施鴻軍

試驗應(yīng)用

糧食烘干機燃燒系統(tǒng)油改氣技術(shù)改造及應(yīng)用對比

施鴻軍

現(xiàn)有糧食烘干設(shè)備燃燒裝置的燃料一直以燃油為主。本次燃燒系統(tǒng)改造提出將燃油改為由秸稈氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)?，在完成燃燒設(shè)備油改氣改造后，經(jīng)過一系列的對比試驗，初步達到了糧食烘干低耗、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的目的，對提高農(nóng)業(yè)科技水平、節(jié)能減排、保護環(huán)境、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。

1　油改氣技術(shù)改造的背景和目的

浙江省余姚市農(nóng)業(yè)以糧食種植為主，近幾年由于各種農(nóng)業(yè)機械的不斷引進推廣，糧食生產(chǎn)各環(huán)節(jié)實行農(nóng)機作業(yè)一條龍服務(wù)，各類生產(chǎn)成本減少，種糧效益明顯，本地農(nóng)戶的種植積極性不斷提高。尤其是糧食烘干機的應(yīng)用，避免了因水稻集中收割，而收割季節(jié)雨水較多，日光較少，曬場面積不足，糧食產(chǎn)生霉變的情況，有效地解決了農(nóng)戶的糧食干燥問題，確保糧食顆粒歸倉，增加農(nóng)民經(jīng)濟收入。但一直以來烘干機燃料以燃油為主，在油價高企的情況下，非種植大戶因成本原因不愿使用烘干機，導(dǎo)致出現(xiàn)糧食發(fā)霉情況。同時水稻收割以后，秸稈處理途徑較少，農(nóng)戶多以焚燒處理，造成嚴(yán)重的大氣污染。因此，本次烘干機技術(shù)改造，就是要以秸稈氣化爐加熱燃燒產(chǎn)生可燃?xì)怏w，使用這種可燃?xì)怏w作為烘干機的燃料來替代燃油，達到節(jié)能減排、降低成本的目的，真正做到低耗、高效、節(jié)能、環(huán)保。通過試驗應(yīng)用，最終形成成套技術(shù)和設(shè)備，使之具有良好的推廣性和操作性。

2　烘干機的技術(shù)改造過程

本次技術(shù)改造選取余姚市大昌農(nóng)機合作社烘干中心為試驗基地，選取該烘干中心的一臺上海三久烘干機進行改造。經(jīng)過多方考察，秸稈氣化爐選取嵊州市和富機械廠的產(chǎn)品。

改造后的樣機主要由氣化爐、輸氣管道、送風(fēng)裝置、點火裝置、助燃系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。

圖1　糧食烘干機燃燒系統(tǒng)改造示意圖

其工作原理，是利用氣化爐悶燒秸稈產(chǎn)生可燃?xì)怏w（CO），通過管道將其送入到烘干機燃燒室內(nèi)點燃，并控制可燃?xì)怏w送風(fēng)量的大小來控制燃燒程度，達到烘干糧食的目的。樣機拆除了原烘干機點火裝置，安裝常用管道將烘干機燃燒室與氣化爐相連接，在氣化爐管道底部安裝單向送風(fēng)裝置；管道中設(shè)置了閥門，用于控制可燃?xì)怏w的通斷；管道與烘干機燃燒室相連的末端安裝供油點火裝置，即利用原烘干機燃油箱和部分輸油裝置加裝噴油裝置（下稱助燃系統(tǒng)）、電子點火系統(tǒng)，在氣化爐可燃?xì)怏w產(chǎn)生初期的設(shè)定時間內(nèi)可以保持小火苗狀態(tài)，為可燃?xì)怏w助燃，以防初期產(chǎn)生的可燃?xì)怏w混有水蒸氣等不可燃成分而導(dǎo)致不正常熄火；電路控制系統(tǒng)集成在控制箱內(nèi)，分別連接送風(fēng)裝置、閥門和電子點火裝置，用以控制送風(fēng)量、閥門的開關(guān)和點火裝置的點火。

其工作過程是：在烘干機第一次作業(yè)之前，先在氣化爐內(nèi)人工放入少量普通木塊等燃燒物進行初步燃燒，再把秸稈塊（顆粒）放入到氣化爐內(nèi)加蓋密封悶燒；等有可燃?xì)怏w產(chǎn)生，通過氣化爐出氣口充滿整個輸送管道后，可進行烘干作業(yè)；操作控制系統(tǒng)自動打開管道內(nèi)閥門，可燃?xì)怏w進入燃燒室之前點火系統(tǒng)自動點火，形成火源。

