大型粮食烘干机工艺技术特点及经济技术性能优势

郭桂霞，任广跃，郑艺强

（1.河南省粮食干燥技术与装备工程技术研究中心，郑州万谷机械有限公司，河南郑州　450064；2.河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳　471023）

大型粮食烘干机工艺技术特点及经济技术性能优势

郭桂霞1，任广跃2，郑艺强1

（1.河南省粮食干燥技术与装备工程技术研究中心，郑州万谷机械有限公司，河南郑州450064；2.河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳471023）

从大型粮食烘干机的生产能力、工艺设计配置、结构特点、自动化程度、热风炉尾气和烘干废气处理、余热的回收利用、投资成本、烘干作业成本等方面，叙述了大型粮食烘干机的工艺技术特点及经济技术性能优势，以期为粮食烘干机的设计及实地作业提供理论与技术支撑。

大型粮食烘干机；工艺技术特点；经济技术性能优势

我国的粮食烘干机从上世纪50年代初期引进前苏联小型粮食烘干机开始，经历了一个从无到有、从简单到复杂、从仿制到自我创新设计、逐步走向成熟完善的发展过程。到目前为止，在粮食烘干机的设计制造方面，已经形成了一套能够适合不同地区特点、不同粮食品种、不同使用客户要求、系列完整的粮食烘干机设备体系，部分厂家粮食烘干机的设计制造水平和主要技术指标已达到或接近国际先进技术水平。在粮食机械化烘干的应用发展方面，经历了农户从不了解到认可，从少数产粮大省到全国各地普遍推广，从农户、仓储单位、加工企业自卖自用到出现专门的粮食烘干企业，而产生新的产业型式——粮食烘干加工产业。

同时，粮食烘干机的生产能力近年来正朝大型和小型两端分化发展。一方面，容积为15～30 m3的小型循环式低温粮食烘干机广泛应用在以南方地区为主的水稻主产区，年销售量成倍增长；另一方面，日处理量在500 t及以上的大型粮食烘干机生产和销售量也在迅速增加。以郑州万谷机械有限公司为例，在2015年度，大型粮食烘干机的销售量在台数上已经达到35%以上，销售额上达到60%以上。而且，单机的生产能力也在不断增大，郑州万谷机械有限公司生产在东北和新疆地区安装使用的大型玉米烘干机，在-20℃的环境温度下，降水幅度为15%时，其日处理能力可达到1 400 t。对于降水幅度较低的大豆类烘干机，日处理量可达3 000 t以上。大型烘干机的销售区域也从东北、内蒙古、新疆扩大到全国各个省份。大型粮食烘干机以前一般只用在大型的粮食仓储企业，近年来逐步扩展推广至粮食加工企业、粮食购销经纪人和一些种粮大户，特别是专门进行粮食烘干作业的粮食烘干企业，市场应用前景广阔。

1　大型粮食烘干机的工艺特点及经济技术性能优势

1.1生产能力大

大型粮食烘干机的首要特点就是处理量大。烘干机的大型、中型、小型类别目前并没有正规统一的划分标准，习惯上将处理量100 t/d以下的烘干机称为小型烘干机，100～500 t/d之间称为中型烘干机，大于等于500 t/d的烘干机就称为大型烘干机。但这种单独按日处理量来对烘干机的大小进行分类的方法并不科学，衡量烘干机的大小除处理量外，还应该考虑粮食在烘干过程中的降水幅度，将烘干机的处理量和降水幅度一起进行综合评价。为此，现行的国家标准规定了“干燥能力”这一烘干机的技术指标，“干燥能力”的计算公式如下［1］：

式中：P——烘干机的干燥能力，t/h；

G——进机湿粮质量，t；

△M——降水幅度，%；

T——烘干时间，h。以常用的玉米和水稻烘干机为例，一般将玉米烘干降水15%，水稻烘干降水8%，处理量为每日500 t及以上的烘干机才归类为大型粮食烘干机。根据上述公式，计算出对应的粮食烘干机干燥能力为玉米烘干机330 t/h，水稻烘干机180 t/h。

1.2生产线工艺设计配置完善

粮食烘干生产线是一个较为复杂的烘干系统，除了实现基本的粮食烘干功能外，根据需要还需配备各种不同的附属设备以满足不同的用户工艺需求。大型粮食烘干机的生产线设计配置一般都较为完善，生产线从进湿粮开始到出干粮，包括了湿粮接收、清理、输送、烘干、热源、粮食的温度和湿度监测、可视监控、电气控制、热风炉尾气处理、烘干废气处理、湿粮暂存、干粮暂存等各个系统和设施，整个工艺路线全封闭无缝连接，功能齐备完善，使用方便。烘干后的干粮，一般不需再进行其他处理即可入库储存或进入下一道生产加工系统。

