不同储粮保水通风技术比较及储粮环保通风机设计

贺克军，徐卫星

（中国储备粮管理集团有限公司广东分公司，广东 广州 529200）

在储藏期间粮食水分减量是一个备受关注的问题。粮食水分的减量一方面会影响粮库和收储企业的经济效益，另一方面会降低粮食的加工和食用品质。比如，水分含量过低的稻谷加工时碎米增多，出米品质差[1-2]并且生产出的大米颜色暗淡，商品价值受到影响[3]，同样的原因也使得碾米的能耗增加[4]。近年来，很多粮库通过选择合适的通风设备，应用不同的通风方式，改变通风条件，来解决通风期间粮食水分过快散失的问题。不同储粮保水通风技术虽然有一定进展，但是各种通风技术均有其局限性，效果不太理想。

1 粮食损耗产生的主要原因

粮油储存损耗包括自然损耗和水分杂质减量。自然损耗是指粮油在储存过程中，因正常生命活动消耗的干物质、计量的合理误差、检验化验耗用的样品、轻微的虫鼠雀害以及搬倒中零星抛撒等导致的损耗。水分杂质减量是指粮油在入库和储存过程中，由于水分自然蒸发，以及通风、烘晒、除杂整理等作业导致的水分降低或杂质减少等损耗。根据储粮保管经验，粮食储存损耗产生的主要原因有以下4个方面：计量不足、干物质消耗、害虫蛀蚀、水分减量，其中水分减量是粮食损耗偏大的最主要原因。

2 粮食水分变化基本情况

通风是粮食水分降低的主要原因。在入库期间，为均衡粮堆的温度、湿度以及粮食水分而采取的机械通风，会导致粮食的水分降低。粮食入库结束后，对偏高水分粮的机械通风降水会造成粮食水分的迅速降低。粮食在正常保管过程中，冬季的机械通风降温，以及防止水分转移、粮堆结露等现象所采取的机械通风措施，这都是造成水分减量的重要原因。储粮行业内外研究和实际应用结果表明，少通风一次，粮食储存损耗减少0.2%；一个储藏周期内综合控温储粮水分可减少散失0.2% ~ 0.4%。使用谷冷机通风一次，约损失0.1% ~ 0.3%的水分；冬季使用风机通一次风，约损失0.3% ~ 0.5%的水分；一个储藏周期内水分可减少0.5% ~ 1.5%，品种不同，水分散失程度不同，粮食初始水分不同水分散失也不同。

当粮食在一定温度、湿度的环境中储藏一定的时间，就会表现出粮食的含水量稳定在一定的数值不变，即粮食与环境之间达到吸湿与解吸的平衡，此时的粮食含水量被称作粮食的平衡水分，环境湿度被称作平衡相对湿度[5]。温度不变时，当空气的湿度超过粮粒表面水汽分压时，粮食就会吸湿，含水量增加；反之，当空气中的湿度低于粮粒表面的水汽分压时，粮食就开始解吸，含水量减少。在一定的温度（10 ~ 35 ℃）和相对湿度（65%、86%、100%）条件下，粮食水分吸附速率随着温度和相对湿度增加均增大。同样的初始水分条件，暴露环境的相对湿度越高，粮食水分吸附速率越大。温度越高，粮食吸附/解吸速率越大。

3 保水通风主要技术

3.1 轴流风机保水通风

轴流风机功率小，耗能低，在保水通风中得到了广泛的应用[6]。薛勇等[7]在冬季利用轴流风机对高大平房仓中的小麦进行降温保水试验，通风结束后粮温下降了6 ℃，平均水分仅降低0.1%，起到了很好的保水效果。在粮库中，应用的轴流风机有固定式和移动式两种。固定式一般安装在山墙，移动式通常与地上笼连接。用轴流风机保水通风时，多选择固定式轴流风机，关闭所有门窗，打开底部通风口，采取吸出式通风方式。

3.2 环流保水通风

环流保水通风可分为内环流保水通风和膜下环流保水通风。内环流通风一般应用在隔热密闭性较好的仓房，此类仓房中内环流不仅能有效控制仓温和粮温，还能起到保水效果[8]。针对隔热和气密性差的仓房，应用膜下环流技术能够起到保水减损效果。基本原理都是利用粮堆“冷芯”来均衡粮温，使粮堆长期保持低温状态。通风可分3个阶段，低温季节通风降低粮温蓄冷，如果气候条件适合，尽量将粮温控制在0 ℃以下；春季隔热密闭，减少粮食与外界热源交换；夏季控温，根据具体情况设定内环流通风的自动控温器启动温度的上限和下限。

