韓長生，佟 童，姜 巖，許才花

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，社會生產(chǎn)生活對于糧食的需求量持續(xù)提升，貯存質(zhì)量對于糧食品質(zhì)的保持和糧食價(jià)值發(fā)揮產(chǎn)生了巨大影響。在大批量糧食集中貯存的條件下，糧食烘干質(zhì)量成為決定糧食貯存品質(zhì)的關(guān)鍵因素，尤其在我國全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的新形勢下，糧食的快速集中收獲對于谷物烘干機(jī)的工作能力提出了前所未有的新要求，促進(jìn)了谷物烘干機(jī)向大型化、高效化、自動化方向發(fā)展。截至2020年底，我國的谷物烘干機(jī)保有量達(dá)到13.6萬臺，除傳統(tǒng)的10～20 t中小型谷物烘干機(jī)外，黑龍江、吉林、山東、浙江、安徽、江蘇等農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)地區(qū)針對中大型谷物烘干機(jī)加強(qiáng)了設(shè)備建設(shè)和技術(shù)引進(jìn)，各地區(qū)在公務(wù)烘干作業(yè)的過程中也呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)。

1 谷物烘干機(jī)技術(shù)優(yōu)勢

糧食烘干是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后期的重要工作，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常采用自然晾曬的方式烘干糧食，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的增加，對與糧食的烘干效率和烘干質(zhì)量要求更高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的糧食烘干也向著機(jī)械化方向轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)階段，應(yīng)用于糧食烘干的機(jī)械設(shè)備統(tǒng)一稱作谷物烘干機(jī)，其能夠用于水稻、黃豆、玉米、小麥等多種農(nóng)作物的烘干。谷物烘干機(jī)對糧食的烘干包括多種技術(shù)方式，現(xiàn)階段使用的谷物烘干機(jī)大多采用熱量傳遞方式進(jìn)行烘干，即利用某種加熱技術(shù)對糧食進(jìn)行持續(xù)增溫，并將溫度維持在適當(dāng)水平，再通過氣流循環(huán)流動或潮濕空氣自然散發(fā)等方式，將谷物中排出的潮濕空氣帶離，使烘干機(jī)的內(nèi)部始終維持較低濕度。隨著谷物烘干機(jī)技術(shù)的不斷升級，谷物的增溫技術(shù)向多樣化發(fā)展，包括熱氣對流、熱傳導(dǎo)、熱輻射、微波等多種技術(shù)。

谷物烘干機(jī)的應(yīng)用，有效優(yōu)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件。1)烘干機(jī)采用立體烘干技術(shù)，能夠極大地縮小對于烘干場地的面積需求，使烘干過程更多利用高層空間。2)糧食的烘干品質(zhì)得到了更好的保證，谷物烘干機(jī)能夠自動監(jiān)測糧食烘干過程的含水率變化，保證糧食烘干達(dá)到最佳含水率標(biāo)準(zhǔn)。3)谷物的烘干過程在密封環(huán)境中進(jìn)行，能有效避免空氣潮濕、陰雨等造成的烘干質(zhì)量影響。4)烘干機(jī)烘干后的糧食能夠?qū)崿F(xiàn)更長時(shí)間的儲存要求，并避免霉變造成的烘干損失。

2 谷物烘干機(jī)的種類及特征

現(xiàn)階段，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的谷物烘干機(jī)主要以熱氣對流技術(shù)為主，這也是谷物烘干機(jī)的傳統(tǒng)技術(shù)，隨著谷物烘干機(jī)技術(shù)的發(fā)展很多新型的谷物烘干機(jī)得到應(yīng)用和推廣。

2.1 傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)型

熱氣對流谷物烘干機(jī)是谷物烘干機(jī)的傳統(tǒng)機(jī)型，其根據(jù)谷物與氣流之間的運(yùn)動方向差異，可將烘干機(jī)分為橫流型、混流型、順流型、逆流型及其他多種類型。