大型粮食烘干机工艺流程见图1。

1.3结构设计更为合理

目前，大型粮食烘干机的干燥方法均采用对流热风干燥法，即利用加热后的热空气直接和粮食接触，热风中所含的热量以对流的方式传递给粮食，使粮食籽粒温度升高，籽粒内部的水分气化蒸发，达到干燥的目的。烘干机型式以混流、顺逆流和顺混流连续式烘干为主，其他方式较少采用。

大型粮食烘干机结构见图2。

烘干机结构包含有多个烘干段、多个缓苏段、换向段（部分厂家产品）、2～3个冷却段、储粮段、排粮段、废气沉降室等。多段式烘干和多段式缓苏的烘干方式有利于粮食在干燥过程中粮粒内部自身进行湿热平衡，外层的热量向内层转移，内层的水分向外层转移，进而使粮粒的内外温度、湿度趋于一致，使粮粒降水更加均匀。另一方面，粮食烘干作业时热风温度的高低直接影响粮食烘干机的烘干效率和烘干处理能力，热风温度越高，烘干机的烘干效率和烘干处理能力也就相应提高，烘干成本也就越低。烘干机采用多段式烘干结构时，从上向下，各个烘干段内的粮食水分逐步下降，各不相同，可以根据烘干机内各烘干段内粮食水分的不同而使用不同温度的烘干热风，在最大限度的保证烘干粮食理化品质的前提下提高烘干机的烘干效率和烘干机的产量。设置的换向段可以使粮食在从上向下的烘干流动过程中在水平截面上改变粮流的运动方向和位置，以降低粮食烘干的不均匀度。

图1　大型粮食烘干机工艺流程

图2　大型粮食烘干机结构

烘干机配备的废气沉降室用于对烘干废气进行集中收集和初步沉降，可将烘干废气中所含的较大颗粒物分离收集，改善烘干作业的工作环境，在环保条件要求不高的区域实现烘干尾气的直接排放。

排粮段由排粮叶轮、排粮驱动机构等组成。大型烘干机的排粮驱动基本上均采用变频调速电机，能够方便地调节排粮叶轮的转速和粮食干燥机的排粮量，以适应被烘干物料的品种和水分变化。

1.4更适合高水分粮的处理

由于大型粮食烘干机均为塔式结构，并采用多段式烘干和多段式缓苏的连续式烘干工艺，理论上烘干段和缓苏段的数量可根据需要设置，即粮食烘干的流程长短可根据烘干粮食的降水幅度增减，并且根据各烘干段内粮食水分地不同而使用不同温度的烘干热风，在每个烘干段后设置适当时间的缓苏，使得粮粒内部的水分得以充分的向粮粒表面转移扩散，使得粮粒整体的降水均匀一致，所以能够在保证烘后粮食品质的前提下实现粮食烘干过程中较大幅度的降水。现在，部分厂家所设计制造的大型粮食烘干机在烘干玉米和水稻时，其降水幅度可达21%以上，经检测烘后粮食品质仍达到国家标准规定要求。同小型循环式粮食烘干机烘干高水分粮相比较，由于没有了烘干过程中粮食的多次循环，就大大降低了烘后粮食的破碎率和裂纹率；烘干水稻时，还可以有效地降低水稻的谷外糙率。

1.5自动化程度高

大型粮食烘干机一般都设计配备有功能齐全的粮食烘干机在线粮食温湿度检测系统和烘干机电气自动控制系统，在烘干机的运行过程中在线自动实时检测粮食温度、水分、热风温度及热风炉温、料位的高低，采用PLC逻辑控制程序，显示各运行参数和设备工作状态，自动调节和控制热风温度、热风风量、排粮速度以及各配套设备，实现烘干全生产线的自动控制，并可具备网络远程诊断控制、与现代企业管理软件ERP系统的互联功能。该机操作方便、自动化程度高，既节省了人力，又能保证烘后粮食的品质。

1.6配备较为完善的热风炉尾气和烘干废气处理系统

1.6.1热风炉尾气处理系统

大型粮食烘干机由于烘干处理量大，降水幅度高，消耗的热量巨大，以日处理量为1 000 t、降水幅度为15%的玉米烘干机为例，所需的热量在4× 107kJ/h以上，必须配备大功率的热源设备。目前大型粮食烘干机供热系统采用燃煤热风炉较多，一般都配备有热风炉尾气处理系统，对热风炉尾气进行除尘和脱硫处理后排放。热风炉尾气处理系统的型式根据用户的要求和排放区域的大气排放指标而不同，目前主要侧重于尾气中的固型颗粒物，也就是灰尘和SO2收集与处理，常用的处理方式可分为湿法处理方式和干湿法组合处理方式2种。

