向通风技术大范围推广应用积累了宝贵经验。

1 径向通风原理

日照仓储公司改造安装的浅圆仓径向通风系统由仓底环形主风道、侧壁垂直支风道、中心管垂直风道、中心管离心风机及仓底混流风机等部分组成，操作时，主要采用下行吸出式通风模式，外界气流由粮堆表面和中心管垂直风道(为提高通风效率，可借助仓顶中心管配置的离心风机，将冷风压入中心管，高效提高中心粮堆内的进风量，以中心径向放射的通风方式快速穿透中心杂质区域)进入粮堆，穿过粮层后进入仓壁四周的垂直支风道，然后通过环形主风道经仓底混流风机排出仓外，实现浅圆仓通风降温的目的。

2 材料与方法

2.1 仓房条件及配套设施

试验仓单仓设计仓容10500 t，仓房直径30 m，设计装粮线高20 m；仓顶配有4个自然通风口、2个轴流风机口，各配套安装1台1.1 kW轴流风机以及1台7.5 kW离心风机，离心风机出风口直通仓房中心管风道内部；仓下南北两侧各配有1台11 kW混流风机；仓内底部配有一圈环形主通风道(与混流风机连通)，主通风道上方沿周边仓壁均匀架设10条6.8 m高的支风道；仓房正中位置立设有中心管一根，中心管外壁配有4条截面为月牙形的垂直风道，风道自地坪至向上17 m的区段内均匀开孔布设14层风网盖板；仓内配有30根数字式测温电缆。仓房设施具体情况见图1。

图1 仓房设施分布图

2.2 试验器材

试验采用的主要器材有：粮情测控系统、混流风机、离心风机、单管风机、深层扦样器及水分测定仪等。通风设备具体参数见表1。

表1 通风设备类型及参数

设备名称型号功率(kW)风压(Pa)风量(m3/h)混流风机CZTY450-1111750～17516000～20100离心风机4-72NO4.5A7.51116～17605712～10562单管风机CDTY890.751700800

2.3 试验粮食

我公司选取2020年8月下旬同批次入库大豆的两栋浅圆仓，其中208号仓作为径向通风试验仓、216号仓作为常规通风对照仓，开展径向通风对比试验；两栋仓在入库结束后储粮基础粮温偏高，平均粮温在26.8℃以上，局部粮温在30℃以上，为满足安全保管要求，均需进行降温通风处理，并达到堆内粮温基本平衡状态。

大豆基本情况分别见表2、表3。

表2 粮食基本情况

仓号品种国别数量(t)入库时间(年·月·日)入库方式储存方式208大豆阿根廷102872020·08·21机械散储216大豆阿根廷102952020·08·28机械散储

表3 粮食质量及粮温情况

仓号水分(%)杂质(%)完整粒率(%)损伤粒率(%)热损伤粒(%)粗脂肪酸价(mg/g)入库后基础粮温(℃)最高最低平均20810.72.178.05.201.231.222.426.821610.72.466.311.001.429.221.226.6

2.4 试验方法

2.4.1 仓房设备准备

2.4.1.1 全面检查仓房附属设施设备是否完好，重点检查仓顶自然通风口、轴流风机口、中心管风机进风端是否开启，对中心管进风管道进行保温隔热处理，开启仓底混流风机口和侧壁回风管进出风口，查看风道是否畅通，检查仓房附属配电系统是否安全有效。

2.4.1.2 检查仓内测温电缆传感器是否完好，保证粮情测控系统测温数据信号传输准确完整，并于仓内空间配置一块温湿度表用于辅助测温。

2.4.1.3 分别对试验过程中所需使用的风机设备、扦样器、水分检测仪等进行调试或标定，确保正常使用；另外，对照仓准备5组单管通风设备(5台单管风机及若干通风单管)用于粮堆局部降温处理。