3.3 谷物冷却保水通风

谷物冷却机的应用不受自然条件的限制，可以在外界条件不适宜时根据参数的设定将外界空气转化为与设定参数相符的气体。应用谷物冷却机进行保水通风时参数的设定至关重要，不仅影响保水效果还影响耗能。为了防止通风的温度过低而引发结露，送风湿度的绝对值不应低于粮堆湿度的绝对值。

3.4 相对湿度控制保水技术

3.4.1 喷雾加湿

喷雾加湿就是通过模拟人工产生的水雾来增加周围环境的空气湿度，然后借助风机将湿空气通入到粮堆中，达到提高粮食水分、减少粮食出库前损失的目的。

3.4.2 超声波智能调质

超声波加湿器采用电子超频震荡，通过震荡片的高频谐振，将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾，不需加热或化学药品而产生1 ~ 10 μm的水颗粒漂浮于空气中，达到空气湿润效果。调质机内装有集成化超声波雾化器，在高频电磁波的作用下，使水雾化成雾状送入汽化箱，与风机从粮堆抽出的空气在汽化箱内相互融合，使雾化水吸收空气中的热量汽化成湿空气，通过粮堆通风系统通入粮堆，加大粮堆中的空气湿度，使粮堆内水汽压大于粮粒内的水汽压，形成压力差，促使粮粒不断吸收水汽，达到调质，减少粮食出库前损失的目的。

4 保水通风技术存在的问题

保水通风技术在一定程度上可以解决粮库通风后水分下降过快，出库损耗较大的问题，但是也存在一些不足。比如：轴流风机保水通风简单易行且成本低，但是受自然气候的影响较大，对我国某些地方来说，能够利用自然空气进行保水通风的时间很少，比如气候干燥的西北、冬季湿度较低和冷空气极少的南方地区；环流保水通风要求冬季要积蓄足够冷源，但是南方地区难以实现；谷物冷却保水通风虽然不受自然环境限制，但是价格高、运行成本费用高且谷冷机组运行中实际送风湿度小于指令湿度，对很多粮库来说成本太高，难以推广；喷雾加湿和超声波智能调质对粮食储存安全存在隐患，应用不广泛。另外，以上通风技术使用主要是通过风道将湿冷空气送入粮堆，如果风道设计不合理，无论是采取压入式还是吸出式，都容造成通风死角，很容易导致粮堆内部结露等问题。

5 储粮环保通风机基本情况

储粮环保通风机是主要用于粮库通风时，有效减少粮食水分散失的通风设备。设备通过控制通风时空气相对湿度原理，既能实现降温效果，又能降低粮食的水分损失，具有能耗低、降温速度快、通风均匀性好、抑尘和改善粮食加工品质等特点。

5.1 设备研发基本情况

5.1.1 基础结构

储粮环保通风机主要由通风系统、控制系统、控湿系统三部分组成，见图1。通风系统包括风机、通风软管、仓内固定窗；控制系统包括配电箱、控制软件、触控屏、温湿度传感器；控湿系统包括供湿装置、纸帘等。设备总功率4.3 kW，与仓房排气扇（4×1.1 kW）能耗相当，使用成本低。

图1 储粮环保通风机结构示意图

5.1.2 基本原理

储粮环保通风机工作原理如图2所示。纸帘是一种特种纸制蜂窝结构材料，当水在纸帘中从上往下流时，在纸帘波纹状的纤维表面形成水膜，快速流动的空气穿过纸帘水膜时，会吸收小水滴汽化的水蒸气，空气的含湿量增加、相对湿度增大，空气相对湿度一般能达到75% ~ 99%；同时，水膜中的小水滴汽化会吸收空气中大量的热量，使经过湿帘的空气温度降低从而达到降温的目的，一般空气温度会下降3～5 ℃。

图2 储粮环保通风机工作原理

5.1.3 通风方式

储粮环保通风机的通风方式为粮面正压下行式通风，即从粮面上方进风，从仓房底部风道口自然排风，目前主要应用于平房仓。通风机具备降温通风、保水通风两种模式。从粮面上方进风就能比较好地解决通风不均衡的问题，粮面发生异常粮情也能及时被发现和处理。