（1）湿法处理方式。使用一套湿式脱硫除尘装置来对尾气进行脱硫和除尘处理，常用的设备为水膜除尘器。热风炉排出的尾气在风机的作用下进入水膜除尘器，其中较大灰尘颗粒首先在离心力的作用下被分离收集落入除尘器底部；除去较大灰尘颗粒后尾气进入喷淋区，和雾化的碱性循环水混合，尾气中所含的SO2被中和生成硫基化合物沉入除尘器底部，和灰尘颗粒一起被循环水带入循环沉降水池。

（2）干湿法组合处理方式。在干湿法组合处理方式中，配置了尾气干法处理设备和尾气湿法处理设备，2套设备串联使用并发挥不同的作用。干法处理设备对尾气进行除尘处理，湿法处理设备对尾气进行脱硫处理。干法处理设备可采用多管除尘器或布袋除尘器，湿法处理设备一般采用脱硫塔。热风炉尾气首先通过除尘设备除去尾气中的固型颗粒物后，再进入湿法处理设备对其中所含的SO2进行中和处理。相比较单一的湿法处理方式，干湿法组合处理方式对尾气的处理效果更好，循环水更换的周期更长。

1.6.2烘干废气处理系统

大型粮食烘干机的烘干废气数量大，日处理量为1 000 t，降水幅度为15%的玉米烘干机其烘干废气排放量可达250 000 m3/h。当烘干机自带的沉降室处理无法满足当地环保排放要求时，根据现场情况和用户要求可分别采取以下几种情况处理：

（1）使用大风量的离心式除尘器进行机械式除尘。因为废气风量大，一般用多台除尘器并联使用。机械式除尘占地面积小，除尘效果基本满足要求，缺点是投资成本较高、用电量较大。

（2）使用具备喷淋功能的喷淋沉降室处理。喷淋沉降室投资成本低，除尘效果基本满足要求，用电量小，缺点是占地面积大、处理过程中产生的废水需要进行再次处理。

（3）采用特殊设计的脉冲布袋除尘室处理。脉冲布袋除尘室的工作原理与脉冲布袋除尘器的工作原理相同，但为房式结构，滤袋的过滤面积大，具备了大风量处理的能力。脉冲布袋除尘室的除尘效果可完全满足环境排放的要求，不足之处是投资成本较高。

1.7余热的回收利用

粮食烘干机以对流热力干燥方式对粮食进行烘干时，以具有一定温度的热风作为干燥介质，在和粮食进行热量交换后变为烘干废气排出烘干机外。所排出的烘干废气仍具有一定的温度，一般在35～40℃。同时，对烘干后粮食进行冷却的过程中吸收被冷却粮食的热量温度升高，也可达到30～40℃。烘干废气和冷却废气统称为烘干废气，其所含的余热理论上都可以进行回收利用。

大型粮食烘干机的烘干废气数量大，所含的余热量值也大，所以也就具有了对烘干废气中的余热进行回收利用的价值。因为烘干机的结构型式为多段式烘干和多段式冷却，为余热的回收利用提供了技术上的可行性和方便性。在多段式烘干的烘干机中，烘干作业时各个烘干段所排出的废气其湿含量及废气的相对湿度各不相同，从上往下逐段降低，上部烘干段所排出的废气湿度大、温度低，不适合进行余热回收利用；下部的烘干段所排出的废气湿度较小、温度高，可进行余热回收利用。在多段式冷却的烘干机中，烘干作业时各个冷却段所排出的废气的温度各不相同，从上往下逐段降低，下部的冷却段所排出的废气温度较低，进行余热回收利用的实际意义不大。所以，在进行烘干废气的余热回收利用时，可以将烘干机的最末烘干段和第一段冷却段废气集中收集后进行余热回收利用。

粮食烘干机余热回收利用原理见图3。

图3　粮食烘干机余热回收利用原理

烘干机中的部分烘干废气通过回收风机进入供热系统中的换热器，替代一部分自然冷风和同时进入换热器的自然冷风混合，通过换热器加热为烘干机提供热风。因为烘干废气温度高于自然冷风的温度，所以烘干废气中所含的余热就得以回收利用。

以安装在东北地区日处理量1 000 t，降水幅度15%的玉米烘干机（配置为6烘干段+2冷却段）为例，计算余热回收利用热量数值：

式中：Q——回收的热量值，kJ/h；

c——烘干废气的定压质量比热，kJ/kg·℃，取c=0.24；

△t——余热回收过程中废气的温差，℃。取废气的平均温度为35℃，环境温度为-10℃，则△t=35-（-10）=45℃；

L——用于余热回收利用的烘干废气量，kg/h。

取烘干机下部2个烘干段和上部1个冷却段的烘干废气进行余热回收利用，该废气量为 111 480 kg/h；

所以Q=0.24×45×111 480=5×106kJ/h

相当于每1 h燃烧热值为2×104kJ/kg的普通煤240 kg，达到烘干机设计供热量的12.5%左右。

1.8单位处理量投资成本低

在粮食烘干机的投资成本方面，如以烘干机的单位处理量为基准进行对比，大型粮食烘干机的单位处理量投资成本要明显低于中小型粮食烘干机。以降水幅度为15%，日处理量分别为200 t和1 000 t的玉米烘干机为例，只考虑清理系统、烘干塔、供热系统、电控系统和输送系统等生产线基本配置进行比较。

