储粮机械通风中若干问题的探讨

the effect of aeration.
Key words：aeration；airflow rate；difference in temperature
中图分类号：TS201.21
文献标识码：A
文章编号：1002-6630(2008)08-0659-04
机械通风储粮在我国的应用已有四十多年的历史， 各地粮食部门运用该项技术广泛地开展科学保粮活动， 在实践中积累了丰富的经验，有关专家学者在该领域的 科学研究中也取得了较多成果。但随着高大平房仓房的 大量建设并投入使用，高粮堆、大仓容条件下的散装 储粮方式普遍被采用，与老式平房仓相比，粮堆高度 由 3～4m 增加到 6～8m，单仓容量由过去的几百吨增加 到几千吨。仓储条件的改变对机械通风技术的要求更加 严格，同时由于通风系统设计的缺陷以及操作的不合理 对储粮安全的负面影响也时有发生，这些影响集中表现 在通风不均匀，表层结露、水分丢失、电耗过大等方 面，并影响到降温、降水、环流熏蒸、调质保鲜等 技术措施的应用效果。本文结合我国储粮机械通风的具 体情况，对通风系统设计和通风操作管理中的有关问题 进行了分析和探讨。
率。
通风机压力 H 风机( 严格讲应该是通风机静压 H 静
压，H 静压≈(0.8～0.9)H 风机)用来克服通风时的系统阻力
H 阻力。
H阻力= H粮层+H风道+H分配器
(5)
由文献[3]可知 ：H粮层 =9.8ah(v ) 粮面 b
(6)
式中，a 、b 为根据粮食种类而变化的系数；h 为
粮堆高度( m) ；v 粮面为粮面风速( m/ s ) 。
rising with air flow rate rising
由图 3 可见，当 q 增加时，风机功率 N 和通风能 耗均按指数规律增加，N 的增加尤为明显。
由上述分析可知，虽然增加单位通风量可以减少通 风时间，但通风机功率也大大增加，最终导致通风总 能耗显著增加。对于安全水分粮降温通风，国外一般 倾向于使用小风量，q 一般取在 2～8m3/ht 之间，且越 来越多的选择价格低、功率小的轴流式通风机，而国 内很多地方降温机械通风的单位通风量为 10～15m3/ht， 有些甚至更高，达 25～30m3/ht，这在经济上是很不合 算的。
1 降温通风时粮温与气温温差的确定
在《储粮机械通风技术规程》中，对允许降温通
风的温度条件有如下规定[1]： 开始通风时，t2 － t1 ≥ 8℃
( 亚热带地区：t 2 － t 1 ≥ 6 ℃) 。式中，t 2 为粮堆初始平
均温度(℃)； t1 为仓外大气温度(℃)。
对开始通风时粮温 t2 与气温 t1 应有大于 8℃温差的规
小，两者呈现出双曲函数关系。现举例说明：
设 q=10m3/t·h，t2=20℃，tz=16℃，由式(3)可得
τ－Δt 关系曲线( 图 1 ) 。
τ(h)
700 600 500 400 300 200 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 Δt(℃)
图 1 τ - Δt 关系曲线 Fig.1 Curve of τ versus Δt
rate and opportunity of operation.The results showed that the change of aeration time is relative to the difference in temperature in a pattern of hyperbolic curve. When the difference in temperature is smaller than 8℃, the aeration time increases rapidly; The
Investigation of Several Questions in Grain Aeration
YANG Guo-feng1，JANG Xie-yun2 (1.College of Food Science and Enginering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210003, China；
axle power and the total energy consumption change in a form of positive exponent curve in which the exponents are k2.3 and k1.3
respectively when the difference in temperature altesr; The rational selection for opportunity of operation can remarkably raise
过去从储粮安全的角度出发，冬季通风时都选择相 对湿度低的干冷天气开机，强调不能因为通风造成粮堆 水分增加。这样做的结果是经过一个冬季的通风后，粮 食水分普遍降低，降低幅度一般在 0.5%～1% 之间，如 果粮食在仓库存放几年，每年冬季都通风，则水分会 降低更多。一个粮库如果有存粮 2.5 亿 kg，通风后水分 降 1%，从 14% 降至 13%，则粮食重量将减少 287.4 万 k g ，而这种无形的损耗往往不被注意。 3.2 避免无效通风
食品科学
2008, Vol. 29, No. 08 661
H' 粮层 =k1.3H 粮层，Q' 风机 =k Q 风机，τ ' = τ /k ，N' = k2.3N，W'=k1.3W
即功率将为原来的 k2.3 倍，通风结束时的总能耗将 为原来的 k1.3 倍(图 3)。
通风总能耗增加倍数 风机轴功率增加倍数
(8)
η
η
即通风机轴功率为原来 5 倍。因为当 q 增加 1 倍后， 通风时间将缩短一半，所以通风结束时的总能耗 W=N τ将为原来的 2 . 5 倍。
考虑一般情况：当 q 增加 k 倍时，既 q ′= k q ，仍 取 b = 1 . 3 ，并忽略 H 风道和 H 分配器的影响，则有：
※专题论述
考虑到系统阻力 H 阻力中 H 粮层起主要作用，可知 q 增 加 1 倍后，H 阻力为原来的 2 . 5 倍左右。另外，q 增加 1 倍，Q 风机也为原来的 2 倍。将上述关系代入( 2 ) ，可得 到单位通风量增加 1 倍后的通风机轴功率为：
2.5H 风机 2Q 风机
