糧食干燥機能效在線評估系統(tǒng)設(shè)計

文 _ 王琦 王明慧 王強 中競同創(chuàng)能源環(huán)境科技集團股份有限公司

我國是世界糧食生產(chǎn)和消費大國，每年要收獲和儲存大批的糧食。新鮮的糧食中含有大量的水分，在特定的環(huán)境中水分會不斷地蒸發(fā)，同時導(dǎo)致糧食出現(xiàn)霉變等缺陷。而且糧食收獲后的儲存也需要進行定期干燥降水以保證安全水分，為此每年需要消耗大量的能源進行糧食干燥，而糧食加工和干燥過程中存在能耗過高，干燥溫度偏高等問題，造成較大的能源浪費和環(huán)境污染。目前國內(nèi)糧食干燥系統(tǒng)消耗的能源品種主要為電和煤?，F(xiàn)有的干燥設(shè)備熱效率低，能源消耗過高，嚴重污染環(huán)境。因此，如何有效降低糧食干燥過程中能源的消耗，提高能源利用效率，實現(xiàn)糧食干燥過程中的節(jié)能減排以及較低溫度可再生能源的規(guī)模化開發(fā)利用，已成為糧食儲存過程節(jié)能減排的重要途徑。

由于糧食干燥過程中影響因素比較復(fù)雜，目前對糧食干燥的多場耦合協(xié)同干燥技術(shù)與工藝的研究缺少理論研究。但是采用多場耦合協(xié)同原理對糧食進行干燥，能有效提高能源的利用效率，加快一些低品位能源的使用，符合國際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢，與國際糧食干燥技術(shù)接軌，整體提高我國糧食干燥技術(shù)水平，效益非常顯著。

為了提高糧食干燥過程的能源利用效率，降低能源消耗，經(jīng)過對國內(nèi)主流具有代表性的對流傳熱干燥設(shè)備干燥過程的長期研究，總結(jié)歸納出糧食干燥的能效評估方法，確定了能源利用水平的評價指標以及指標獲得方法，對獲取能效評價指標所需參數(shù)進行監(jiān)測，并開發(fā)了在線監(jiān)測評估軟件，通過采集能效指標和技術(shù)參數(shù)，實時計算能效指標，對糧食干燥過程的能效給予準確的分析和科學的評價，驗證評估方法的可操作性。

1 糧食干燥能效指標

根據(jù)糧食干燥系統(tǒng)的能耗計算方法以及相關(guān)行業(yè)評估方法，選取糧食干燥系統(tǒng)的系統(tǒng)能耗指標（單位降水耗熱量、單位降水耗電量、單位降水耗能量）、熱源能效指標（熱源效率）、干燥機能效指標（單位降水耗熱量、單位降水耗電量、干燥機熱效率、干燥機熱?效率）共3個大類、8個小類作為糧食干燥系統(tǒng)的能效評估指標。

各能效指標對比評價采用特定的折算方法將實際測試計算出的各能效指標折算到標準環(huán)境條件下（選取試驗點為順流干燥機，采用該標準折算）。

標準條件工況下單位降水耗熱量（系統(tǒng)）=現(xiàn)場試驗條件工況下單位降水耗熱量/標準條件下的單位耗熱量折算系數(shù)。

標準條件工況下單位降水耗電量（系統(tǒng)）=(單位降水耗熱量的測定值/標準條件下的處理量折算系數(shù))×(測試條件下糧食降水率/標準條件下糧食降水率)。

標準條件工況下單位降水耗能量（系統(tǒng)）=標準條件工況下單位降水耗熱量×燃料發(fā)熱量折標系數(shù)+標準條件工況下單位降水耗電量×電力折標煤系數(shù)。

標準條件工況下單位降水耗能量的折算值（干燥機）=標準條件工況下單位降水耗熱量的折算值×熱源效率（正平衡效率）。

標準條件工況下單位降水耗電量的折算值（干燥機）=(現(xiàn)場試驗條件工況下單位降水耗熱量的測定值（干燥機）/標準條件下的處理量折算系數(shù)）×（測試條件下糧食降水率/標準條件下糧食降水率）。

2 糧食干燥能效評估系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要是對大型連續(xù)式順逆流和混流干燥機進行能效評估，選取實驗對象為“中央儲備糧撫順直屬庫國家糧食儲備局鄭州科學研究設(shè)計院設(shè)計的500T/D玉米烘干系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要設(shè)計目的是驗證糧食干燥能效評估方法學體系，可實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表實時數(shù)據(jù)采集、參數(shù)運算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)手動錄入及歷史數(shù)據(jù)查詢，最終實現(xiàn)對該等玉米烘干系統(tǒng)的能耗，能效指標進行計算，并對其進行對比評價。為保證該系統(tǒng)的有效運行，結(jié)合現(xiàn)場實際，需對現(xiàn)場糧食烘干系統(tǒng)進行必要改造，加裝一些必要的計量器具如智能電表、溫濕度傳感器、計數(shù)器等，并接入出料變頻器的實時頻率數(shù)據(jù)，從而來實現(xiàn)該糧食干燥能效評估系統(tǒng)的運行。