為防止氣化爐初期生成的可燃?xì)怏w內(nèi)含有水蒸氣等其他氣體不易點燃和意外熄火，在點火后一段時間（可設(shè)置1～1.5 h）加裝的助燃系統(tǒng)保持小火狀態(tài)助燃；等可燃?xì)怏w穩(wěn)定供氣后，助燃系統(tǒng)停止運行。

控制系統(tǒng)通過控制氣化爐進風(fēng)量大小來調(diào)整燃燒室火量大小，并與原烘干機內(nèi)控制系統(tǒng)連接。根據(jù)烘干機內(nèi)的溫度，控制系統(tǒng)接受原烘干機內(nèi)控制系統(tǒng)的溫控信號，控制氣化爐送風(fēng)裝置的開關(guān)，溫度高時，關(guān)閉送風(fēng)裝置，溫度低時開啟送風(fēng)裝置。

烘干作業(yè)結(jié)束、烘干機停止作業(yè)后，控制系統(tǒng)同步關(guān)閉燃燒室下面管道內(nèi)的閥門，阻止可燃?xì)怏w進入燃燒室，同步停止燃燒。烘干作業(yè)連續(xù)進行，第二次填裝秸稈塊（顆粒）不再需要人工引火，直接放入就行。

在實際操作過程中，項目技術(shù)設(shè)備各系統(tǒng)已調(diào)試到位，只需完成氣化爐前期秸稈填裝，打開電箱總開關(guān)，設(shè)定初次點火煤油燃燒（助燃系統(tǒng)）時間（一般在同一季烘干作業(yè)時不用再重新設(shè)定），再把所有控制開關(guān)打開到自動位置，最后打開啟動開關(guān)進入自動控制工作狀態(tài)就完成操作。

3　與燃油烘干機比對試驗

改造完成后，選取了大昌合作社內(nèi)同一廠家生產(chǎn)、相同型號、相同烘干容量的烘干機進行試驗對比，以保證試驗的科學(xué)合理性，減少試驗誤差。測試期間，落實專人記錄數(shù)據(jù)，力求公正、客觀。根據(jù)余姚糧食種植情況，開展了早稻、單季晚稻和連作晚稻的對比烘干試驗。

在實際試驗過程中，為方便測算，結(jié)合實際烘干機作業(yè)，把部分測試條件和測試方法做了調(diào)整和規(guī)定，具體如下：

（1）水質(zhì)量分?jǐn)?shù)測試以烘干機自帶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)測試儀為準(zhǔn)，糧食進倉后作業(yè)之前測試儀顯示的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)記錄為入倉水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，烘干機停止作業(yè)，即達到設(shè)定水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測試儀顯示的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為出倉水質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）單倉糧食烘干質(zhì)量取所試驗烘干機的批次烘干量12 t，一般糧食進倉到烘干機自帶的報警器報警為止，各烘干單次糧食質(zhì)量相差不大，對試驗測算、結(jié)果影響不大，方便下步測算烘干成本。

（3）記錄的烘干時間為自烘干機開始啟動作業(yè)到烘干機作業(yè)停止所持續(xù)的時間。作業(yè)停止一般是指烘干到設(shè)定水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，烘干機自動停止運作。

（4）烘干水質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置按照糧站收儲要求設(shè)定，早稻最高水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%，單季晚稻、連作晚稻最高水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.5%。

（5）用電量通過安裝一機一表分別記錄；秸稈使用之前先過秤記錄，部分未燃完的秸稈按燃完計算，一是為方便計算，二是為成本最大化計算；燃油量計量采用先在油箱加滿燃油，做好標(biāo)記，烘干作業(yè)結(jié)束后，再添加燃油到標(biāo)記處，添加的燃油量為烘干作業(yè)燃油消耗量。

烘干試驗數(shù)據(jù)采集見表1、表2。

根據(jù)表1、表2，可分別計算出燃油烘干機及改造后烘干機烘干稻谷使水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降1百分點的平均時間和能源消耗量，見表3。

4　改造試驗技術(shù)分析

多次烘干試驗表明，改造設(shè)備運行穩(wěn)定，烘干質(zhì)量穩(wěn)定，主要表現(xiàn)如下。

4.1烘干時間有所延長，但在可接受范圍之內(nèi)

表1　燃油烘干機烘干數(shù)據(jù)表

說明：當(dāng)?shù)卦绲痉N植面積較少，故試驗次數(shù)只有1次

表2　改造后烘干機烘干數(shù)據(jù)表

表3　稻谷中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降1百分點的平均烘干時間和能源消耗對比

改造后烘干機采用秸稈作為燃料，可燃?xì)怏w從開始產(chǎn)生到處于穩(wěn)定狀態(tài)需要一段時間，以及在烘干作業(yè)過程中添加秸稈需要等待氣化爐冷卻，烘干時間有所延長。