2.4.2 检测点布置

2.4.2.1 扦样点布置和水分测定 试验前后分别对试验仓、对照仓的粮堆水分进行定点扦样检测，重点检测各层水分分布情况(对扦样点进行标记，确保每次扦样检测位置一致)。考虑到2栋仓房入库期间均为中心落料，粮堆质量自内向外呈环形均匀分布，故分别选择两条与通风管网关联的半径方向均匀设点。其中：208号试验仓共设置12个扦样点，沿分别位于中心管风道一侧、中心管出料口一侧的仓房半径由内向外在水平方向各设6点；216号对照仓共设置11个扦样点，除正中心设1点之外，分别沿位于混流风机一侧、地槽通风口一侧的仓房半径由内向外在水平方向各设5点；每点设5层，底层距地坪1 m，表层距粮面1 m，中间层与层之间间隔约4 m。扦样点具体分布图见图2、图3。

图2 试验仓水分检测点分布图

图3 对照仓水分检测点分布图

2.4.2.2 温度检测点分布 全仓测温电缆共分为3圈，由内向外第一圈设4根电缆，第二圈设10根电缆，第三圈设16根电缆，共计30根电缆，每根电缆分11层，共计330个测温点，均匀分布埋设于粮堆内部，具体布设情况见图4。

图4 温度检测点分布图

2.4.3 试验内容 本次试验的主要目的在于研究分析浅圆仓径向通风方式在储粮保管过程中的通风效率、作业成本及保水效果等，与常规机械通风控温模式相比较，在不额外增加单管通风措施、不增加辅助人工的前提下，单独采用径向通风系统能否有效解决浅圆仓中心杂质聚集区的通风死角问题。

2.4.3.1 试验仓通风过程中，首先开启仓顶通风口，然后利用仓底配置的混流风机进行吸出式通风，将外界冷空气吸入粮堆，穿过粮层排出仓外，达到降温的目的；为提高粮堆中心部位的通风效果，通风期间开启中心管配置的离心风机，取外界冷风压入中心管附属的垂直风道，冷风在外力作用下，经风网自内向外沿仓房半径方向呈放射状溢出，快速穿透中心杂质区粮堆；在此条件下，粮堆中上部气流斜向下、底部气流水平进入仓壁垂直风道，最后汇入四周环形主风道，经混流风机排出仓外，实现整仓均温通风的目的。径向通风示意图见图5。

图5 径向通风作业示意图

2.4.3.2 对照仓采用常规机械通风模式进行控温通风作业，即开启仓顶通风口，然后利用仓底配置的混流风机进行吸出式通风，将外界冷空气吸入粮堆，穿过粮层排出仓外，达到整仓降温的目的；为解决对照仓中心杂质聚集区的通风死角问题，在该区域布设5组通风单管，采用单管风机压入的方式配合整仓进行局部降温通风，每日组织人员对中心部位布设的通风单管深度进行加深，具体深度根据粮堆低温界面进行调整，尽量使中心区域的降温速度与周边粮堆保持一致，从而确保通风降温作业的均匀性。

2.4.3.3 根据外界气温变化合理选择通风时机，鉴于11月份之前日间温度相对偏高，故每天选择当日17:00至次日8:00区间范围对2栋仓进行降温通风；11月末，外界气温大幅降低，对2栋仓房开展24 h(雨雪天气除外)无间断通风作业，快速降低基础粮温。

2.4.3.4 通风期间加强查仓，每日安排专人对通风作业过程进行实时跟踪，定时记录通风时间并检测温湿度变化数据，密切关注粮堆状况及通风设备运转情况，发现问题及时解决处理。

2.4.3.5 通风作业结束后，对试验仓和对照仓粮堆水分再次进行定点分层扦样检测，掌握通风水分损失情况，同时汇总通风数据，计算通风能耗，对本次径向通风对比试验过程进行分析总结。

2.4.4 通风过程描述 208号仓与216号仓所储进口大豆为同批次入库，受入库天气影响，208号仓的基础平均粮温及最高粮温略高于216号仓；216号入库后最高粮温为29.2℃，208号仓入库后最高粮温为31.2℃，均出现在中心杂质聚集区。为防止208号仓中心区域出现大面积发热，选择9月2日至9月4日夜间有利时机，对208号仓开展短期降温通风，目的为降低中心杂质聚集区的基础粮温，确保储粮安全；10月上旬，外界气温进一步降低，自10月9日起，利用夜间对2栋仓同步开展首阶段降温通风，其中208号仓于10月29日结束通风，216号仓于11月11日结束通风；11月末，外界平均气温降至5℃以下，对2栋仓同步开展次阶段连续式降温通风，208号仓于12月21日结束通风，216号仓于1月10日结束通风，至此，通风作业全部结束。