5H 风机 Q 风机
N= ———————— = ———————
2 单位通风量的选择对通风能耗的影响[2]
单位通风量 q(m3/ht)是指在单位时间内通过单位重量 粮食的空气体积量，是机械通风系统设计中的一个主要 参数，风道截面尺寸、空气分配器(透气孔板)面积、通 风机选择均取决于单位通风量的大小。在确定单位通风 量时，应综合考虑储粮种类、粮仓类型、风网布置、 当地气候条件、允许的通风时间等因素。
以上仅仅从节能的角度考虑单位通风量的影响，在 设计通风系统时，合理选择单位通风量还应该考虑其他 因素。我国南方地区，冬季冷天时间短，为了在有限 的时间内尽快将粮温降下来，单位通风量应选大些，以 缩短通风时间。
3 通风时机的选择对通风效果的影响
合理的选择通风时机，不仅能保证粮温的降低， 还可以减少粮食水分的丢失，降低通风能耗。 3.1 准确把握通风时机，减少粮食水分损耗
※专题论述
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2008, Vol. 29, No. 08 659
储粮机械通风中若干问题的探讨
杨国峰 1，江燮云 2
(1.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏 南京 210003；2.中央储备粮江苏分公司，江苏 南京
210024)
摘 要：本文就机械通风作业中的温差、单位通风量以及通风时机的把握对通风效果的影响进行了分析和讨论。 结果表明：通风时间和温差呈双曲线规律变化，温差小于 8℃后通风时间增加显著；风机轴功率和通风总能耗随 单位通风量的变化分别按 k2.3 和 k1.3 的指数规律变化；合理选择通风时机可以明显提高通风效果。 关键词：机械通风；单位通风量；温差
由(3)式可知，q 增加 1 倍，通风时间τ缩短 1 半， 但通风所需要的动力将为原来的 5 倍(即增加 4 倍)左右。 分析如下：
通风机轴功率为：
H 风机 Q 风机
N=——————
(4)
η百度文库
式中，N 为通风机轴功率( k W ) ；H 风机为通风机压
力( P a ) ；Q 风机为通风机风量( m 3/ s ) ；η为通风机全压效
若粮种、粮堆高度均相同，q 增加 1 倍( 即 v 粮面增
加 1 倍) ，相应的 H 粮层增加倍数为：
9.8ah(2V ) 粮面 b
———————— = 2b
(7)
9.8ah(V ) 粮面 b
对于小麦、稻谷、玉米等粮种，b 在 1.3～1.5 之 间[3]，现取 b=1.3，则 2b=2.46，即 H 粮层为原来的 2.46 倍。H 风道和 H 分配器均与 q 成 2 次方关系，即 q 增加 1 倍， H 风道和 H 分配器均为原来的 4 倍。
τ(h) →
→
8 Δt(℃)
图 2 q、t2、tz 变化时τ - Δt 曲线变化趋势 Fig.2 Varying trend of curve of τ - Δt with q, t2 and tz varying
考虑到我国亚热带地区冬季气温偏高，可能难以 满足降温通风 8℃温差的要求，故在规程中将温差降为 6℃。但在气候条件允许时，仍应尽量满足 8℃温差要 求，以减少通风时间，降低能耗。
结束时粮堆平均温度( ℃) 。
式(1)可变换为：
τ=1000GC1(t2－tz)/Q ρCk(t2－t1)
(2)
将 q=Q/G(m3/t·h，单位通风量)，Cl ≈ 1.67kJ/kg·℃，
Ck ≈ 1kJ/kg·℃，ρ≈ 1.1kg/m3 代入式(2)得：
收稿日期：2008-04-17 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD08B05)；江苏省高技术计划(农业)项目(BG2007340) 作者简介：杨国峰( 1 9 5 4 - ) ，男，教授，研究方向为粮食工程与食品工程。E - m a i l ：g f y a n g 1 2 9 @ n j u e . e d u . c n
25
k2.3
20
风机功率
通风能耗
15
10
k1.3
5
4.93
2.46
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 单位通风量增加倍数
图 3 风机功率和通风能耗随单位通风量变化关系曲线 Fig.3 Relationship of fan power and energy consumption of fan
定，是根据降低能耗的经济性原则提出的，分析如下：
粮食在降温过程中的热平衡关系为：
QρCk(t2－t1)τ=1000GCl(t2－tz)
(1)
式中，Q 为粮堆通风量(m3/h)；ρ为空气密度(kg/
m 3)；C k 为空气比热( k J / k g ·℃) ；τ为降温时间( h ) ；
G 为粮堆重量(t) ；Cl 为粮食比热(kJ/kg·℃) ；tz 为通风
2.Jiangsu Branch Company, China Grain Reserves Corporation, Nanjing 210024, China)
Abstract：This study aimed to analyze the effects on aeration by the difference in temperature between grain and air, airflow
由公式(3)和图 1 可知，温差与通风时间呈双曲线变 化规律。当温差大于 8 ℃的时候，曲线平缓，可见温 差增大对于减少降温时间没有显著意义；温差在 0～8℃ 内，曲线明显变陡，表明温差减小会导致降温时间急 剧增加，在温差接近 0 ℃的时候，降温时间趋于无穷 大。如果改变 q，t2，tz，只会改变曲线与 x 轴的距离 (曲线上下移动) ，并不会改变τ－Δt 曲线在 8 ℃附近斜 率急剧变化的特性(图 2)。由于通风时间与电耗成正比关 系，因此，在降温通风时，保证粮温与气温有不小于 8℃的温差是具有实际经济意义的。
660 2008, Vol. 29, No. 08
食品科学
※专题论述
τ=1518(t2－tZ)/qΔt
(3)
式中，Δ t = t 2 － t 1，为温差。
通风时，单位风量 q 、初始粮温 t 2、终了粮温 t z
均为定数。由式( 3 ) 可知，影响通风时间τ的因素只有
温差Δt 。Δt 越小，τ越大，反之，Δt 越大，τ越