粮食烘干技术简析与发展趋势

吴 煜，黄盛杰，赵 旺

（1.江苏沃得高新农业装备有限公司，江苏 镇江 212000；2.江苏省农业机械试验鉴定站，江苏 南京 210017）

0 引 言

随着我国农业生产规模化及全程机械化的发展，粮食的收获进程不断加快，收获期愈加集中，造成短时间内大量粮食堆积，及时高效的烘干对我国粮食增产、农民增收具有战略性意义。据统计，我国大部分地区在粮食烘干时，由于未达到安全储存水分而导致霉变及发芽变质等问题，总损失量可达我国粮食总收获量的5%左右，我国每年因烘干问题造成的粮食损失达800 万t 以上[1]。因此，解决粮食烘干的关键技术，推广粮食烘干机的广泛应用是未来农业机械化发展的关键。

粮食烘干机械作为独立的研究领域在我国已发展30 余年，虽不及发达国家的烘干技术，但也取得了阶段性的进步。至2020 年，我国粮食烘干机已投入14 万台左右，其中江苏、安徽、浙江等地的投入量占全国总投入量的50%左右[2]，是促进粮食烘干机械高效发展的大省。目前烘干机的种类可分为连续式烘干机以及批式循环烘干机两种，热源主要采用燃煤、天然气、电加热等，随着人们环保意识的增加，未来将重点研究电加热以及生物质作为粮食烘干机的主要热源[3]。本文将对粮食烘干技术的发展概况、烘干机种类以及烘干机的关键技术进行概述，总结出粮食烘干技术的未来发展趋势，为促进粮食烘干技术的高效健康发展提供理论参考。

1 粮食烘干机发展现状

国外早在1940 年左右便开始了对粮食烘干技术的研究，经近20 年的发展就已实现了机械化粮食烘干，从60 年代到80 年代就实现了自动化粮食烘干到智能化粮食烘干的跨越，目前国外的粮食烘干技术不仅实现了系统化、标准化，而且粮食烘干机的保有量也达到了95%以上[4]。而国内研究粮食烘干技术的时间较短，导致烘干技术的发展整体上缺乏规划性，直到20 世纪90 年代我国农业经济的规模化发展，大型粮食生产基地的建立，才有了对粮食烘干机械研发推广的大力支持[5]。目前我国粮食烘干机械的保有量已达14 万台左右，取得了阶段性的进步，但也存在粮食烘干技术研发落后、烘干设备投入大烘干成本高、政府重视程度不足及相关投资低等问题，制约了粮食烘干技术的发展。

2 粮食烘干机种类简介

2.1 批式循环烘干机

批式循环烘干机（如图1 所示）是我国最早开始研发使用的一款粮食烘干机械，其包括运输系统、提升系统、干燥系统、排粮系统等部件，批式循环烘干机的工作过程是一个相对复杂的过程，首先将待烘干的粮食放入储粮箱内，然后通过提升系统将粮食提升运输至烘干机顶部，再通过输送系统将顶部的粮食输送至粮塔的甩盘上，接着通过甩盘将粮食送至烘干机二层，通过拨粮轮的转动将粮食运送至烘干机下方，最后通过提升系统将粮食提上至烘干机上部，以上步骤使得粮食在烘干机中不断往复循环运动，在此过程中粮食与热风之间进行热交换，最终使粮食中的水分不断降低至安全储水标准。利用此类烘干设备将粮食进行烘干时会经过缓苏、烘干、冷却、除尘、测温等数次循环处理，粮食经过多次循环水分逐渐降低，直至达到安全储存水分[6]。批式循环烘干机更加适合于烘干较少量的粮食，作业相对稳定，不易出现爆腰或烘干不均等问题，但其能耗高、成本大、降水速率慢。

图1 批式循环烘干机示意图

2.2 连续式烘干机

连续式烘干机（如图2 所示）根据粮食与气流之间的相对运动方向可分为横流式烘干机、混流式烘干机、顺流式烘干机以及逆流式烘干机[7]。连续式烘干机是我国近些年开始研发使用的粮食烘干机，其主要工作流程包括卸粮、清理、烘干、缓苏、出仓、二次烘干等，首先将粮食通过烘干机顶部进入，以自重向下缓慢移动，移动过程中热风通过大风量的离心通风机经热风风道送入两层粮柱中间，并穿透粮柱，粮食在与热风进行热交换后水分逐渐蒸发并随热风排出，干燥后的粮食再储存于缓苏仓内，经过10 h左右的缓苏使水分趋于平衡，经水分检测后若粮食内的水分达到安全储水标准则烘干完成。