從表3中可看出改造后烘干機與燃油烘干機相比，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)每下降1百分點，烘干時間都略有延長，平均延長約0.13 h。從試驗表1、表2可看出單批次烘干延長時間范圍為0.46～1.9 h。在烘干作業(yè)過程中，因稻谷進出倉的人工安排、時間段等問題，糧食實際在倉時間超過烘干作業(yè)時間，所以延長的時間能被烘干農(nóng)戶接受。

4.2烘干質(zhì)量與原燃油烘干機作業(yè)基本相同

現(xiàn)常用的烘干機為低溫干燥機械，溫度的控制對糧食烘干質(zhì)量起到了一定作用。改造設(shè)備只改裝了燃燒室，對溫度的控制還是使用原烘干機上的溫度控制系統(tǒng)，在糧食實際烘干作業(yè)時，最高溫度一般設(shè)定在55～60℃，因此改造設(shè)備的烘干質(zhì)量與常規(guī)燃油低溫烘干機械基本一致。

4.3烘干成本明顯下降

改造設(shè)備在試驗中，與常規(guī)燃油烘干機相比，新增秸稈燃料，燃油用量明顯減少，用電量相差不大，烘干人工一樣。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，按煤油9.5元/kg，秸稈0.8元/ kg，電0.5元/（kW·h），烘干機單批次烘干質(zhì)量12 t，可計算出烘干1 t稻谷使水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降1百分點的能源成本，見表4。

表4　烘干1 t稻谷水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降1百分點的能源成本　元/（t·%）

從表4可看出，改造后烘干機在實際應(yīng)用中能源成本僅為燃油烘干機的40%左右。改造一套油改氣設(shè)備大約需3萬元，對試驗單位大昌農(nóng)機合作社來說，年糧食烘干量在2 800 t左右，按烘干下降10百分點水質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，成本按早、晚及單季稻平均值（燃油9.81元/t，改造后3.65元/t）計算，使用燃油烘干機需成本約27.5萬元，而使用油改氣烘干機只需約10萬元，合作社項目改造設(shè)備投入當(dāng)年即可收回成本，效益明顯。

5　存在的問題及改進方法

糧食烘干機燃燒系統(tǒng)油改氣改造試驗雖然取得了初步成功，但在實際操作應(yīng)用過程中還存在一些問題，需要繼續(xù)研究改進，使該技術(shù)不斷完善，達到理想的目的。

（1）油改氣技術(shù)改造一般是一臺烘干機配備一臺氣化爐，在作業(yè)過程中，單次烘干中需停機一次添加燃料，影響連續(xù)作業(yè)，延長作業(yè)時間。為此，按照該技術(shù)應(yīng)用情況，設(shè)想在今后的實際應(yīng)用中采用N+1模式，即N臺烘干機配N+1臺氣化爐，氣化爐與氣化爐及烘干機之間管道互通，閥門控制關(guān)閉，保證可燃?xì)怏w連續(xù)供氣，烘干作業(yè)連續(xù)進行。

（2）氣化爐內(nèi)產(chǎn)生可燃?xì)怏w開始和結(jié)束時，需人工經(jīng)驗判斷，缺少專門的測量設(shè)備判斷生成的可燃?xì)赓|(zhì)量和結(jié)束時還有無可燃?xì)馍?。在下步技術(shù)改進中，需加裝探測設(shè)備和報警裝置，實時監(jiān)測生成的可燃?xì)鉂舛惹闆r，在可燃?xì)鉂舛冗_不到要求時可通過蜂鳴器提醒，從而提高該技術(shù)的自動化程度。

（3）在烘干作業(yè)中途停機加燃料時，需待氣化爐降溫后才可添加。現(xiàn)采用自然降溫為主，又因氣化爐外層隔熱比較好，降溫速度慢，影響烘干作業(yè)。如何快速降溫，或采用送風(fēng)裝置從內(nèi)到外強制降溫，或采用其他降溫技術(shù)，達到秸稈快速添裝、節(jié)約時間的目的，這也是今后技術(shù)改進需考慮的問題之一。

（4）氣化爐初期引火，還是采用人工放入木材等燃料，再進行人工引火，既影響了安全生產(chǎn)，又影響了作業(yè)穩(wěn)定性，在下步技術(shù)改進中，需在氣化爐內(nèi)加裝如電引火等系統(tǒng)，達到操作方便、安全的目的。

6　結(jié)束語

糧食烘干機油改氣技術(shù)改造試驗初步成功，在試驗應(yīng)用過程中，設(shè)備質(zhì)量過關(guān)，操作簡單安全，達到了節(jié)能減排、降低成本的目的；但還存在不少問題，自動化程度、可推廣性等方面有待進一步改進提高。

余姚市農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣中心，315400，浙江