5.2 设备应用实验

5.2.1 设备连接

储粮环保通风机使用前，通风软管一端接在通风机顶部出风口，另一端从仓房窗户进入粮面，安装在专用固定窗上，通风软管须连接牢固，防止折叠或弯曲。定制固定窗，要准确测量仓房窗户尺寸，确保大小适用、密封良好。

5.2.2 仓房密闭

通风时仓房底部风道口一般全部开启，在需要单独降低某部分粮堆粮温时，相应开启对应通风口。仓房粮面内窗户和轴流风机口要进行密封，通风软管与窗户之间必须密封到位。

5.2.3 通风过程管理

根据冬季外界温湿度条件，通过控制软件设定湿度控制参数，选择合适时机通风。通风过程中，要根据粮堆面层粮食水分变化情况随时调整进风湿度。设备停机时机选择除了根据粮堆已达到通风目标粮温外，还要检查粮堆面层及其下方20 cm处的粮食水分为安全水分以下，才能结束通风。

储粮环保通风机使用前，必须掌握粮堆温度、水分、杂质等原始数据，用来判断通风效果。雨天空气湿度较大，在通风过程中，粮堆面层粮食水分会变化，若遇连续雨天要停止使用。

5.3 应用效果

5.3.1 实验效果对比

广州直属库在储粮环保通风机的研究应用方面起步较早，经过近10年的探索、实验及应用，取得了一定成效。广州直属库在2016、2017年未使用储粮环保通风机时，稻谷平均损耗率分别为1.66%、1.74%；稻谷单仓损耗基本都超1.3%。而在2018、2019、2020年使用了环保通风机后，稻谷单仓损耗率在0.28% ~ 0.90%，各仓的单仓损耗均控制在1.0%以内。

通过对广州直属库近5年未使用和使用储粮环保通风机的数据对比分析，使用储粮环保通风机可以使稻谷出库损耗控制在比较低的水平。

5.3.2 推广应用效果

江门直属库2021年使用了储粮环保通风机后，稻谷总共出库3仓，损耗率分别为0.56%、0.09%、0.67%，平均损耗为0.51%；河源直属库2021年使用了储粮环保通风机后，稻谷总共出库4仓，损耗率分别为0.00%、0.53%、0.19%、0.65%，平均损耗为0.33%。揭阳直属库2021年使用了储粮环保通风机后，稻谷总共出库1仓，损耗率为0.47%。通过对江门、河源、揭阳直属库近两年未使用和使用储粮环保通风机的数据对比分析，稻谷出库损耗得到了明显的下降。

5.3.3 实际应用数据

根据《华南地区环保风机保水降耗应用试验》相关数据，惠州直属库选择基础设施设备、仓型、储粮品种均一致的两座高大平房仓进行对比实验，实验仓仓房长54 m，宽30 m，粮高6 m；对照仓仓房长48 m，宽30 m，粮高6 m。通风系统为均为地上笼，一机三道，南北双通道。2个仓均为稻谷仓，环保通风时间为5—10月，水分变化数据为粮堆上层水分升幅较大，平均升幅在1.3 g/100 g左右；中层水分升幅在0.6 g/100 g左右；下层水分升幅在0.6 g/100 g左右。通风结果：实验仓入库时数量5 507.860 t，出库数量5 473.242 t，损耗34.618 t，损耗率0.63%；对照仓入库时数量4 949.067 t，出库时数量4 887.92 t，损耗61.147 t，损耗率1.23%，损耗率较实验仓高出近1倍[9]。

6 结 论

（1） 储粮环保通风机具有较好的保水效果。近几年广东辖区部分直属库使用了储粮环保通风机，一般可以使出库损耗率降到0.2% ~ 0.7%，2019、2020年辖区粮食储存损耗率分别下降至0.64%和0.72%，取得了比较理想的效果。

（2） 出库过程使用环保通风时，由于仓内湿度较大，能大大降低粉尘杂质损失，一定程度上能够降低损耗。

（3） 储粮环保通风机能耗较低。能耗与仓房排气扇（4×1.1 kW）相当，使用成本较低。

（4） 储粮环保通风机使用相对安全。由于通风方式是从粮面上方进风，通风比较均匀，基本无通风死角，粮面出现异常粮情也能及时被发现和处理。