2.1.1 橫流型

橫流型谷物烘干機(jī)在我國應(yīng)用很早，其利用篩孔式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行烘干，由干燥段和冷卻段兩大部分組成。具有結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)成本低，使用過程技術(shù)要求低等優(yōu)勢。但不適用于大型烘干設(shè)備，一次性烘干過多糧食可能出現(xiàn)烘干的均勻性不足問題，同時(shí)也存在能耗偏高問題?，F(xiàn)階段，橫流型谷物烘干機(jī)更多應(yīng)用于小型的循環(huán)式烘干設(shè)備。

2.1.2 混流型

混流型谷物烘干機(jī)是現(xiàn)階段我國應(yīng)用最多的谷物烘干機(jī)，其采用角狀盒式烘干結(jié)構(gòu)，將角狀盒交錯(cuò)排列從而形成塔狀糧柱結(jié)構(gòu)，根據(jù)糧柱數(shù)量的不同，可分為“單塔”和“多塔”(并聯(lián)式)等形式(圖1)。與橫流型谷物烘干機(jī)相比，氣流的流向與糧食運(yùn)動方向呈多向混合關(guān)系，既有同向、反向氣流，還包括垂直的其他角度的氣流?；炝餍凸任锖娓蓹C(jī)對于糧食的適應(yīng)能力強(qiáng)，烘干的均勻性更好，且安裝過程類似于模塊化堆疊，可適應(yīng)不同糧食干燥量的需求，缺點(diǎn)是總體的控制技術(shù)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

圖1 混流型谷物烘干機(jī)

2.1.3 順流型與逆流型

順流型谷物烘干機(jī)現(xiàn)階段也占據(jù)著一定的市場份額，其特點(diǎn)是氣流的主體方向與糧食運(yùn)動方向相同，能夠?qū)τ跐穸容^大的糧食進(jìn)行快速烘干。在順流烘干機(jī)烘干糧食的過程中，干燥的熱風(fēng)首先與濕度和溫度較低的糧食接觸，并與糧食一同向下方運(yùn)動，隨著熱風(fēng)溫度降低，氣流中的濕度逐漸增加，糧食在水分快速蒸發(fā)的同時(shí)，在烘干完成，進(jìn)入冷卻段時(shí)的糧食溫度相對較低。順流型谷物烘干機(jī)多采用多級烘干的模式，能夠有效利用熱源熱量實(shí)現(xiàn)快速降低糧食含水率，但整機(jī)存在能耗高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端。逆流型谷物烘干機(jī)在我國的應(yīng)用較少，逆向氣流更多用于熱氣對流的綜合應(yīng)用。

2.1.4 其他類型

除傳統(tǒng)的橫流型、混流型、順流型機(jī)型外，農(nóng)機(jī)企業(yè)還設(shè)計(jì)生產(chǎn)了順逆流型、混逆流型、順混流型等谷物烘干機(jī)。新型的烘干機(jī)能夠?qū)M流型、混流型、順流型的技術(shù)特征進(jìn)行整合，有利于在不增加熱量消耗的前提下提高烘干質(zhì)量，能夠更好地保證糧食的谷物品質(zhì)和含水率。

2.2 新技術(shù)與新機(jī)型

2.2.1 遠(yuǎn)紅外谷物烘干機(jī)

隨著谷物烘干機(jī)增溫加熱技術(shù)的研究和發(fā)展，遠(yuǎn)紅外輻射產(chǎn)生的能量能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻和快速的烘干效果。遠(yuǎn)紅外谷物烘干機(jī)主要是利用波長在0.77～1 000 μm的電磁波進(jìn)行烘干，遠(yuǎn)紅外電磁波的波長介于無線電波和可見光之間，其特征是具有很強(qiáng)的熱作用效果。通過以遠(yuǎn)紅外電波的形式傳遞能量，能夠使糧食谷物接受到大量的震動能量，并在糧食之間產(chǎn)生能量的快速傳遞。在遠(yuǎn)紅外電磁波的作用下，糧食內(nèi)部因?yàn)楦哳l震動產(chǎn)生大量熱量，且溫度快速升高，使內(nèi)部水分得到蒸發(fā)，脫水效果十分理想。

2.2.2 微波谷物烘干機(jī)