3 结果与分析

3.1 通风作业效率对比分析

从通风作业开始到结束，两栋仓的平均粮温、最高粮温变化趋势情况见图6。

图6 粮温变化趋势图

经统计分析，经过2～3个阶段的通风作业，208号试验仓累计通风736 h，平均粮温由26.8℃降至3.6℃，最高粮温由31.2℃降至14.8℃，最高粮温主要分布在仓房周边下部；该仓9月初经短暂径向通风作业后，中心区域最高粮温快速降至30℃以下，在径向气流的作用下，中心高温区域热量转移至第二圈测温电缆所在区域附近，使其最高粮温升至30℃以上，但经过一个月的静态储存后，该区域粮温并未进一步上升；该仓自10月9日开始长时间通风后，最高粮温在中心径向气流作用下出现短期攀升，但在一周后即出现下降拐点，随后快速降至25℃以下，在此期间，平均粮温始终处于平稳下降状态；12月份启动尾阶段通风作业以后，该仓中心杂质聚集区域的粮温在中心径向通风作用下迅速降至10℃以下，整仓最高粮温及平均粮温均呈现平稳下降趋势，最终在最高粮温低于15℃时结束通风作业。

216号对照仓因入库初始粮温相对偏低，未出现明显发热现象，该仓于10月9日正式启动阶段性越冬通风作业，累计通风1021 h，平均粮温由26.8℃降至3.5℃，最高粮温由29.6℃降至14.5℃；该仓最高粮温始终位于中心杂质聚集区，随着下行式通风作业的持续进行，中心区域高温界面始终处于向下移动并逐步升温的状态，该区域的降温措施主要依靠通风单管由浅及深逐层处理，区域的通风死角属性极大制约了单管逐层降温的速度，而整仓平均粮温的持续下降，主要体现在粮堆周边区域温度下降较快，由此产生了粮堆中心及周边区域降温幅度的明显背离，直至通风单管下探至一定深度，最高粮温才出现下降拐点；在第二阶段降温通风过程中，制约通风时长的因素仍体现在对中心区域的粮情处理上，为避免粮温二次反弹，通风单管逐层加深速度较为缓慢，从而使整仓通风结束时间相应延长，直至1月上旬，最高粮温降至15℃以下，该仓结束通风作业。

综上分析可见，较之对照仓而言，试验仓的通风时间相对较短，并能快速降低通风死角的基础粮温，整体通风效率明显高于对照仓。

3.2 中心杂质聚集区降温效率对比分析

一般情况下，浅圆仓中心杂质聚集区作为异常粮情发生的重点区域，如何保障该区域粮情稳定成为整仓储粮安全保管的关键因素。在本次试验过程中，分别截取2栋仓房各通风阶段初始3 d的中心区域粮温情况进行分析，验证径向通风与常规通风模式对处理中心杂质聚集区的降温效果。2栋仓的中心区域粮温变化趋势情况见图7。

图7 中心区域粮温变化趋势图

通过图7可以看出，208号试验仓利用中心径向通风优势，能借助外界冷源快速降低中心杂质区域的粮温，并保证上下粮层同步降温，而216号对照仓中心区域整体降温缓慢，仅能依靠通风单管逐层引风降温，无法实现上下粮层同步降温；208号仓各个通风阶段前3 d的中心区域平均粮温降幅分别为0.8℃、3.9℃、6.6℃，而216号仓各个通风阶段前3 d的中心区域平均粮温降幅分别为0.2℃、0.4℃。由此可见，径向通风仓房针对中心杂质聚集区的降温效率要远高于同期常规储存仓房，全面消除了通风死角，更加有利于储粮安全保管。

3.3 水分变化情况

通风前后分别对2栋仓进行定点分层扦样(扦样图示见图2、图3)并检测水分值，具体数据见表4。

表4 通风前、后各层平均水分值 (单位：%)

通过表4可以看出，208号试验仓因整体通风作业时间短，水分损失相对较少；216号对照仓因配合局部处理中心区域粮情，整体通风作业时间较长，水分损失大于试验仓。因此，径向通风较之常规机械通风在通风保水方面效果更佳。