与批式循环烘干机相比，连续式烘干机无需数次加热缓苏冷却的循环作业，可以连续不间断作业，烘干量大，烘干时间相对较短，效率高且热能利用率高，但其设备占地面积巨大，价格昂贵且作业不稳定，易出现碎米、爆腰、烘干不均等问题。

3 粮食烘干机的关键技术

3.1 粮食烘干机理的研究

粮食烘干机的工作过程涉及极为复杂的传热传质过程，不仅要求将粮食中的水分降至安全储水标准，还要保证粮食的品质不受影响，所以在烘干时要考虑所处环境的温湿度，合理控制烘干温度与时间，准确熟知粮食烘干机理和干燥模型，研发出预测粮食含水率的数学模型。

3.2 粮食烘干机热源及传热介质的研究

利用烘干机对粮食进行烘干时，是通过热源产生热风与粮食进行热交换，以此达到烘干的目的。而烘干机的热源多采用燃煤、燃油、天然气、电加热等，目前随着人们环保意识的增加，逐渐研发了利用生物质作为烘干机热源，因此研发更多种类的环保类热源，提高热源的使用效率是未来研究的重点[8]。同时热风与粮食之间进行热交换，其传热介质的应用直接影响了烘干的效率与品质，所以研究出传热介质模型，针对不同烘干机得出最优传热介质的应用，对于提高烘干效率与品质具有重要意义。

3.3 人工智能与粮食烘干相结合

目前将人工智能技术与农业机械相结合是未来发展的一大趋势，在粮食烘干中，错误的人为操作通常会造成碎米、爆腰及烘干不均等问题，所以将人工智能与粮食烘干相结合，实现粮食烘干机械智能化。从粮食入料、温度控制、水分检测、冷却除尘等方面实现人机交互，利用计算机网络技术与物联网控制系统等实现对粮食烘干的远程在线调控。

4 粮食烘干机的发展趋势

4.1 研发智能化粮食烘干机

目前随着我国农业机械化水平的不断提高，智能化农机装备的研发是未来农业领域的新趋势，在粮食烘干技术方面，智能化调控技术的使用是未来研究的重点方向，例如周攀等[9]研发了一款基于FDC2214芯片的新型粮食水分实时检测系统，该系统运行稳定，准确率高，提高了烘干机的工作效率。张凯锋等[10]研发了一款烘干机监控云平台，使用者可以通过手机APP 随时查看烘干机的运行参数以及作业状态。由此可见我国应加大对粮食烘干机科研方面的投入，适当的发放科研奖励以促进智能化粮食烘干机的发展。同时大力宣传粮食烘干机械的推广使用，完善相关购买补贴政策，调动农户的使用积极性，促进粮食烘干机械的快速发展。

4.2 研发高效节能性粮食烘干机

目前我国更加注重国民节能减排、低碳环保的意识培养，在当前社会发展环境下，粮食烘干机实现可持续发展的前提是实现高效节能烘干作业。在设备制作成本上利用科学的设计实现降低成本。在热源选择上多利用生物质或稻谷壳等环保热源，以减少对环境的污染以及资源的浪费。在工作效率上合理设计烘干机内部结构，充分利用缓苏等工艺实现高效率作业。并培养专业人才对烘干机的热效率问题进行深入研究，以达到理想的节能高效作业效果[11]。

4.3 完善相关政策机制，合理布局规划

目前制约我国粮食烘干机械高速发展的主要原因一方面是相关政策机制不够完善，相关部门的宣传推广工作不到位，导致农户对粮食烘干机的认识不足，烘干机投入成本过高导致农户对其购买积极性不高[12]。另一方面我国粮食烘干机械缺乏全面的规划与合理的布局，导致各个地区投入烘干机不均衡制约了粮食烘干机械的发展，所以我国应统一规划布局粮食烘干机的投入，根据各个地区的粮食分布特征与地理位置建立区域性粮食烘干中心，上级政府统一规划安排以防重复建设导致投入资金浪费。

4.4 改善粮食烘干机械的经营模式，完善粮食烘干的服务性工作

粮食烘干机械的经营模式要坚持因地制宜的原则，将农户、家庭农场以及合作社等都可以发展成为粮食烘干的经营者[13]，并鼓励开展对外服务，确保各家各户都能用上粮食烘干机。另外政府应定期派遣相关专业人员到经营地讲解粮食烘干机的使用与价值，解决农户使用粮食烘干机时遇到的难题，确保售后服务性工作的完善，消除购买粮食烘干机的顾虑。