2.1 參數(shù)獲取

如圖1所示要計算得出系統(tǒng)、熱源、干燥機的各能效指標，需要得到一些特定的參數(shù)值，如糧食處理量，電量消耗量等，而這些參數(shù)的獲取主要來源于4個方面。

圖1 各指標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方法示意圖

（1）直接從現(xiàn)場采集得到（比如：系統(tǒng)用電量等）。

（2）通過運算得到（如：燃料消耗量=監(jiān)測到的用煤斗數(shù)×每斗煤的重量）。

（3）查表得出。

（4）人工輸入（如：燃料的熱值，折標系數(shù)）。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

糧食干燥能效評估系統(tǒng)在實際運行過程中通過RS485通信與外部相關(guān)儀表、傳感器進行通信，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

具體到中儲糧撫順糧庫項目根據(jù)實際情況由現(xiàn)場工業(yè)平板電腦通過COM口與傳感器相連，也可通過網(wǎng)關(guān)采集器傳入計算機系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

糧食干燥能效評估系統(tǒng)的功能見圖3。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3 糧食干燥能效評估系統(tǒng)主要功能

糧食干燥能效評估系統(tǒng)主要功能主要有：設(shè)備監(jiān)測功能，能效指標計算功能，指標對比評價功能，用戶權(quán)限管理功能及一些特定的附加功能。

2.3.1 設(shè)備監(jiān)測功能

設(shè)備監(jiān)測功能對烘干系統(tǒng)運行過程中的能源消耗數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)進行監(jiān)測，并自動歸檔處理，避免了人工記錄時的誤差，保證了數(shù)據(jù)的準確性，對于后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計、配置生產(chǎn)工藝提供了便利條件。同時，實時采集的參數(shù)為系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)的計算提供支持，保證了數(shù)據(jù)源頭的真實性，通過圖形化分析工具，對各種參數(shù)進行圖形化顯示。詳見圖4。

2.3.2 能效指標計算功能

能效指標計算功能屬于核心功能，可以計算烘干系統(tǒng)在特定時間的能效指標。根據(jù)現(xiàn)場實時采集的各類數(shù)據(jù)及參數(shù)，通過有效的計算方法可實時計算烘干系統(tǒng)在特定時間的能效指標，詳見圖5。特定時間段可根據(jù)工作需求通過設(shè)置窗口進行修改。評估系統(tǒng)默認對糧食干燥系統(tǒng)的能效指標進行連續(xù)運算（如間隔時間為8h），運算結(jié)果自動存檔，可通過列表、曲線等查詢。

表1 2007～2016年光伏發(fā)電累計和新增裝機容量（萬kW）

2.3.3 指標對比評價功能

能效指標計算出后只能表示出烘干設(shè)備在當前狀態(tài)下的能源消耗情況，并不能客觀的表示出該烘干系統(tǒng)的能效指標在當前“順流糧食干燥機”中處于什么階段。如要進行對比評價，需將設(shè)備運行數(shù)據(jù)放在同一標準下對比評價，將實際測試計算出的能效指標折算到標準環(huán)境條件下（選取試驗點為順流干燥機，采用該標準折算）。糧食干燥機折算標條件如表1所示。

圖4 設(shè)備監(jiān)測查詢表

圖5 能效指標計算表

2.3.4 參數(shù)配置

通過參數(shù)配置功能對能效指標計算中的一些特定參數(shù)進行預(yù)設(shè)，如能效指標自動運算間隔時間、糧食種類、每斗煤的重量、煤的熱值、燃料和電的折標系數(shù)、排量機對應(yīng)排量系數(shù)等參數(shù)，并存入數(shù)據(jù)庫。

2.3.5 附加功能

附加功能包括“系統(tǒng)運行記錄表”、“設(shè)備維修記錄表”、“生產(chǎn)記錄表”，便于用戶更好的使用該烘干系統(tǒng)，其中“系統(tǒng)運行記錄表”和“生產(chǎn)記錄表”根據(jù)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)和用戶手動維護數(shù)據(jù)自動生成，“設(shè)備維修記錄表”根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備維修情況記錄生成，這3個功能是根據(jù)糧食烘干系統(tǒng)現(xiàn)場實際運行的需要而編制的，即方便了糧食烘干設(shè)備的管理，又便于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保存。

3 總結(jié)

糧食干燥能效評估系統(tǒng)能有效地對大型糧食烘干系統(tǒng)的能效指標進行計算，并對其能效指標進行對比評價，客觀的反映出糧食烘干系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的能源消耗情況，為分析研究、改進糧食烘干系統(tǒng)的用能效率提供支持。

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