1.8.12种规格烘干机烘干塔（含冷热风管系统）的质量比较

200 t/h烘干塔的自身质量约为24 t，折合每吨处理量的质量为0.12 t；1 000 t/h烘干塔的自身质量约为95 t，折合每吨处理量的质量为0.095 t。1 000 t/h烘干机是200 t/h烘干机的80%左右。

1.8.22种规格烘干机销售价格的比较

按照烘干机每1 t处理量的售价进行比较，1 000 t烘干机的每1 t处理量设备售价大约只是200 t烘干机的65%～70%。

1.9烘干作业成本低

大型粮食烘干机的自动化程度高，正常工作时操作人员数量和中小型粮食烘干机相比并无增加，所以大型粮食烘干机的烘干作业人工成本明显低于中小型粮食烘干机，单位电耗指标也要优于中小型粮食烘干机，所以综合烘干作业成本低于中小型粮食烘干机。

仍以降水幅度为15%，日处理量分别为200 t和1 000 t的玉米烘干机为例，在只考虑清理系统、烘干塔、供热系统、电控系统和输送系统等生产线基本配置的前提下，对其烘干作业成本进行比较。

烘干机烘干作业成本见表1。

表1　烘干机烘干作业成本

由表1可知，烘干玉米时吨粮烘干成本日处理量1 000 t的烘干机烘干玉米是200 t烘干机的82.5%。

2　结论

虽然从上世纪90年代以来，我国的粮食烘干行业有了长足的发展进步，特别是近年来的发展速度尤为迅猛，但全国总体上仍然存在机干率偏低、粮食产后损失巨大的情况。我国是全球最大的粮食生产国和消费国，根据《国家统计局关于2015年粮食产量的公告》［2］，2015年我国粮食产量达到62 143.5× 104t，据有关数据，我国粮食收获后，因气候原因不能及时干燥和未达到安全水分造成的霉变与发芽的损失高达4%～5%，损失巨大。虽然近几年国内粮食烘干机保有量快速攀升，但每年我国粮食干燥的机干率指标仍然不到15%，与发达国家机械粮食烘干的机干率达到90%以上还有巨大差距。而且，近年来由于大批青壮年进城务工而造成农村中劳动力缺乏、劳动力价格上升，再加上土地的流转集中、大量机收湿粮的产生、可供粮食晾晒的空地减少、以及多发的不利天气等，传统的田间自然干燥和人工晾晒干燥的方式受到制约，粮食机械化干燥的方式已被广大农户、粮食加工和仓储企业所接受。所以，随着农民收入的不断增加和农业现代化进程的加快，粮食烘干技术和粮食烘干设备还将有着广阔的市场前景和巨大的发展潜力。而大型粮食烘干机具有上面所述的明显经济技术性能优势，也将得到进一步的发展和应用，日处理量更大的粮食烘干机也将会问世。

The Technology Characteristics and Economic and Technical Performance Advantages of Large Grain Dryer

GUO Guixia1，REN Guangyue2，ZHENG Yiqiang1
（1.Zhengzhou Wan'gu Machinery Co.，Ltd.，He'nan Engineering&Technology Research Center for Grain Drying Technology and Equipment，Zhengzhou，He'nan 450064，China；2.Food and Biology Engineering College，He'nan University& Technology，Luoyang，He'nan 471023，China）

This paper introduces the technology characteristics and economic and technical performance advantages of large grain dryer from the following several aspects：production capacity，process design，structure features，degree of automation，emissions treatment，recovery and utilization of waste heat，investment cost，and drying operation cost.This paper work would be providing theoretical and technical support for the grain dryer design and operation.

large grain dryer；technology characteristics；economic and technical performance advantages

S226.6

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.041

1671-9646（2016）08b-0043-04

2016-07-06

河南省重大科技专项“粮食产后干燥关键技术与装备的研究及示范”（121199110110）；河南省高校科技创新团队支持计划“农产品干燥技术”（16IRTSTHN009）。

郭桂霞（1973— ），女，本科，工程师，研究方向为粮食烘干工艺和设备的研究与设计。

［1］黑龙江省农副产品加工机械化研究所，黑龙江省哈美达烘储设备有限公司.GB/T 6970—2007粮食干燥机试验方法 ［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［2］国家统计局关于2015年粮食产量的公告 ［EB/OL］. 2015-12-09.http://news.xinhuanet.com/politics/2015-12/08/ c_128510189.htm.◇