微波谷物烘干機(jī)主要是利用微波加熱技術(shù)進(jìn)行糧食烘干，其利用微波的輻射作用于糧食內(nèi)部的水分子，由于水分子具有明顯的極性特點(diǎn)，在受到微波作用是會產(chǎn)生快速的轉(zhuǎn)動、振動與相互摩擦，在水分子運(yùn)動和摩擦的過程中，糧食內(nèi)部溫度迅速升高，導(dǎo)致水分逐漸散發(fā)?，F(xiàn)階段使用較多的微波頻率在2.45 GHz左右，微波的波長介于可見光與紅外線之間，由于微波具有明顯的對水分子作用效果，利用微波烘干糧食，能夠保證高效的能源利用率，利用較少的能源產(chǎn)生更好的烘干效率。

2.3 機(jī)型之間的技術(shù)比對

針對上述機(jī)型設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)比對如表1所示?？傮w上看，傳統(tǒng)的熱風(fēng)烘干技術(shù)存在加熱效率、可控性、能源利用率、高溫排氣等方面的不足，但購機(jī)成本和使用成本相對較低；新型的微波谷物烘干機(jī)、遠(yuǎn)紅外谷物烘干機(jī)具有良好的可控性，對與烘干質(zhì)量易于精確掌控，但整機(jī)的購置和使用成本高，微波谷物烘干機(jī)可能出現(xiàn)輻射和過度加熱問題，遠(yuǎn)紅外谷物烘干機(jī)可能引起周邊環(huán)境溫度過高，也能出現(xiàn)局部位置表層糧食焦糊問題。

表1 谷物烘干機(jī)機(jī)型技術(shù)對比

3 谷物烘干機(jī)的合理選型

3.1 根據(jù)生產(chǎn)條件選型

谷物烘干機(jī)的選型應(yīng)從地區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，充分考慮場地條件、平均年作物產(chǎn)量、可利用熱源、電源情況、設(shè)備購置成本、人員配置和技術(shù)能力等。對于針對村屯使用的設(shè)備，若烘干量不高，應(yīng)以橫流型設(shè)備或中小型遠(yuǎn)紅外烘干設(shè)備為首選；對于烘干量大、熱源供給充沛但初期成本不足的地區(qū)，可以選用大型的混流型、順逆流型等熱風(fēng)干燥設(shè)備；對于由排放要求或初期成本充裕的地區(qū)，可選用微波谷物烘干機(jī)、遠(yuǎn)紅外谷物烘干機(jī)。

3.2 合理計(jì)算總供熱量

在確定谷物烘干機(jī)的類型后，還應(yīng)針對機(jī)械性能進(jìn)行細(xì)化分析與選擇，其中重要的一項(xiàng)就是考慮并計(jì)算烘干過程所需的總供熱量，總供熱量的大小決定了烘干能力是否達(dá)標(biāo)。總供熱量Q的參考計(jì)算公式如式(1)

Q=Q1+Q2+Q3+Q4

(1)

式中Q1—糧食干燥過程吸收的熱量,kJ；

Q2—糧食水分轉(zhuǎn)化為水蒸氣所需熱量,kJ；

Q3—排出濕氣所需補(bǔ)充的熱分熱量,kJ；

Q4—散失到空氣中的熱損失,kJ；

3.3 合理設(shè)計(jì)機(jī)組數(shù)量

在完成總熱量的計(jì)算后，還應(yīng)根據(jù)所選烘干機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)機(jī)組的數(shù)量，以保證最佳的工作效率，機(jī)組數(shù)量N的參考計(jì)算公式如式(2)

N=Q/(ξh×Qs)

(2)

式中h—理論烘干用時(shí),h；

Qs—單個(gè)機(jī)組制熱量,kJ；

ξ—比例系數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的谷物烘干技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，很多先進(jìn)的技術(shù)在得到推廣的同時(shí)，烘干機(jī)產(chǎn)品的性能也得到了持續(xù)提升，各地在進(jìn)行糧食烘干作業(yè)的過程中要重視對烘干機(jī)技術(shù)的掌握與對比，合理選擇與應(yīng)用谷物烘干機(jī)，為糧食的高質(zhì)量貯存做好技術(shù)保障。