3.4 成本及效益分析

3.4.1 通风能耗分析 经统计，208号试验仓开展径向通风过程中共涉及2台11 kW的混流风机及1台7.5 kW的中心管离心风机，累计运行时间约736 h，经计算，总通风能耗为15198 kW·h；216号对照仓开展常规机械通风过程中共涉及2台11 kW的混流风机及5台0.75 kW的单管风机，累计运行时间约1021 h，经计算，总通风能耗为18403 kW·h；2栋仓的具体通风能耗情况见表5。

表5 通风能耗对比分析

仓号粮食数量(t)通风时长(h)总功率(kW)总能耗(kW·h)单位能耗(kW·h/℃·t)2081028773629.5151980.06321610295102125.75184030.076注:通风设备消耗功率按照额定功率×70%计算

通过表5可以看出，208号仓的单位通风能耗较216号仓低0.013 kW·h/℃·t，但通风效率更高。

3.4.2 成本及效益分析

3.4.2.1 通风电费按照1.0元/kW·h计算，208号仓径向通风电费折合15198元，无其他费用支出；216号仓常规通风电费折合18403元，另外，216号仓通风期间打单管辅助用工费用计5100元，通风成本合计23503元。经计算，208号仓通风单吨成本为1.47元/t，216号仓通风单吨成本为2.28元/t，208号仓比216号仓低0.81元/t。

3.4.2.2 在本次储粮通风作业过程中，试验仓较对照仓通风水分损失降低0.4%左右，若进口大豆单价按当前市价4000元/t计算，每栋仓储粮数量平均按10000 t计算，则单次径向通风作业仅在保水减损方面即可节约成本费用约16万元。

3.4.2.3 综合考虑储粮通风能耗成本、人工成本及水分损耗成本，以本次试验为例，单仓径向通风作业一次，各类保管成本费用较常规机械通风可节约16.83万元；若本公司每年进口大豆轮换按30万吨推算，则每个轮换周期储粮径向通风作业一次可节约费用504.9万元，综合经济效益显著。

4 总结与问题

4.1 应用总结

4.1.1 相比常规机械通风，浅圆仓径向通风作业时间更短，通风效率更高，有效降低了作业期间的通风能耗及单吨保管成本，实现降本增效。

4.1.2 径向通风模式对解决浅圆仓单点落料产生的中心通风死角问题效果显著，能促进外界冷风快速穿透中心粮堆，在短时间内降低并均衡该区域粮温，更加有利于储粮安全保管。

4.1.3 浅圆仓径向通风模式相比常规机械通风模式可大幅减少储粮通风水分损失，有效实现了保水减损，经济效益明显。

4.1.4 浅圆仓径向通风作业期间无需额外采取单管通风等辅助措施，避免了打单管作业产生的人工劳动量，节约了劳动成本费用。

4.1.5 鉴于浅圆仓径向通风模式实现了粮情处理过程中人工“零参与”，若将该系统并入智能通风控制系统，将全面实现自动化控制，有助于推动智能化粮库建设向纵深发展。

4.2 存在问题及建议

4.2.1 浅圆仓径向通风作业后期，全仓部分相对偏高粮温均出现在仓房周边粮堆底层位置，即个别外圈测温电缆的末端区域，从而延迟了整仓通风结束时间；经分析，该部分区域属仓底混流风机的远端一侧，降温幅度相对缓慢，但整体通风结束后，该区域粮温仍处于自行缓慢下降状态。对此，建议在后期径向通风系统改造时，在混流风机远端侧的仓周环形主风道适当增加开孔率，增强该部分区域的引风效果，从而进一步提高整体通风效率。

4.2.2 试验仓房目前共布设有3圈测温电缆(详见图4)，在仓房同一半径方向3圈测温电缆的间距约5 m～6 m，根据径向通风原理，仓房中下部粮堆内的通风气流流动方向基本为横向，而水平方向测温点间距过大，导致存在部分测温盲区。对此，若后期新建浅圆仓考虑采用径向通风系统时，建议将仓房测温电缆布设为5圈，从而增加对测温盲区粮温的观测力度，能更为准确的判断通风界面位置。